ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ Fakulta elektrotechnická katedra radioelektroniky. Primární sítě pro DVB-T

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ Fakulta elektrotechnická katedra radioelektroniky

Primární sítě pro DVB-T Diplomová práce

Vedoucí práce:

Doc. Ing. Petr Vítek (ČT, Praha) Interní vedoucí: Doc. Ing. Emil Košťál, CSc.

Student: Bc. Richard Šimík leden 2000

Prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci Primární sítě pro DVB-T vypracoval samostatně a použil k tomu literaturu, kterou uvádím v seznamu přiloženém k projektu.

Práci lze zveřejnit, nebo zapůjčit jen s mým souhlasem a souhlasem vedoucího práce. Adresa studenta: Palackého 873 Horažďovice 341 01

V Praze dne 24.ledna 2000

Primární sítě pro DVB-T __________________________________________________________________________________________

OBSAH 1.

SEZNAM PŘÍLOH....................................................................................................................................... 3

2.

SYMBOLY A ZKRATKY ........................................................................................................................... 3 2.1 SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ ...................................................................................................................... 3 2.2 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK ....................................................................................................................... 4

3.

ÚVOD ............................................................................................................................................................ 6

4.

ZÁKLADNÍ ASPEKTY DVB-T SÍTÍ ........................................................................................................ 8 4.1 PLÁNOVÁNÍ MFN NEBO STANDARDNÍCH SÍTÍ ................................................................................................ 8 4.1.1 Základy MFN.......................................................................................................................................... 8 4.1.2 Frekvenční nároky sítě MFN .................................................................................................................. 8 4.1.3 Nesynchronní provoz .............................................................................................................................. 9 4.1.4 Výkon ...................................................................................................................................................... 9 4.2 SINGLE FREQUENCY NETWORKS (SFN) ......................................................................................................... 9 4.2.1 Princip .................................................................................................................................................... 9 4.2.2 Frekvenční nároky .................................................................................................................................. 9 4.2.3 Výkonové nároky .................................................................................................................................. 10 4.2.3 Synchronní provoz ................................................................................................................................ 10 4.3 MFN S MÍSTNÍMI SFN SÍTĚMI OKOLO KAŽDÉHO VYSÍLAČE MFN ................................................................ 10 4.4 VYKRÝVAČE (GAP-FILLER) .......................................................................................................................... 11

5.

NÁVRH ORGANIZACE PRIMÁRNÍCH SÍTÍ ....................................................................................... 12

POPIS VARIANTNÍHO USPOŘÁDÁNÍ PŘENOSU TRANSPORTNÍHO TOKU DISTRIBUČNÍ SÍTÍ 12 5.1 DVB-T DISTRIBUČNÍ SÍTĚ ............................................................................................................................ 12 5.1.1 Základní aspekty primární distribuce ................................................................................................... 12 5.1.1.1 Centralizované vytváření signálu COFDM ................................................................................... 12 5.1.1.2 Decentralizované vytváření signálů COFDM................................................................................ 12 5.1.2 Synchronizace....................................................................................................................................... 15 5.2 SFN SÍŤ ........................................................................................................................................................ 16 5.2.1 Síťová topologie.................................................................................................................................... 16 5.2.2 Požadavky na SFN................................................................................................................................ 16 5.3 STATISTICKÉ MULTIPLEXOVÁNÍ ................................................................................................................... 20 5.4 VLASTNÍ NÁVRH SÍTĚ PRO ČR ...................................................................................................................... 21 5.4.1 Stávající stav v ČR................................................................................................................................ 23 5.4.1.1 Radioreléové spoje ........................................................................................................................ 23 5.4.1.2 Digitální družicová distribuce (Czechlink) .................................................................................... 23 5.4.1.3 OFDM a vysílače........................................................................................................................... 25 5.4.1.4 Dosavadní TV studia ..................................................................................................................... 25 5.4.1.5 Oblasti s vysokou hustotou obyvatelstva....................................................................................... 26 5.4.2 Návrh jednotné sítě SFN....................................................................................................................... 26 5.4.2.1 Návrh multiplexu pro velkou SFN síť ........................................................................................... 27 5.4.2.2 Modulační síť pro velkou SFN ...................................................................................................... 27 5.4.3 Návrh MFN s lokálními SFN ................................................................................................................ 28 5.4.3.1 Návrh multiplexu pro MFN s lokálními SFN ................................................................................ 29 5.4.3.2 Modulační síť pro MFN s lokálními SFN...................................................................................... 29 6.

KRITÉRIA PRO VÝBĚR PROVOZOVATELŮ .................................................................................... 31

7.

PŘENOSOVÝ PROTOKOL ..................................................................................................................... 32 7.1 HIERARCHICKÝ A NEHIERARCHICKÝ PŘENOSOVÝ MÓD ................................................................................ 32 7.1.1 Nehierarchický mód.............................................................................................................................. 32 7.1.2 Hierarchický mód ................................................................................................................................. 33 7.2 ZDROJOVÉ KÓDOVÁNÍ A MULTIPLEX (TRANSPORT STREAM MULTIPLEX) ..................................................... 35 7.2.1 Popis..................................................................................................................................................... 35

Primární sítě pro DVB-T __________________________________________________________________________________________ 7.2.2 Multiplex............................................................................................................................................... 37 7.3 KANÁLOVÉ KÓDOVÁNÍ DVB-T .................................................................................................................... 38 7.3.1 Popis systému ....................................................................................................................................... 38 7.3.2 Adaptace transportního multiplexu a znáhodnění pro energetické rozprostření.................................. 38 7.3.3 Vnější kódování a vnější prokládání..................................................................................................... 39 7.3.4 Vnitřní kódování ................................................................................................................................... 40 7.3.5 Vnitřní prokládání ................................................................................................................................ 40 7.3.6 Mapování a modulace .......................................................................................................................... 40 7.3.7 Vztah mezi velikostí přenášeného bitového toku, modulací a ochranným intervalem a stupněm protichybové ochrany a poměrem C/N .......................................................................................................... 41 7.3.8 Struktura rámců OFDM ....................................................................................................................... 42 7.4 TPS – TRANSMISSION PARAMETER SIGNALLING ......................................................................................... 44 7.4.1 Popis TPS ............................................................................................................................................. 44 7.5 SI (SERVISNÍ INFORMACE)............................................................................................................................ 46 7.5.1 Servisní informace SI – popis ............................................................................................................... 46 8.

POŽADAVKY NA PŘENOSOVÝ KANÁL ............................................................................................ 49 8.1 BITOVÝ TOK A POTŘEBNÁ ŠÍŘKA PÁSMA V ZÁKLADNÍM PÁSMU.................................................................... 49 8.2 DIGITÁLNÍ MODULACE NOSNÉ VLNY ............................................................................................................ 49 8.3 SPEKTRÁLNÍ CHARAKTERISTIKY A SPEKTRÁLNÍ MASKA ............................................................................... 52 8.3.1 Spektrální charakteristiky..................................................................................................................... 52 8.3.2 Spektrální masky................................................................................................................................... 53 8.4 BER ............................................................................................................................................................. 54 8.5 KAPACITA SDĚLOVACÍHO KANÁLU ............................................................................................................... 54 8.6 SHRNUTÍ POŽADAVKŮ .................................................................................................................................. 56

9.

ZÁVĚR ....................................................................................................................................................... 60

10.

LITERATURA .......................................................................................................................................... 61

PŘÍLOHA Č.1 ..................................................................................................................................................... 64

SIGNÁLOVÁ ROZHRANÍ ................................................................................................................ 64 SPI Synchronous Parallel Interface .............................................................................................................. 64 SSI Synchronous Serial Interface .................................................................................................................. 65 ASI (T link) Asynchronous Serial Interface .................................................................................................. 65 HDB3 Interface (ITU – T G.703) .................................................................................................................. 66

-2-

2. Symboly a zkratky __________________________________________________________________________________________

1.

Seznam příloh

Příloha č.1:

2.

Signálová rozhraní

Symboly a zkratky 2.1 Seznam použitých symbolů

α ∆ γ b B BN C e E fk fc I k K m M n N No P PK(f) R RS T TS TU

konstelační poměr při hierarchické modulaci délka ochranného intervalu odstup signálu od šumu koeficient udávající počet přenesených bitů jedním symbolem celková šířka pásma přenosového kanálu šířka pásma přenosového kanálu daná poklesem o 3 dB kapacita sdělovacího kanálu počet chybně přenesených bitů spektrální účinnost frekvence nosné střední frekvence vysílaného signálu hloubka konvolučního bytového prokládání číslo nosné v OFDM počet nosných v OFDM počet rozlišitelných stavů modulované nosné vlny počet znaků v symbolu dimenze signálového prostoru počet znaků dlouhé zprávy jednostranná spektrální výkonová hustota bílého šumu přenášený výkon spektrální výkonová hustota bitový tok symbolové rychlost základní časová perioda doba trvání celého OFDM symbolu doba trvání užitečné části OFDM symbolu

-3-


2.2 Seznam použitých zkratek AAL ACI ACTS AFC API ATM AWGN BBC BCH BER CA CATV CCI COFDM C/N D/A DAB DBPSK DC DCF77 DFT DVB DVB-C DVB-PI DVB-S DVB-T EBU EDTV EPG ERP ES ETS ETSI FEC FFT FIFO FM GPS HDTV HEX HP IDTV IEC IF IFFT ISO

ATM Adaptation Layers Adjacent Channel Interference Advanced Comunications Technologies And Services (Výzkumný program uskutečněný Evropskou komisí) Automatic Freguency Control Aplication Programming Interface Asynghronos Transfer Modem Aditive White Gausian Noise British Broad Casting Proporation (UK) Bose -Chaudhuri - Hocquenghem code Bit Error Ratio Access Control Community Anntena TeleVision Co-Channel Interference Codet Orthogonal Frequency Division Multiplex Carrier To Noise ration Digital-to-Analogue converter Digital Audio Brodcasting Differential Binary Phase Shift Keying Direct Current Německý vysílač vysoce kvalitního frekvenčního normálu (77,5 MHz) Discrete Fourier Transform Digital Video Broadcasting DVB Cable DVB Professional Interface DVB Satellite DVB-Terrestrial European Brodcasting Union Enhanced Definition Television Electronic Programme Guides Efective Radiated Power Elementary Stream European Telecommunication Standard European Telecommunisation Standard Institute Forward Error Correction Fast Fourier Transform First-In, First-Out shift register Frequency Modulation Global Positioning System High Definition Television Hexadecimal notation High Priority bit stream Iproved Definition Television International Electrotechnical Commission Intermediate Frequency Inverse Fast Fourier Transform International Standards Organization

-4-


ITU LDTV LO LP LSB MFN MIP MMDS MPEG MSB MSF MUX NICAM OCT OFDM PAL PCR PDH PES PID PRBS PRF PSI PTS QAM QEF QPSK RF RMS RRS RS SAS SDH SDTV SECAM SFDMA SFN SHF SI STM STS TPS TS TV UHF Validate VHF

International Telecommunications Union(dříve CCITT) Limited Definition Television Local Oscillator Low Priority bit stream Least Significant Bit Multi-Frequency Network Mega-Frame Initialization Packed Microwave Multipoint Distribution Systems Moving Picture Experts Group Most Significant Bit Anglický vysílač vysoce kvalitního frekvenčního normálu(60 kHz) Multiplex Near-Instantaneous companded Audio Multiplex Octal notation Orthogonal Frequency Division Multiplexing Phase Alternating Line Program Clock Reference Plesiochronous Digital Hierarchy Packetized Elementary Stream Program Identifier Pseudo-Random Binary Sequence Pulse Repetition Frekvency (opakovací frekvence pulsů) Programm Specific Information Presentation Time-Stamp Quadrature Amplitude Modulation Quasi Error Free Quaternary Phase Shift Keying(4-PSK) Radio Frequency Rood Mean Square(velikost) Radioreleové spoje Reed-Solomon Subscriber Authorization System Synchronous Digital Hierarchy Standard Definition Television Système Sequentiel Couleur A Mémoire Synchronous Frequency Division Multiple Access Single Frequency Network Super High Frequency(3 GHz-30 GHz) Service Information Synchronous Transfort Module Synchronization Time-Stamp Transmission Parameter Signalling Transport Stream Television Ultra-High Frequency (300MHz-3000MHz) Velitication And Launch Of Integrated Digital Advanced Television In Europa (ACTS Project AC106) Very-High Frequency (30MHz-300MHz)

-5-

3. Úvod __________________________________________________________________________________________

3.

Úvod

Z posouzení strategie při rozhodování o zavedení digitálního televizního vysílání v USA bylo koncem roku 1992 jasné, že podobný vývoj nemůže minout Evropu. V říjnu 1993 podepsalo 87 evropských organizací včetně hlavních evropských vysílacích společností, spojových podniků, výrobců a normotvorných institucí Memorandum porozumění. Mj. konstatovali, že digitální systémy, využívající redukci bitového toku jsou již ověřeny pro napájení kabelových sítí a že některé technologie mohou být aplikovány v budoucím multimediálním prostředí. V článku 1 Memoranda je uvedeno, že cílem je vytvořit v Evropě pracovní rámec pro harmonicky a tržně řízený vývoj digitální televize s užitím kabelů, družic a pozemního vysílání - tzv. projekt DVB (Digital Video Broadcasting). Projekt DVB - televizní digitální vysílání - je založen na struktuře komisí. Aktivity projektu které jsou finančně podporovány všemi signatářskými organizacemi, administrativně zajišťuje EBU. Digitální televizní normy musí být tržně orientovány , tj . od začátku vyvíjeny nejenom na základě realizovatelných technických myšlenek, ale také podle financí, které jsou k dispozici pro výrobu programů a také podle toho , co je zákazník pravděpodobně ochoten za to zaplatit. Rysem uvedeného plánu je koordinovaný vývoj digitálních televizních systémů pro různá přenosová prostředí, tj . pro družicové, kabelové i pozemní (terrestrické) vysílání. Snaha je maximalizovat společné rysy všech rozdílných transportních formátů. Potřeby a omezující podmínky spojené s různými transportními médii jsou rozdílné. Existují zde rozdílné šířky pásma, rozdílná chybová prostředí a rozdílné limity výkonů. Družicové transpondéry mají relativně široká pásma, nízké výkony a málo problémů s vícenásobnými odrazy Kanály pozemního vysílání jsou úzkopásmové, s vysokým výkonem a citlivostí na odrazy. Kabelové kanály mají tradiční šířku pásma stejnou, jaká se používá pro pozemní vysílání, ale existují odlišnosti, které jsou dány použitým médiem (metalickým, optickým). Základní prostředky, které jsou společné všem uvedeným dopravním médiím, jsou založeny na maximálně možném využití společného kódování v základním pásmu a společného multiplexu, ale s kanálovým kódováním a modulací, specifickou podle aplikace a podle daného transportního prostředí. V roce 1995 vznikl mezinárodní projekt VALIDATE pro ověřování technologií pro zemské digitální televizní vysílání. V červnu 1998 byl tento projekt dokončen. V březnu 1997 byl ETSI schválen návrh standardu pro zemské digitální televizní vysílání (DVB-T). Nový digitální televizní systém byl od počátku koncipován tak, aby mohl být vsazen do kmitočtového spektra současné analogové televize. Proto byl v červnu 1995 sestaven projektový tým PT24 DVB-T při CEPT s úkolem připravit v Evropě podmínky pro jeho zavedení. Finálním výsledkem práce PT24 byla příprava dohody Chester 97 pro mezinárodní koordinaci a výpočet kompatibility vysílačů DVB-T, analogových TV vysílačů a vysílačů ostatních služeb, které sdílejí určitou společnou část kmitočtového spektra s DVB-T a analogovou TV. Dne 25.7.1997 podepsali tuto dohodu zástupci 33 národních telekomunikačních správ sdružených v CEPT. Tím je připravena legislativní stránka zavádění DVB-T. Laboratorní testy a měření v terénu potvrdily předpokládané vlastnosti systému. Zavádění DVB-T není jen technickou záležitostí, podstatnou roli zde hrají také ekonomické a právní aspekty. V první etapě zavádění, kdy je plánován příjem na pevnou

-6-

3. Úvod __________________________________________________________________________________________

anténu, nemůže zemská digitální televize nabídnout nic nového kromě stálé kvality obrazu, zvuku a většího komfortu při volbě programu. Přednosti pozemního digitálního vysílání se projeví až s možností pohyblivého příjmu po vybudování dostatečně husté sítě vysílačů. Zájem o DVB-T mohou také vzbudit interaktivní služby a internet. V této práci se budu zabývat převážně technickou stránkou DVB-T. Vyjímkou je kapitola Kritéria pro výběr provozovatelů, kde jsou uvedeny nejdůležitější požadavky na provozovatele.

