T2, generace transportního toku 3D televize

Digital Television and Radio Systems (NDTV)

Laboratory Exercise no. 4

Měření parametrů signálu při příjmu DVB-T/T2, generace transportního toku 3D televize Účelem úlohy je seznámit se s obsluhou měřicího přijímače R&S ETL TV Analyzer a měření parametrů signálu při příjmu vysílání DVB-T (síť 1 a 2). Během měření získáte základní představu o obsahu transportního toku MPEG-2 TS, tvaru spektra přijímaného signálu digitální pozemní televize, konstelačním diagramu vnitřní modulace, chybovosti přenosu, poměru S/N v přenosovém kanále a parametrech kódování a vysílání sítí 1 a 2 (multiplexy Českých radiokomunikací).

Teoretický úvod Modulace OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) patří mezi modulace typu MCM (Multi Carrier Modulation), tedy modulace s více nosnými kmitočty. V kombinaci s ochranným kódováním FEC v základním pásmu se označuje jako COFDM (Coded OFDM). Vyznačuje se vysokou odolností proti mezisymbolovým interferencím ISI, které ohrožují terestrické vysílání digitálních signálů s ohledem na vliv odrazů (vícenásobný příjem) od různých překážek na zemském povrchu. Odražené signály mají v místě příjmu různá časová zpoždění i amplitudy, přičemž častější jsou malá časová zpoždění od jednotek do stovek µs. Pro zvýšení spektrální účinnosti se pro modulaci subnosných vln používá modulace M-QAM nebo QPSK. Jednotlivé datové subnosné vlny jsou vysílány současně. Kmitočtová spektra jednotlivých subnosných se překrývají tak, že první minimum výkonového spektra se kryje s maximem spektra sousední subnosné vlny. Měřící přijímač R&S ETL TV Analyzer je televizní digitální přijímač s integrovaným monitorem, který mimo měření úrovní analogových a digitálních programů umožňuje detailní posouzení kvality DVB-T/T2 programů a vysílání. Modulární stavba přístroje umožňuje rozšíření měření pomocí dalších měřících desek i na měření digitálního satelitního a kabelového vysílání. Integrovaný TFT displej umožňuje posouzení kvality obrazu přijímaného programu. Pro měření úrovní analogových a digitálních signálů jsou k dispozici čtyři různé detektory (špičkový, střední hodnoty, minimální a maximální hodnoty). Korekční křivky pro měření jsou uloženy v EEPROM při kalibraci přístroje a zajišťují vysokou přesnost měření. V současné době je digitální pozemní vysílání DVB-T v Brně zajišťováno ve vysílací síti 1 (25. kanál, 506 MHz), 2 (40. kanál, 626 MHz), 3 (59. kanál, 778 MHz) a 4 (64. kanál, 818 MHz) s parametry uvedenými v Tab. 4.1.

-1-

Tab. 4.1: Technické parametry DVB-T vysílací sítě 1 až 4 v Brně (zdroj www.digizone.cz)

DVB-T Síť 1 (29. kanál, 538 MHz) ČT1, ČT2, ČT24, ČT4 Sport Brno 10 305 25 V 16°34'47" 49°11'56" Barvičova kW m Brno 10 424 25 H 16°40'28" 49°13'22" Hády kW m

DVB-T Síť 2 (40. kanál, 626 MHz) Nova, Prima, Barrandov, Cool, Nova Cinema 10 424 Brno H 16°40'28" 49°13'22" 40 kW m Hády Brno 10 305 40 V 16°34'47" 49°11'56" Barvičova kW m

DVB-T Síť 3 (59. kanál, 778 MHz) Z1, Public TV Brno 10 424 59 H 16°40'28" 49°13'22" Hády kW m Brno 10 305 59 V 16°34'47" 49°11'56" Barvičova kW m

Šířka pásma Vysílací mód Ochranný interval Kódový poměr Konstelace Hierarchický mód Celková bitová rychlost Šířka pásma Vysílací mód Ochranný interval Kódový poměr Konstelace Hierarchický mód Celková bitová rychlost Šířka pásma Vysílací mód Ochranný interval Kódový poměr Konstelace Hierarchický mód Celková bitová rychlost Šířka pásma Vysílací mód Ochranný interval Kódový poměr Konstelace

DVB-T Síť 4 (64. kanál, 818 MHz) ČT1, Nova HD, O2 Info, Očko Brno 2 280 FN 64 H 16°34'14" 49°10'33" kW m Bohunice

-2-

Hierarchický mód Celková bitová rychlost

8MHz 8k 1/4 2/3 64QAM nehierarchický 19,10 Mbit/s

8MHz 8k 1/4 2/3 64QAM nehierarchický 19,10 Mbit/s

8MHz 8k 1/4 2/3 64QAM nehierarchický 19,10 Mbit/s

8MHz 8k 1/8 2/3 64QAM nehierarchický 22,17 Mbit/s

Zadání a postup měření 1.

