РЕГИОНАЛЬНАЯ СЕТЬ ЦИФРОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ СТАНДАРТА DVB-T2 С НАЗЕМНЫМИ КАНАЛАМИ СВЯЗИ
REGIONAL NETWORK OF DIGITAL TELEVISION BROADCASTING STANDARD DVB-T2 WITH TERRESTRIAL COMMUNICATION CHANNELS

Изобретение относится к технике вещания телевизионных программ, в частности к методам реализации регионального цифрового ТВ вещания DVB (Digital Video Broadcasting) стандарта второго поколения наземного (эфирного) телерадиовещания DVB-T2 (DVB system for Terrestrial Broadcasting) с использованием одночастотных сетей SFN (Single Frequency Network) в соответствии с четвертой версией стандарта ETSI EN 302 755 V1.4.1 (2015-07) «Digital Video Broadcasting (DVB); Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2)» - Цифровое телевизионное вещание (DVB); Структура кадра канального кодирования и модуляции для второго поколения системы цифрового наземного телевизионного вещания (DVB-Т2).
Сеть цифрового наземного телерадиовещания РФ в стандарте DVB-T2 предназначена для охвата населения цифровым вещанием в соответствии с федеральной целевой программой. При этом обязательные общедоступные ТВ-программы, входящие в состав первого мультиплекса, в каждом из регионов подлежат модификации [1] в соответствии с требованиями вещательных организаций.
Техническим результатом предполагаемого изобретения является обеспечение работы модифицированной региональной сети SFN вещания, реализованной на основе передатчиков с некалиброванными по задержкам информационного сигнала модуляторами, при подаче информационного сигнала на ретрансляторы в основном режиме по наземным волоконно-оптическим каналам связи, обеспечивающей выигрыш по стоимости эксплуатации в сравнении с известными техническими решениями.
Различные технические решения реализации одночастотных сетей рассмотрены в работе [2], однако все эти решения не предполагают параметрической оптимизации сетей SFN и предназначены для их работы в различных регионах с едиными параметрами, устанавливаемыми в федеральном Центре мультиплексирования.
Отсутствие возможности выбирать оптимальные параметры в каждом из регионов приводит в совокупности к проблемам обеспечения необходимых запасов устойчивости работы сетей SFN, оцениваемых коэффициентом битовых ошибок BER (Bit Error Rate), что может приводить к нарушению нормальной работы сетей SFN (техническим остановкам и техническому браку) и недоиспользованию возможностей сетей SFN по скорости передачи информации.
Близким по технической сущности является способ настройки одночастотной сети SFN [3], позволяющий выявить проблемные области в зоне вещания и дать рекомендации по улучшению качества вещания.
Недостатком данного способа является отсутствие возможности оптимизации параметров потока T2-MI (Т2 Modulator Interface), поступающего из регионального Центра мультиплексирования сети SFN на передатчики. Это связано с тем, что оценку качества работы сети SFN ведут последовательно в областях вещания каждого передатчика, а управление режимами работы передатчиков должно быть одновременным для всех передатчиков.
Наиболее близким техническим решением по параллельному сбору информации от измерительных приемников и оценке качества вещания по коэффициенту BER в зоне обслуживания является изобретение, защищенное патентом РФ [4], которое предназначено для обеспечения работы модифицированной региональной сети SFN вещания с максимальной или заданной скоростью передачи данных и требуемым запасом устойчивости по коэффициенту битовых ошибок.
Существенным недостатком данного изобретения является высокая стоимость частотного спутникового ресурса для обеспечения работы региональной сети SFN.
Помимо высокой стоимости спутникового ресурса известное изобретение дополнительно имеет ряд ограничений в использовании.
1. Для работоспособности сети необходимо, чтобы все передатчики были укомплектованы модуляторами с калиброванными задержками при обработке сигналов. Построение сети SFN на основе передатчиков без калибровки задержек приводит к техническим остановкам и браку в работе.
2. Каналы связи должны быть спутниковыми, позволяющими обеспечивать равные задержки информационного сигнала от источника до модуляторов передатчиков, что во многих случаях реализовать невозможно, ввиду отсутствия станций спутниковой связи в ряде регионов.