-7-

4. Základní aspekty DVB-T sítí __________________________________________________________________________________________

4.

Základní aspekty DVB-T sítí Při návrhu sítí pro DVB-T můžeme použít tyto kombinace: • •

• •

MFN síť SFN síť - velkoplošná s velkým počtem výkonných vysílačů a velkou vzdáleností mezi vysílači - regionální SFN s několika výkonnými vysílači MFN síť s místními SFN sítěmi okolo každého vysílače MFN Síť s opakovači (SFN vysílače malého výkonu v místech nedostatečného signálu od hlavního vysílače MFN) Aspekty plánování těchto sítí jsou rozepsány v následujících kapitolách.

4.1 Plánování MFN nebo standardních sítí 4.1.1 Základy MFN Konvenčně plánované DVB-T sítě sestávají z vysílačů s nezávislými programovými signály se samostatnými rádiovými frekvencemi. Takové sítě nazýváme MFN (Multi Frequency Networks). Pro pokrytí rozlehlých území DVB-T signálem je potřebný určitý počet frekvenčních kanálů. Tento počet kanálů závisí na odolnosti přenosu, tj. na typu modulace, zároveň na kódové rychlosti v kanálu a na plánovaném pokrytí (celoplošné pokrytí, nebo pokrytí jen hustě osídlených území). 4.1.2 Frekvenční nároky sítě MFN Odolnost vysílacího systému je většinou vyjádřena pomocí ochranného poměru, takže by se dalo předpokládat, že počet kanálů potřebných pro DVB-T je nižší nežli pro analogové vysílání, protože ochranný poměr je obecně menší v případě digitálního přenosu. Bohužel vlastnosti digitálního signálu způsobují, že pravidla pro plánování analogových přenosů nemohou být pro ně použita, protože neodpovídají tolerancím 10 dB až 20 dB (ověřeno testováním) pro lokální výkyvy síly signálu. Proto se počet potřebných frekvenčních kanálů pro konvenčně plánovanou DVB-T blíží počtu kanálů u analogového tv systému. Frekvenční nároky vyjadřující počet frekvenčních kanálů potřebných pro přenos jednoho signálu do potřebných míst jsou tedy mnohem větší u sítě MFN než u SFN (Single Frequency Networks). DVB-T vysílače tedy mohou být přidány do existujících sítí jen v závislosti na obsazení frekvenčního pásma analogovou tv tak, aby nedocházelo k významným kolizím. To znamená, že bude moci být přidána pouze lokální omezená síť s omezenými službami a to na omezené území. Je však také nutno vzít v úvahu, že bude možné v budoucnu dosáhnout většího a lepšího pokrytí v době „vypnutí“ analogových sítí. Pro frekvenční umístění a určení výkonu jednotlivých vysílačů je třeba důkladně zvážit možnosti interferencí se všemi okolními vysílači a také respektovat mezinárodní dohody.

-8-


4.1.3 Nesynchronní provoz Vysílače v síti MFN nemusí pracovat synchronně. Regionální nebo lokální vytvoření sítě MFN je velice jednoduché v porovnání s vytvořením sítě SFN. V SFN síti nejsou možné žádné speciální místní služby určené pouze pro určitou vyčleněnou oblast. Regionální služby je tedy možné v síti SFN použít jen když pracuje s málo vysílači. 4.1.4 Výkon Při pozemním vysílání dochází k efektu, kdy se vysílaný výkon s rostoucí vzdáleností mění v závislosti na lokalitě více nežli na čase. Protože digitální přenos nedegraduje se snižujícím se vysílaným výkonem, ale při určité úrovni se zcela rozpadne, je nutné vysílat s vyšším výkonem pro vyrovnání těchto změn, zvláště na okrajích pokrývaného území. Možná velikost kolísání výkonu odpovídá tolerancím uvedeným u ochranného poměru, tj. 10 až 20 dB. Jestliže je pokrytí celého území docíleno vzájemným překrýváním území, která pokrývají sousední vysílače a protože lokální výkyvy síly signálu nemusí být od různých vysílačů korelovány, nebudou v oblasti překryvu všechny vysílané signály stejně oslabené. Vysílače mohou tedy volit silný signál a zbytečně vysílaný výkon v případě potřeby rozšíření překrývající se oblasti se sousedními vysílači. Lokální výkyvy je možno také eliminovat použitím SFN.

4.2 Single Frequency Networks (SFN) 4.2.1 Princip V síti SFN jsou všechny vysílače modulovány synchronně stejným signálem a vysílají na stejné frekvenci. Kvůli více-funkčním schopnostem signálu vysílaného s více nosnými (COFDM) z mnoha vysílačů může signál, který dorazí k přijímací anténě, pozitivně ovlivnit celkový příjem. Omezujícím efektem u sítí SFN jsou vlastní interference v síti. Jestliže se signál ze vzdálených vysílačů zpozdí více než dovoluje ochranný interval, potom se na výsledném signálu projeví jako šum způsobený interferencí. Síla takového signálu závisí na množství okolností, které se budou v čase měnit. Vlastní interference v síti SFN při daných vzdálenostech vysílačů se dá omezit volbou většího ochranného intervalu. Je třeba poznamenat, že účinek zpožděného signálu mimo ochranný interval závisí také na konstrukci přijímače. Abychom neměli zbytečně velký ochranný interval, max. 25% navíc, musí být platná délka symbolu velká a to ve většině Evropských zemích při použitých vzdálenostech vysílačů, pokud je použit 8-k mód. Na druhou stranu malý ochranný interval vede k velkému počtu vysílačů. 4.2.2 Frekvenční nároky Pomocí SFN může být pokryto velké území jednotným multiplexem a společnou frekvencí, a proto se frekvenční využití v SFN se jeví jako velice vysoké v porovnání s MFN. Musíme ale také vzít v úvahu přítomnost podobných sítí nabízející jiné programové

-9-


multiplexy v dané lokalitě, které potřebují další frekvence. Počet kanálů potřebných při mezinárodní koordinaci je minimálně 4, v praxi je to 5 nebo 6. Mezery mezi pokrytými oblastmi lze u SFN jednoduše pokrýt přidáním dalšího vysílače a to bez potřeby další frekvence. 4.2.3 Výkonové nároky SFN není pouze frekvenčně, ale i výkonově účinná. Je však třeba vzít ohled na silné lokální výkyvy síly pole některých daných vysílačů. V konvenčně plánovaných sítích a podobně v případě samostatného jednoho vysílače je obvyklou cestou pro dosažení nepřerušovaného vysílání na většině pokrytého území zvyšování výkonu, zvláště kvůli okrajovým oblastem pokrytého území. Na rozdíl od toho v sítích SFN, kde se výsledný signál skládá z více stejných signálů od různých vysílačů, které spolu jen slabě korelují, mohou být úniky signálu jednoho vysílače vykryty signálem jiného vysílače. Z tohoto důvodu mohou být o sítě SFN použity vysílače s menším výkonem. Toto výkonové využití v sítích SFN je důležité zvláště v okrajových oblastech pokrytí jednotlivých vysílačů. Tuto výhodu využijeme pouze při příjmu slabého signálu všesměrovou anténou zvláště při pohyblivém příjmu (portable reception). V konvečně plánovaných sítích můžeme odpovídající výhodu použít pouze v tom případě, že přijímač v dané lokalitě vybere ze všech signálů ten nejsilnější a naladí se na něj. 4.2.3 Synchronní provoz Cenou za frekvenční a výkonovou účinnost sítě SFN je synchronní provoz všech vysílačů v dané síti. Pro dosažení synchronního provozu vysílačů je třeba splnit určité podmínky. V sítích pro pokrývajících velké území s 8k-módem a ochranným intervalem ¼ (tj. 224 µs) je tolerance ±5 µs kdy nedochází k degradaci signálu. Dodržení požadavků na synchronní přenos je zvláště důležité při přenosu signálu s programovým multiplexem na jednotlivé vysílače. V síti s nedokonalým rozložením vysílačů může být interference signálů v síti minimalizována vhodným časovým offsetem na jednotlivých vysílačích. Synchronní provoz všech vysílačů v SFN nedovoluje vkládání žádných dalších částí do modulačního signálu na některých vysílačích sítě, tzn. že nelze instalovat lokální služby uvnitř sítě.

4.3 MFN s místními SFN sítěmi okolo každého vysílače MFN V MFN sítích, které jsou založené na existující infrastruktuře vysílačů, systém umožňující SFN provoz má velké uplatnění, protože umožňuje postupné vylepšování pokrytí a tím příjmu bez nutnosti používání dalších frekvencí. Pro tento systém se obvykle používá 8k-mód pro vzdálenost vysílačů okolo 15 km, kde je jinak akceptovatelný 2k-mód s ochranným intervalem 56 µs.

- 10 -


4.4 Vykrývače (Gap-filler) V případě výskytu mezer v pokrytí dané oblasti způsobených např. údolími, tunely, v podzemních prostorech nebo uvnitř domů umožňuje DVB-T efektivními způsoby tyto mezery zaplnit. Jednou z možností rozšíření daného pokrytí je použití vykrývačů bez nutnosti investic do zařízení primární distribuce a modulátorů. Vykrývače

Vysílač

Obr. 1: Vykrývače okolo hlavního vysílače Signál je směrovou anténou dopraven do okolí nepokryté oblasti, zde je vyfiltrován, zesílen a na stejné frekvenci vysílán do nepokryté oblasti. Velice důležitou podmínkou při použití vykrývačů je dostatečná izolace mezi přijímací a vysílací anténou. Podrobněji viz [32].

Zpětná vazba

+ Od přijímací antény

Vysílací zesilovač

Obr. 2: Princip vykrývače

- 11 -

K vysílací anténě

5. Návrh organizace primárních sítí – popis variantního uspořádání přenosu TS distribuční sítí __________________________________________________________________________________________

5.

Návrh organizace primárních sítí Popis variantního uspořádání přenosu transportního toku distribuční sítí 5.1 DVB-T distribuční sítě 5.1.1 Základní aspekty primární distribuce

Primární distribuční síť (někdy nazývána jako transportní síť) přenáší Tv signál z TV produkce do vysílací sítě. Tato kapitola posuzuje dostupné metody primární distribuce; v praxi jsou nakonec tvořeny kombinací z několika zde popsaných možností. 5.1.1.1 Centralizované vytváření signálu COFDM COFDM modulátor je umístěn v centrálním bodu a modulovaný signál COFDM je přenášen pomocí pozemních SFN linek k vysílačům. Standardní frekvenčně modulované (FM) SFN linky jsou používány pro analogové signály PAL a SECAM, mohou být použity pro přenos signálů COFDM s přiměřeným výkonem na vzdálenosti kolem 20 km. Přenos může být zlepšen při úpravě linkových systémů dle doporučení ITU-R 405 pomocí pre/deemfáze a ostatních obvodů nezbytných pro přenos COFDM s redukcí fázového šumu v lokálních oscilátorech. Analogová satelitní distribuce COFDM signálů je také technicky možná. 5.1.1.2 Decentralizované vytváření signálů COFDM MPEG2-TS musí být přenášen do všech COFDM modulátorů v síti. Distribuční síť může využívat pevné pozemní nebo satelitní linky a může také vkládat další informace do MPEG-2 multiplexu, například různé regionální programy. Unequipped optical fibre ("Dark fibre") Využití tohoto optického kabelu je v mnoha zemích závislé na předpisech a místních síťových operátorech. V případě dostupnosti je to výhodný a ekonomický způsob přenosu na vzdálenosti kolem 100 km. Vlákno je připojeno na optický zdroj nebo vysílač nebo na další terminály či monitorovací zařízení. Uživatel je připojen pomocí vhodného terminálu přímo na vlákno (direct connection) které je opatřeno vhodným konektorem. Z bezpečnostních důvodů je určen maximální výkon záření. Použití dvou-fázového kanálového kódování je specifikováno v DVB Professional Interface (EN 50083-9), zajišťuje dobrou přenosovou charakteristiku (bez stejnosměrných a frekvenčních přechodů) přestože zdvojuje bitový tok. Na krátké vzdálenosti okolo 3 km moho být použita vícemódová vlákna s LED diodami nebo laserovými vysílači; delší vzdálenosti vyžadují použití jednomódových vláken s laserovými vysílači.

- 12 -


PDH sítě Plesiochronní digitální hierarchie (PDH) je navržena pro digitální signály 64 kbit/s, vyšší stupně jsou násobky, v USA do 274,176 Mbit/s (T-1 až T-4), v Evropě do 139,267 Mbit/s (E-1 až E-4 + nestandardizovaný stupeň E-5 ... 564,992 Mbit/s). Příspěvkové kanály nejsou synchronní, multiplexer čte příspěvkový kanál dostatečnou rychlostí, aby bylo možné „vyplnit“ bitové toky slepými bity tak, že je dosaženo vyrovnání rychlostí. Vztahy mezi rychlostmi nejsou dány podílem celých čísel, termín „plesiochronní“ znamená „téměř synchronnní“. Problémem je vyjmutí či vložení toku dat, obnovení spojení po výpadku. ITU-T doporučení G.703 specifikuje rozhraní pro různé hierarchické úrovně; rozhraní pro 34,368 Mbit/s je vhodné pro TS. Rozhraní mezi DVB přenosovým tokem a PDH sítí je specifikováno v ETS 300 813 [19]. Na obr.3 je schéma síťového adaptéru DVB-PDH navrženého EBU a normovaného v ETS 300 813, kde je možné nalézt další podrobnější informace [19].

DVB zařízení

MPI

MAA

VPE

MPEG fyzické rozhraní

MPEG ATM adaptace

Virtuální cesta objektu

VPME VP Multiplexo vání objektu

PPT

PPI

PDH zakončení cesty

PDH fyzické rozhraní

EMF Řídící funkce zařízení

Obr.3 : Blokové schéma síťového adaptéru DVB-PDH [19] SDH sítě Jedná se o mezinárodní standard, jehož plně slučitelnou součástí je americká technologie SONET (Synchronous Optical Network) vyvinutá v Bellových laboratořích. Přestože je přenos SDH, jak udává zkratka, synchronní, je schopen přenášet jak synchronní, tak asynchronní informaci. Informace přenášené v synchronní digitální hierarchii jsou uloženy do kontejnerů s kapacitou 2 nebo 34 Mbit/s. Kontejnery jsou uspořádány do informačního bloku základního rámce SDH. Kromě informačního bloku obsahuje rámec SDH ještě záhlaví s kapcitou 5Mbit/s. Tato kapacita je vyhrazena pro řídící funkce SDH. Základní přenosová rychlost rámců je 155,52Mbit/s. Nejvyšší úroveň je STM-16, které odpovídá přenos rychlostí 2488,32Mbit/s. Příspěvkové rámce mohou ubíhat oproti rámcům STM a klíčem k úspěchu STM je použití ukazovátek (pointerů), označujících polohu příspěvku v rámcích STM.

