Výskumný ústav spojov, n.o. (www.vus.sk)
Výskum šírenia dátových služieb vo vysielaní DRM+ Marián Felix
[email protected]
Radiokomunikace 2014, 22.-24. 10. 2014 Pardubice
1
Úvod
Výskumný ústav spojov, n. o. Poskytuje služby v oblastiach: • výskum a vývoj – rádiokomunikácie, telekomunikácie • skúšobníctvo a metrológia – EMC, RZ, TKZ, bezpe nos EZ, kalibrácia prístrojov, meranie hluku • posudzovanie zhody – EMC, RZ, KTZ • frekven ný manažment – návrhy frekvencií, NTFS, EFIS • technická normalizácia – tvorba technických noriem a predpisov, pripomienkovanie návrhov noriem ETSI a IEC • iné služby
3
Dôvody výskumu dátových služieb v rámci DRM+ • dátové služby predstavujú vysokú pridanú hodnotu k hlavnej službe - prenosu zvuku • majú široké využitie – komer né služby, služby verejného záujmu • DRM+ je vážnym kandidátom na digitalizáciu pásma VKV-FM II (popri alších systémoch, ako sú HDRadio, FMeXtra, RAVIS) • na Slovensku prebieha dlhodobé skúšobné vysielanie v systéme DRM+ v pásme VKV na frekvencii 98,9 MHz, ktoré prevádzkuje spolo nos Towercom, a.s. a programový obsah zabezpe uje RTVS
4
Zabezpe enie výskumu • MDVRR SR vyhlásilo výberové konanie na realizáciu projektu výskumu dátových služieb v systéme DRM+ • VÚS získal zákazku vo verejnom obstarávaní • uzatvorenie zmluvy o dielo medzi VÚS a MDVRR SR, na základe ktorej bol projekt rozdelený do dvoch etáp: – 1. etapa – analytická – 03/2013 – 11/2013 – 2. etapa – experimentálna – 11/2013 – 07/2014
• uzatvorenie zmlúv o spolupráci medzi VÚS a RTVS a medzi VÚS a Towercom, a.s.
5
I. Dátové služby vo vysielaní DRM+
o sú to „dátové služby“? • služby, ktoré neprenášajú zvukové dáta • môžu, ale aj nemusia súvisie s prebiehajúcim zvukovým programom • okrem textu môžu prenáša obrázky, resp. videosekvencie s nízkym rozlíšením • niektoré dátové služby sú ur ené špeciálne pre autorádiá, pomocou ktorých informujú o aktuálnej situácii v cestnej doprave a poskytujú aktualizácie pre integrované naviga né systémy • ...
7
Princípy prenosu dátových služieb
8
Princípy prenosu dátových služieb • jednotlivé služby vysielaných programov je možné multiplexova do 1 až 4 dátových tokov, ktoré sa prenášajú v rámci kanála hlavnej služby vysielania DRM+ • každý dátový tok môže prenáša bu jednu zvukovú službu, spolo ne s ktorou môže by prenášaná najviac jedna dátová služba, alebo jednu až štyri dátové služby • celková dátová kapacita vysielaného multiplexu DRM+ sa pohybuje v rozsahu od 35 do 185 kbit/s • dátové služby je možné prenáša v rozsahu od jednoduchých textových služieb s nízkou bitovou rýchlos ou, až po multimediálne dátové služby, ktoré môžu kapacitne zabra aj celý multiplex 9
Preh ad dostupných dátových služieb vo vysielaní DRM+ • • • • • •
textové správy DRM (Text Message) Journaline elektronický sprievodca programami (EPG) prenos multimediálnych objektov kanál dopravných správ TPEG
10
Textové správy DRM (Text Message) • vždy sú sú as ou ur itého zvukového programu • ich obsah sa obvykle vz ahuje na túto zvukovú službu
•
as obnovy textovej správy na displeji prijíma a je stanovený vysielate om • ak obrazovka displeja prijíma a nedokáže zobrazi naraz celú správu, jej text sa vo všeobecnosti pohybuje sprava do ava
11
Textové správy DRM (Text Message) • definované sú v norme pre DRM (ETSI ES 201 980) • podporované sú všetky celosvetovo rozšírené druhy písiem • používa sa kódovanie UTF-8 – na kódovanie jedného znaku využíva od 1 do 4 bajtov • na jednu správu môže celkovo pripadnú najviac 128 bajtov • jednoduchá správa v jazyku založenom na latinke môže obsahova napr. viac ako 100 znakov (najviac však 128), v ínskom písme však len okolo 40 znakov
12
