Одночастотные зоны SFN (Single Frequency Network) с Rohde&Schwarz

Одним из отличий цифрового телевизионного вещания от аналогового является возможность создания зон вещания, в которых несколько передатчиков могут вещать на одинаковой частоте, не мешая друг другу, что позволяет экономить частотный ресурс. Такие зоны называются одночастотными зонами SFN (Single Frequency Network).

Для того, чтобы осуществить такое вещание, необходимо соблюдение нескольких условий:

• передатчики должны получать один и тот же синхронизирующий (опорный) сигнал;
• сигнал, приходящий на все передатчики в зоне SFN, должен быть абсолютно одинаковым по структуре и передаваемой информации, иными словами, иметь один источник;
• в передатчиках должна обеспечиваться задержка сигнала, необходимая для того, чтобы сигнал, доставленный на передатчики разных производителей с различными временами обработки сигнала, мог выходить с этих передатчиков одновременно.

В ГОСТе на ТВ-передатчики прописано отклонение центральной частоты не более чем на 0,5 Гц. Чтобы обеспечить такую точность измерений, необходимо иметь опорный генератор с высокостабильной частотой на выходе, для этого используется высокостабильный сигнал, принимаемый со спутников, используемых в геонавигации систем GPS или ГЛОНАСС. Этот сигнал 1pps (Pulse Per Second) передается один раз в секунду, принимается всеми передатчиками одночастотной зоны и обеспечивает синхронизацию телевизионных передатчиков в зоне SFN. Cигнал 1pps, получаемый со спутника, стробирует внутренний опорный генератор, либо генератор внешнего спутникового приемника GPS/ ГЛОНАСС, который на выходе выдает высокостабильный сигнал 10 МГц, либо генератор внутреннего спутникового приемника передатчика. В обоих случаях стабильность частоты должна быть не хуже 10^-10 Гц, если принимать во внимание российский ГОСТ. Согласно международному стандарту по DVB-T2, в котором разрешается отклонение частоты 1,16 Гц, стабильность опорной частоты должна быть не хуже 10^-9 Гц.

Зачем нужна такая точность? Например, чтобы измерить требуемые в ГОСТ отклонения частоты 0,5 Гц на телевизионном канале середины дециметрового диапазона 500 МГц, нужно иметь генератор 10 МГц с точностью частоты на выходе 10^-9 Гц (500 МГц = 5 х 10⁺⁸ Гц, следовательно, 5 х 10⁺⁸ х 10^-9 – получим необходимые 0,5 Гц). Если проводить измерения передатчиков, вещающих на более высоких частотах, то точность формирования опорного сигнала от задающего генератора должна быть еще выше, следовательно, не хуже 10^-10 Гц.

Иногда при измерениях нестабильности частоты в качестве опорного сигнала измерительного прибора используют сигнал 10 МГц с соответствующего выхода возбудителя передатчика, что является грубой ошибкой. В этом случае не проверяется стабильность работы опорного генератора передатчика, так как при изменении опорного сигнала внутри передатчика будет меняться эта опорная частота и на входе измерительного прибора, и, как следствие, разница между этими двумя сигналами будет всегда близка к 0. При правильном измерении необходимо использовать сигнал 10 МГц с выхода спутникового приемника, а в идеале лучше использовать независимый опорный генератор со стробированием от спутникового сигнала 1 pps.

Еще одной причиной, приводящей к получению ошибочных измерений, является недостаточное время, отводимое на “прогрев” приборов. Иногда на измерениях наблюдается одна и та же картина, когда опорный генератор 10 МГц и измерительный прибор включают и практически сразу начинают проводить измерения (обычно это происходит на необслуживаемых передатчиках). Иногда задают вопрос, почему при проведении измерений некоторые измеряемые значения начинают плавно меняться. Это происходит по причине того, что приборы не прогреты, и термостатированный опорный генератор еще не вышел на свою рабочую точку, где обеспечивается максимальная точность формирования частоты. Следовательно, перед началом любых измерений приборы и опорный генератор должны быть “прогреты” согласно времени, прописанном в документации на прибор. Для приборов Rohde & Schwarz ETL и ETC это время составляет минимум 15 минут и зависит от температуры окружающей среды, при которой прибор находился до включения.

Телевизионные анализаторы Rohde & Schwarz ETL и ETC с использованием внешнего высокостабильного генератора 10 МГц позволяют корректно проводить измерения отклонения центральной частоты цифрового передатчика, вещающего в том числе в стандарте DVB-T/T2 (рис. 1). Задача на самом деле довольно-таки сложная и простыми методами спектрального анализа решается достаточно условно. Дело в том, что в случае цифрового наземного ТВ используется много несущих одновременно, и выделить центральную проблематично, особенно на эфирном сигнале, когда нет возможности отключить модуляцию и оставить одну несущую частоту. Можно, конечно, попробовать измерить верхнюю и нижнюю частоты по склонам и рассчитать центральную, но опять измерения будут приближенными. Приборы Rohde & Schwarz ETL и ETC производят измерения по пилот-сигналам, находящимся в спектре, положение которых заранее известно, и по этим сигналам вычисляют центральную частоту и, как следствие, отклонение центральной частоты.