- 13 -

PDH trasa


Tedy jednodušší přístup k informacím s nižší přenosovou rychlostí je jednou z klíčových výhod přenosu v hierarchii SDH oproti PDH. Pružnost, která je vlastní hierarchii SDH, je zvláště vhodná pro přenos informace ATM. Buňky ATM jsou vkládány do největších dostupných kontejnerů SDH, které jsou přenášeny v informačním bloku rámce SDH. 9 bajtů

261 bajtů VC4

9 bajtů

záhlaví H4

Buňka ATM POH 53 bajtů

Záhlaví

Přenos buněk ATM v informačním bloku rámce SDH. (POH - Path Overhead - informace používaná pro správu a řízení

Transportní mód ATM a hierarchie SDH jsou komplementární. Mód ATM poskytuje šířku pásma, která je požadována danou službou a SDH zajišťuje způsob přenosu informace ATM v rámci sítě bez ohledu na typ provozu. Na obr.4 je blokové schéma síťového adaptéru DVB-SDH uvedené EBU v normě ETS 300 814 [20]. DVB - SDH

DVB zařízení

MPI

MAA

VPE

MPEG fyzické rozhraní

MPEG ATM adaptace

Virtuální cesta objektu

VC_11,VC_12,VC_2,VC_3 Sm_TT VC-m vrstva zakončení

VPME VP Multiplexo vání objektu

HOA Vyšší assembler

S4_TT VC_4 vrstva zakončení

EMF Řídící funkce zařízení

SETS Synchron. jednotka časové funkce

Obr.4: Blokové schéma síťového adaptéru DVB - SDH

- 14 -

TTF Transport ní koncová služba

SETPI Synchron. jednotka fyzického rozhraní

SDH trasa

2 MHz rozhraní


ATM sítě V budoucnosti se nám nabízí pro primární distribuci použití Asynchronního přenosového módu (ATM). ATM používá buňkovou strukturu multiplexu a může být využita k přenosu signálů PDH (ETS 300 813) a SDH (ETS 300 814). Buňky ATM sestávají z 5-ti oktetové hlavičky a následuje 48 oktetů dat. Pro přizpůsobení různých signálů pro ATM je definováno pět ATM Adaptačních úrovní (AALs). AAL1 nebo AAL5 mohou být použity pro přenos MPEG2-TS, liší se chybovou detekcí a korekcí použitou v AAL1 (v AAL5 použity nejsou). Buňky ATM jsou na rozdíl od synchronního přenosového módu a přenosu paketů vkládány do časových intervalů a vytvářejí tak spojitý tok těchto elementárních intervalů. Neexistuje zde žádný rámec, kterému by informace musela být přizpůsobena. Buňky ATM jsou vloženy do toku časových intervalů, kdykoliv je takový volný interval k dispozici. Fixování pevné délky buněk je klíčovou předností ATM na rozdíl od konvenčních sítí, kde se přenášejí pakety o proměnné šířce prostřednictvím fixního pásma. V existujících sítích to umožňuje vystavět dynamické virtuální cesty směrováním buněk pomocí ATM přepínačů různými cestami do místa určení, kde je znovu sestaven informační paket. Cesty lze okamžitě rekonfigurovat a opětovně jinak využít. Výsledkem je velmi pružný systém, který nemá rigidní strukturu. Nerozlišuje kolik a jakého typu provozu putuje v libovolně definovaném okamžiku systémem, z čehož vyplývá, že přenosový mód ATM je schopen potenciálně zpracovat jakoukoliv službu. Z těchto důvodů bývá mód ATM označován za systém, který je schopen poskytnout libovolnou požadovanou šířku pásma. Síťové adaptéry specifikované pro adaptaci DVB do PDH a SDH sítí jsou založeny na převodu MPEG2-TS do buněk ATM s využitím AAL1 s pozdějším převodem ATM buněk do rámců PDH nebo SDH. Proto tyto specifikace mohou být použity pro přenos sítí ATM. Satelitní distribuce TS může být přenášen satelitním spojem s využitím DVB-S (EN 300 421). Avšak ve všech vysílacích sítích je doporučen re-multiplex SI dat pro respektování změny přenosového média. 5.1.2 Synchronizace MPEG z časového hlediska MPEG-2 dekodér v přijímači musí obnovovat programové hodiny. Obvykle se k tomu využívají programové hodiny (Programme Clock Reference – PCR) vkládané do všech MPEG paketů – specifikace vyžaduje maximální interval mezi po sobě jdoucími PCR pro každý program 0,1 s. Nepřesnosti v odstupech po sobě jdoucích PCR v přijímači způsobuje jitter v hodinách přijímače. Při multiplexování nebo re-multiplexování je vloženo různé množství paketů mezi původní, podle odchylky od požadovaného odstupu PCR.

- 15 -


Synchronizace MPEG multiplexoru a modulátoru 1. COFDM modulátor je master Toto je nejjednodušší případ, kdy je synchronizace předávána mezi modulátorem a multiplexerem. Omezení je dáno jitterem hodin vznikajícím při větší vzdálenosti mezi modulátorem a multiplexerem. 2. COFDM modulátor i multiplexer jsou masters Zde obsahuje modulátor jednoduchý remultiplexer a pomocí něj je upravována bitová rychlost vkládáním nulových paketů; kvůli tomu musí být upraveno PCR pro všechny služby jak je popsáno v kap.5.1.2. Tato metoda je velice flexibilní, ale na druhou stranu nehospodárná ve využití bitového toku. 3. Multiplexer je master Modulátor má velkou vyrovnávací paměť na vstupu a výstupní hodiny jsou řízeny v závislosti na zaplnění vstupní vyrovnávací paměti. 4. Externí synchronizace Modulátor a multiplexer jsou řízeny z dostupného univerzálního externího časového zdroje (např. 10 MHz reference řízená GPS nebo 77,5 MHz z DCF77 v Německu). Při použití sítě SFN je nutné zabezpečit důkladnou synchronizaci v primární distribuční síti, viz. kap. 5.2.

5.2 SFN síť 5.2.1 Síťová topologie Síť představuje kompletní digitální pozemní TV řetěz, tvořící DVB-T a sestávající ze čtyř částí: • Produkční TV studio a hlavní „control room“ • Zdrojové kódování, vkládání dat a programový multiplex • Primární distribuční síť (transportní) • Sekundární distribuční síť (vysílací) 5.2.2 Požadavky na SFN Nastavení SFN umožňuje v DVB-T nastavení všech významných parametrů v poli televizního vysílání. Hlavní parametr je spektrální účinnost. Pro zdárné dosažení těchto parametrů musí být zváženo několik specifických parametrů. Synchronizace: Všechny vysílače v SFN jsou synchronně modulovány stejným signálem a vysílají na stejné frekvenci. Všechny současně vysílané signály musí být frekvenčně, časově a bitově synchronizovány. Pro docílení těchto požadavků (frekvence) musí být všechny oscilátory na všech vysílačích řízeny referenčním oscilátorem. Jestliže (časově) Tn představuje ideální okamžik pro nth symbol který bude vysílán, budou moci všechny vysílače přijmout tento

- 16 -


symbol v čase Tn±1µs. Vysílání stejných symbolů ve stejném čase vyžaduje identickou modulaci všech nosných. Konečně všechny bity musí být modulovány stejným kth nosnou. DVB-T stanovuje SFN specifikace pro provedení těchto požadavků. V popsané síti je SFN adaptér umístěn na výstupu části vytvářející TS (transport stream – přenosový tok). Toto zařízení periodicky vkládá do přenosového toku takzvaný Megaframe Identification Packets (MIP). Tyto přidané pakety jsou použity v modulátorech pro vhodnou bitovou synchronizaci. Synchronizační mechanizmus je založen na existenci dvou externích celosvětových normálů: jednoho frekvenčního normálu a jednoho časového normálu. V našem případě to mohou být použity frekvence 10 MHz a časové pulsy 1 pps (pulses per second) ze signálu přijímaného z Global Positioning Systém (GPS) ve všech sítích vysílačů a v místech všech SFN adaptérů. Schéma takové sítě je na obrázku.

- 17 -

- 18 -

F1

10 MHz

COFDM Modulátor

10 MHz

1 PPS

10 MHz

1 PPS

V-SFN Adapter

GPS přijímač

GPS anténa

LVDS 34 MBit

Vysílací věž

Digitální spoj

Satellite

Vysílací věž

Digitální spoj

1 PPS

10 MHz

10 MHz

Základní pásmo

COFDM Modulátor

Transportní tok s MIP

34 MBit

LVDS

1 PPS

10 MHz

GPS přijímač

GPS anténa



Požadavky na vysílač Kompletní soubor požadavků na vysílače byl určen v systému VALIDATE. Nejvýznamnější body které byly určeny jsou: •

Frekvenční stabilita. Všechny nosné musí být vysílány s frekvencí v rozmezí fk±(∆f/100). Předpokládaný limit tolerance je ±11 Hz. Vysílače potřebují externí frekvenční normál pro synchronizaci v SFN (10 MHz z GPS přijímače např.)

•

Fázový šum oscilátoru. Nejvíce omezujícím faktorem při testování vysílačů a přijímačů byl fázový šum oscilátorů a proto mohou být i nejlepší vysílače PAL nepoužitelné pro DTT.

•

Výstupní Back-off. Maximální výkon který může být získám z vysílačů je omezen nelineárními efekty v zesilovačích, které ovlivňují kvalitu vysílání. Pro všechny vysílače použité v DVB-T vysílání existuje daná velikost výstupního výkonu která maximalizuje velikost pokrytého území. S nižším výkonem nebude využita celá kapacita zařízení, s vyšším výkonem obdržíme realizací přidaného systému větší ztrátu než bude zisk na velikosti pokrytého území. Typická hodnota Back-off je okolo 6dB nebo ještě více.

Požadavky na převaděče Všechny požadavky uvedené u vysílačů můžeme aplikovat na převaděče nebo profesionální vykrývače. Avšak v tomto případě je třeba vzít v úvahu ekonomickou stránku, protože převaděče by měli být o mnoho levnější než vysílače. Další požadavek na převaděče je maximální dosažitelný zisk v dané síti, kde jsou použity převaděče pro SFN. Tento zisk je omezen zpětnovazebním ziskem, tedy izolací vysílací/přijímací antény. Je dokázáno, v poli této izolace nad 100 dB, ačkoliv lišící se, může být přijatelný. Maximální zisk převaděče je tedy omezován hodnotou izolace mínus bezpečnostní hodnoty potřebné pro zabránění problémů s nestabilitou, která může vytvářet nedostupnost systému na území vykrývače. Předběžná bezpečnostní hodnota je okolo 20 dB.

- 19 -


5.3 Statistické multiplexování Statistický multiplex slučuje výstupy několika enkodérů a TS procesorů. Do vzniklého transportního toku jsou vkládány PSI (Program Specific Information), SFN MIP a jestliže je vyžadováno, tak SI (Service Information). Jestliže je požadován podmíněný přístup (Conditional Acces), multiplex může použít encryptování několika částí výchozích služeb. Výstup z multiplexeru je DVB přenosový tok (TS) v ASI nebo SPI formátu. Vlastnosti statistického multiplexu: • • • • • • • • •

Dynamicky se měnící bitová rychlost od 0,5Mbit/s do 10Mbit/s v každém jednotlivém rámci inteligentní řízení přidělování více šířek pásma enkodéru podle rozdílnosti materiálu udržování kvality přenosu při nízké průměrné bitové rychlosti uvolnění nevyužité šířky pásma pro další přídavné služby omezení celkové ceny hardwaru systému významné snížení ceny sítě nevyžaduje již žádná další přídavná zařízení pokračuje v práci i v případě poruchy MCC (Multiplex Control Computer) ověřeno na více jak 2000 již pracujících enkodérech

Systém MPEG-2 Statistický multiplex typicky umožňuje uvolnění okolo 20% až 30% šířky pásma při zachování stejné kvality. Tato úspora umožní mít třikrát víc služeb v jednom multiplexu Tato vlastnost je ilustrována na obr.5 a obr.6.

obr.5 : Využití přenosové kapacity u standardního multiplexu

- 20 -


obr.6 : Využití přenosové kapacity při použití statistického multiplexu

5.4 Vlastní návrh sítě pro ČR Analogové televizní vysílání používané dosud v České republice (PAL, dříve SECAM) již neumožňuje další zvyšování počtu celoplošně vysílaných programů, ani zvětšování kvality již vysílaných programů. Není možné ve stávající analogové síti aplikovat žádné nové služby založené na digitální technologii. Jedním z největších problémů současného stavu v ČR je nedostatek volných televizních kanálů, jenž bude jistě způsobovat potíže při zavádění vysílání DVB-T. Přechod na vysílání pomocí technologie DVB-T je možné realizovat v závislosti na ekonomických aspektech celého projektu. Zejména se jedná o zájem jednotlivých poskytovatelů vstoupit do této sítě a o zájem samotných koncových uživatelů sítě o služby jenž jim budou k dispozici. Nabízí se řešení postupného budování sítě se současným provozováním stávajícího analogového vysílání, nebo vybudování základní sítě DVB-T zajišťující pokrytí celého území ČR alespoň pro celoplošně šířené programy a následného „překlopení“ vysílání do DVB-T. Postupné budování sítě společně se stávajícím vysíláním analogové televize bude obtížné zejména pro nedostatek volných televizních kanálů potřebných pro pokrytí požadovaného území signálem DVB-T. Při volbě „překlopení“ televizního vysílání do digitální podoby stojíme před problémem, zda bude tento krok akceptován veřejností, která zatím využívá analogového příjmu. Dalším aspektem pro budování sítě jsou také ekonomické náklady na vybudování. V tomto případě můžeme zvolit cestu vybudování sítě, která bude v dnešní době efektivně využívat volné televizní kanály a bude koncipována jako síť SFN, ale bude v podstatě provizorním řešením pro nějaké přechodné období a jejím největším nedostatkem bude minimální nebo žádná možnost vstupu regionálních poskytovatelů do sítě. Druhou možností - 21 -


je budovat od začátku síť ve strukturované podobě, která bude dražší a náročnější na vybudování, ale později snadno rozšiřitelná (MFN s lokálnímy SFN). Důležitým pro začátek budování DVB-T sítě bude předpoklad konkurence schopnosti této sítě oproti jiným distribučním sítím jako je satelitní přenos, kabelové televize apod. V tomto případě by pozici pozemního vysílání mohlo vylepšit statistické multiplexování (viz. kap. 5.3) jenž umožní jedním tv kanálem přenášet více služeb s nezměněnou kvalitou oproti standardnímu multiplexu s pevně přidělenými datovými toky. Celý návrh organizace sítě DVB-T je třeba provést směrem od koncových uživatelů vkládáním jednotlivých toků a potřebných informací: • • • • •

Rozdělení dle způsobu příjmu Rozdělení na oblasti SFN Odhad přídavných toků regionálních stanic v jednotlivých regionech Vyhodnocení velikosti datového toku Volba vhodného přenosu transportního toku na vysílače (RR nebo satelit)

- 22 -


5.4.1 Stávající stav v ČR 5.4.1.1 Radioreléové spoje Analogové radioreléové spoje (RRS) byly využívány pro distribuci analogového televizního signálu na vysílače do roku 1997, kdy bylo 23.1. uveden do provozu systém pro primární distribuci digitálního signálu přes družici pomocí DVB-S [32]. Pro distribuci analogového televizního signálu k vysílačům sloužili analogové radioreléové spoje s frekvenčním multiplexem a frekvenční modulací nosné (FDM/FM) [32]. Analogové RRS lze použít k dopravě digitálního signálu na vysílače po náhradě skupinového signálu signálem OFDM v základním pásmu. Šířka pásma OFDM je cca 8 MHz a vyhovuje šířce pásma skupinového signálu cca 9 MHz. Na vysílacích stupních by bylo však třeba provést určité úpravy, viz. [32]. V roce 1990 byl proveden průzkum možnosti přenosu digitálního signálu analogovými RRS v rámci přípravy digitálních sítí pro telekomunikace. Byla použita modulace QPSK s bitovým tokem 34 Mbit/s. Měření ukázalo, že digitální přenos je možný, ale dochází k rušení sousedních stvolů vlivem obnovení postranních laloků na nelineárním koncovým stupni. Naproti tomu digitální RRS v současné době umožňují ve stejně širokém frekvenčním pásmu přenos 155 Mbit/s. V Národní kmitočtové tabulce [32 str.55] jsou pro analogové RRS vyčleněna pásma 5 GHz do roku 2000 a 8 GHz do roku 2005 na dožití. Pro digitální RRS jsou připraveny normy [32;str.27, 28] standardizující rozhraní pro adaptaci transportního toku MPEG na PDH a SDH sítě. V našich podmínkách tedy otázka primární distribuce DVB-T analogovými RRS pozbývá významu. 5.4.1.2 Digitální družicová distribuce (Czechlink) Přenosová symbolová rychlost multiplexu byla zvolena 30MS/s a konvoluční poměr ¾. Po zabezpečení dat Reed-Solomonovým kódem zůstane pro přenos užitečných dat bitový tok 41,5 Mbit/s. Do transportního multiplexu jsou vkládány bitové toky televizních, rozhlasových a testovacích signálů, viz. tabulka 1.

