2 Реализация вещания DVB-Т2 в режиме одночастотной сети при наличии помех.
2.1 Принцип построения одночастотной сети.
Под одночастотной сетью SFN (Single Frequency Network) подразумевают определенную зону вещания, в которой несколько передатчиков могут транслировать на одинаковой частоте (рис 4), не мешая друг другу, что позволяет экономить частотный ресурс. При этом результирующий сигнал от них может быть успешно принят и декодирован приемниками которые оказываются в зоне приема сигналов от двух, трех и более передатчиков. Это важное свойство SFN достигается только при выполнении некоторых технологических условий, суть которых заключается в обеспечении синхронного вещания передатчиков. Другими словами, передатчики в одночастотной сети должны выдавать в эфир абсолютно одинаковый сигнал синхронно как по частоте, так и по времени.
Прежде чем углубляться в технический анализ, коснемся вкратце работы одночастотной сети.
Рисунок 4 - Функциональная схема сети SFN стандарта DVB-T2
Для корректной работы SFN, необходимо соблюдение нескольких условий:
передатчики должны получать один и тот же синхронизирующий (опорный) сигнал;
сигнал, приходящий на передатчики в зоне SFN, должен быть абсолютно одинаковый по структуре и передаваемой информации, иными словами, иметь один источник;
каналы распространения сигналов до передатчиков спутниковые или наземные (РРЛ, ВОЛС) должны быть “прозрачными”, то есть не добавлять или не исключать ни одного бита транспортного потока.
в передатчиках должна обеспечиваться задержка сигнала, необходимая для того, чтобы сигнал, доставленный на передатчики различных производителей с различным временем обработки сигнала, мог выходить с этих передатчиков одновременно.
Опорным сигналом для синхронизации в одночастотной сети является сигнал со спутников GPS (Global Positioning System) или Глонасс, обеспечивающий высокостабильную опорную частоту 10 МГц возбудителей передатчиков, и идентичный тактовый импульс сигнальных процессоров с частотой 1 Гц, который передается один раз в секунду 1pps (Pulse Per Second ). Под идентичностью сигналов 1 pps имеется в виду то, что они должны быть одинаковыми повсюду с минимальной ошибкой, не превышающей величины порядка сотен наносекунд. По этой причине импульсы 1 pps могут передаваться только через каналы, задержка в которых известна, постоянна и может быть компенсирована. GPS/Глонасс-сигнал принимается головной станцией и всеми передатчиками одночастотной зоны. Что касается стабильности опорной частоты 10 МГц, то речь идет не о фазе и не о небольших мгновенных изменениях частоты, а о неизменности средней частоты за длительный период времени. Практически, если изменение опорной частоты составляет ±1х10-9 от величины 10 МГц, но среднее значение за длительный период (за 24 часа или более) составляет 10 МГц с точностью 2х10-12, то результат можно считать допустимым
Источником транспортного потока является центр формирования мультиплекса. В шлюзе (gateway) центра формирования мультиплекса формируется стандартный поток T2-MI который состоит из: информационных символов T2-MIP (T2-modulator information packet) и специальных символов, обеспечивающих передачу информационного сигнала, устойчивый прием и декодирование телевизионных программ в зоне обслуживания передатчиков. Шлюз T2-MI использует опорные сигналы 1 pps и 10 МГц, идентичные сигналам синхронизации работы передатчиков сети SFN. Передатчики сети SFN, кроме информации о синхронизации, содержащейся в транспортном потоке, также нуждаются в опорных сигналах времени и частоты (1 pps и 10 МГц).
Пакеты потока T2-MI, предназначенные для синхронизации времени излучения передатчиков , имеют метку времени T2 timestamp (рис.5). Метка определяет момент времени начала суперкадра, (т.е. начала преамбулы суперкадра - символа P1). Все T2-кадры в суперфрейме имеют одно и то же значение timestamp. Метки для последующего суперкадра должны увеличиваться на длительность супекадра.
Возможны два механизма формирования метки: абсолютной seconds since 2000 и относительной subseconds.
Абсолютная метка времени (поле seconds since 2000) содержит количество секунд, прошедших от 2000-01-01 00:00:00 UTC и увеличивается с каждым секундным импульсом 1 pps (это абсолютное время, по которому работают все передатчики SFN-зоны).
Рисунок 5 - Формат пакета T2-MI с полями формирования метки времени.
Относительная метка времени (поле subseconds) задается в формирователе транспортного потока T2-MI (T2-шлюзе). Значение метки после прихода очередного импульса 1pps равно количеству субсекундных единиц умноженному на Tsub. Здесь Tsub = 1/64 мкс для стандартного канала 8 МГц. Значение относительной метки, не превышающей одной секунды, выбирается с учетом сетевых задержек и времени задержки в модуляторе.
Поле rfu зарезервировано для будущего использования.
Поле bw указывает на полосу пропускания канала. В данном случае 416, что соответствует стандартному каналу 8 МГц.
Поле utco задает смещение (в секундах) между текущим временем и временем по Гринвичу. Используется только при формировании абсолютной метки.
Взятые вместе поля seconds since 2000 и subseconds определяют DVB-T2 timestamp и время выхода сигнала DVB-T2 с передатчика, которое вычисляется так: seconds since 2000 + subseconds х Tsub.