Journaline • textovo orientovaná informa ná služba • definovaná v technickej špecifikácii ETSI TS 102 979 • môže by prenášaná ako služba priradená k danému zvukovému programu alebo ako samostatná aplikácia • informácie sú ponúkané v podobe nešifrovaných textových stránok, stránok s tabu kami, resp. zoznamami, alebo vo forme telegrafických správ • informácie majú hierarchické usporiadanie založené na hlavných ponukách (menu); každé menu môže obsahova zoznam alších submenu alebo správy, ktoré sa všeobecne ozna ujú ako „objekty“ 13
Journaline • objekty sú formátované ako JML (Journaline Markup Language – jazyk založený na kódovaní XML) • maximálna ve kos objektu JML je 4 092 bajtov
14
Elektronický sprievodca programami (EPG) • poskytuje základné informácie o plánovaných rozhlasových programoch • služba je definovaná v špecifikáciách: ETSI TS 102 818 (štruktúra XML) ETSI TS 102 371 (transportný protokol, binárne kódovanie) • ak je v multiplexe DRM šírených viac programov, EPG sa vysiela ako nezávislá služba • obsah EPG býva obvykle zobrazený na obrazovke prijíma a, pri om užívate môže pomocou dia kového ovláda a, klávesnice alebo iného vstupného zariadenia ovláda viaceré jej funkcie 15
Elektronický sprievodca programami (EPG) • na tvorbu EPG pre digitálny rozhlas (DAB alebo DRM) sa využíva jazyk XML • na kódovanie znakov v EPG sa v rámci XML využíva formát UTF-8 (pod a normy ISO/IEC 10646) • EPG je možné využíva aj pri plánovaní nahrávania programov pomocou prijíma a DRM alebo iného digitálneho záznamového zariadenia.
16
Prenos multimediálnych objektov (MOT) • služba zabezpe uje prenos dát objektov • protokol ich prenosu je definovaný v norme ETSI EN 301 234 • v dôsledku obmedzenej kapacity prenosu vznikli špecifikácie konkrétnych multimediálnych objektov, ktoré sú vhodné na prenos v rámci digitálneho rozhlasového vysielania: - Slideshow (postupnos obrázkov) – ETSI TS 101 499 - webové stránky a zvukové súbory – ETSI TS 101 498 • na transport multimediálnych objektov bol vyvinutý protokol MOT - zabezpe uje spojitý a spo ahlivý prenos objektov s ve kos ou do 256 MB 17
Prenos multimediálnych objektov (MOT)
Príklad prijíma a DRM (DRM+) na príjem MOT
18
Kanál dopravných správ (TMC) • TMC ( Traffic Message Channel) bol pôvodne vyvinutý pre rádiový dátový systém vo vysielaní FM (FM RDS) • primárne je ur ený na vysielanie dopravných informácií v reálnom ase • jednotlivé dátové správy sa prijímajú a dekódujú pomocou autorádia alebo naviga ného systému, ktoré majú zabudované zariadenie na príjem TMC • v rámci DRM je pre TMC ur ený protokol zapuzdrenia správ TMC, ktorý je špecifikovaný v ETSI TS 102 668 • správy TMC sa kódujú pod a protokolu ALERT C (ISO 14819), resp. ALERT Plus, ktorý obsahuje max. 2048 fráz popisujúcich udalosti
19
Kanál dopravných správ (TMC) • správy TMC sa rozde ujú na: - užívate ské správy TMC – dopravné dáta ur ené pre vodi a vozidla alebo pre naviga ný systém, - systémové správy TMC – tzv. metadáta (napr. ísla tabuliek a pod.), ktoré používa dekódova TMC na riadiace a prevádzkové ú ely. • pred prenosom sa správy TMC usporadúvajú do tzv. dátových jednotiek DRM, ktorých ve kos môže by od 8 do 128 bajtov • na prenos dátových jednotiek DRM sa používa paketový mód dátového toku DRM – flexibilný, podporuje rôzne bitové rýchlosti, poskytuje mechanizmus riadenia chýb a synchronizácie 20
TPEG • služba TPEG (Transport Protocol Expert Group) definuje špecifikácie vysielania multimodálnych dopravných a cestovných informácií (TTI – Traffic and Travel Information) nezávisle od typu ich používate a, miesta alebo spôsobu prenosu • zasielanie jednosmerných viacjazy ných informácií jednou alebo viacerými technológiami dodávania, napr. DAB, DMB, DRM, HD-Radio, DVB, GPRS, Wi-Fi a pod. • protokoly prenosu správ TPEG sú definované v normách: CEN ISO/TS 18234, resp. CEN ISO/TS 24530 • služba TPEG pozostáva z dvoch segmentov - segment obsahu - segment doru enia 21