- 23 -


PSI Label

Service

Hallmark

1

Prima TV

2

ČT1

3

ČT2

4

Galaxie

5

Test 2

6

RFE/RL

17

Radiožurnál

18

Praha

19

Vltava

20

Proglas IN STORE X X

21 22 PSI PSI

PIDs

Datový tok

[hex]

[dec]

Video Audio1 Audio2 Teletext Aux Data Video Audio1 Audio2 Teletext Aux Data Video Audio1 Audio2 Teletext Aux Data Video Audio1 Audio2 Teletext Aux Data Video Audio1 Audio2 Teletext Aux Data Video Audio1 Audio2 Teletext Aux Data Audio Audio RDS Audio RDS Audio RDS Audio Audio EMM ECM

A0 50 51 20 21 A1 54 55 23 24 A2 58 59 26 27 A3 5C 5D 29 2A A4 60 61 2C 2D A5 64 65 2F 30 B0 B1 D1 B2 D2 B3 D3 B4 B5 X X

160 80 81 32 33 161 84 85 35 36 162 88 89 38 39 163 92 93 41 42 164 96 97 44 45 165 100 101 47 48 176 177 209 178 210 179 211 180 181 X X

Kódování CryptoWorks EMM EMMGF Kód Label Ano Hall. Video Ne Ano Audio Ne Ne X X Ne X X Ne X X Ano Prima TV Ano Ne Ne Ne Ano

X X X CT1

X X X Ano

Ne Ne Ano

X X CT2

X X Ano

Ne Ne Ne Ne Ne Ne Ne Ano

X X Galaxie X X X X Test2

X X Ano X X X X Ne

Ne Ne Ne Ne Ne Ne Ne Ne Ne Ne Ne Ne X X

X X X X X X X X X X X X X X

X X X X X X X X X X X X X X

Tab.1: Nastavení Czechlink [28]

- 24 -

Mód 4:3, 720x576 5,52Mb/s Stereo, 256kb/s 48kHz Vypnuto V provozu Vprovozu 4:3, 720x576 7,68Mb/s Mono, 192kb/s 48kHz Vypnuto V provozu Vypnuto 4:3, 720x576 8,20Mb/s Stereo, 384kb/s 48kHz Dual, 384kb/s 48kHz V provozu V provozu 4:3, 720x576 8,20Mb/s Stereo, 384kb/s 48kHz Dual, 384kb/s 48kHz V provozu V provozu 4:3 528x480 3,776Mb/s Stereo, 128kb/s 48kHz Vypnuto Vypnuto Vypnuto 4:3, 720x576 1,977Mb/s Vypnuto Vypnuto Vypnuto Vypnuto Stereo, 192kb/s 48kHz Stereo, 192kb/s 48kHz 2400kb/s Stereo, 192kb/s 48kHz Stereo, 192kb/s 48kHz Stereo, 192kb/s 48kHz Dual, 192kb/s 48kHz X X


Kdybychom měli použít Czechlink pro distribuci primárního digitálního signálu, musel by být každý vysílač vybaven remultiplexorem, který by transformoval bitový tok na velikost, kterou je schopna síť DVB-T přenést (např. výběrem příspěvků) a dále přidal do toku další informace o multiplexu a síti (viz. kap. 7). Bez změny velikosti bitového toku by bylo možné přenést pomocí DVB-T maximálně tři programy z multiplexu Czechlink. Změna konfigurace DVB-T z předpokládané varianty 64 QAM 2/3 s nejmenším ochranným intervalem 1/32 TU a bitovým tokem 24,13 Mbit/s by způsobila značné komplikace při plánování pokrytí z důvodů větších požadavků systému na C/N. Důležité je podotknout, že bitový tok některých programů v multiplexu Czechlink je nadhodnocen a to i přesto, že jde o primární distribuci na vysílače, takže by bylo možné při snížení bitového toku na 5 Mbit/s (standardní kvalita obrazu systému PAL) vytvořit nový transportní multiplex složený ze čtyř až pěti programů přenositelnými pozemskými vysílači. Využití transportního multiplexu Czechlink pro distribuci digitálního signálu k vysílačům v síti DVB-T není teda přímo možné, jelikož vyžaduje přemultiplexování transportního toku a vložení nových tabulek (informací o síti a multiplexu, viz. kap.7) příslušejících standardu DVB-T na každém vysílači. 5.4.1.3 OFDM a vysílače OFDM má svou výhodu robustnosti ve frekvenčně selektivních kanálech vyváženou dvěma nepříjemnými rysy. Jsou to vysoké požadavky na linearitu zesilovačů (BER a nároky na filtraci intermodulačních produktů) a velký poměr špičkového výkonu ku střednímu výkonu (peak to average power ratio). Vysílače s tranzistorovým koncovým stupněm, které se však začali používat teprve nedávno (rozšiřování vysílání TV Prima), jsou již koncipovány tak, že výměnou některých částí (modulátor a výstupní filtr) je lze překonfigurovat na digitální. Vysílače s výkonovou elektronkou lze použít pouze po snížení výstupního a výkonu a tím i účinnosti. Podrobnosti viz. [32]. Stávající síť analogových vysílačů a převaděčů pokrývá celé území ČR. Nabízí se tedy možnost realizovat totéž pokrytí pomocí sítě digitálních vysílačů MFN s tím, že místo převaděčů lze použít opakovačů v lokální SFN síti. Avšak v řadě případů není možné v dané lokalitě najít takový volný kanál, který by umožňoval plně využít výkonu digitálního vysílače, aby bylo dosaženo srovnatelného pokrytí jako v případě analogového vysílání. Také vysílače na vysoce položených stanovištích lze jen těžko využít z důvodů rušení. 5.4.1.4 Dosavadní TV studia • • •

Praha: Česká Televize (6 studií), TV-PRIMA, TV-NOVA, Ostrava (ČT), Brno (ČT).

- 25 -


5.4.1.5 Oblasti s vysokou hustotou obyvatelstva • • • • • • • • • • • • •

Praha a okolí, Plzeň a okolí, Karlovy Vary a okolí, Chomutov - Most, Teplice - Ústí nad Labem - Děčín, Liberec a okolí, Hradec Králové - Pardubice, Brno a okolí, Olomouc a okolí, Ostrava - Karviná - Frýdek-Místek, Jihlava, Opava, Zlín.

Celkem 13 oblastí.

5.4.2 Návrh jednotné sítě SFN Velkou výhodou při realizaci jednotné celoplošné sítě SFN je nejlepší využití dostupného kmitočtového spektra ze všech možných řešení. Pro pokrytí celého území státu by byl potřeba jeden jediný kmitočtový tv kanál. V současné době jsou k dispozici na převážné většině území ČR kanály K64 až K66. Ve zprávě [34] se uvádí, že je celkem nemožné zkoordinovat jednu celoplošnou síť SFN. Pokud budeme ale uvažovat, že bude striktně postupováno podle doporučení CEPT, měly by být kanály K61 až K69 přednostně určeny pro DVB-T. Je pravda, že jsou v dosavadní době ještě určité kanály z výše jmenovaných zabrány vojenskými aplikacemi, avšak při přibližování k doporučením CEPT by měly být uvolňovány. Zcela jasné možnosti v této části spektra budou zřejmě jasné až po konferenci na úrovni CEPT/ERC (předpoklad 2005). V případě konečného neúspěchu při vyhledání volného kanálu pro celoplošnou SFN síť je třeba navrhnout několik velkých SFN sítí vysílajících stejný programový multiplex a to za cenu obsazení více tv kanálů. Celoplošná síť SFN má však jednu z největších nevýhod a tou je, že neumožňuje žádné vstupy regionálního vysílání. Je to způsobené vlastností sítě SFN, ve které musí všechny vysílače synchronně vysílat tentýž transportní tok TS. Podrobněji viz kap.5.2. Uvažujeme-li s rozvojem regionálního vysílání, je možnost využití této sítě velice problematická, jednou z možností je vysílání regionálních informací ve vstupech do vysílání, v jakýchsi "oknech", ovšem možnost souběžného vysílání různých regionálních programů v různých lokalitách zde nepřichází v úvahu. Obtížná je také doprava těchto příspěvků, které by musely být přenášeny do společného kódovacího a multiplexovacího uzlu sítě. Z hlediska ekonomického se síť SFN jeví jako velice výhodná, je možné využít stávajících vysílacích míst, distribuce modulačních signálů a veškeré infrakstruktury, která je již vybudována.

- 26 -


5.4.2.1 Návrh multiplexu pro velkou SFN síť

Konfigurace vf kanálu: Kofigurace M3 dle ITU pro velkolkoplošnou SFN, vf kanál 8 MHz (tab.2): prvý stupeň protichybové ochrany kód RS(188,204,8) druhý stupeň protichybové ochrany konvoluční kód 2/3 vysílací mód 8K modulace 64-QAM ochranný interval D/Tu 1/4 (tj. 224 µs) C/N 17 až 22 dB velikost čistého transportního toku TS, kterou tato konfigurace umožňuje 19,910 Mbit/s Omezení špičkového bitového toku na jeden TV program Střední hodnota bitového toku na jeden TV program Mezisoučet: 6 TV programů (video)

6,500 Mbit/s 2,050 Mbit/s 12,30 Mbit/s

6 x zvukový kanál stereo, 198 kbit/s Služební kanál 64 kbit/s Systém SI 142 kbit/s


Mezisoučet pro 6 kompletních tv programů Zbývá (19,910 Mbit/s - 13,630 Mbit/s)

13,630 Mbit/s 6,28 Mbit/s

2 x rozhlasový program s RDS

5,063 Mbit/s

2x(192 + 2400)

Součet Zbývá

18,693 Mbit/s 1,217 Mbit/s

Tyto zbývající 1,217 Mbit/s je možné využít pro další interaktivní datové služby. Při vkládání rozhlasových programů bez přídavných datových toků (RDS) je možné přidat další kompletní tv program a vložit standardní blok pěti rozhlasových programů. Předpokládám však požadavek poskytovatelů rozhlasových programů na přítomnost přídavného datového toku. 5.4.2.2 Modulační síť pro velkou SFN Modulační síť je síť, která dopravuje modulační signál k jednotlivým vysílačům DVBT velkoplošných nebo velkých regionálních sítí SFN, které vysílají identický transportní tok TS. U této sítě je třeba rozlišovat část dopravující programový tok od poskytovatelů do centrálního uzlu, kde je umístěn kodér a multiplexer DVB-T a část dopravující zde vytvořený transportní tok TS na jednotlivé vysílače. Pro celou tuto síť by měli být dodrženy následující podmínky:

- 27 -


• • •

Jediný centrální kódovací a multiplexovací uzel. Vyhnout se řetězení kodérů a dekodérů (princip jediného kodeku MPEG-2) Jediný provozovatel multiplexu, provozující kódovací a multiplexovací síť pro vysílače DVB-T (viz kap. 6).

Přenos programového toku (tv signálu) do kódovacího uzlu (MPEG-2 kodér) u jednotlivých poskytovatelů by měl být proveden v co nejvyšší kvalitě (rozhraní SDI 270 Mbit/s dle CCIR 601/656) pomocí sítí uvedených v kap.5.1. Transportní tok TS je identický pro celou vysílací síť. Každý tv program je zdrojově kódován kodérem MPEG-2 a dále vstupuje do multiplexu (nejlépe statistický) spolu s dalšími bitovými toky, které odpovídají dalším programům a službám (viz. kap. 7) a je tak vytvořen transportní tok TS. Přenos transportního toku TS na jednotlivé vysílače bude realizován optickým kabelem, PDH nebo SDH sítí, ATM nebo satelitní distribucí (viz.kap.5.1), v reálu bude jistě síť využívat kombinaci těchto technik; zatím vychází distribuce pomocí družicového kanálu nejlevněji, jinak musí dojít k budování dalších nákladných tras a v některých případech k vyhledání volných kmitočtů pro přenosy (kap. 5.4.1). Po příjmu transportního toku TS na jednotlivých vysílačích by měl být další interní přenos TS realizován přes rozhraní SPI s využitím LVDS, popř. rozhraní ASI (viz. Příloha1), dále bude provedena modulace OFDM a vysílání signálu DVB-T na území určené k pokrytí. 5.4.3 Návrh MFN s lokálními SFN Problém vstupu regionálního televizního vysílání do multiplexu řeší multifrekvenční síť s lokálními sítěmi SFN, tedy kombinovaná síť, jenž může využít kanály K64 až K66. Regionální lokální sítě SFN musí využívat jednotlivé kanály tak, aby mohlo dojít k prostřídání těchto kanálů na území ČR. Pokud by musely sousedit dvě sítě SFN vysílající různý přenosový tok vedle sebe a zároveň by využívali stejného tv kanálu, nesměli by se jejich oblasti pokrytí dotýkat, tzn. na linii dotyku lze například použít více malých vysílačů s omezeným dosahem. Tímto způsobem by musely být vyřešeny i problémy s rušením, které by mohlo nastat s vysílači v okolních státech. Při budování této sítě je možno využít infrastruktury jenž existuje na stanovištích analogových vysílačů a vykrývačů, které mají většinou jen místní dosah a slouží převážně k vysílání programu TV-PRIMA. V materiálu TESTCOM [34] je tato varianta zavržena pro velké náklady na vybudování sítě malých vysílačů a především pro velmi nákladné budování modulační sítě se složitou topologií. Je však třeba zvážit, kolik je vlastně lokalit na našem území s velkým soustředěním obyvatelstva a kolik regionálních SFN sítí by na území naší republiky vlastně vzniklo a tudíž, kolik rozdílných multiplexů by bylo vytvořeno. Doprava modulačního signálu na jednotlivé vysílače satelitním spojem by skutečně rentabilní nebyla, uvážíme-li, že oblastí s vysokou koncentrací obyvatelstva je přibližně 13 (viz. kap. 5.4.1.5). Avšak budování RRS či optických spojů se jistě nevyhneme ani v případě třetí varianty navrhované TESCOMem [34], kde navíc dochází k problému pokrytí zbytku území, které není hustě osídlené. V případě, že budeme uvažovat o "překlopení" veškerého analogového vysílání do digitální podoby, tak

- 28 -


jistě musíme splnit podmínku celoplošného pokrytí ČR. Navrhuji tedy vypracování konkrétní podoby strukturované sítě MFN s lokálními SFN sítěmi a následné postupné budování těchto lokálních sítí v jednotlivých "nejlukrativnějších" oblastech, jenž se shodují s oblastmi nejhustějšího osídlení. Při dodržení parametrů daných v celkové koncepci u těchto nejprve samostatných lokálních sítí, které budou muset mít hustou strukturu vysílačů z důvodů zástavby a členitosti terénu, bude možné po vytvoření dostatečné infrastruktury dojít k jejich propojení pomocí satelitní distribuce nebo RRS (vhodnost viz. kap. 5.4.1). Tím bude do všech těchto sítí dostupný transportní tok s celoplošně šířenými programy a ostatními službami a po jejich doplnění regionálními službami v lokálních multiplexech vzniknou kompletní transportní přenosové toky pro lokální sítě SFN. Je vhodné využít též techniku "vykrývačů Gap Fillers" pro pokrytí co největšího území ČR (viz. kap.4.4). 5.4.3.1 Návrh multiplexu pro MFN s lokálními SFN Konfigurace vf kanálu: Kofigurace M3 dle ITU pro MFN a husté SFN, vf kanál 8 MHz (tab.2): prvý stupeň protichybové ochrany kód RS(188,204,8) druhý stupeň protichybové ochrany konvoluční kód 2/3 vysílací mód 2K modulace 64-QAM ochranný interval D/Tu 1/4 (tj. 56 µs) C/N 17 až 22 dB velikost čistého transportního toku TS, kterou tato konfigurace umožňuje 19,910 Mbit/s Omezení špičkového bitového toku na jeden TV program 6,500 Mbit/s Střední hodnota bitového toku na jeden TV program 2,050 Mbit/s Mezisoučet: 6 TV programů (video) 12,30 Mbit/s (4 TV programy celoplošného vysílání + 2 TV programy regionál. vysílání) 6 x zvukový kanál stereo, 198 kbit/s Služební kanál 64 kbit/s Systém SI 142 kbit/s


Mezisoučet pro 6 kompletních tv programů Zbývá (19,910 Mbit/s - 13,630 Mbit/s)

13,630 Mbit/s 6,28 Mbit/s

2 x rozhlasový program s RDS

5,063 Mbit/s

2x(192 + 2400)

Součet Zbývá

18,693 Mbit/s 1,217 Mbit/s

Multiplex je v podstatě obdobou multiplexu pro SFN, je zde však použit doporučený mód 2k pro MFN a husté SFN. 5.4.3.2 Modulační síť pro MFN s lokálními SFN Jestliže budeme uvažovat vysílání regionálních programů pouze v příslušných regionech a to za použití sítě MFN s lokálními SFN jsme nuceni hned od počátku budovat strukturovanou modulační síť. Do jednotlivých lokálních multiplexů bude vstupovat tok

- 29 -


celostátně vysílaných programů a několik regionálních programů. Pro každý region bude tedy zapotřebí alespoň jeden multiplex. Dále musíme dodržet některé ze zásad, které platí i u sítě SFN: • • •

Vyhnout se řetězení kodérů a dekodérů Přenos programového toku realizovat v co největší kvalitě Rozhraní mezi sítí a kodéry MPEG-2 typu SDI 270 Mbit/s dle CCIR 601/656

Primární síť pro dopravu jednotlivých příspěvků od poskytovatelů musí umožňovat přenos programů v nejvyšší možné kvalitě do jednotlivých multiplexovacích uzlů. Síť je možné realizovat pomocí optického kabelu, PDH nebo SDH sítě, ATM nebo satelitní distribuce (viz.kap.5.1), RRS nejsou vhodné pro nedostatek volných pásem pro jejich provoz. Tato síť může být zároveň použita i jako příspěvková síť propojující jednotlivá televizní studia. Vhodná struktura pro tuto síť by byla kruhová síť zajišťující přenos datového toku i v případě poruchy v jednom uzlu sítě. Celá tato síť by měla být dohlížena a konfigurována z dohledového centra. A proto by měla být vybavena celá zařízením, které bude navzájem kompatibilní. Tato síť bude obsahovat rozhraní pro přístup a odběr toků, která umožní vstup příspěvků z jednotlivých studií a jejich odběr při jejich vzájemné výměně. Druhá část sítě propojující jednotlivé multiplexovací uzly s jednotlivými regionálními studii (předpokládáme umístění přípojných míst do primární sítě na stanovištích jednotlivých multiplexů a kodérů) a v případě využití více multiplexových uzlů v dané lokalitě jejich připojení k primární síti a vysílači, již nemusí být nutně kruhové struktury, ale musí umožňovat obousměrnou výměnu programových příspěvků.