3. Подача информационного сигнала по волоконно-оптическим, радиорелейным или комбинированным каналам связи может приводить к неработоспособности сети (отсутствию синхронной работы передатчиков) из-за различных задержек информационного сигнала в каналах связи от регионального Центра формирования мультиплексов до модуляторов передатчиков. Выравнивание задержек информационного сигнала в каналах связи возможно изменением времени излучения передатчиков [5], однако технология пусконаладочных работ и эксплуатация SFN при этом значительно усложняется. Кроме того, изменение времени излучения передатчиков для обеспечения синхронной работы передатчиков одночастотной сети SFN, как правило, приводит к увеличению числа интерференционных зон в области вещания, в которых прием цифрового телевидения либо невозможен, либо сопровождается резким ухудшением качества, т.е. к техническому браку в телерадиовещании.
Предлагаемое изобретение предназначено для работы модифицированной региональной сети SFN вещания, реализованной на основе передатчиков с некалиброванными по задержкам информационного сигнала модуляторами, при подаче информационного сигнала на ретрансляторы в основном режиме по наземным волоконно-оптическим каналам связи, обеспечивающей выигрыш по стоимости эксплуатации в сравнении с известными техническими решениями и сохранении качественных показателей работы.
С этой целью модифицированный федеральный поток из регионального Центра формирования мультиплексов при значительных расстояниях до области вещания передается по магистральным волоконно-оптическим каналам связи с использованием дополнительных ретрансляторов, которые предназначены для компенсации затухания сигналов.
Активные волоконно-оптические каналы связи с ретрансляторами вносят задержки информационного сигнала по времени. Кроме того, информационный сигнал может поступать в область вещания по резервным обходным каналам связи при ремонтных работах на основной магистрали, что приводит к изменению задержек по времени. Уменьшение влияния изменения задержек на работу SFN достигается включением в области вещания блока буферизации с задержкой, значительно превышающей изменения задержки сигнала в активном канале связи в процессе эксплуатации.
Учитывая, что сеть SFN должна устойчиво работать в резервном режиме при переключении на спутниковые каналы связи, время буферизации задается с учетом задержек в магистральной части волоконно-оптического канала равным времени задержки информационного сигнала при прохождении через спутниковый ретранслятор. Распределение сигнала в зоны вещания осуществляется с помощью оптического разветвителя, включенного на выходе блока буферизации. В пределах области вещания, ввиду небольших расстояний от оптического разветвителя до передатчиков (менее 100 км), используются пассивные волоконно-оптические каналы связи с минимальными собственными задержками. В зонах вещания каждый передатчик снабжен управляемой линией задержки [6] в модуляторах для калибровки собственных задержек и переключателем режимов работы с основного наземного на спутниковый резервный режим с использованием региональных спутниковых каналов связи. Техническая реализация управляемой линии задержки в модуляторах передатчиков стандарта DVB-T2 опубликована в [7].
Задачей предполагаемого изобретения является обеспечение работы региональной сети SFN вещания, реализованной на основе передатчиков с некалиброванными по задержкам информационного сигнала модуляторами, при подаче информационного сигнала на ретрансляторы в основном режиме по наземным волоконно-оптическим каналам связи, обеспечивающей выигрыш по стоимости эксплуатации в сравнении с известными техническими решениями и сохранении качественных показателей работы по скорости передачи данных, запасу устойчивости, возможности перехода из основного режима в резервный режим подачи информационного сигнала по спутниковым каналам связи.
На фиг. 1 и фиг. 2 изображена блок-схема устройства, реализующего региональную сеть SFN вещания для заданных условий работы. На фиг. 3 представлена индикаторная панель измерительного приемника.