TPEG
Príklad aplikácie platformy TPEG na dva prenosové systémy (DRM+ a internet)
22
II. Skúšobné vysielanie dátových služieb v systéme DRM+
Základné parametre vysielania DRM+ v Bratislave • • • • • • • •
umiestnenie vysielacej antény: nadmorská výška: vysielacia frekvencia: maximálny povolený výkon ERP: systém zdrojového kódovania: mód robustnosti: modulácia: kódový pomer:
17E06’50; 48N09’14 153 m 98,9 MHz 100 W MPEG-4, HE-AAC v.2 E 16-QAM 1/2
24
Základné parametre vysielania DRM+ v Bratislave • • • • •
výška antény nad terénom: 80 m polarizácia: vertikálna azimut antény: 20° dátová kapacita multiplexu: 122,43 kbit/s programový obsah: Rádio Slovensko (56,32 kbit/s) Rádio Devín (64 kbit/s) • as vysielania DRM+: 18:00 – 6:00 (v noci)
25
Základné parametre vysielania DRM+ v Bratislave
Vysielacia anténa a jej smerové charakteristiky 26
Vysielacia technológia • vysielacie zariadenia (obsahový server, modulátor, koncový stupe ) sú umiestnené v jednom stojane, pri om ich riadenie a nastavenie je možné cez PC pomocou príslušného softvéru • vysiela je schopný vysiela aj v režime FM • všetky vysielacie zariadenia sú umiestnené na v budove SRo (RTVS) na Mýtnej ul., ich ovládanie je však realizované dia kovým spôsobom zo sídla spolo nosti Towercom, a.s. na Kamzíku pomocou optického spoja • cez optiku je realizovaná aj distribúcia programového obsahu vysielania z Towercomu do Slovenského rozhlasu • obsah vysielania je teda možné pred jeho distribúciou v sídle Towercomu upravova 27
Vysielacia technológia
Výrobca: Telecomunicazioni Elettroniche Milano
Stojan vysielacích zariadení DRM+
28
Prijímacia technológia • zatia nie sú dostupné kompaktné prijíma e DRM+ • pre skúšobné ú ely sa používajú prijíma e zložené z vonkajšej jednotky, ktorá je cez dátové rozhranie pripojená k PC, a z príslušného softvéru
29
Prijímacia technológia • použitý prijíma DRM+ sa skladal z vonkajšej VF asti, ktorá obsahovala anténový vstup a rozhrania RS-232 a USB • cez rozhrania RS-232, resp. USB bola vonkajšia VF as pripojená k notebooku, ktorého softvér zabezpe oval demoduláciu a interpretáciu prijatého signálu
Výrobca: KETI (Južná Kórea)
30
Výber dátovej služby DRM+ • používaný prijíma DRM+ umož oval len príjem dátovej služby „text message“ (t. j. textových správ DRM+) • po komunikácii s dodávate om bolo zistené, že v tom ase na trhu nebol dostupný žiadny prijíma DRM+, ktorý by vedel spracova iné dátové služby ako text message • na základe dohody medzi pracovníkmi VÚS a Towercomu bola vytvorená textová správa (text message) s obsahom: „Test digitalneho vysielania v systeme DRM-plus“ • dáta tejto správy sa nachádzajú v posledných štyroch bajtoch asti s nízkou úrov ou ochrany každého logického rámca DRM, ktorý prenáša zvukové dáta programu „Rádio Slovensko“ 31
Praktické odskúšanie vysielania dátovej služby DRM+ • overenie šírenia dátovej služby v rámci vysielania DRM+ spo ívalo v týchto dvoch základných innostiach: – výpo et pokrytia územia signálom vysiela a DRM+ (t. j. zvukovými službami a aj dátovou službou „text message“) – overenie pokrytia územia signálom DRM+ pomocou praktického merania
32
Výpo et pokrytia územia signálom DRM+ • pokrytie bolo vypo ítané pre hodnotu úrovne minimálnej intenzity elektromagnetického po a 49 dBµV/m vo výške 10 m nad zemským povrchom • pri tejto hodnote je zaru ená dostato ná úrove intenzity elmag. po a na vstupe prijíma a pre vonkajší prenosný príjem v pásme FM, pri ktorom je prijímacia anténa umiestnená vo výške 1,5 m nad zemou • výpo et bol vykonaný pomocou metódy RDK-2 s uvažovaním polariza nej diskriminácie 10 dB • pri výpo te pokrytia s rušením sa uvažovalo s týmito ochrannými pomermi (Rec. ITU-R BS.1660-6): 33 dB na rovnakom kanáli, 6 dB na susedných kanáloch ±100 kHz, -34 dB na kanáloch ±200 kHz.