- 30 -

6. Kritéria pro výběr provozovatelů __________________________________________________________________________________________

6.

Kritéria pro výběr provozovatelů

V této části mé práce jsou rozebrána kritéria, která by měla být dodržena při výběru provozovatelů přenosové sítě pro DVB-T. Provozovatelem se zde rozumí subjekt, který vlastní a provozuje síť pro přenos signálu prostřednictvím DVB-T. To znamená, že provozovatel musí mít k dispozici vlastní přenosovou síť tvořenou multiplexem (či více multiplexy), jejich propojením (viz. kap.5) a především musí mít k dispozici volný přenosový kanál, tedy kmitočet na kterém může v dané lokalitě vysílat. Jednotlivé vysílače, pokrývající danou oblast, mohou, ale nemusí být ve vlastnictví provozovatele. Provozovatel musí splňovat několik základních podmínek, jenž jsou dále rozepsány. Jednou ze základních podmínek, která by měla dle mého názoru být splněna při výběru provozovatele a to striktně především při zavádění sítě DVB-T v nové lokalitě jako je např. Česká republika, je nezávislost provozovatele na poskytovatelích. Rozumí se tím, že poskytovatel nebude nijak podřízen žádnému z poskytovatelů a bude umožněno jakémukoliv jinému poskytovateli vstoupit do multiplexu v duchu tržních zásad běžného konkurenčního prostředí. Další podmínka vyplývá stejně jako předchozí ze zásad, podle kterých bylo DVB vlastně vytvořeno a to je podmínka Tržně orientovaného DVB. Znamená to, že musí být umožněno a ostatní provozovatel(-é) musí umožňovat vytvoření konkurenčního prostředí, v němž pracuje více na sobě nezávislých provozovatelů. Samozřejmě další podmínkou, kterou musí provozovatel splnit, je schopnost zabezpečit technicky provoz sítě. Provozovatel může zajišťovat provoz své sítě jakýmikoliv jemu dostupnými prostředky, ale za předpokladu dodržování všech technických specifikací požadovaných normou DVB a místními ustanoveními. Dále vyvstává problém se zajišťováním přenosu dnes celoplošně šířených programů, pro které je nutno i v případě úplného přechodu na digitální vysílání zabezpečit celoplošné pokrytí. Je možno vytvořit jednoho provozovatele, který bude mít za povinnost zajišťovat šíření těchto celoplošných programů. To bude vhodné v případě vytvoření dostatečně velkého tržního prostoru, v němž bude již několik provozovatelů. V počátečních podmínkách zavádění sítě bude však nutné, aby provozovatelé měli za povinnost šíření celoplošného vysílání. V případě rozšíření počtu provozovatelů se dá předpokládat, zvláště v některých hustě osídlených aglomeracích, provoz více konkurenčních sítí u kterých by jistě bylo zbytečné, aby každá vysílala tytéž programy. Je však poté nutno smluvně nebo vytvořením speciálního provozovatele zajistit šíření celoplošných programů. Závěrečná poznámka se týká rozhodování o provozovateli ohledně jeho původu. V dnešní době již určitě není z žádného důvodu nutno brát zřetel na to, zda provozovatel multiplexu je česká společnost a to i v případě provozovatele šířícího celoplošné vysílání, samozřejmě jen za dodržení již uvedených podmínek. Provozovatel bude v podstatě vlastnit telekomunikační síť služeb v níž jsou podmínky nacionalizace zcela zbytečné.

- 31 -

7. Přenosový protokol __________________________________________________________________________________________

7.

Přenosový protokol

Přenosový kanál DVB-T můžeme (pro výklad popisu vytváření přenosového protokolu) rozdělit na část, kde dochází ke zdrojovému kódování a multiplexu, dále je zde kanálový adaptér a přenosové spoje mezi těmito částmi a přenosové cesty od poskytovatelů a k přijímačům (viz obr.1). DVB-T umožňuje výběr mezi prací v hierarchickém nebo nehierarchickém přenosovém módu. Tato možnost je také znázorněna na obr.1, který ukazuje blokový diagram systému a vysvětluje zpracování signálu na vysílací straně. Při hierarchickém přenosu se diagram systému rozšíří o čárkovaně naznačené bloky. Dělič rozděluje příchozí přenosový tok na dva přenosové toky MPEG a to na tok s vyšší prioritou a tok s nižší prioritou. Tyto dva toky jsou dále zpracovány dle blokového schématu. Programové služby jsou tedy rozděleny do dvou oddělených toků. Mohou být tedy vysílány jako tok s nízkou bitovou rychlostí, ale zato robustněji než v případě vysílání toku s vyšší bitovou rychlostí a nižší robustností. Tento mód je nazýván "simulcast mode". Je též možné vysílat naprosto rozdílné programy v oddělených přenosových tocích s rozdílnými robustnostmi přenosu. V každém případě je stále na přijímací straně potřebné mít pouze jeden blok zařízení, kde jedinou funkcí navíc je, aby uměl demodulátor/demapper vytvořit jeden výstupní tok dat.

7.1 Hierarchický a nehierarchický přenosový mód 7.1.1 Nehierarchický mód Nehierarchický mód vyžaduje pouze základní cestu zpracování signálu, viz. obr.8. Jelikož dělič v této aplikaci pozbývá významu, všechny pakety MPEG přenosového toku prochází stejným prokládáním a kanálovým kódováním a jsou příslušně mapovány. To znamená, že všechny pakety přenosového toku jsou stejně zpracovány a mají tedy stejnou robustnost - odolnost při přenosu. Přenos nehierarchickým transportním módem neznamená, že jsme omezeni pouze na vysílání jednoho programu. V jednom signálu OFDM je možné přenášet více různých programů, jejich množství je omezeno pouze maximální kapacitou danou bitovou přenosovou rychlostí dostupnou pro daný přenosový mód. Pro příjem jednoho vybraného programu z přijatého toku provede přijímač identifikaci potřebných paketů z MPEG toku a to po demodulaci. Tato funkce je zajištěna demultiplexerem, který je začleněn do přijímače. Typické oblasti použití pro nehierarchické vysílání je možno rozdělit na mnoho- a jedno-programové vysílání. Jednoprogramový mód je hlavně vyhrazen pro použití v případě, že rozmístění vysílačů vyžaduje vysílání jednoho programu s plnou šířkou pásma, tj. pro zajištění vysoké kvality nebo pokrytí velkého území. Při víceprogramovém vysílání je naopak kapacita kanálu využita pro přenos více programů, typicky v multiplexu pěti rozdílných programů.

- 32 -


7.1.2 Hierarchický mód Jak již bylo uvedeno, systém DVB-T umožňuje práci v hierarchickém módu, který dává možnost vysílání servisního multiplexu ve dvou nezávislých kanálech, kde každý z nich může mít nastavenou jinou ochranu podle daných vlastností kanálu nebo požadavků na pokrytí. V tomto módu jsou dostupné přenosy nazývané "simulcast" a "multiprogramové" vysílání. Pomocí "simulcast" vysílání přeneseme jeden nebo více programů pomocí dvou zcela oddělených MPEG transportních toků - toku s nízkou bitovou rychlostí a toku s vysokou bitovou rychlostí. Tok s nízkou bitovou rychlostí bude obvykle kódován s vysokým stupněm redundance, tj. s malým kódovým poměrem (například 1/2 nebo 2/3) a bude mapován na neuniformní konstelaci bodů, která umožní nejvyšší míru robustnosti ze všech ostatních. Nejvíce preferovaná pro tento případ je čtyřkvadrantní konstelace v QPSK modulaci v kombinaci s parametrem α > 1. Pomocí těchto dvou podmínek je zajištěna co největší robustnost během přenosu. Tento tok s nízkou bitovou přenosovou rychlostí je nazýván tokem s vysokou prioritou (HP - High priority). Jsou jím přenášena data kanály se špatnými či hůře odhadnutelnými vlastnostmi, jako v případech přenosného či pohyblivého příjmu, nebo příjmu na okrajích pokrytého území. Na druhou stranu, stejný program je přenášen také pomocí toku s vysokou bitovou rychlostí. Pomocí tohoto toku s nízkou prioritou (LP - Low priority) můžeme v přijímači dosáhnout lepší kvality obrazu, ale je k tomu zapotřebí lepších podmínek pro příjem signálu pro bezchybné dekódování. Přijímač tedy může podle kvality příjmu volit mezi bitovým tokem s nízkou nebo vysokou prioritou. Na obrázku 7 jsou vidět vlastnosti obou rozdílných toků.

Obr. 7: Porovnání bitových toků s nízkou a vysokou prioritou při hierarchickém přenosu (α = 2; HP: QPSK, r = 2/3; LP: 16-QAM, r = 3/4) - 33 -


Z obrázku 7 je vidět, že tok s nízkou prioritou LP potřebuje lepší odstup signálu od šumu než tok s vyšší prioritou HP pro stejné hodnoty BER. Parametr, který může být pozměňován je parametr α, při jehož zvětšování dojde u HP toku sice k malému zvětšení robustnosti, ale také dojde k posuvu křivky LP toku směrem ke větším hodnotám odstupu signálu od šumu. Druhým parametrem je kódový poměr, jímž je možno nastavovat robustnost s ohledem na dostupnou bitovou rychlost. Pozice křivek na obrázku 7 se příliš nemění, ale jejich poloha závisí především na nastavení parametrů systému. Lze definovat pouze jeden bod, který bude význačný pro danou křivku a bude udávat její vlastnosti. U DVB-T systémů je tímto bodem bod křivky na úrovni BER 2x10-4 po Viterbiho dekódování. To je práh pro úspěšné dekódování Reed-Solomon dekodérem. Tabulka možných nastavení parametrů a ostatních hodnot viz. tab.2. Aplikace hierarchického přenosu není omezena pouze na "simulcast" vysílání. LP bitový tok naznačený na obr.1 nemusí obsahovat stejný program, ale může nést jeden nebo i více úplně jiných programů. Režim práce systému DVB-T v "multiprogramovém" módu je obdobný jako při práci v "simulcast" módu, tj. vlastnosti jsou odvozeny od příslušného modulačního schématu a to QPSK modulace pro HP tok a QPSK nebo 16-QAM modulace pro LP tok. Nejatraktivnější pro multi-programové vysílání je robustní přenos programů na pohyblivé přijímače. Navíc přijímače s pevnou směrovou anténou mohou přijímat LP tok obsahující další programy ve stejné kvalitě, jako programy v toku HP. V dalších kapitolách budou popsány jednotlivé části blokového schématu z obr.8.

obr.8: Blokové schéma vysílací části DVB-T systému

- 34 -


7.2 Zdrojové kódování a multiplex (Transport stream multiplex) 7.2.1 Popis Za zdrojové kódování obrazu je využíván referenční kompresní standard MPEG-2, který byl ustanoven normalizační institucí ISO. Charakteristické pro tento standard je, že jsou definovány pouze vlastnosti dekodéru a skladba toku dat. Vlastnosti kodéru jsou ponechány zcela na výrobci zařízení. To zajistí kompatibilitu zařízení různých výrobců a v budoucnu se budou moci uplatňovat stále nové poznatky z vývoje a tím vylepšovat vlastnosti systému. Standard MPEG-2 se dále vyznačuje charakteristickou vlastností a to, že se vlastně jedná o celou skupinu standardů definovaných jednak formátem vstupního signálu (tzv.Level, úroveň) a skupinou nástrojů použitých při komprimaci (tzv. Profile, profil). Podrobnosti viz. [24]. Na obrázku 9 je blokové schéma vytváření transportního toku od jednotlivých paketových toků (PES) vycházejících z audio a video enkodérů, přes multiplexery s naznačením vkládání PSI, SI (viz.kap.7.4) a PCR.

obr 9 : Blokové schéma multiplexu a tvorby TS Zkratky v obr.5 : PES

Packetized Elementary Stream - 35 -


STC PCR PSI SI

Systém Time Clock Program Clock Reference (minimální opakovací čas 40/100 ms) Program Specific Information Service Information

Přímé zpracování vstupního bitového toku během zdrojového kódování a multiplexování až po vytvoření TS včetně vkládání dalších informací do toku dat je naznačeno přehledně na obr.10.

obr.10 vytváření TS ve zdrojovém kodéru a multiplexu Výklad zkratek k obr.10: Packetized Elementary stream PESSC Packetized Elementary Stream PESP Packetized Elementary Stream Priority DAI Data Alingment Indikator CY Copyright

- 36 -


OOC PTSDTSF ESCRF ESRF DSMTMF ACIF PESCRCF PESHDL PTS DTS

Original or Copy PTS and DTS Flags ESCR Flag Elementary Stream Rate Flag DSM Trick Mode Flag Additional Copy Info Flag PES Cyclic Redundance Check Flag PES Header Data Length Presentation Time Stamp Descoding Time Stamp

Transport stream bez adaptačního pole (Adaptation Field) SYNC Packet Sync Byte (47 hex) TEI Transport Error Indicator PUSI Payload Unit Start Indicator TSC Transport Scrambling Control TP Transport Priority PID Packet Identification Number and Priority AFC Adaptation Field Control CC Continuity Counter Adaptační pole v Transport Streamu AFL Adaptation Field Length DI Discontinuity Indicator RAI Random Access Indicator ESPI Elementary Stream Priority Indicator PCRF Program Clock Reference Flag OPCRF Original rogram Clock Flag SPF Splicing Piont Flag TPDF Transport Private Tranport Flag AFEF Adaptation Extension Field Flag PCRB Program Clock Reference Base R Reserved PCRE Program Clock Reference Extension OPCRB Original Program Clock Reference Base OPCRE Original Program Clock Reference Extension TPDL Transport Private Data Length PDB Private Data Byte 7.2.2 Multiplex Vlastní systém multiplexu řeší spojení zdrojových datových toků jednotlivých služeb v rámci jednoho přenosového kanálu. Jednotlivými službami rozumíme vždy jeden či několik toků dat obrazu, zvuku, teletextových dat, dat podmíněného přístupu, teletextových podtitulků,počítačových dat statických obrazů s vysokým rozlišením apod. Jediným omezujícím faktorem nejrůznějších kombinací je celková kapacita přenosového kanálu. Provozovatel má možnost přidělovat právě potřebné velikosti toků dat v rámci celkové kapacity přenosového kanálu, neboli dynamicky měnit konfiguraci celého systému. Dekodéry v přijímačích mají schopnost takové změny sledovat (kap.7.3) bez ručního zásahu.