Здесь введены следующие обозначения и термины:
Область вещания - территория, на которой расположены передатчики региональной одночастотной сети SFN;
Зона вещания - территория, на которой вещает передатчик, расположенный в области вещания;
1 - Спутниковая приемо-передающая антенна (СА);
2 - Спутниковая приемо-передающая станция стандарта DVB-S2 (ППС);
3 - Магистральный волоконно-оптический канал (МВОК)
4 - Блок буферизации (ББ);
5 - Оптический разветвитель (ОР);
6 - Волоконно-оптические каналы (ВОК);
7 - Переключатель режимов работы (ПРР);
8 - Управляемая линия задержки (УЛЗ);
9 - Оптический мультиплексор (ОМ);
10 - Малая передающая спутниковая станция VSAT (Very Small Aperture Terminal);
11 - Периферийная земная станция спутниковой связи (ПЗССС);
12 - Передатчик стандарта DVB-T2 региональной одночастотной сети;
13 - Федеральный поток (ФП);
14 - Блок коррекции параметров федерального потока T2-MI (БК);
15 - Региональная реклама (РР);
16 - Сплайсер (СП);
17 - Реплейсер (РЕП);
18 - Контент региональных вещателей (РК);
19 - Мультииплексор (МП);
20 - Формирователь регионального потока T2-MI (ФРП);
21 - Блок выбора параметров модифицированного федерального потока (БВ);
22 - Пульт управления (ПУ);
23 - Оптический демультиплексор (ОДМ);
24 - Многоканальный приемник (МПР);
25 - Модулятор передатчика стандарта DVB-T2 (М);
26 - Измеритель скорости передачи данных (ИСП);
27 - Региональный поток T2-MI (РП);
28 - Модифицированный федеральный поток T2-MI (МФП);
29 - Индикаторная панель (ИП).
Федеральный спутниковый ретранслятор (ФСР);
Региональный спутниковый ретранслятор (РСР);
СК - спутниковый канал связи;
РСК - резервный спутниковый канал связи;
V - скорость передачи данных;
min, max, nom - минимальное, максимальное, номинальное (заданное) значение скорости передачи данных;
i - текущее значение числа итераций;
dj - номер датчиков битовых ошибок, где j=1, 2, 3, …, n-1, n;
BER (Bit Error Rate) - коэффициент битовых ошибок, измеренный до декодера БЧХ (Боуза - Чоудхури - Хоквингема);
BER
K=lg (1/BER)=0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 … - логарифмический коэффициент битовых ошибок.
BER
Порог - значение K, при котором прием цифрового ТВ сигнала становится невозможен. Находится в пределах от 2 до 3. Уточняют экспериментально;
BER
Запас устойчивости - граница диапазона устойчивой работы сети SFN, ниже которой коэффициент битовых ошибок становится близок к его пороговому значению, при котором прием становится невозможен. Устанавливают K в пределах от 5 до 6 для своевременного устранения причин, вызвавших увеличение битовых ошибок в сети SFN без потери качества приема ТВ вещания.
Устройство, предлагаемое для работы региональной сети SFN вещания, реализованной на основе передатчиков с некалиброванными по задержкам информационного сигнала модуляторами, при подаче информационного сигнала на ретрансляторы в основном режиме по наземным волоконно-оптическим каналам связи содержит n зон вещания, в каждой из которых расположен передатчик стандарта DVB-T2, ретранслирующий информацию в зоне вещания поступающую с реплейсера 17 регионального Центра формирования мультиплексов, с первого выхода которого модифицированный федеральный поток 28 по магистральному волоконно-оптическому каналу 3 подают на блок буферизации 4, выход которого соединен со входом оптического разветвителя 5, n выходов которого соединены волоконно-оптическими каналами 6 с первыми входами переключателей режимов 7, вторые входы переключателей режимов подключены к выходам периферийных земных станций спутниковой связи 11, выходы переключателей режимов соединены со входами управляемых линий задержек 8, выходы которых соединены со входами модуляторов передатчиков 12.
Принцип работы региональной сети SFN вещания, реализованной на основе передатчиков с некалиброванными модуляторами, при подаче информационного сигнала на ретрансляторы в основном режиме по наземным волоконно-оптическим каналам связи, обеспечивающей выигрыш по стоимости эксплуатации в сравнении с известными техническими решениями [4] при сохранении качественных показателей работы и возможности перехода из основного режима наземного вещания в резервный режим спутникового вещания содержит n зон вещания, в каждой из которых расположен передатчик 12 стандарта DVB-T2, ретранслирующий информацию в зоне вещания поступающую с реплейсера 17 регионального Центра формирования мультиплексов, в котором формируется модифицированный федеральный поток T2-MI, включающий программы федерального Центра мультиплексирования с региональными рекламными вставками и региональные программы, формируемые из контента региональных вещателей. Настройку сети осуществляют с помощью изменения параметров модифицированного потока T2-MI, который формируют в реплейсере путем замещения части программ федерального потока Т2-М1 программами регионального потока T2-MI. Для обеспечения полной идентичности параметров этих потоков управление параметрами регионального потока T2-MI сети SFN осуществляют одновременно с коррекцией параметров федерального потока T2-MI по результатам оценки скорости передачи данных и коэффициентов битовых ошибок в многоканальном приемнике.