33
Výpo et pokrytia územia signálom DRM+ bez rušenia rušenie 0 - 3 dB rušenie 3 - 6 dB rušenie > 6 dB
34
Overenie pokrytia územia signálom DRM+ meraním – metodika merania • na meranie bol použitý merací voz vybavený meracími zariadeniami
35
Overenie pokrytia územia signálom DRM+ meraním – metodika merania • prútová prijímacia anténa (monopól) s d žkou cca 76 cm (štvrtina vlnovej d žky prijímaného signálu) spolo ne s protiváhou bola pripevnená k strešnému nosi u vozidla
36
Overenie pokrytia územia signálom DRM+ meraním – metodika merania • prijímaný signál z antény sa cez rozbo ova privádzal na vstup spektrálneho analyzátora (kvôli presnejšiemu meraniu jeho úrovne) a na vstup prijíma a DRM+, pomocou ktorého sa subjektívne hodnotila kvalita príjmu
37
Overenie pokrytia územia signálom DRM+ meraním – metodika merania • meranie sa uskuto nilo v stojacom vozidle v 28 meracích bodoch (meracích miestach) • v každom bode bola nameraná a zaznamenaná hodnota úrovne intenzity elektromagnetického po a, ktorá sa porovnala s vypo ítanou hodnotou pre výšku 1,5 m nad úrov ou terénu • v každom meracom bode sa pomocou pripojeného prijíma a DRM+ subjektívne posúdila kvalita prijímaného zvukového signálu, ako aj kvalita prijímanej dátovej služby, ktorá sa klasifikovala (známkovala) pod a stupnice: 1 – zlá kvalita príjmu 2 – príjem s ob asnými krátkymi výpadkami 3 – vysoká kvalita príjmu 38
Overenie pokrytia územia signálom DRM+ meraním – výsledky merania Bod .
Popis bodu
1
BA, Bajkalská 61
2
BA, Starohorská
3
BA, Tomášikova (žel. st. Nové Mesto)
Vypo ítaná Intenzita EMP vo výške 1,5 m [dB V/m]
Nameraná intenzita EMP [dB V/m]
Rozdiel medzi nameranou a vypo ítanou intenzitou EMP [dB]
Subjektívna kvalita zvukovej služby
Subjektívna kvalita dátovej služby
75,52
70
-5,52
3
3
101
97
-4
3
3
67,83
70
2,17
3
3
4
BA, Ra ianska 502
64
62
-2
3
3
5
Svätý Jur
45
45
0
3
3
6
Nová Pezinská
55
48
-7
3
3
7
Pezinok, Jesenského
50
38
-12
3
3
8
Vinosady
47
34
-13
3
3
9
Modra, Štefánikova
34
30
-4
1
1
10
Modra, Štúrova
39
28
-11
1
1
11
Šenkvice, žel. st.