- 37 -


Systém multiplexu dovoluje snadné vkládání a separování jednotlivých služeb bez nutnosti úplného demultiplexování či dokonce dekódování a zpětného kódování celého toku dat, což umožňuje kombinovat zdrojové toky dat různých služeb. Na přijímací straně je možné dekódovat pouze datový tok jedné služby bez nutnosti kompletního demultiplexování. Lze pak použít např. přídavnou kartu do osobního počítače pro příjem dat, nebo digitální rozhlasový přijímač dekódující pouze zvuková data.

7.3 Kanálové kódování DVB-T 7.3.1 Popis systému Celý systém DVB je řešený jako „kontejner“ pro přenos digitálního signálu (MPEG-2) kódovaného obrazu, zvuku a dalších služeb různými přenosovými médii. Časově multiplexované toky dat všech služeb se označují jako transportní tok dat (Transport Stream). Tento tok dat je třeba upravit pro přenos tak, aby bylo dosažena co nejmenší chybovost přenosu (BER – Bit Error Rate řádově 10-10 až 10-11, což odpovídá méně jak jedné neopravené chybě za hodinu přenosu – QEF Quasi Error Free). Proces úpravy dat se v projektu DVB nazývá základní systém (Baseline system) nebo systém přizpůsobení přenosovému kanálu (Channel Adaptation), nebo také kanálové kódování (Channel Coding). Tento systém je definován jako soubor zařízení, který provádí úpravu signálů (základní pásmo TV na výstupu MPEG-2 transportního multiplexeru ) pro charakteristiku pozemního kanálu. Na datový tok jsou aplikovány následující procesy: • • • • • • •

adaptace transportního multiplexu a znáhodnění dat pro energetické rozprostření vnější kódování (tj. Reed-Solomonův kód) vnější prokládání (tj. konvoluční prokládání) vnitřní kódování (tj. konvoluční kód) vnitřní prokládání mapování a modulace OFDM přenos

7.3.2 Adaptace transportního multiplexu a znáhodnění pro energetické rozprostření Vstupní bitový tok je organizován do paketů pevné délky (viz. obr.12). Celková délka paketu transportního multiplexu je 188 bytů. První slovo je synchronizační. Dále je transportní tok znáhodněn pseudonáhodnou posloupností a to tak, že každý osmý paket je znovu inicializována pro zajištění správné inicializace descramblovacího generátoru. Každá skupina se v přijímači identifikuje tím, že synchronizační byte prvního paketu skupiny má všechny bity invertovány, má tedy pevnou hodnotu B8HEX. Během přenosu MPEG-2 synchronizačních byte je výstup z generátoru odpojen tak, aby data nebyla znáhodněna. Smyslem znáhodnění toku je zajištění pseudonáhodného charakteru toku dat, vyznačujícího se rovnoměrným spojitým spektrem od nejnižších kmitočtů tvaru (sin x)/x s nulovou stejnosměrnou složkou a dostatečným počtem přechodů umožňujících obnovu taktovacího kmitočtu (obr.11). - 38 -


7.3.3 Vnější kódování a vnější prokládání Pakety prošlé znáhodněním jsou doplněny na 204 bytů 16 paritnímy byty a poté je na ně aplikován zkrácený Reed-Solomonův kód RS(204,188, t = 8) odvozený z RS(255,239, t = 8) pro vytvoření chybové ochrany (obr.12c). Na tyto pakety je dále aplikováno konvoluční bytové prokládání s hloubkou I = 12 (obr.12d).

obr.11 Funkce (sin x)/x SYNC 1 byte

MPEG-2 transportní MUX data 187 bytů

a) MPEG-2 transportní MUX paket 8 transportních MUX paketů

PRBS perioda = 1503 bytů

----------SYNC1

Znáhodněná data 187 bytů

SYNC2


SYNC8


----------SYNC1


b) Znáhodnělé transportní pakety: synchronizační byty a znáhodnělá data 204 bytů

-----------SYNC1 nebo SYNCn

187 bytů znáhodnělých dat

16 paritních bytů

c) pakety s ochranou proti chybám Reed-Solomonovým kódem RS(204,188,8)


203 bytů


203 bytů


d) struktura dat po vnějším prokládání; prokládání s hloubkou 12 bytů ______ SYNC1 : synchronizační byty (bez znáhodnění) SYNCn : synchronizační byt, n = 2, 3, ...,8 (bez znáhodnění)

obr.12: Jednotlivé kroky v procesu adaptace, energetické rozprostření, vnější kódování a prokládání

- 39 -


7.3.4 Vnitřní kódování Systém dává k dispozici kódové poměry ½, 2/3, ¾, 5/6, 7/8 a tím umožňuje konfigurovat velikost užitečné bitové rychlosti a tím i odolnost proti rušení. 7.3.5 Vnitřní prokládání Vnitřní prokládání sestává z vnitřního bitového prokládání a ze symbolového prokládání, které po něm následuje. Bitové prokládání je realizováno po provedení demultiplexu na jednotlivé sub-toky, jejichž konkrétní počet závisí na použité modulaci (2 pro QPSK, 4 pro 16-QAM, 6 pro 64-QAM). V nehierarchickém módu je vstupní tok rozdělen do výše uvedených sub-toků, v případě hierarchického módu je nejdříve rozdělen na dva toky a poté tok s nižší prioritou je rozdělen na další sub-toky. Na obrázku 13 a 14 je příklad pro 16QAM.

obr.13: Příklad vnitřního prokládání pro 16-QAM nehierarchický přenos. mód

obr.14: Příklad vnitřního prokládání pro 16-QAM hierarchický přenos. mód Vnitřní prokládání způsobí proložení ve frekvenční oblasti (na rozdíl od proložení v časové oblasti u vnějšího prokládání). 7.3.6 Mapování a modulace Systém používá přenos pomocí OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) obr.15. Při nehierarchickém kódování systém umožňuje použít modulace QPSK, 16-QAM a

- 40 -


64-QAM. Při hierarchickém přenosu to jsou 16-QAM a 64-QAM s parametrem α s hodnotou 1, 2 nebo 4 (udává jak rozdílné budou odolnosti toků HP (High Priority) a LP (Low Priority)).

Obr.15: Spektrum dílčích nosných signálu OFDM v přenosovém kanálu digitálního terestriálního vysílání 7.3.7 Vztah mezi velikostí přenášeného bitového toku, modulací a ochranným intervalem a stupněm protichybové ochrany a poměrem C/N Vztahy jsou zpracovány do tabulek, ze kterých je možné pro daný typ příjmu (pevný přenosný, mobilní), požadovanou velikost čistého bitového toku, modulaci a ochranný interval určit druhou úroveň protichybové (konvoluční kód v modulátoru DVB-T) ochrany a poměr C/N potřebný pro příjem DVB-T. Z poměru C/N lze pro dané vlastnosti přijímací antény a dané šumové číslo přijímače DVB-T určit minimální intenzitu elektromagnetického pole Emin v místě příjmu DVB-T. Hodnoty pro Gaussův kanál je možné použít pouze v případě velmi dobrých příjmových podmínek v prostředí s minimálními odrazy. Pro většinu případů pevného příjmu (anténa na střeše budovy) se doporučuje použít hodnoty C/N pro Riceův kanál. Pro příjem uvnitř budov na anténu, která je součástí přijímače DVB-T a pro mobilní příjem je nutné použít hodnoty C/N platné pro Rayleighův kanál.

- 41 -


**

A1 A2 A3 A5 A7 B1 B2 B3 B5 B7 C1 C2 C3 C5 C7

Modulace QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK 16-QAM (*M1) 16-QAM 16-QAM 16-QAM 16-QAM 64-QAM (*M2) 64-QAM (*M3) 64-QAM 64-QAM 64-QAM

1/2 2/3 3/ 5/6 7/8 1/2 2/3 3/4 5/6 7/8 1/2 2/3 3/4 5/6 7/8

Požadované C/N pro BER = 2.10-4 za Viterbiho dekodérem Typ kanálu Gauss. Ricean. Raylig. 3.1 3.6 5.4 4.9 5.7 8.4 5.9 6.8 10.7 6.9 8.0 13.1 7.7 8.7 16.3 8.8 9.6 11.2 11.1 11.6 14.2 12.5 13.0 16.7 13.5 14.4 19.3 13.9 15.0 22.8 14.4 14.7 16.0 16.5 17.1 19.3 18.0 18.6 21.7 19.3 20.0 25.3 20.1 21.0 27.9

Bitový tok RU (Mbit/s)

1/4 4.98 6.64 7.46 8.29 8.71 9.95 13.27 14.93 16.59 17.42 14.93 19.91 22.39 24.88 26.13

Ochranný interval ∆ 1/8 1/16 5.53 5.85 7.37 7.81 8.29 8.78 9.22 9.76 9.68 10.25 11.06 11.71 14.75 15.61 16.59 17.56 18.43 19.52 19.35 20.49 16.59 17.56 22.12 23.42 24.88 26.35 27.65 29.27 29.03 30.74

1/32 6.03 8.04 9.05 10.05 10.56 12.06 16.09 18.10 20.11 21.11 18.10 24.13 27.14 30.16 31.67

Tab.2: Požadované C/N (dB) při nehierarchickém přenosu při dosaženém BER = 2.10-4 za Viterbiho dekodérem pro všechny kombinace kódových poměrů a typů modulací s výpisem bitových rychlostí za Reed-Solomonovým dekodérem * Systémové módy převzaté z ITU-R ** Varianta systému 7.3.8 Struktura rámců OFDM Přenášený signál je organizován do rámců. Každý rámec obsahuje 68 OFDM symbolů. Čtyři rámce tvoří super-rámec. Každý symbol se skládá z K = 6817 nosných v případě 8k módu nebo K = 1705 nosných v případě 2k módu a je přenášen po dobu TS. Ta je složena ze dvou částí: doby trvání užitečné části symbolu TU a doby trvání ochranného intervalu ∆2. Ochranný interval je cyklickým pokračováním užitečné části symbolu a je vložen před ní. Použity mohou být čtyři hodnoty ochranného intervalu viz. tab.3. Symboly v rámci OFDM jsou číslovány od 1 do 67. Všechny symboly obsahují data a referenční informaci. V tabulce 4 jsou uvedeny parametry pro OFDM (oba módy). Poměr délky ochran. intervalu k užitečné délce symbolu 1/4 1/8 1/16 1/32

Délka ochranného intervalu 8k mód 2k mód 224 µs 56 µs 112 µs 28 µs 56 µs 14 µs 28 µs 7 µs

Tab.3: Délky ochranných intervalů

- 42 -


Parametr Počet nosných K Číslo nosné Kmin Číslo nosné Kmax Užitečná část symbolu TU Rozestup nosných 1/TU Rozestup mezi nosnými Kmin a Kmax(K-1)/TU (Pozn.2) Pozn.1: Hodnoty psané italic fontem jsou průměrné Pozn.2: 6,66 MHz v případě šířky kanálu 7 MHz

8k mód 6817 0 6816 896 µs 1116 Hz 7,61 MHz

2k mód 1705 0 1704 224 µs 4464 Hz 7,61 MHz

Tab.4: Parametry OFDM pro módy 8k a 2k Kromě přenášených dat rámec OFDM ještě obsahuje: • • •

Scatterované pilotní nosné Kontinuální pilotní nosné TPS nosné

Pilotní nosné mohou být použity pro synchronizaci rámců, frekvenční synchronizaci, časovou synchronizaci, estimaci kanálu, identifikaci přenosového módu a sledování fázového šumu. Kontinuální a scatterované nosné jsou modulovány pseudonáhodnou binární posloupností (polynomiální generátor: X11+X2+1). Tato posloupnost také určuje počáteční fázi pro TPS informace. Poloha kontinuálních nosných je dána tabulkou a s časem se nemění. Poloha scatterovaných nosných se mění po každých čtyřech OFDM symbolech. Jejich rozmístění je na obr.16. Kontinuální nosné jsou vysílány s vyšším výkonem pro správnou demodulaci v přijímači.

Obr.16: Struktura rámce

- 43 -


7.4 TPS – Transmission Parameter Signalling TPS nosné slouží pro signalizaci parametrů uvedených v přenosovém schématu, tj. kanálové kódování a modulace. TPS nosné nesou tyto informace: • • • • • •

Informace o modulace Informace o hierarchii Informace o ochranném intervalu Číslo rámce v super-rámci Přenosový mód (2k nebo 8k) Informaci o kódovém poměru

7.4.1 Popis TPS TPS je definována pro 68 po sobě jdoucích OFDM symbolů (z OFDM rámce). Čtyři po sobě jdoucí rámce odpovídají jednomu OFDM super-rámci. Každý OFDM symbol přenáší jeden TPS bit. Každý TPS blok (odpovídající jednomu OFDM rámci) obsahuje 68 bitů: 1 inicializační, 16 synchronizačních, 37 datových a 14 pro protichybovou ochranu.

- 44 -


Číslo bitu s0 s1 - s16 s17 – s22

Účel Inicializace Synchronizační slovo Indikátor délky

s23, s24

Číslo rámce

s25, s26

Modulace

s27, s28, s29

Informace o hierarchii

s30, s31, s32 (HP tok) Kódový poměr s33, s34, s35 (LP tok)

s36, s37

Ochranný interval (∆/TU)

s38, s39

Přenosový mód

s40 – s53 s54 – s67

Rezerva Chybová ochrana

Jednotlivé bity

010111 00 01 10 11 00 01 10 11 000 001 010 011 100 101 110 111 000 001 010 011 100 101 110 111 00 01 10 11 00 01 10 11 Vše „0“ BCH kód

Tab.5: TPS informace a formát

- 45 -

Význam bitů

Rámec č.1 v super-rámci Rámec č.2 v super-rámci Rámec č.3 v super-rámci Rámec č.4 v super-rámci QPSK 16-QAM 64-QAM Rezerva Nehierarchický α=1 α=2 α=3 Rezerva Rezerva Rezerva Rezerva ½ 2/3 ¾ 5/6 7/8 Rezerva Rezerva Rezerva 1/32 1/16 1/8 ¼ 2k mó 8k mód Rezerva Rezerva


7.5 SI (Servisní informace) Systémy digitální distribuce nabízejí divákům obrovské množství programů a služeb. Aby bylo vůbec možné se v takovém množství informací orientovat, byl vyvinut systém služebních informací. ETS (European Telecommunication Standard) specifikuje SI (Service Information) data, která tvoří část DVB bitového toku (viz.4.1). Uživatel si pomocí nich může opatřit informace, které mu pomohou při výběru služeb obsažených v bitovém toku a také IRD dekodér je využívá pro svou automatické nastavení podle vybrané služby. SI data pro automatické nastavení jsou především specifikována v ISO/IEC 1818-1 jako PSI (Program Specific Information). Tato data jimiž jsou doplněna PSI umožňují automatické ladění IRD dekodérů a obsahují další informace, které mohou být zobrazeny uživateli. 7.5.1 Servisní informace SI – popis ISO/IEC 13818 specifikuje SI data vztahující se k PSI. PSI data poskytují informace pro automatické nastavení přijímače pro demultiplex a dekódování různých toků programů v multiplexu. PSI data jsou rozvržena do čtyř typů tabulek. Tabulky jsou přenášeny v sekcích (syntaktická struktura použitá pro mapování všech servisních informací transportního toku paketů viz. ISO/IEC 13818). 1) Program Association Table (PAT) – tabulka přiřazení programů -

pro každou službu v multiplexu PAT ukazuje umístění (tedy hodnotu PID) příslušné Program Map Table (PMT). Také udává umístění Network Information Table (NIT).

2) Conditional Acces Table (CAT) – tabulka podmíněného přístupu -

CAT poskytuje informace o systému podmíněného přístupu (CA) použitého v multiplexu; informace jsou soukromé (není definováno ETS) a závisí na CA systému. Obsahuje umístění EMM toku, jestliže je použit.

3) Program Map Table (PMT) – tabulka programů -

PMT určuje a ukazuje na umístění toků, tvořících jednotlivé služby a na umístění programové časové reference (Program Clock Reference) služby.

4) Network Information Table (NIT) – tabulka síťových informací -

umístění NIT je definováno v ETS 300 468 při dodržení ISO/IEC 13818-1. NIT je určena pro zajištění informací o fyzické úrovni sítě.

