Шагаем в ногу (настраиваем SFN)

Голосовать

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 передатчики в зоне SFN, должен быть абсолютно одинаковый по структуре и передаваемой информации, иными словами, иметь один источник;
  • 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.

Давайте попробуем вместе разобраться, как это должно работать.

Опорным сигналом для синхронизации в одночастотной сети является сигнал со спутников GPS или Глонасс, который передается один раз в секунду, 1 pps (Pulse Per Second). GPS/Глонасс-сигнал принимается головной станцией и всеми передатчиками одночастотной зоны.

Рассмотрим, что должно происходить на стороне головной станции.

Согласно стандарту ETSI TS 102 733, SFN-адаптер вставляет в поток T2-MI пакет T2_timestamp под идентификационным номером 20 (рис. 1). Из таблицы № 4 этого стандарта в зависимости от ширины полосы заполняется поле bw, по которому в дальнейшем выбирается множитель для поля subseconds. Соответственно ширине полосы 8 МГц, выбирается множитель Tsub = 1/64 мкс. Поле seconds_since_2000 заполняется количеством секунд 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). 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.

Но если 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. Все T2-кадры в суперфрейме имеют одно и то же значение timestamp. Метки для последующего суперфрейма должны увеличиваться на длительность суперфрейма.

Рассмотрим подробнее, что должно происходить на стороне передатчиков (рис. 2).

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 время доставки потока от головной станции. Для того, чтобы все передатчики начали вещать синхронно, в пакете передается максимальная задержка, 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 (рис. 2). 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 необходима для обеспечения одновременной передачи в эфир сигнала. Началом времени передачи считается время, которое приходится на 50% энергии из первой части «C» преамбулы символа P1, первого T2-фрейма соответствующего суперкадра. Именно соблюдение всех задержек на всех передатчиках обеспечивает правильное функционирование SFN. При этом передатчики начинают передавать один и тот же мегакадр одновременно (рис. 2).

Время обработки сигнала в передатчике, называемое Processing Delay, у различных производителей передатчиков может существенно отличаться (рис. 2). 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 задержку Dynamic Delay 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.

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. 2). Если Dynamic Delay вычисляется на всех передатчиках одночастотной сети правильно, то сигнал выходит со всех передатчиков синхронно, что должно обеспечить нормальную работу одночастотной зоны.

Но есть еще одна проблема. 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. 2). Данная задержка также должна обеспечивается 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. 2).

Компания Rohde&Schwarz выпускает ряд приборов, которые обеспечивают точную настройку сети SFN. Например, такие приборы, как ETL, ETC и DVMS, могут выводить принятый с эфира сигнал в виде откликов от нескольких передатчиков, с отображением разности времени прихода сигнала в точку измерения. На фото 1 приведен пример такого отображения с прибора ETL. Используя данный вид измерения, можно определить, какую статическую задержку надо ввести на передатчике, чтобы в определенную “важную” точку сигналы приходили одновременно.

Понятно, что при удалении от данной точки сигналы будут приходить в разное время (удаление на каждые 300 м, приблизительно 1 мкc), главное, чтобы они не выходили за пределы защитного интервала. Вышеуказанные приборы отображают границы защитного интервала и позволяют наглядно определить, все ли принимаемые передатчики попадают в защитный интервал. Прибор ETL с использованием опции K341 может показать отклонение центральной частоты на разных передатчиках в зоне SFN относительно передатчика с максимальным уровнем сигнала. По стандарту требуется отклонение не больше 1 Гц для всех передатчиков в данной зоне.

Как было показано ранее, разное время прихода сигнала зависит от удаленности передатчика от точки приема, а также от времени обработки и различных задержек. На передатчиках, выпускаемых компанией Rohde&Shwarz, основные задержки сигнала можно проконтролировать непосредственно на самом передатчике (см. фото 2).

Существует еще одна проблема. Даже при правильной настройке сети может оказаться так, что некоторые приемные устройства (как телевизоры, так и телевизионные приставки) могут некорректно принимать сигнал с учетом мешающих факторов, таких как влияние соседнего канала, прием одновременно нескольких сигналов с близкими уровнями и т.п. Но не всегда данный дефект можно найти в зоне вещания, так как прием сигнала зависит от многих факторов. Для тестирования, разработки и сертификации приемного оборудования компания Rohde&Shwarz выпускает целую линейку тестовых генераторов, например BTC, SFE, SFC. Данные генераторы могут сформировать ВЧ-сигнал различных стандартов ТВ-вещания, наложить на него различные шумы, а такой прибор, как BTC, может сформировать мешающие сигналы и в соседних каналах, в полосе до 80 МГц.

От правильной настройки сети и качественной работы приемных устройств зависит качество обслуживание населения цифровым телевизионным вещанием и реализация государственной программы.