Problems of DVB-2 standard telecasting with regional content insertion

Full Text

Введение Сеть цифрового наземного телерадиовещания РФ в стандарте DVB-T2 предназначена для охвата населения цифровым вещанием пакета телерадиопрограмм первого мультиплекса в соответствии с Федеральной целевой программой [1]. Перечень и порядок следования телерадиопрограмм, входящих в состав первого мультиплекса определен Указом Президента РФ [2]. При этом обязательные общедоступные ТВ программы, входящие в состав первого мультиплекса, в каждом из регионов подлежат модификации в соответствии с требованиями вещательных организаций. Вопрос выбора архитектуры распределительной сети цифрового вещания имеет особо важное значение, так как от выбора варианта этой архитектуры напрямую зависит и схема построения одночастотных сетей SFN (Single Frequency Network) цифрового вещания в каждом из регионов, качество и стоимость услуг связи, оказываемых ФГУП «Российская телевизионная и радиовещательная сеть» (РТРС) вещателям. Одним из важных критериев качества услуг связи является вероятность технического брака и технических остановок, то есть вероятность нарушений нормальной работы сети цифрового телевизионного вещания. Необходимым условием высокого качества услуг цифрового радиотелевизионного вещания является обеспечение определённого запаса устойчивости сетей SFN по числу битовых ошибок при приеме программ Первого мультиплекса в зоне обслуживания [3]. В отличие от DVB-T стандарт вещания DVB-T2 [4] обладает большей гибкостью создаваемых одночастотных сетей SFN и имеет в своем составе ряд особенностей, позволяющих более эффективно осуществлять региональную модификацию телерадиопрограмм, особенно при использовании спутниковой доставки сигналов до передающих станций. Целью статьи является анализ методов организации вещания Первого мультиплекса в стандарте DVB-T2 со вставкой регионального контента в различных вариантах построения сети цифрового наземного вещания РФ, которая состоит из 82 региональных сетей, в центре каждой из которых расположен региональный центр формирования мультиплексов (РЦФМ). Федеральная версия первого мультиплекса и ее временные дубли для обеспечения вещания в 5 вещательных зонах: А, Б, В, Г и М должна доставляться до всех РЦФМ по спутниковым линиям связи. Передача сигнала Первого мультиплекса по спутниковым линиям связи производится в зашифрованном виде. Для сравнения различных вариантов построения сети принято, что в каждом регионе, за исключением г. Москвы, Московской области, г. Санкт-Петербурга и Ленинградской области, будут модифицироваться три телерадиоканала: «Россия 1», «Радио России» и «Россия 24» [5]. Состав системы программного замещения сети цифрового эфирного телерадиовещания Российской Федерации стандарта DVB-T2 Система программного замещения сети цифрового эфирного телерадиовещания стандарта DVB-T2 имеет структуру, состоящую из федерального комплекса программного замещения (ФКПЗ) и регионального комплекса программного замещения (РКПЗ). В состав ФКПЗ (см. рис. .1) входит не только оборудование федерального центра формирования мультиплексов (ФЦФМ), но и часть оборудования федеральных вещательных компаний, в частности, оборудование аппаратно-студийного комплекса (АСК), в котором осуществляется генерация управляющих сигналов для системы замещения. Рис. 1. Схема федерального комплекса программного замещения В состав регионального комплекса программного замещения входит оборудование регионального центра формирования мультиплекса РЦФМ и оборудование АСК региональных вещательных компаний. Кроме того, в состав РКПЗ может входить дополнительное оборудование [6-7], размещенное непосредственно на радиотелевизионных передающих станциях (РТПС) данного региона, в частности, оборудование вставки регионального контента - реплейсер (см. рис. 2). Рис. 2. Схема регионального комплекса программного замещения 3 Схемы построения сети цифрового наземного эфирного вещания Обобщенная схема сети распространения первого мультиплекса приведена на рис. 3. Здесь введены следующие сокращения: ФЦФМ - федеральный центр формирования мультиплекса; РЦФМ - региональный центр формирования мультиплекса; ФАСК - федеральный аппаратно-студийный комплекс; РАСК - региональный аппаратно-студийный комплекс; ФНМС - федеральная наземная магистральная сеть; РНРС - региональная наземная распределительная сеть; ПЗССС - периферийная земная станция спутниковой связи; ПдУ DVB-S2 - передающее устройство стандарта DVB-S2; ПдУ DVB-Т2 -передающее устройство стандарта DVB-Т2; ПрУ - приемное устройство стандарта DVB-Т2. Рис. 3. Обобщенная схема распространения первого мультиплекса Ниже рассмотрены различные варианты формирования региональной версии Первого мультиплекса телерадиовещания и проведен сравнительный анализ этих вариантов с точки зрения технических и финансовых ресурсов, которые потребует реализация каждого из них. Доставка региональных сигналов в пункты вещания с использованием повторного подъема на спутник. Схема организации вещания приведена на рис. 4. В случае использования данного варианта, сигналы федерального мультиплекса со спутника поступают в РЦФМ, где осуществляется замена части программ федерального мультиплекса на региональные. После этого формируется региональная версия первого мультиплекса, состоящая из десяти телевизионных и трех радиопрограмм. Далее осуществляется формирование T2-MI потока и подъем сформированного регионального мультиплекса на спутник для распространения до всех РТПС. Рис. 4. Схема распространения первого мультиплекса с использованием повторного подъема пакета программ на спутник Основной недостаток рассматриваемого варианта - избыточная аренда полосы спутниковой емкости в региональной распределительной сети. В региональном центре формирования мультиплекса формируется поток для замены трех федеральных программ: «Россия 1», «Радио России» и «Россия 24» на региональные. Для передачи региональных программ требуется полоса 4 мГц, а арендуемая полоса спутниковой емкости в региональной