Navíc data obsažená v PSI musí umožňovat identifikaci služeb a programů pro uživatele. Kódování těchto dat je upřesněno v ETS 300 468. Na rozdíl od PAT, CAT a PMT v PSI, které obsahují pouze informace pro multiplex a které jsou v každém aktuálním multiplexu obsažena, přídavné informace definované ETS 300 468 mohou obsahovat

- 46 -


informace o službách a programech v různých multiplexech a i jiných sítích. Tato data jsou uspořádána do šesti tabulek: 5) Bouquet Assotiation Table (BAT) -

BAT poskytuje informace ohledně „bouquets“. Stejně jako poskytuje jméno „bouquetu“, poskytuje též seznam služeb pro každý „bouquet“.

2) Service Description Table (SDT) -

SDT obsahuje data popisující služby v systému, tj. jména služeb, providera služby, atd.

3) Event Information Table (EIT) -

ETS obsahuje data týkající se programů jao jsou jméno programu, začátek (čas), délka trvání, atd. použití rozdílných popisů umožňuje přenos rozdílných informací pro různé programy, tj. pro různé typy služeb.

6) Running Status Table (RTS) -

RTS obsahuje status programu (pracuje/nepracuje). RTS obnovuje tuto informaci a umožňuje automatické přepínání (v čase) mezi programy.

7) Time and Date Table (TDT) -

TDT obsahuje informaci vztahující se k aktuálnímu času a datumu. Tato informace je obsažena ve zvláštní tabulce, která je pravidelně obnovována.

8) Stuffing Table (ST) -

ST se používá pro zrušení platnosti existující sekce, např. jako pro vymezení hranic systému.

Na obrázku 17 je znázorněna celková organizace SI.

- 47 -


obr.17: Celkové schéma SI

- 48 -

8. Požadavky na přenosový kanál __________________________________________________________________________________________

8.

Požadavky na přenosový kanál 8.1 Bitový tok a potřebná šířka pásma v základním pásmu

Obrazový signál se v digitálním televizním studiu obvykle rozvádí v sériovém digitálním tvaru SDI (Serial Digital Interface) 270 Mbit/s. Tento signál má vlivem skramblování pseudonáhodný charakter, pravděpodobnost výskytu stavů 1 a 0 je tedy stejná. Výkonové spektrum tohoto signálu je spojité a má tvar daný funkcí [(sin x)/x]2 viz. obr.11, přičemž první průchod nulou je na kmitočtu 270 MHz. Nad tímto kmitočtem se přenáší pouze nevýznamná část energie tohoto dvoustavového signálu. Korektory signálu SDI se tedy nastavují na šířku pásma 270 MHz. Teoretická dolní hranice šířky pásma signálu SDI je poloviční, tj. 135 MHz. Omezování šířky pásma ve studiu však není potřebné a navíc dochází ke zvýšení citlivosti na přítomnost šumu a rušení, proto se používá šířka pásma 270 MHz. Tak velké přenosové pásma studiových signálů nejsou k dispozici pro přenos digitálního signálu k divákovi, proto je nutné podstatně redukovat bitové toky při zdrojovém kódování a využívat vícestavové digitální modulace nosných vln signálu.

8.2 Digitální modulace nosné vlny Z vícestavových digitálních modulací jsou schémata těch nejpoužívanějších uvedena na obr.18. Parametr m udává počet rozlišitelných stavů modulované nosné vlny při fázové modulaci m-PSK (Phase Shift Keying) nebo při kvadraturní amplitudové modulaci m-QAM (Quadrature Amplitude Modulation).

Obr.18 : Schémata nejpoužívanějších vícestavových digitálních modulací Vztah mezi přenášeným bitovým tokem R [bit/s] a šířkou pásma přenosového kanálu B[Hz] udává spektrální účinnost E [bit/(s.Hz)] vyjádřená v bitech za sekundu na 1 Hz

- 49 -


R=E.B Přenášený bitový tok přitom závisí na symbolové rychlosti RS udávané v baudech nebo symbolech/s podle vztahu R = b . RS kde koeficient b udává počet přenesených bitů jedním symbolem. Jeho velikost je určena pro m-stavovou digitální modulaci vztahem b = log2 m Baud je jednotka rychlosti přenosu číslicových informací vyjadřující počet změn za sekundu. Jestliže je signál kódován dvěma stavy (m = 2), potom je číselné vyjádření přenosové rychlosti v baudech (nebo symbolech/s) a bitového toku v bit/s stejné. Se zvyšováním počtu stavů se b-krát zvyšuje bitový tok, který lze přenést v daném kanálu, ale současně se snižuje odolnost proti rušení. Tato odolnost je dána rozlišitelností jednotlivých stavů za přítomnosti šumu a rušení a je tedy v podstatě dána (za předpokladu stejného výkonu nosné vlny) vzdáleností jednotlivých stavů v diagramech na obr.18.

Obr.19: Symbolová rychlost Vztah celkového bitového toku přeneseného digitálně modulovanou nosnou vlnou a potřebné šířky pásma je uveden podrobněji dále. Z předchozích dvou vztahů plyne, že pro spektrální účinnost E platí E = b . Rs/B Pro spektrání účinnost i celkový bitový tok přenesený v daném pásmu je tedy důležitý poměr symbolové rychlosti Rs k šířce pásma B (někdy se udává jeho převrácená hodnota B/Rs). - 50 -


Je také důležité si uvědomit, jak je definována šířka pásma. Obvyklá definice je na základě poklesu přenosové funkce o 3dB vzhledem k hodnotě na referenčním kmitočtu. Z analogové televize je známo, že v základním pásmu nemá útlumová charakteristika klesat na okraji pásma příliš prudce, aby nedocházelo ke zkreslení tvaru signálu v důsledku nekonstantního skupinového zpoždění. Jiná situace je v digitálních (ale i analogových) přenosových kanálech, kde s ohledem na rušení sousedních kanálů musí být průběh útlumové charakteristiky na okrajích pásma značně strmý. Takový průběh se zajišťuje filtrací speciálními filtry s kosinovým průběhem kvadrátu útlumové charakteristiky a s vyhovujícím průběhem charakteristiky skupinového zpoždění. Strmost útlumové charakteristiky je udávána pomocí faktoru α (roll-off factor), jehož velikost se pohybuje v rozmezí 0 a 1. Označíme-li šířku pásma danou poklesem o 3 dB symbolem BN, bude celková šířka pásma kanálu B dána B = (1 + α).BN U digitálně modulovaných signálů není přitom rozhodující případné zkreslení tvaru signálu, pokud lze (i za přítomnosti šumu) navzájem rozlišit jednotlivých m stavů modulované nosné vlny. Hodnoty faktoru α se obvykle pohybují v rozmezí 0,05 až 0,35. S rozvojem techniky filtrů a digitální techniky se použitelné hodnoty faktoru α zmenšují. Po dosazení dostaneme spektrální účinnost ve tvaru E = b/(1 + α) . Rs/BN Lze dokázat, že pro digitální fázovou modulaci m-PSK i pro digitální kvadraturní modulaci m-QAM je číselné vyjádření symbolové rychlosti a šířky pásma BN stejné, takže pro tyto modulace platí E = b/(1 + α) Maximální teoretická spektrální účinnost pro α = 0 je tedy přímo dána počtem přenesených bitů jedním modulačním symbolem, v tomto případě by však odolnost proti rušení byla podstatně snížena. Dostáváme tedy vztah mezi šířkou pásma a přeneseným bitovým tokem pro digitální modulaci PSK i QAM R = b . B/(1 + α) = b . BN Pro celkový bitový tok R, který lze přenést v daném přenosovém kanálu, je rozhodující počet bitů b přenesech jedním symbolem a kmitočtová šířka kanálu. Při udání celkové šířky kanálu je třeba uplatnit strmost poklesu pásma na okrajích daná velikostí α (rolloff factor). V případě dané šířky pásma BN s poklesem o 3 dB, je stanovený bitový tok v podstatě dán filtrací kanálu a pro dané podmínky je maximální. Stejným kanálem je možné přenášet i signál s nižším bitovým tokem a to obvykle při lepší odolnosti proti rušení.

- 51 -


8.3 Spektrální charakteristiky a spektrální maska 8.3.1 Spektrální charakteristiky V modulaci OFDM jsou jednotlivé symboly tvořeny z rovnoměrně rozložených orthogonálních nosných. Amplitudy a fáze jednotlivých nosných se mění symbol od symbolu podle procesu mapování, viz. kap.7.3.6 Spektrální výkonová hustota Pk(f) každé nosné na frekvenci fk = fc + k'/TU k' = k - (Kmax + Kmin)/2; (Kmin <_ k <_ Kmax) je definována následujícím výrazem: 2

 sin π ⋅ ( f − f K ) ⋅ TS  PK ( f ) =    π ⋅ ( f − f K ) ⋅ TS  Celková spektrální výkonová hustota všech nosných je součet spektrálních výkonových hustot těchto nosných. Teoretické spektrum DVB signálu je na obr. 20. Protože délka OFDM symbolu je větší než převrácená hodnota z velikosti odstupu nosných, hlavní lalok spektrální hustoty každé nosné je užší než dvojnásobek velikosti odstupu nosných.

Obr.20 : Teoretický průběh spektra vysílaného signálu DVB pro ochranný interval ∆ = TU/4

- 52 -


8.3.2 Spektrální masky

Obr.21 : Spektrální masky pro digitální pozemní televizní vysílač Části spektra zasahující na frekvence mimo jmenovitou šířku pásma musí být odstraněny pomocí fitrace. Spektrální masky musí být použity v případě, že digitální vysílač pracuje na sousedním kanále s analogovou televizí nebo je umístěn na stejném místě s analogovým vysílačem a docházelo by k jejich rušení, průběhy jsou na obr.21 podrobné tabulky viz.[1] Masky na obr.21 představují minimální ochranu nutnou pro analogovou televizi, kdy jsou vysílače pro digitální a analogovou televizi umístěny na stejném místě a dále: -

není použito rozlišení analogové a digitální televize pomocí polarizace vyzařovaný výkon z obou vysílačů je stejný (analogový výkon synchron. špiček odpovídá celkovému výkonu digitálního televizního vysílače).

V případě rozdílných výkonů se k referenčním bodům přičte korekce daná rozdílem minimálního analogového výkonu a maximálního digitálního výkonu (v dB).

- 53 -


8.4 BER Pro porovnání modulací s různým počtem znaků vycházíme ze základního kritéria kvality přenosu, kterým je bez ohledu na to, jak jsme přenos provedli, pravděpodobnost chyby přenášených binárních symbolů, kterou nazýváme bitová chybovost (BER – bit error rate). Vypočteme ji podle klasické definice pravděpodobnosti dělením počtu chybných binárních symbolů na výstupu demodulátoru celkovým počtem binárních symbolů (tento počet musí být dostatečně velký, aby platili zákony velkých čísel). BER = lim

N →∞

chybných bitů eN e = lim = N →∞ N k celkem bitů k

kde k = log2 (M) je počet bitů, z nichž vytváříme M-znakové symboly. Při chybném vyhodnocení vyslaného M-znakového symbolu je přeneseno chybně e bitů. N je počet znaků dlouhé zprávy. Bitová chybovost pro velký počet znaků v případě, kdy je konstantní vzdálenost mezi signálovými body i vzdálenost signálových bodů od počátku souřadnic je polovinou pravděpodobnosti chyby symbolu, což odpovídá tomu, že v případě chybného vyhodnocení znaku je v průměru chybně polovina bitů, které reprezentuje. U modulací, které nemají konstantní pravděpodobnost záměny jednoho znaku za druhý (QAM, PSK, PAM) nelze výpočet BER obecně provést, neboť záleží na zvolené binární reprezentaci signálových bodů. Jednotlivé rovnice a odvození viz.[35]. Bitová chybovost závisí na pravděpodobnosti chyby M-znakového symbolu, která je dána odstupem signálu od šumu γ. Tato veličina vyjadřuje odstup signálu od šumu na jeden bit informace a je dána středním výkonem přijímaného užitečného signálu, bitovou rychlostí binárních symbolů a spektrální výkonovou hustotou aditivního šumu a nemění se tedy s použitou modulací ani s počtem znaků. U modulací skupiny PAM, QAM, PSK dochází při zvyšování počtu znaků ke snižování relativní šířky pásma potřebné pro přenesení modulovaného signálu. Jsou však zvýšeny nároky na odstup signálu od šumu.

8.5 Kapacita sdělovacího kanálu Kapacita sdělovacího kanálu je maximální množství informace přenesené kanálem za jednotku času. Kapacita spojitého sdělovacího kanálu realizovaného přenosem signálu o šířce pásma B a výkonu P při aditivním bílém šumu o normálním rozložení s jednostrannou spektrální výkonovou hustotou No je

- 54 -


 P   = B log 2 (1 + SNR ) C = B log 2 1 + N o B   SNR je odstup signálu od šumu ve smyslu poměru jejich výkonů. Uvedený byl odvozen pro signál v základním pásmu, ale platí i pro vf signál, neboť jeho přenos je ekvivalentní přenosu dvou signálů v základním pásmu, ale s poloviční šířkou pásma. Vyjádříme li šířku pásma vysílaného signálu B=

n 2T

dostáváme výsledný vztah pro kapacitu spojitého kanálu při digitální komunikaci C=

 n P 2T   log 2 1 + 2T N o n  

Modulace PAM, PSK a QAM mají konstantní dimenzi signálového prostou n (1 resp. 2), jejich relativní šířka pásma klesá s počtem znaků a kapacita jimi realizovaného diskrétního kanálu musí taky klesat, neboť klesá kapacita spojitého kanálu. Na obrázku 22 je znázorněna závislost odstupu signál/šum a BER pro modulace 4/16/64/256 QAM.

- 55 -


Obr.22: Limity pro „Quasi Error Free Decoding“ s RS protichybovou ochranou

8.6 Shrnutí požadavků Požadavky na přenosový kanál v DVB-T se budou lišit podle uvažované sítě (primární distribuce, sekundární distribuce) a dále podle použitého způsobu přenosu digitálního toku v dané síti. Obecně lze říci, že nejdůležitějšími parametry v těchto sítích jsou bitová chybovost BER s níž souvisí další parametry jako odstup signálu od šumu, zpětné protichybové korekce FEC, šířka pásma, přenosová rychlost, spolehlivost přenosu, jitter. Většina těchto parametrů je uvedena v příslušných odstavcích týkajících se dané přenosové

- 56 -


cesty. Dále bude tedy uvedeno stručné shrnutí těchto požadavků a případné doplnění. Další parametry je možné nalézt v příslušných normách vztahujících se k jednotlivým sítím. Jelikož má každý kanál jiné vlastnosti, vyžaduje vlastní specifikaci. První byla určena specifikace DVB přes družici EN 300 421, známá jako DVB-S a popisující kanálové kódování a modulaci pro tento přenosový kanál. Pro kabelové systémy popisuje kanálové kódování a modulaci specifikace EN 300 429 známá jako DVB-C. Tento dokument je základem pro EN 300 473, kde je popsáno použití SMATV (Satellite Master Antenna) při instalaci DVB. Norma je známa jako DVB-CS. Specifikací pro terestriální vysílání je EN 300 744 známá jako DVB-T. V případě konfigurace vysílačů do jednofrekvenční sítě je možné využít specifikaci TS 101 191. Při šíření DVB v oblasti mikrovln existuje specifikace EN 300 748 popisující MMDS (Multichannel Microwave Distribution System) na 10 GHz a výše (systém je založen na DVB-S technologii) nazvané DVB-MS a dále specifikace EN 300 749 popisující systém MMDS na frekvencích pod 10 GHz (založeno na technologii DVB-C) nazývající se DVB-MC. Pro primární sítě je možné využít některé druhy telekomunikačních sítí (PDH, SDH, ATM atd.), radioreléové spoje RRS, satelitní distribuci nebo přenos po optickém kabelu („Dark fibre“). Pro sítě PDH a SDH jsou navržena rozhraní, která budou použita pro připojení DVB signálu do PDH sítí (ETS 300 813) a SDH sítí (ETS 300 814). U PDH sítě je pro přenos TS vhodné rozhraní 34,368 Mbit/s. Pro SDH síť je použito rozhraní STM-1 s 155,520 Mbit/s. U ATM sítě je možné použít adaptační úrovně AAL1 až AAL5. U optických kabelů jsou použity na krátké vzdálenosti vícemódová vlákna s LED či laser vysílači, na delší vzdálenosti jednomódová vlákna s laser vysílači. U DVB-T závisí požadované vlastnosti kanálu na tom, jaký použijeme kódový poměr konvolučního kodéru, délku ochranného intervalu, mód 2k nebo 8k, modulaci a z toho plyne také bitový tok 4,98 až 31,65 Mbit/s. Většina parametrů je přehledně uvedena v tabulce 2. Jsou zde použity tři modely kanálů: • Gaussův kanál, kde existuje pouze přímo se šířící signál napadený pouze šumem • Riceanův kanál, kde je přímý signál napaden několika odraženými signály s různou úrovní a fází • Rayleigho kanál, který se vyznačuje pouze existencí odražených signálů bez přímého signálu. Jak bylo u tabulky 2 již uvedeno, Riceanův se hodí k popisu příjmu na pevnou anténu, kde se vyskytují odražené signály od terénních překážek, zatímco Riceanův kanál vystihuje situaci uvnitř budovy. Přesné definice výše uvedených kanálů vhodné pro výpočet požadovaného C/N viz. ETS 300 744 [1]. U sítí SFN je nutné dodržení naprosté synchronizace ve frekvenci, čase a bitu. Měřením v terénu byla zjištěna potřebná přesnost frekvence ±(∆f/1000) (∆f je vzdálenost nosných OFDM). To je pro mód 8k asi ±1 Hz. Časová tolerance již není tak kritická, jako dostačující přednost se dá považovat ±1μs. Hodnotícím kritériem odolnosti proti rušení je nežádoucí zvýšení chybovosti (většinou BER). Vycházíme tady ze skutečnosti, že bitová chybovost BER = 2.10-4 před Reed-Solomon korekcí odpovídá přijatelné kvalitě obrazu a koresponduje s jednou chybou za hodinu za dekodérem Reed-Solomon kódu. Tato skutečnost je také respektována v tab.2.