35,43
28
-7,43
1
1
12
Vini né
50,44
34
-16,44
3
3
13
Senec
45,94
40
-5,94
3
3
14
Senec, Bratislavská 61
44,9
30
-14,9
1
1
15
Bernolákovo, Dukelská
45,24
38
-7,24
3
3
16
Ivanka pri Dunaji, Moyzesova
52,11
40
-12,11
3
3
17
Malinovo
46,83
36
-10,83
3
3
18
Most pri BA, Bratislavská 572
46,64
35
-11,64
3
3
19
BA, Rázto ná
54,2
38
-16,2
3
3
20
BA, J. Alexyho (Dúbravka)
44,94
38
-6,94
3
3
21
BA, Einsteinova 2
58
43
-15
2
2
22
BA, ul. Svornosti
49,1
50
0,9
3
3
23
Rovinka
42,09
44
1,91
3
3
24
Dunajská Lúžna
38,67
36
-2,67
3
3
25
BA, ul. Svornosti
48,43
46
-2,43
3
3
26
BA, Dolnozemská 2
49,32
34
-15,32
1
1
27
Bratislava
45,42
39
-6,42
3
3
28
Rusovce
39,76
32
-7,76
2
2
Priemerná odchýlka medzi nameranou a vypo ítanou intenzitou EMP: Epriem = -7,6 dB
Rozdiely nameraných hodnôt Enam v jednotlivých meracích bodoch od priemernej odchýlky Epriem sa pohybovali v rozsahu od -8,8 dB do +9,8 dB
39
Overenie pokrytia územia signálom DRM+ meraním – výsledky merania vysoká kvalita príjmu (známka 3) ob asné výpadky (známka 2) zlá kvalita príjmu (známka 1)
40
Vyhodnotenie výsledkov praktických skúšok vysielania dátovej služby DRM+ • zvuková aj dátová služba sa prenášali v rovnakom dátovom toku, preto aj kvalita ich príjmu bola v danom meracom bode rovnaká • rovnaké bolo aj pokrytie územia týmito službami • použitá metóda výpo tu nebrala do úvahy antropogénne faktory (objekty vytvorené udskou innos ou, ako napr. budovy, vedenia, cesty, iné stavby a pod.) a takisto ani vegetáciu (stromy, parky, lesy a pod.), ktorá sa v blízkosti meracích bodov vyskytovala, preto namerané úrovne intenzity elektromagnetického po a sú v priemere o 7,6 dB nižšie ako vypo ítané • neistota merania vyplývajúca z použitej metódy merania pokrytia je ±5 dB; uskuto nené meranie teda vykazovalo prijate nú presnos 41
Vyhodnotenie výsledkov praktických skúšok vysielania dátovej služby DRM+ • meracie body (miesta), v ktorých kvalita zvukovej a dátovej služby bola hodnotená ako vysoká (známka 3), ležia približne v oblastiach, ktoré boli pomocou výpo tu ozna ené ako pokryté • na základe uvedeného možno konštatova , že použité metódy výpo tu a merania pokrytia boli správne zvolené a možno ich (s potrebnými korekciami) použi aj pri výpo te, resp. meraní pokrytia signálov iných vysielacích systémov (napr. DVB-T, DVB-T2 a pod.)
42
Vyhodnotenie výsledkov praktických skúšok vysielania dátovej služby DRM+ • subjektívne pozorovanie ukázalo, že pri zhoršených podmienkach príjmu DRM+ dochádza k rýchlym a na po utie ve mi nepríjemným výpadkom zvuku, o oproti príjmu FM, pri ktorom zvuk plynulo prechádza do šumu, predstavuje podstatné zhoršenie subjektívneho vnemu príjmu - tento jav by však zrejme bolo možné potla i vhodnou konštrukciou prijíma a s použitím riadených nf zosil ova ov (kompresorov, expanderov a pod.) na jeho výstupe
43
Záver
1. Systém DRM+ je plne digitálna platforma, ktorá umož uje šírenie rôznych druhov dátových služieb. 2. Jediným obmedzujúcim faktorom pre ich prenos je kone ná maximálna kapacita dátového toku DRM+, ktorá je 185 kbit/s. 3. Odskúšaná služba textových správ DRM (text message) predstavuje najjednoduchší a najrýchlejší spôsob poskytovania informácií verejného záujmu širokým vrstvám obyvate stva – je využite ná pre orgány verejnej správy. 4. Ukazuje sa, že systém DRM+ je vhodným riešením najmä pre lokálnych a regionálnych vysielate ov, najmä kvôli po tu programov šírených v rámci jedného MUXu.
45
Výskumný ústav spojov, n.o. (www.vus.sk)
akujem za pozornos
Marián Felix
[email protected]
Radiokomunikace 2014, 22.-24. 10. 2014 Pardubice
46