распределительной сети для данного варианта составляет 20 мГц, которая соответствует общему потоку из десяти телевизионных и трех радиопрограмм. Следует отметить, что при частичной модификации восьми ТВ программ федерального мультиплекса, связанной с региональными рекламными вставками, основной недостаток этого варианта не является столь очевидным. Данный вариант доставки предлагается [5] использовать в Ленинградской области. Подъем ТВ каналов с региональными вставками на спутник из региональных центров и формирование региональных мультиплексов непосредственно в пунктах вещания. Схема организации вещания на основе применения технологии распределенной модификации программ [6-7] приведена на рис. 5. При использовании данного варианта, сигналы федерального мультиплекса принимаются в РЦФМ, где осуществляется частичная замена федеральных программ региональными. После этого осуществляется формирование регионального транспортного потока, содержащего только регионально модифицированные программы. Этот поток с помощью передающей земной стации спутниковой связи поднимается на спутник. Рис. 5. Схема организации вещания на основе применения технологии распределенной модификации программ На РТПС осуществляется прием двух цифровых потоков: федерального мультиплекса для данной вещательной зоны и регионального транспортного потока. В реплейсере производится замена части цифровых программ федерального мультиплекса на региональные программы из регионального потока, после чего осуществляется излучение регионального мультиплекса в эфир. Недостатком данного варианта является необходимость дооснащения всех объектов региона, работающего по данной схеме, дополнительным оборудованием в составе спутникового приемника, реплейсера и спутниковой антенны. Достоинством данного варианта архитектуры является значительная экономия полосы спутниковой емкости, необходимой для распространения регионального транспортного потока. Использование данного варианта не было предусмотрено системными проектами на сеть цифрового наземного вещания в регионах РФ, однако, в настоящее время рекомендовано [5] его применение в 75 регионах. Рис. 6. Схема распространения первого мультиплекса по наземным линиям связи Доставка региональных мультиплексов цифрового ТВ вещания в пункты вещания с использованием наземных линий связи. Схема организации вещания приведена на рис. 6. В случае использования данного варианта, сигналы федерального мультиплекса со спутника поступают на РЦФМ, где осуществляется замена части ТВ программ на региональные. После этого формируется региональная версия первого мультиплекса, состоящая из десяти телевизионных и трех радиопрограмм. Далее осуществляется формирование T2-MI потока. Сформированный таким образом региональный мультиплекс доставляется в пункты вещания по наземным линиям связи, то есть. по волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС) и по цифровым радиорелейным линиям связи (ЦРРЛ). Наземные цифровые каналы доставки региональных версий первого мультиплекса до объектов вещания предлагается [5] использовать в 6 регионах РФ: Еврейская автономная область, Калининградская, Курская и Московская области, Республика Татарстан, Смоленская область. Заключение 1. Из рассмотрения различных схем организации вещания в РФ следует, что в настоящее время существует три основных варианта реализации задачи доставки региональной версии Первого мультиплекса. Разумеется, ни один из них не может быть избран в качестве универсального для всех регионов. 2. Проблемы применения технологии распределенной модификации программ связаны со значительными затратами на приобретение зарубежного оборудования, разработанного французской компанией Enensys Technologies. Сложность импортозамещения обусловлена необходимостью обеспечения патентной чистоты разработок российских предприятий, поскольку компания Enensys Technologies владеет российским патентом [7] на технологию распределенной модификации и устройство замещения программ - реплейсер. 3. Недостатком ряда рассмотренных технических решений является необходимость вещания совмещенных потоков T2-MI в различных регионах с едиными параметрами, устанавливаемыми в ФЦФМ. Как отмечалось выше, в отличие от DVB-T стандарт вещания DVB-T2 [4] обладает большей гибкостью создаваемых сетей и имеет в своем составе ряд особенностей, позволяющих более эффективно осуществлять региональную модификацию телерадиопрограмм. 4. Единые параметры, устанавливаемые в ФЦФМ, приводят к ряду проблем, связанных с различными условиями вещания по территориальному расположению передатчиков, по виду и интенсивности воздействия помех, а также благодаря различным климатическим и географическим условиям вещания на территории РФ. В частности, не учитывается территориальное расположение передатчиков в регионах, влияющее на выбор защитного интервала [8]. Метка времени излучения передатчиков должна выбираться исходя из результирующих временных задержек информационного сигнала для обеспечения синхронной работы передатчиков сети SFN [9]. От вида и интенсивности помех, географических условий вещания и режима работы SFN зависит номер шаблона P1-P8 распределенных в кадре несущих частот, вид модуляции, скорость кодирования [3]. 5. Отсутствие возможностей выбирать оптимальные параметры в каждом из регионов приводит в совокупности к проблемам обеспечения необходимых запасов устойчивости работы сетей SFN, оцениваемых коэффициентом битовых ошибок BER (Bit Error Rate) [3], что может приводить к нарушению нормальной работы сетей SFN (техническим остановкам и техническому браку) и недоиспользованию возможностей сетей SFN по скорости передачи информации.

About the authors

Vladimir Leonidovich Karyakin

Povolzhsky State University of Telecommunications and Informatics

Email: vl@karyakin.ru

Dmitry Vladimirovich Karyakin

Juniper Networks, Inc. (Russia)

Email: dm@karyakin.ru

Lyudmila Alexandrovna Morozova

Povolzhsky State University of Telecommunications and Informatics

Email: morozova@rcf.ru

References

Supplementary files