- 57 -


V projektu VALIDATE [23] byly prováděny testy na přenosovém řetězci DVB-T. Na obrázku 23 je nakresleno blokové schéma sestavy a v tabulce 6 jsou proměřované konfigurace. Testovala se citlivost systému na změnu parametrů rušících vlivů v kanálu (šum, interference, vícecestné šíření, fázový šum, frekvenční offset a nelinearita vysílače) měřením BER na straně přijímače po Viterbiho chybové korekci.

Vysílač

Down konvertor

OFDM modulátor

Vícecestné šíření

Up konvertor

+

+

AWGN

Interference

MPEG MUX a kodér

Tuner

OFDM přijímač

Spektrální analyzátor

Měřič BER

Display

Obr.23: Měřící a testovací přenosový řetězec DVB-T

Modulace QPSK 16 QAM 64 QAM

Kódový poměr ½ ¾ 2/3

RU [Mbit/s] 5,53 18,10 19,91

Mód 2k a 8k 2k a 8k 2k a 8k

Ochranný interval ∆ 1/8 1/32 ¼, (1/8)

Tab.6: Proměřované konfigurace Byly zjištěny tyto výsledky: • • • • • • • •

při ∆ = ¼ reziduální šum způsobil degradaci C/N asi 1,6 dB; při ∆ < ¼ byla degradace potlačena módy 2k a 8k mají podobné ztráty v AWGN kanálu (podrobně viz. [32]) problémy s synchronizací nenastávaly až do BER = 10-2 a hranice, kdy kvalita obrazu přestává být přijatelná je asi BER = 10-3 při impulsním rušení s opakovací frekvencí pulsů (PRF) menší než opakovací perioda symbolu OFDM je poškozen pouze jeden symbol z N (N = symbolová rychlost/PRF) BER je úměrná PRF při impulsním rušení s PRF větší než symbolová rychlost M interferenčních impulsů poškozuje každý symbol a míra rušení je úměrná PRF módy 2k a 8k mají srovnatelnou odolnost proti odrazům ve vztahu k délce ochranného intervalu ∆C/N závisí na kódovém poměru, menší kódový poměr (1/2) umožňuje lépe rekonstruovat potlačené nosné frekvenčně selektivním kanálem a tím je tato konfigurace odolnější vůči odrazům; v Gaussově kanálu však mohou větší kódové poměry souviset s lepší odolností (16 QAM ¾ a 64 QAM ½ )

- 58 -


• • •

zpoždění Tu/6 (u ochranného intervalu ∆ = ¼ ) způsobuje špičky v ∆C/N, které poškozují jednu ze dvou pilotních nosných a tím zhoršuje odhad (estimaci) kanálu v přijímači mód 2k má asi čtyřikrát lepší odolnost proti odrazům s Dopplerovým posuvem než mód 8k maximální přípustný Dopplerův posuv odraženého signálu silně závisí na amplitudě odraženého signálu

- 59 -

9. Závěr __________________________________________________________________________________________

9.

Závěr

V první části práce jsou uvedeny základní aspekty sítí DVB-T. Jsou zde napsány základní principy při plánování MFN sítí, SFN sítí a jejich kombinace při plánování sítí. Je zde také uvedena možnost využití tzv. Gap Filler (vykrývačů). V druhé části je popsáno variantní uspořádání přenosu transportního toku distribuční sítí. Jsou zde uvedeny základní aspekty primární distribuce, otázka synchronizace v síti a podrobnější popis SFN sítě. Zajímavým se pro tvorbu multiplexu a přenos transportního toku ukazuje statistický multiplex, který je velice vhodný využít pro velkou úsporu kapacity přenosového kanálu. Je však nutno poznamenat, že tato úspora se projeví až při větším počtu multiplexovaných programů (cca.5 až 6) a je vyvážena zvýšenou cenou potřebného zařízení multiplexeru. Následuje vlastní návrh sítě pro Českou republiku. Je zde nejprve zhodnocen stávající stav a poté navržen multiplex a distribuční síť pro případ jednotné sítě SFN a pro síť MFN s místními SFN. Návrh umístění jednotlivých multiplexů a určení vysílacích stanovišť je již mimo rámec této práce. Při návrhu se jako výhodnější ukazuje postupné budování strukturované sítě pro variantu MFN s místními SFN. Důvodem je nedostatek volných televizních kanálů a to zejména kanálu dostupného po celém území republiky pro vybudování jednotné sítě SFN. Dalším důležitým požadavkem je možnost regionálního televizního vysílání. Pro distribuci transportního toku primární sítí je výhodné použít pro přenos na větší vzdálenosti satelitní distribuci, kdy nemusí být budovány žádné nákladné pozemní trasy a není třeba pro ně vyhledat další volné kmitočty. Pro přenos na menší vzdálenosti (městské aglomerace, hustě osídlené oblasti) je možné využít sítí SDH, PDH a ATM a optických kabelů. V následující části jsou uvedena kritéria pro výběr jednotlivých provozovatelů. Některá kritéria jako přenos celoplošně šířených tv programů bude třeba ještě administrativně stanovit, možnosti které se nám naskýtají jsou v kapitole uvedeny. V další části je popsána tvorba přenosového protokolu. Je zde uvedena možnost použití hierarchického a nehierarchického přenosového módu, stručně popsáno zdrojové kódování, dále multiplex, a kanálové kódování. Jsou zde také popsány systémy TPS (signalizace přenosových parametrů) a SI (servisní informace) umožňující automatické nastavení přijímačů, komfortnější ovládání a další služby využívané sítí. Poslední kapitola se týká určení požadavků na přenosový kanál. Tyto požadavky se jistě liší podle uvažované sítě (primární, sekundární distribuce) a dále podle použitého způsobu přenosu transportního toku sítí. Nejdůležitější parametry jako BER, odstup signálu od šumu, šířka pásma, přenosová rychlost, jitter jsou zde teoreticky popsány a poté jsou přehledově pro jednotlivé sítě uvedeny uvažované způsoby přenosu digitálního toku. Nakonec jsou zde vypsány nejdůležitější vlastnosti a tím i požadavky na přenos v sítích DVB-T ověřené v rámci laboratorních testů a měření v terénu projektu VALIDATE.

- 60 -

10. Literatura __________________________________________________________________________________________

10.

Literatura

[1]

EN 300 744: Digital Video Broadcasting (DVB); Framing strukture, chanel coding and modulation for digital terrestrial television

[2]

EN 300 421: Digital Video Broadcasting (DVB); Framing strukture, chanel coding and modulation for 11/12 GHz satellite services (DVB-S)

[3]

EN 300 429: Digital Video Broadcasting (DVB); Framing strukture, chanel coding and modulation for cable systems (DVB-C)

[4]

TR 101 190: Digital Video Broadcasting (DVB); Implementation guidelines for DVB terrestrial services; Transmission aspects

[5]

ISO/IEC 13818-1 Information technology - Generic coding of moving pictures and associated audio informations: Systems

[6]

ISO/IEC 13818-2 Information technology - Generic coding of moving pictures and associated audio informations: Video

[7]

ISO/IEC 13818-3 Information technology - Generic coding of moving pictures and associated audio informations: Audio

[8]

ETR 154: Digital Video Broadcasting (DVB); Implementation guidelines for the use of MPEG-2 Systems, Video and Audio in satelitte, cable and terrestrial broadcasting applications.

[9]

ETS 300 468: Digital Video Broadcasting (DVB); Specification for Services Information (SI) in DVB systems.

[10]

ETR 211: Digital Video Broadcasting (DVB); Guidelines on implementation and usage of Service Information (SI)

[11]

ETR 162: Digital Video Broadcasting (DVB); Allocation of Service Information (SI) codes for DVB systems.

[12]

TS 101 191: Digital Video Broadcasting (DVB); Specification of a mega-frame for SFN synchronization

[13]

EN 301 191 (draft): Specification of a Megaframe for SFN synchronization DVB

[14]

EN 300 749: Digital Video Broadcasting (DVB); Microwave Multipoint Distribution Systems (MMDS) below 10 GHz (DVB-MC)

[15]

ETR 289: Digital Video Broadcasting (DVB); Support for use of scrambling and Conditional Access (CA) within digital broadcasting systems.

[16]

ETS 300 802: Digital Video Broadcasting (DVB); Network - independent protokols for DVB interactive services.

- 61 -

10. Literatura __________________________________________________________________________________________

[17]

TR 101 194: Digital Video Broadcasting (DVB); Guidelines for implementation and usage of the specification of network independent protocols for DVB interactive services.

[18]

EN 301 192: Digital Video Broadcasting (DVB); Specification for data broadcasting.

[19]

ETS 300 813: Digital Video Broadcasting (DVB); Interfaces to Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH) networks.

[20]

ETS 300 814: Digital Video Broadcasting (DVB); Interfaces toSynchronous Digital Hierarchy (SDH) networks.

[21]

ETR 290: Digital Video Broadcasting (DVB); Measurement Guidelines for DVB systems.

[22]

TR 101 200: Digital Video Broadcasting (DVB); A guideline for the use of DVB specification and standards.

[23]

VALIDATE Project; (http://www.bbc.co.uk/validate/)

[24]

Vladimír Vít: Televizní technika, Přenosové barevné soustavy; BEN - technická literatura, Praha 1997, 1.vydání

[25]

Národní kmitočtová tabulka; Ministerstvo dopravy a spojů ČR, NADATUR, Praha 1997

[26]

Rohde&Schwarz: Digital Video Broadcast; Seminář Praha 22.9. až 23.9.1998

[27]

Rohde&Schwarz: Digital Video Broadcast; Seminář březen 1999

[28]

CzechLink: Nastavení CzechLink121099; tabulka nastavení 15.10.1999

[29]

Česká televize 97, sborník 3-4 Seminář DVB

[30]

Digital Terrestrial Television Papers from the BBC, as presented at IBC 96 (Int. Broadcast. Convention, Amstrdam 1996)

[31]

ETS 300 174: Network Aspects, Digital coding of component television signals for contribution quality applications in the range 34 - 45 Mbit/s, Nov.1992

[32]

Jaroslav Tůma: Analýza zavádění DVB-T v ČR; ČVUT FEL Praha 1999

[33]

NDS Draft PV-T501; 23 September 1999

[34]

Rozbor možností zavedení zemské digitální televize v ČR Testcom, studie zpracovaná na Smlouvou č. 763/98 uzavřenou mezi Radou České republiky pro rozhlasové a televizní vysílání a TESTCOM (úkol 3- 33-316)

- 62 -

10. Literatura __________________________________________________________________________________________

[35]

ITU-R Draft New Recommendation BT (XXD/XXI): "Error-correction, data framing, modulation and emission methods for digital terrestrial television broadcasting".

[36]

ITU-T Recommendation G703: "Physical/electrical characteristics of hierarchical digital interfaces".

[37]

EBU BPN 005: "Terrestrial digital television planning and implementation considerations. Second issue, July 1997".

[38]

CEPT: "The Chester 1997 Multilateral Coordination Agreement relating to Technical Criteria, Coordination Principles and Procedures for the intreduction of Terrestrial Digital Video Broadcasting (DVB-T)".

[39]

ITU-R Report 1203: "Digital sound broadcasting to vehicular, protable and fixed receivers using terrestrial transmitters in the UHF/VHF bands".

[40]

ITU-R Draft New Recommendation BT (XYZ): "Criteria required for planning of digital terrestrial television services in the VHF/UHF television bands".

- 63 -

Příloha č.1 __________________________________________________________________________________________

Příloha č.1

Signálová rozhraní SPI Synchronous Parallel Interface LVDS (Low Voltage Differential Signalling) 25 kontaktů, typ D (ISO Doc. 2110(1989)) Kontakt 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Signál Hodiny A Systémová zem Data 7 A (MSB) Data 6 A Data 5 A Data 4 A Data 3 A Data 2 A Data 1 A Data 0 A DVALID A PSYNC A Kostra

Kontakt 14 15 116 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Signál Hodiny B Systémová zem Data 7 B (MSB) Data 6 B Data 5 B Data 4 B Data 3 B Data 2 B Data 1 B Data 0 B DVALID B PSYNC B

Časování:

Hodinová frekvence fp závisí na TS datové rychlosti vyjádřené fu: fp = fu / 8 (bez Reed Solomon) fp = (204/188).fu / 8 (s Reed Solomon) Hodinová perioda T = 1 / fp Šířka hodinového pusu t = T/2 ± T/10 DATA HOLD čas td = T/2 ± T/10 LVDS driver

symetrický výstup Maximální výstupní odpor DC napětí Amplituda signálu - 64 -

100 Ω 1,125 až 1,375 V 247 až 454 mV

Příloha č.1 __________________________________________________________________________________________

LVDS přijímač

Čas přechodu signálu < T/7 (20 až 80 % amplitudy, měřeno na 100Ω) symetrický vstup Maximální vstupní odpor 90 až 132 Ω Maximální vstupní napětí 2 Vpp Minimální vstupní napětí 0,1 Vpp

SSI Synchronous Serial Interface Paralelní data DATA 0 až 7 (A) z LVDS rozhraní jsou konvertována paralelně/sériově a vysílána během osmi hodinových pulsů ze sériového MPEG-2 transportního toku.

Vlastnosti zdroje: Tvar pulsů obdélníkový, pulsy maskovány na tvar bez překmitů Napětí 1000 mVpp ± 10 % Čas přechodu < 4 ns Útlum 3,5 až 105 MH 15 dB Jitter špička/špička 2 ns ASI (T link) Asynchronous Serial Interface 8-bitový MPEG-2 transportní tok je konvertován na 10 bitová slova. Přeno sériového bitového toku rychlostí 270 Mbit/s. Typický příklad TS hodinové rychlosti 38,15 Mbit/s. Pro přizpůsobení rychlosti 270 Mbit/s vkládány „výpňové“ byty. Tyto byty jsou ignorovány v přijímacím zařízení. Driver

symetrický výstup Propojení koaxiálním kabelem

Linka

Koaxiální kabel Frekvenční rozsah Amplituda dat

75 Ω < 850 MHz 800 mVpp ± 10 %

- 65 -

Příloha č.1 __________________________________________________________________________________________

Útlum Čas přechodu

< -15 dB (0,03 MHz až 1 GHz) 1,2 ns (max)

HDB3 Interface (ITU – T G.703) Převážně využíváno telekomunikacemi pro digitální rádiové spoje podle ETS 300 174 s rozhraním 34 – 45 Mbit/s.

Připojení Bitová rychlost Úroveň

koaxiální kabel 75 Ω 64 kbit/s až 44 736 kbit/s + 1V, 0V, - 1V - 66 -

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ Fakulta elektrotechnická katedra radioelektroniky. Primární sítě pro DVB-T

Recommend Documents