Seznamte se s obsluhou digitálního televizního přijímače STB Icecrypt STC6000HD PVR a ovládáním funkcí televizního přijímače TVP. STB je připojen na externím vstupu přes HDMI 2. Seznamte se s obsluhou měřícího analyzátoru ETL. Návody ke všem přístrojům jsou součástí pracoviště laboratorní úlohy.

2.

Nalaďte na STB přijímači signál vysílací sítě 1 (29. kanál, 538 MHz) a sítě 2 (40. kanál, 626 MHz). Nalezené programy uložte automaticky do předvoleb přijímače (uložení do skupin TV a Radio). Ověřte kvalitu přijímaného signálu přímo v přijímači pomocí vestavěného detektoru – úroveň a kvalita v [%]. Hodnoty pro obě vysílací sítě si poznamenejte do protokolu. Postup: Menu – Instalace – Hledání terestriálu (OK) - Mód hledání (Ručně) Program (40) - Kmitočet (626 MHz) – Vyhledat – Uložit.

3.

Nalaďte na měřícím přijímači ETL signál multiplexu vysílací sítě 2 (40. kanál, 626 MHz). Vyzkoušejte si ladění přijímače po kanálech a průběžně po kmitočtu. Změřte úroveň přijímaného signálu v [dBµV]. Postup: Stisk tlačítka MEAS < > Digital TV Settings – přepnout TV Standard na OFDM DVB-T/H. Pote stisk tlačítka FREQ a zadejte frekvenci C40 kanálu (626 MHz). Stisk tlačítka MEAS < > Overview - Level.

4.

Zobrazte na obrazovce měřícího přijímače ETL programový obsah transportního toku MPEG-2 TS sítě 2 (TV a rozhlasové programy). Pro každý nalezený program si poznamenejte jeho identifikátory v transportním toku MPEG-2 TS (identifikátory paketů MPEG-2 TS tzv. Video-PID a Audio-PID), typ použité komprese MPEG. Postup: Stisk tlačítka Mode a vybrat možnost TS Analyzer– (počkat na spuštění analyzátoru) – stisk tlačítka ∧ a vybrat možnost Topology – na obrazovce obsah transportního toku sítě 2 a datový tok jednotlivých programů – stisk tlačítka ∧ a vybrat možnost AV Decoder – na obrazovce údaje Video-PID, Audio-PID – vybrat možnost Decoder Info – na obrazovce typ komprese MPEG (Video a Audio). Po skončení vypněte TS Analyzer následovně: File < > Exit (počkat na vypnutí analyzátoru).

5.

Zobrazte tvar spektra vybraného kanálu digitální televize na obrazovce měřícího přijímače ETL. Změřte pomocí digitálních kurzorů střední úroveň přijímaného signálu v [dBµV] a dále potlačení ramen spektra mimo zvolený TV kanál v [dB]. Postup: Stisk tlačítka Measure – Spectrum. – SPAN 10 MHz – MKR - změna pomocí otočného knoflíku (zobrazení stupnice na displeji - min 50 – -30 dBµV).

6.

Zobrazte tvar konstelačního diagramu vnitřní modulace M-QAM na obrazovce měřícího přijímače ETL. Prohlédněte si detail jednoho kvadrantu konstelačního diagramu. Změřte údaj o chybovosti přenosu BER před a po Viterbiho dekódování a dále odečtěte poměr S/N v [dB]. Zobrazte si dále informace o parametrech vysílání multiplexu vysílací sítě 2 (mód modulace OFDM, vnitřní modulace, kódový poměr, ochranný interval, hierarchie kódování, číslo kanálu, kmitočet). Postup: Stisk tlačítka MEAS – Modulation Analysis – Const Diagram - Zoom 1st/2nd/3rd/4th/none – výběr kvadrantu (zobrazí detail jednoho kvadrantu konstelačního diagramu). Informace o parametrech vysílání multiplexu vysílací sítě 2 lze přehledně zobrazit následovně: stisk MEAS < > Overview.

