РЕГИОНАЛЬНАЯ СЕТЬ ЦИФРОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ СТАНДАРТА DVB-T2
REGIONAL NETWORK OF DIGITAL TV BROADCASTING OF DVB-T2 STANDARD

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 предлагаемого изобретения является обеспечение работы модифицированной региональной сети SFN вещания с максимальной или заданной скоростью передачи данных и требуемым запасом устойчивости по коэффициенту битовых ошибок при ее развертывании, а также осуществление мониторинга качества работы в процессе эксплуатации.
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, излучающие синхронно и синфазно тысячи модулированных частот. 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 американский патент [4].
Технические принципы вещания в американском стандарте ATSC (Advanced Television Systems Committee) на основе 8-уровневой одночастотной амплитудной модуляцией с подавленной боковой полосой 8VSB (Vestigial Sideband) существенно отличаются от европейского стандарта DVB-T2 с многочастотной модуляцией. Кроме того, в американском патенте отсутствует возможность модификации контента вещания. В этой связи в патенте [4] и предлагаемом изобретении существенно отличаются цели и способы их достижения.
Патент [4] на способ и устройство позволяет корректировать вид модуляции или мощность автономного передатчика, излучающего одну частоту на территории зоны вещания при ухудшении погодных или других условий приема.
Предлагаемое изобретение предназначено для обеспечения работы модифицированной региональной сети SFN вещания с максимальной или заданной скоростью передачи данных и требуемым запасом устойчивости по коэффициенту битовых ошибок при ее развертывании, а также для осуществления мониторинга качества работы в процессе эксплуатации.
С этой целью осуществляется оптимизация параметров модифицированного потока T2-MI SFN сети, обеспечивающая установку требуемых режимов одновременно для всех передатчиков в зоне вещания.
Оценку качества работы сети SFN и управление режимами работы ведут одновременно в областях вещания каждого передатчика. Оптимальный выбор параметров передатчиков сети SFN зависит от условий вещания и требований к качеству вещания, оцениваемого с помощью коэффициента BER. Следует учитывать, что при большом количестве варьируемых параметров необходимо найти такое их сочетание, которое обеспечит требование к качеству при определенных внешних условиях вещания.
В качестве варьируемых параметров [5] могут быть: вид модуляции (QPSK - Quadrature Phase Shift Keying, 16 QAM - Quadrature Amplitude Modulation, 64QAM, 256QAM), номер шаблона несущих частот РР1-РР8 (Pilot Pattern), скорость кодирования, размерности обратного быстрого преобразования Фурье IFFT - Inverse Fast Fourier Transform (1k, 2k, 4k, 8k, 16k, 32k), относительная длительность защитных интервалов (1/128, 1/32, 1/16, 19/256, 1/8, 19/128, 1/4), спектр (7,77 МГц или 7,61 МГц), поворот сигнального созвездия (29° для QPSK, 16,8° - для 16-QAM, 8,6° для 64-QAM и arctg(1/16) для 256-QAM), опционные режимы MISO (Multiple Input Single Output) и PAPR (Peak-to-Average Power Ratio), значение метки времени.
Отличия параметров регионального потока T2-MI от параметров федерального потока T2-MI связаны с разными условиями вещания по территориальному расположению передатчиков, по виду и интенсивности воздействия помех, а также с различными климатическими и географическими условиями вещания на территории РФ [5].
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение работы региональной сети SFN вещания с максимальной или заданной скоростью передачи данных и требуемым запасом устойчивости по коэффициенту битовых ошибок при ее развертывании, а также осуществление мониторинга качества работы в процессе эксплуатации.
