SYNCHRONIZATION TRANSMITTERS SFN NETWORK STANDARD DVB-T2

Full Text

Ведение В настоящее время большинство радиотелевизионных центров уже оснащено передатчиками отечественных и зарубежных производителей. Во многих регионах осуществляется тестовое вещание первого мультиплекса в стандарте второго поколения DVB-T2 (DVB system for Terrestrial broadcasting). Однако при переходе от локального вещания к вещанию в SFN (Single Frequency Network) сетях возникают проблемы, связанные с синхронизацией передатчиков. Для синхронизации работы передатчиков в одночастотных сетях цифрового вещания SFN используется Глобальная система позициониро вания GPS (Global Positioning System), обеспечивающая высокостабильную опорную частоту возбудителей передатчиков 10 МГц и тактовые импульсы сигнальных процессоров с частотой 1 Гц [1]. Важным требованием является также обеспечение равенства задержек информации от источника до антенн передатчиков (см. рис. 1, где РПД - радиопередатчик; РПУ - радиоприемник; РЧК - радиочастотный канал; N - номер радиопередатчика в сети; M - номер радиоприемника в сети; j - номер телевизионного канала). Цель работы - рассмотрение видов задержек информационного сигнала (ИС) и методов обеспечения синхронной работы передатчиков в SFN-сетях цифрового телерадиовещания второго поколения, построенных на передатчиках зарубежного и отечественного производства. Временные диаграммы задержек информационного сигнала На рис. 2 представлены этапы прохождения ИС от Центра мультиплексирования (источник информации) до антенны передатчика. Рассмотрим основные виды задержек ИС. «Инфокоммуникационные технологии» Том 11, № 4, 2013 Калиновский Д.А., Карякин В.Л., Карякин Д.В., Сидоренко О.И. 87 Рис. 1. Функциональная схема одночастотной сети наземного цифрового телевизионного вещания Сетевая задержка (Network Delau) - это время, необходимое для прохождения ИС от формирователя транспортных потоков T2-MI Центра мультиплексирования до входа возбудителя. В структуре транспортного потока T2-MI (T2-Modulator Interface) имеются символы синхронизации с информацией T2-MIP (T2-modulator information packet), позволяющей оценить сетевую задержку, которая зависит от используемого тракта передачи. Рис. 2. Временные диаграммы задержек информационного сигнала в одночастотных сетях передачи данных Задержка при обработке (Processing Delay) -это время обработки ИС в модуляторе передатчика. Задержка зависит от технической реализации модулятора и от параметров передаваемого сигнала. Динамическая задержка (Dynamic Delay) -время, на которое искусственным образом задерживается обработка ИС для достижения требуемого времени передачи. Оценивается микроконтроллером возбудителя на основании вре мени обработки сигнала в модуляторе. Устанавливается в автоматическом режиме. Итоговая задержка (Total Delay) - это время является суммой значений задержки при обработке и динамической задержки. Статическая задержка (Static Delay) - положительное или отрицательное смещение, которое используется для компенсации расхождений между передающими системами различных производителей. В данном примере статическая задержка отрицательная. Устанавливается в ручном режиме. На рис. 2 показана также максимальная задержка (Maximum Dtlay) - время, необходимое ИС для прохождения от Центра мультиплексирования до антенны при автономной работе передатчика. Методы обеспечения идентичности ИС Следует отметить, что механизм, обеспечивающий идентичность ИС, излучаемых передатчиками синхронной сети, примененный в стандарте DVB-T2, отличается от механизма, примененного в DVB-T и специфицированного в TR 101 191 [2]. В DVB-T2 отсутствуют SFN-адаптер и пакеты инициализации суперкадра MIP - Megaframe Initialization Packet. В этой связи методики измерений в синхронной сети, описанные в TR 101 290, не приемлемы для DVB-T2. Здесь необходимо обратить внимание на то, что аббревиатура MIP в первом и втором поколениях DVB образована начальными буквами различных слов и, соответственно, имеет различный физический смысл. Учитывая принципиальные изменения в методах синхронизации передатчиков стандартов DVB-T и DVB-T2, консорциум DVB опубликовал документ [3], посвященный измерениям интерфейса T2-MI, оформленный как дополнение к TR 101 290. Следует подчеркнуть, что методы обеспечения синхронизации SFN-сети во многом определяются техническими характеристиками модуляторов передатчиков. К возбудителям зарубежных передатчиков, например, передатчиков R&S и Harris, входящих в состав SFN-сети предъявляются жесткие требования по разбросу задержек при обработке информационного сигнала, а также по унификации управления этими задержками. К сожалению, на практике приходится выбирать тип возбудителя по другим критериям качества. Поскольку эффективность управления нелинейностью тракта усилителя мощности также «Инфокоммуникационные технологии» Том 11, № 4, 2013 88 Калиновский Д. А., Карякин В.