-3-

7.

Měřící televizní přijímač odpojte od kabelového rozvodu STA a připojte na jeho vstup aktivní prutovou anténu ANT. Při příjmu na aktivní prutovou anténu si vyzkoušejte také zobrazení impulsní odezvy (stisk tlačítka MEAS – Channel Analysis / Echo Pattern) pro zobrazení odrazů přijímaného signálu (40. kanál, 626 MHz). Údaj o odražených signálech je zobrazen buď ve vzdálenosti, nebo v času zpoždění. Z grafu je možno odečíst hodnoty relativního útlumu zpožděného signálu [dB], zpoždění v [µs] a vzdálenosti v [km] pomocí kurzorů < > marker.

8.

Připojte ETL opět na anténní kabelový rozvod STA a vymažte všechny uložené předvolby přijímače STB (skupina TV i Radio). Měřící přijímač ETL přepněte opět do režimu měření digitální televize DVB-T a nalaďte kanál sítě 2.

Nepovinná experimentální část laboratorní úlohy 9.

Pomocí laboratorního vysílače SFU a analyzátoru ETL pro DVB-T experimentálně ověřte dostupnost televizního vysílání při zhoršených podmínkách poměru C/N a v únikových kanálech. Výsledky srovnejte s tabulkou Annex A.1 normy ETSI EN 300 744 V1.6.1 (2009-01). Nastavte parametry pro vysílání DVB-T: kanál C58 (770 MHz); Level 70 dBuV, 8K mode, vnitřní modulace 64QAM, kódový poměr 2/3; ochranný interval 1/8. Postupně změňte velikost hodnoty C/N . Výsledky postupně zaznamenejte v kanálech AWGN, RC20 a RL20. Postup pro SFU: Stisk tlačítka Setup – FAVORITIES - FREQUENCY – TX:FREQUENCY: FREQUENCY (zadejte 770 MHZ) - TX:LEVEL: LEVEL (zadejte 70 dBµV). Pomocí otočného knoflíku (resp. pomocí myší) si postupně nastavte další parametry: MODULATION – MODULATION – TRANSMISSION STANDARD (zadejte DVBT/H). DIGITAL TV – CODING – FFT SIZE (zadejte 8K); GUARD INTERVAL (zadejte 1/8); HIERARCHY (zadejte NON-HIERARCHICAL); CONSTELLATION (zadejte 64QAM); CODE RATE (zadejte 2/3). NOISE – NOISE (nastavte ADD); AWGN (nastavte na ON); AWGN – C/N (postupně změňte hodnotu od 10 do 40 dB). FADING – FADING (nastavte ON); PROFILE – STANDARD (vyberte DVB); PARAMETER SET (vyberte nejprve RC20 ANX B a pak RL20 ANX B).

10. Pomocí laboratorního vysílače SFU a analyzátoru ETL pro DVB-T2 experimentálně ověřte dostupnost televizního vysílání při zhoršených podmínkách poměru C/N a v únikových kanálech. Výsledky srovnejte s Tab. 45 normy ETSI TS 102 831 V1.2.1 (2012-08). Nastavte parametry pro vysílání DVB-T2: kanál C58 (770 MHz); Level 70 dBuV, 32K (extended) mode, vnitřní modulace 256QAM, kódový poměr 3/5; ochranný interval 1/16. Postupně změňte velikost hodnoty C/N . Výsledky postupně zaznamenejte v kanálech AWGN, RC20 a RL20. Postup pro SFU: Stisk tlačítka Setup – FAVORITIES - FREQUENCY – TX:FREQUENCY: FREQUENCY (zadejte 770 MHZ) - TX:LEVEL: LEVEL (zadejte 70 dBµV).