На фиг. 1 и фиг. 2 изображена блок-схема устройства, реализующего настройку региональной сетей 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 - Спутниковый приемник стандарта DVB-S2 (DVB Satellite);
2 - Передатчик стандарта DVB-T2 региональной одночастотной сети;
3 - Волоконно-оптические линии связи (ЛС);
4 - Оптический мультиплексор (ОМ);
5 - Малая передающая спутниковая станция VSAT (Very Small Aperture Terminal);
6 - Спутниковый ретранслятор (CP);
7 - Спутниковая приемо-передающая станция стандарта DVB-S2 (ППС);
8 - Федеральный поток T2-MI (ФП);
9 - Блок коррекции параметров федерального потока T2-MI (БК);
10 - Сплайсер (СП);
11 - Региональная реклама (РР);
12 - Реплейсер (РЕП);
13 - Контент региональных вещателей (РК);
14 - Мультиплексор (МП);
15 - Формирователь регионального потока T2-MI (ФРП);
16 - Блок выбора параметров модифицированного федерального потока (БВ);
17 - Пульт управления (ПУ);
18 - Оптический демультиплексор (ОДМ);
19 - Многоканальный приемник (МПР);
20 - Модулятор передатчика стандарта DVB-T2 (М);
21 - Измеритель скорости передачи данных (ИСП);
22 - Региональный поток T2-MI (РП);
23 - Модифицированный федеральный поток T2-MI(МФП);
24 - Индикаторная панель (ИП);
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 повышения качества работы региональной одночастотной сети цифрового ТВ вещания, содержит n зон вещания, в каждой из которых расположен передатчик 2 стандарта DVB-T2, ретранслирующий информацию в зоне вещания от спутникового приемника 1 стандарта DVB-S2, принимающего модифицированный федеральный поток через спутниковый ретранслятор 6 от приемо-передающей станции 7 стандарта DVB-S2, с первого выхода которой федеральный поток 8 T2-MI подают на блок коррекции параметров 9, в котором осуществляют замену федеральных параметров на параметры модифицированного федерального потока; выход блока коррекции 9 подключен к входу сплайсера 10, на второй вход которого подают региональную рекламу 11, с выхода сплайсера поток подают на первый вход реплейсера 12, второй вход которого соединен с выходом формирователя регионального потока T2-MI 15, первый вход которого соединен с выходом мультиплексора 14, на входы которого подают контент региональных вещателей 13 из телевизионных студий; второй вход формирователя регионального потока T2-MI 15 соединен с первым выходом блока выбора параметров модифицированного федерального потока 16, второй выход которого соединен с блоком коррекции 9 параметров федерального потока T2-MI; первый вход блока выбора параметров модифицированного федерального потока 16 соединен с выходом пульта управления 17; второй вход блока выбора параметров модифицированного федерального потока 16 соединен с выходом многоканального приемника 19; с первого выхода реплейсера 12, предназначенного для замещения части программ в федеральном потоке T2-MI региональными программами, сформированный модифицированный федеральный поток T2-MI 23 подают на приемо-передающую спутниковую станцию 7, осуществляющую передачу информации по прямому каналу через спутниковый ретранслятор 6 спутниковым приемникам 1 в зонах вещания передатчиков 2 одночастотной сети SFN, в которых дополнительно размещено n датчиков коэффициента битовых ошибок BER, соединенных с помощью волоконно-оптических линий связи 3 с оптическим мультиплексором 4, выход которого соединен с малой передающей спутниковой станцией VSAT 5, осуществляющей связь с земной приемо-передающей станцией 7 регионального Центра мультиплексирования по обратному каналу через спутниковый ретранслятор 6; выход приемо-передающей станции 7 соединен с входом оптического демультиплексора 18, выходы которого соединены со входами многоканального приемника 19, имеющего в своем составе индикаторную панель 24, отображающую скорость передачи данных и логарифмические коэффициенты битовых ошибок в зонах вещания; выход многоканального приемника 19 соединен со вторым входом блока выбора параметров модифицированного федерального потока 16, предназначенного для настройки сети SFN; со второго выхода реплейсера модифицированный федеральный поток 23 подают на вход модулятора 20, выход которого соединен с входом измерителя скорости передачи данных 21, выход которого соединен с дополнительным входом многоканального приемника 19.
Принцип работы региональной одночастотной сети цифрового ТВ вещания стандарта DVB-T2, содержащей n зон вещания передатчиков стандарта DVB-T2, предназначенных для ретрансляции информации в зонах вещания от спутниковых приемников стандарта DVB-S2, принимающих информационный сигнал через спутниковый ретранслятор от приемо-передающей станции стандарта DVB-S2 из регионального Центра мультиплексирования, 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, заключается в том, что настройку сети осуществляют с помощью изменения параметров модифицированного потока T2-MI, который формируют в реплейсере путем замещения части программ федерального потока T2-MI 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.
Предложенное устройство (фиг. 1 - фиг. 3), обеспечивающее повышение качества работы региональных сетей SFN вещания, является новым и имеет изобретательский шаг, т.к. использованы новые элементы и их связи: датчики битовых ошибок в зонах вещания передатчиков, блок выбора параметров модифицированного федерального потока, блок коррекции параметров федерального потока, формирователь регионального потока, многоканальный приемник, модулятор, измеритель скорости передачи данных, волоконно-оптические и спутниковые системы связи.
Предложенное устройство промышленно применимо и осуществимо, позволяет реализовать настройку региональных сетей SFN вещания для работы с максимальной или заданной скоростью передачи данных и требуемым запасом устойчивости по коэффициенту битовых ошибок и, таким образом, позволят повысить надежность ТВ вещания, увеличить число телевизионных программ стандартного качества или вещать часть программ мультиплекса с высоким качеством.
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. Kip Leitner. Method and apparatus for improving quality of service for reception in digital television broadcast systems US 20090028230 A1, Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., 29.01.2009.
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.