Л., Карякин Д.В., Сидоренко О.И. во многом зависит от технических характеристик возбудителя, в передатчиках мощных и средней мощности могут быть применены возбудители с большим разбросом задержек, что требует принципиально других методов работ по обеспечению синхронизации передатчиков одночастотной сети. Анализ работы отечественных РПД ООО «Триада» в SFN-сети Предприятие «Триада» разработала передатчики до 1 квт мощности с модулятором MT2-2000/3000 OEM DVB-T/T2 digital modulator ком -пании TeamCast (Франция). Мощные передатчики (2 кВт и 5 кВт), разработанные на предприятии, укомплектованы модуляторами PT 2000 Product family Webservice interface компании ProTelevisio Technologies (Дания). В дальнейшем для краткости изложения в данной работе будем называть модуляторы компаний Франции и Дании модуляторами TeamCast и ProTelevisio, соответственно. Следует отметить, что рассматриваемые модуляторы, имеющие существенные отличия в задержках информационного сигнала при обработке, в одночастотной сети должны обеспечить одну итоговую временную задержку. Проведем анализ работы передатчиков на кон -кретном примере при равенстве сетевых задержек ИС (см. рис. 3). Здесь введены следующие обозначения: - задержка при обработке 1 - Proceccing; - итоговая задержка 2 - Total; - сетевая задержка - Network; - время излучения «Maximum network delau» задается временными метками в T2-шюзе (T2-Gateway); - PPS - один импульс в сек. В случае равенства временных задержек при стандартном методе компенсации статических задержек (см. рис. 2) требование обеспечения единой итоговой задержки ИС достигается автоматически благодаря тому, что в потоке T2-MI есть временные метки (time stamps), которые и указывают передатчику время излучения (на рис. 2 этот момент обозначен как «Выход передатчика в режиме SFN»). Проблема отсутствия синхронизации может возникнуть по двум причинам: во-первых, из-за того, что для разных передатчиков может быть разная сетевая задержка, во-вторых, у разных моделей модуляторов передатчиков разное время обработки ИС. Поэтому для настройки одночастотной сети необходимо контролировать значение задержек ИС на каждом этапе передачи ИС от Центра мультиплексирования до антенны передатчика. В модуляторе ProTelevision есть параметр на веб-интерфейсе, который называется «Current Modulator Delay» - текущая задержка модулятора, которая равна сумме задержки обработки сигнала (около 320 мс) и динамической задержки, которую модулятор задает самостоятельно для обеспечения требуемого времени излучения. То есть это полная задержка модулятора от момента поступления пакета на вход модулятора до его излучения, которой на рис. 2 соответствует «Итоговая задержка». Рис. 3. Анализ работы передатчиков в SFN-сети с модуляторами ProTelevision и TeamCast «Инфокоммуникационные технологии» Том 11, № 4, 2013 Калиновский Д.А., Карякин В.Л., Карякин Д.В., Сидоренко О.И. 89 Методика оценки задержки в модуляторе TeamCast отличается от методики оценки в модуляторе ProTelevision. У модулятора TeamCast есть параметр «Delay before Time of Transmission» (запас по времени), который показывает задержку между завершением обработки сигнала и временем излучения - это динамическая задержка, которую модулятор обеспечивает автоматически, так же как и модель ProTelevision. Для того чтобы дать оценку полной задержки модулятора TeamCast, нужно к значению запаса по времени прибавить время обработки (400 мс). Помимо задержек в модуляторах необходимо знать максимальную задержку сети («Maximum network delay»), которая определяет время излучения. Параметр «Maximum network delay» задается временными метками в T2-шлюзе Центра мультиплексирования. При анализе работы отечественных передатчиков ООО «Триада» в SFN-сети полагаем, что сетевая задержка для обоих модуляторов составляет 150 мс, а временные метки T2-шлюза Центра мультиплексирования предписывают модуляторам излучать информационный сигнал через 500 мс от фронта импульса PPS. В этом случае модулятор ProTelevision готов излучать сигнал через 150 + 320 = 470 мс, что меньше