Калибровка модуляторов осуществляется с целью обеспечения работоспособности сети SFN, реализованной на передатчиках, изготовленных для работы в автономном режиме и не предназначенных для работы в составе сети.
Для выравнивания задержек различных каналов передачи данных при переходе от основного режима подачи информационного сигнала в зоны вещания по волоконно-оптическим каналам к резервному режиму подачи по спутниковым каналам дополнительно введен блок буферизации 4.
Кроме того, блок буферизации 4 уменьшает влияние изменений задержек в магистральном волоконно-оптическом канале при подаче информационного сигнала в область вещания по резервным обходным каналам при ремонтных работах на основной магистрали в процессе эксплуатации.
Предложенное устройство, обеспечивающее выигрыш по стоимости эксплуатации и сохранение качественных показателей работы региональных сетей SFN вещания, является новым и имеет изобретательский шаг, т.к. использованы новые элементы и их связи: магистральный волоконно-оптический канал, буферный блок, оптический разветвитель, волоконно-оптические каналы в области вещания, переключатели режимов работы вещания, управляемые линии задержки, обеспечивающие калибровку временных задержек в модуляторах передатчиков.
Предложенное устройство промышленно применимо и осуществимо, обеспечивает выигрыш по стоимости эксплуатации в сравнении с известными техническими решениями в работе региональной сети SFN вещания, реализованной на основе передатчиков с некалиброванными модуляторами, при подаче информационного сигнала на ретрансляторы в основном режиме по наземным волоконно-оптическим каналам связи, сохранение качественных показателей работы и возможности перехода из основного режима наземного вещания в резервный режим подачи информационного сигнала на земной ретранслятор по спутниковым каналам.
Литература
1. Указ президента Российской Федерации «Об общероссийских обязательных общедоступных телеканалах и радиоканалах» от 30 сентября 2012 г. №1335.
2. Карякин В.Л., Карякин Д.В., Морозова Л.А. Проблемы организации вещания в стандарте DVB-T2 со вставкой регионального контента, Инфокоммуникационные технологии, Поволжский ГУТИ, №1, 2016. - С. 70-76.
3. Карякин В.Л., Карякин Д.В., Морозова Л.А. Оценка качества работы одночастотной сети цифрового телерадиовещания по эхо-диаграмме. Научные труды SWorld. Выпуск 2(39). Том 4. - Иваново: Научный мир, 2015. - С. 18-23.
4. Карякин В.Л., Карякин Д.В., Морозова Л.А. Региональная сеть цифрового ТВ вещания стандарта DVB-T2. Патентообладатели: Карякин В.Л., Карякин Д.В., Морозова Л.А. Патент RU №2649415. Заявл. 10.04.2017, опубл. 3.04.2018, бюл. №10
5. Карякин В.Л. Технология эксплуатации систем и сетей цифрового телевидения стандарта DVB-T2: монография, 2-е изд., переработанное и дополненное / В.Л. Карякин - М: СОЛОН-ПРЕСС, 2017. - 384 с.
6. Патент RU №2606208. Способ измерения результирующих временных задержек в модуляторах передатчиков с управляемой линией задержки и устройство для его осуществления / Карякин В.Л., Карякин Д.В., Морозова Л.А. Заявл. 26.02.2015, опубл. 10.01.2017, бюл. №1.
7. Карякин В.Л., Карякин Д.В. Техническая реализация метода измерения и калибровки задержек сигнала в модуляторах передатчиков стандарта DVB-T2 / Электросвязь. - 2018, №5. - С. 64-67.