Когда поле seconds since 2000 имеет значение = 0, используется только относительный счетчик, поле subseconds и время выхода сигнала DVB-T2 с передатчика, которое вычисляется так: subseconds х Tsub.
В случае использования seconds since 2000 передатчик выдает сигнал в эфир по абсолютному времени. Если передается только subseconds, то для вычисления времени передачи используется сигнал 1 pps.
Итак, получив сигнал 1 pps, передатчик вычисляет сетевую задержку(Network Delay) - это время, необходимое для прохождения информационного сигнала (далее ИС) от формирователя транспортных потоков T2-MI центра мультиплексирования до входа возбудителя (рис.6). В структуре транспортного потока T2-MI (T2-Modulator Interfase) имеются символы синхронизации с информацией T2-MIP (T2-modulator information packet), позволяющей оценить сетевую задержку, которая зависит от используемого тракта передачи. Для того, чтобы все передатчики начали вещать синхронно, в пакете передается максимальная задержка (Maximum Delay), задаваемая оператором. Эта задержка состоит из времени доставки потока до передатчика и суммарного времени обработки в самом передатчике (Total Delay) от входа в передатчик до выхода с антенны. Передача каждого PLP должна быть отложена на период, равный разности между собственными задержками и максимальной.
Общая задержка сигнала в передатчике (Total Delay) состоит из времени обработки сигнала в передатчике (Processing Delay) и рассчитываемой передатчиком времени динамической задержки (Dynamic Delay).
Динамическая задержка (Dynamic Delay) – время, на которое искусственным образом задерживается обработка ИС для достижения требуемого времени передачи. Оценивается микроконтроллером возбудителя на основании времени обработки сигнала в модуляторе. Устанавливается в автоматическом режиме.
Задержка при обработке (Processing Delay) – это время обработки ИС в модуляторе передатчика. Задержка зависит от технической реализации модулятора и от параметров передаваемого сигнала. Для сравнения, если величина защитного интервала в одночастотной зоне измеряется десятками и сотнями микросекунд (10-6 с), то разница во времени обработки в передатчиках различных производителей может отличаться на десятки и сотни миллисекунд (10-3 с). Следовательно, передатчик должен обеспечить нужную динамическую задержку для нормального функционирования сети SFN, чтобы сигналы от различных передатчиков попадали в защитный интервал. Если в одночастотной зоне установлены передатчики одного производителя, то проблем с синхронизацией, как правило, не возникает. Но если в сети есть передатчики различных производителей, то передатчики должны уметь задерживать сигнал на промежутки времени, достаточные для компенсации разности времени обработки сигнала в передатчиках других фирм.
Рисунок 6 - Временные диаграммы задержек информационного сигнала в сети SFN стандарта DVB-T2
Время обработки сигнала в передатчике Processing Delay известно производителям и используется в процессе вычисления передатчиком задержки Dynamic Delay. Возможная величина Dynamic Delay определяется емкостью буфера передатчика и должна быть достаточной для обеспечения необходимого значения Total Delay (рис. 6). Если Dynamic Delay вычисляется на всех передатчиках одночастотной сети правильно, то сигнал выходит со всех передатчиков синхронно, что должно обеспечить нормальную работу одночастотной зоны.
При приеме сигнала от разных передатчиков в зонах их наложения телевизионные приемники должны устойчиво принимать сигналы от различных передатчиков, в том числе – отличающихся по уровню менее 16 – 20 дБ. В одночастотной сети используются передатчики различной мощности. Как следствие, расстояния, например, от передатчика 5 кВт и передатчика 100 Вт до точки с равным уровнем сигнала будут различными. Так как скорость распространения волны конечна (задержка времени распространения составляет одна микросекунда приблизительно на каждые 300 м), то сигналы от передатчиков разной мощности до точки с равным уровнем сигнала будут распространяться разное время. Следовательно, нужно иметь возможность задержать сигнал на передатчике, для того чтобы в наиболее “важной” точке приема сигналы от разных передатчиков пришли одновременно. Для этого на каждом передатчике устанавливается вручную постоянная, или статическая, задержка (Static Delay) (рис. 6). Данная задержка также должна обеспечиваться емкостью буфера передатчика. Желательно иметь возможность устанавливать как положительную, так и отрицательную статическую задержку. Это делает возможным проводить сведение передатчиков в одночастотной зоне на одном передатчике, устанавливая его как на задержку, так и на опережение относительно других передатчиков. Отрицательная задержка возможна, т.к. она просто формируется за счет уменьшения динамической задержки (Dynamic Delay) (рис. 6).
Стандартный метод настройки SFN, обеспечивающий синхронную работу передатчиков, заключается в калибровке временных задержек обработки информационного сигнала в модуляторах передатчиков с использованием встроенных средств измерения, установке метки времени и защитного интервала, исходя из временных задержек информационного сигнала (рис.6) и топологии размещения передатчиков в зоне обслуживания. Оценка сетевых задержек на входе возбудителя и итоговых задержек в модуляторах должна обеспечивается измерителем с визуальной индикацией результатов измерений. При большом разбросе задержек на программном или аппаратном уровне необходимо ввести дополнительные статические задержки, выровняв, таким образом, разброс задержек в модуляторах передатчиков. Именно соблюдение всех задержек на всех передатчиках обеспечивает синхронизацию SFN, при этом передатчики начинают передавать один и тот же суперкадр одновременно.
|