-4-

Pomocí otočného knoflíku (resp. pomocí myší) si postupně nastavte další parametry: MODULATION – MODULATION – TRANSMISSION STANDARD (zadejte DVBT2). DIGITAL TV – BICM – FEC FRAME (Normal); CODE RATE (zadejte 3/5); CONSTELLATION (zadejte 256QAM); CONSTELL. ROTATION (on/off); FRAMING+OFDM - FFT SIZE (zadejte 8K); GUARD INTERVAL (zadejte 1/16); PILOT PATTERN (nastavte PP4). NOISE – NOISE (nastavte ADD); AWGN (nastavte na ON); AWGN – C/N (postupně změňte hodnotu od 10 do 40 dB). FADING – FADING (nastavte ON); PROFILE – STANDARD (vyberte DVB); PARAMETER SET (vyberte nejprve RC20 ANX B a pak RL20 ANX B). 11. Pomocí laboratorního vysílače SFU vysílejte prostřednictvím DVB-T2 transportní tok 3D televize. Ve složce e:/ jsou umístěny vzorky transportního toku obsahující obrazový tok ve formátu Frame Compatible (FC). Tento je komprimován jak MPEG2, tak i MPEG-4 AVC při nastavení různých úrovní datového toku. Pozorujte rozdíly v kvalitě vjemu (QoE) mezi použitými komprimačními metodami a datovými toky a to jak pro 3D režim, tak při jeho vypnutí na zobrazovači (tlačítko 3D). Nastavte nejvyšší datový tok (29 Mbit/s). Zvyšujte úroveň šumu v kanálu, než nastane Cliff falls effect. Pozorujte rozpad 3D vjemu před úplnou ztrátou příjmu.

Obr. 4.1: Nastavení TS generátoru SFU.

-5-

Poznámky k měření 1.

V současné době je možné na území města Brna naladit čtyři digitální vysílací sítě: síť 1 (29. kanál, 538 MHz), síť 2 (40. kanál, 626 MHz), síť 3 (59. kanál, 778 MHz) a síť 4 (64. kanál, 818 MHz). Vysílání v síti 3 a 4 má poměrně malou přijímanou úroveň. Nelze tedy zajistit úspěšné dekódování měřícím přijímačem a set-top boxem.

Použité měřící přístroje STB digitální televizní přijímač DVB-T/T2 Icecrypt STC6000HD + dálkové ovládání TVP televizní přijímač s Panasonic + dálkové ovládání ETL měřící přijímač R&S ETL-K202 TV Analyzer SFU laboratorní vysílač DVB-T/T2 R&S SFU Broadcast Test System ANT aktivní prutová anténa pro DVB-T Technisat propojovací vodiče 3 x BNC-BNC, 1 x BNC – anténní, 2 x T člen BNC, HDMI

Obr. 4.2: Rozmístění přístrojů laboratorního pracoviště – úloha č.4

Závěr Do závěru každý student uvede své individuální hodnocení měření a potvrdí jej svým podpisem. Je třeba podrobně komentovat každý bod měření, všechny výsledky a každou měřenou charakteristiku. Individuální závěr by měl také uvádět důležité technické a odborné poznatky z měření.

-6-

Kontrolní otázky 1. 2. 3. 4. 5.

Co vyjadřují sloupcové grafy „úroveň“ a „kvalita“ přijímaného signálu při vyhledávání kanálů pomocí přijímače DVB-T, tzv. set-top boxu ? Jaký průběh má kvalita obrazu při příjmu analogové a digitální televize při současném zvyšujícím se a shodném vložném útlumu pro oba přijímané signály ? Jaký spektrální průběh a jakou šířku pásma má jeden televizní kanál při vysílání analogové a digitální televize ? Jaké výrazné spektrální složky spektra obsahují ? Jaký je rozdíl mezi kanálovou chybovostí a chybovostí po Viterbiho dekódování ? Co vyjadřuje impulsní odezva při příjmu signálu digitální televize ? Co způsobí odražený signál nebo zpožděný signál jiného vysílače při příjmu ?

Použitá a doporučená literatura [1]

Fischer, W. Digital Television. A practical Guide for Engineers. Springer, 2004.

[2]

Legíň, M. Televizní technika DVB-T. BEN – technická literatura, Praha, 2006.

[3]

Bednář, J., Gregora, P. Příjem DVB-T. BEN – technická literatura, Praha, 2007.

[4]

Digitální televizní vysílání DVB-T. Mapa pokrytí a odborné informace k příjmu signálu sítí 1 až 4, Internet Info s.r.o. 2009, ISSN ISSN 1801-4933, online dostupné na adrese <www.digizone.cz>.

-7-