Изначальная проверка стабильности частоты на каждом отдельном передатчике позволяет убедиться, что телевизионный передатчик и спутниковый приемник, задающий синхронизацию передатчика в одночастотной зоне, по опоре 10 МГц работают правильно, и проблем, по крайней мере, по этой причине, быть не должно. Но нет никакой гарантии, что после такой проверки на необслуживаемом передатчике не произойдет каких бы то ни было причин, которые могут привести к потере сигнала в зоне пересечения. Например, пропадет сигнал 1pps, при этом передатчик не сразу выйдет из синхронного вещания. Время, когда это может произойти, зависит от стабильности внутреннего генератора передатчика. Если он достаточно стабильный, то могут пройти часы, а может, и дни до того момента, когда это произойдет. При достаточно большом количестве передатчиков мы получаем сложную задачу найти передатчик, у которого ушла центральная частота. Для этого надо методом перебора объехать все передатчики и произвести замеры либо иметь систему мониторинга, которая получает информацию со всех устройств, обеспечивающих стабильность частоты.

Но у компании Rohde & Schwarz есть более красивое, простое, а главное, и правильное решение. Оно реализовано в телевизионном измерительном приемнике R&S ETL, который должен иметь программные опции ETL-K340 для измерения DVB-T2 и ETL-K341 для измерения SFN-задержек в DVB-T2. При наличии данных опций приборы позволяют померить в эфире, не подключаясь к конкретному передатчику, отклонение центральной частоты канала на всех передатчиках, принимаемых в данной точке приема, относительно сигнала от передатчика, принимаемого с самым большим уровнем. Иными словами, вычисляется разность между центральными частотами всех передатчиков, принимаемых в данной точке приема. При этом хочу обратить внимание на то, что высокостабильной опорной частоты не требуется, так как проводятся относительные измерения. Иными словами, вычисляется разность между частотой сигнала “основного” ТВ-передатчика и частотами остальных передатчиков в данной одночастотной зоне (рис. 2).

Конечно, возникает резонный вопрос, а правильно ли так проводить измерения. Если обратиться к стандарту по цифровому наземному ТВ-вещанию, то он объясняет, что для корректной работы передатчиков в зоне SFN необходимо, чтобы отклонение центральной частоты на всех передатчиках в одночастотной зоне не превышало 1 Гц, иными словами, дельта частоты на всех передатчиках в зоне SFN не должна превышать 1 Гц. Даже если по каким-то причинам центральная частота на всех передатчиках зоны SFN отклонится в одну и ту же сторону, то в точке приема сигнал будет приниматься.

С помощью вышеуказанных опций ТВ-анализатора ETL косвенными методами можно вычислить передатчик, на котором имеется отклонение частоты. Можно с помощью направленной антенны выбирать различные передатчики так, чтобы сигнал становился максимальным, и в случае, если отклонение на остальных передатчиках будет одинаковым относительно выбранного, то высока степень вероятности, что это и будет некорректно вещающий передатчик. Правда, это будет работать в том случае, если частота ушла на одном передатчике, а не на нескольких. Но в любом случае вы определите, что проблемы в сети возникли из-за отклонения частоты на передатчике. Что значительно экономит время на поиски неполадок в сети SFN.

Аналогичная опция может быть установлена в прибор R&S ETL для измерения телевизионных передатчиков, вещающих в других стандартах цифрового телевизионного наземного вещания, в том числе для измерений стандарта DVB-T.

Подведем итог. Телевизионные анализаторы Rohde & Schwarz ETL и ETC с использованием внешнего высокостабильного генератора 10 МГц позволяют корректно проводить измерения отклонения центральной частоты цифрового передатчика, вещающего в том числе в стандарте DVB-T/T2. В телевизионном измерительном приемнике R&S ETL при наличии соответствующих опций есть красивое, простое, а главное – правильное решение, которое позволяет померить в эфире, не подключаясь к конкретному передатчику, отклонение центральной частоты канала на всех передатчиках, принимаемых в данной точке приема, относительно сигнала от одного передатчика.

От правильной настройки сети и качественной работы передатчиков в одночастотной зоне зависит качество предоставления населению услуги цифрового телевизионного вещания.

 

Подробнее на сайте Rohde & Schwarz 

Источник