чем 500 мс. Ему останется только задержать информационный сигнал еще на 30 мс и выдать его в требуемый момент времени (см. рис. 3). Задержки в модуляторе TeamCast (150 + 400 = 550 мс) превышают время прихода очередной метки, предписывающей излучение сигнала модулятором в момент времени 500 мс. В результате излучение сигнала модулятора произойдет через 500 мс после прихода очередного импульса PPS (см. рис. 3) в момент, совпадающей с приходом очередной временной метки синхронизации. Таким образом, полная задержка излучения модулятора TeamCast 1350 мс. Анализ работы отечественных передатчиков с модуляторами ProTelevision и TeamCast показал отсутствие синхронизации информационного сигнала из-за расхождения задержек в модуляторах, то есть проведенный анализ установил причину неработоспособности передатчиков в SFN-сети и дал на конкретном примере количественную оценку величине расхождения задержек. Значительное расхождение временных задержек информационного сигнала в передатчиках не позволяет применить в данном случае стандартный метод их компенсации, применяемый в зарубежных передатчиках R&S и Harris (см. рис. 2). Перейдем к рассмотрению метода компенсации задержек, обеспечивающего синхронную работу передатчиков с модуляторами ProTelevision и TeamCast в одночастотных сетях цифрового телерадиовещания. Метод обеспечения синхронной работы передатчиков ООО «Триада» в SFN-сетях Рассмотрим метод компенсации задержек ИС в модуляторах ProTelevision и TeamCast на конкретном примере (см. рис. 4). С целью обеспечения синхронной работы передатчиков через веб-интерфейс блока системы дистанционного контроля введем задержку PPS. Благодаря задержке PPS время излучения в передатчиках с модуляторами ProTelevision и TeamCast сдвигается на такой же интервал времени (см. рис. 4) и, следовательно, в обоих передатчиках увеличится запас по времени. Величину задержки PPS нужно подобрать так, чтобы полная задержка не превышала одной сек. В примере, приведенном на рис. 4, введена задержка PPS величиной 100 мс. Таким образом, теперь TeamCast будет готов вещать через 150 + 400 - 100 = 450 мс, то есть успевает до момента излучения, указанного во временных метках, и даже есть небольшой запас: 500 - 450 = 50 мс. Здесь, как и на рис. 3, введены обозначения: - задержка при обработке 1 - Proceccing; - итоговая задержка 2 - Total. Необходимо учитывать, что поскольку введена задержка PPS, то время излучения у передатчика с модулятором ProTelevision тоже сдвинулось (см. рис. 4) и, следовательно, у модулятора ProTelevision необходимо изменить настройки «Local SFN Delay», которые соответствуют изменению статической задержки на рис. 2. Очевидно, что дополнительная статическая задержка в модуляторе ProTelevision должна быть равна величине задержки PPS. Для конкретного случая, рассмотренного на рис. 4, статическая задержка в модуляторе ProTelevision равна 100 мс. Заключение Технология обеспечения синхронной работы передатчиков в одночастотной сети цифрового телевизионного вещания определяется величиной разброса временных задержек в модуляторах передатчиков. Анализ работы отечественных передатчиков с модуляторами ProTelevision и TeamCast показал отсутствие синхронизации ИС из-за расхождения задержек в модуляторах, то есть проведенный анализ установил причину неработоспособности передатчиков в SFN-сети «Инфокоммуникационные технологии» Том 11, № 4, 2013 90 Калиновский Д. А., Карякин В.Л., Карякин Д.В., Сидоренко О.И. Рис. 4. Метод компенсации задержек ИС в модуляторах ProTelevision и TeamCast передатчиков ООО «Триада» в SFN-сетях и дал на конкретном примере количественную оценку величине расхождения задержек. Значительное расхождение временных задержек ИС в передатчиках отечественного производства не позволяет применить в данном случае стандартный метод их компенсации, применяемый в зарубежных передатчиках R&S и Harris. На конкретном примере рассмотрен метод обеспечения синхронной работы передатчиков отечественного производства с модуляторами ProTelevision и TeamCast в SFN-сетях. В передатчиках современных SFN-сетей должна обеспечиваться автоматическая регулировка задержек при изменении параметров сигнала, а также ручная регулировка компенсации расхождений задержек в передатчиках различных производите

About the authors

D. A Kalinovsky

Email: dak@ortpc-samara.ru

V. L Karyakin

Email: vl@karyakin.ru

D. V Karyakin

Email: dm@karyakin.ru

O. I Sidorenko

Email: sidorenko@triadatv.ru

References

Supplementary files