ПРОБЛЕМАТИКА СИНХРОНИЗАЦИИ ОДНОЧАСТОТНОЙ СЕТИ ИРКУТСК – АНГАРСК

PROBLEMS OF SYNCHRONIZATION OF A SINGLE-FREQUENCY NETWORK IRKUTSK - ANGARSK

Anton Klochkov

master students, Irkutsk State Technical University,

Russia, Irkutsk

Konstantin Osipov

graduate student, Irkutsk State Technical University,

Russia, Irkutsk

Larisa V. Prosviryakova

scientific adviser, senior lecturer, Irkutsk State Technical University,

Russia, Irkutsk

АННОТАЦИЯ

В этой статье будет описана такая проблема «рассыпания» цифрового телевизионного сигнала на стыке передатчиков в одночастотной зоне Иркутск – Ангарск (см. рисунок 1). На данный момент известно две проблемы возникновения подобного рода помех, первая это наличие таких эхо-сигналов, что задержка одного сигнала относительно второго превысит защитный интервал, что приводит к возникновению межсимвольной интерференции, либо  если два сигнала придут на приемник с настолько малой задержкой, что приемник не сможет определить какой из этих сигналов считать основным, вторая это сбой синхронизации GPS/ГЛОНАСС приемника, то есть сигнала 1PPS, одного из передатчиков в одночастотной зоне.

ABSTRACT

This article will describe such a problem of "scattering" of a digital television signal at the junction of transmitters in the single-frequency zone Irkutsk - Angarsk (see Figure 1). At the moment, two problems of this kind of interference are known, the first is the presence of such echoes that the delay of one signal relative to the second exceeds the guard interval, which leads to inter-symbol interference, or if two signals arrive at the receiver with such a small delay that the receiver will not be able to determine which of these signals is considered the main one, the second is a synchronization failure of the GPS / GLONASS receiver, that is, the 1PPS signal, of one of the transmitters in the single frequency network.

Ключевые слова: одночастотная зона, эхо-сигнал, интерференция, DVB-T2.

Keywords: single frequency network, echo, interference, DVB-T2.

Введение

На территории Иркутской области с 2011 года организована подача цифрового телевизионного сигнала. Изначально цифровизация на территории РФ проходила по европейскому стандарту DVB-T. Но в 2011 году вышла новая версия стандарта DVB-T2 и на заседании Правительственной комиссии по телерадиовещанию была признана перспективность внедрения его в России.

Основная часть

Одним из преимуществ новых цифровых технологий является возможность работы оборудования в одночастотной сети (SFN). В этом режиме используется несколько передатчиков, покрывающие смежные области, работающие на одной частоте и передающие одинаковые программы. При этом используется всего один канал без значительного влияния передатчиков друг на друга, что в свою очередь приводит к значительной экономии частотного ресурса.

Одночастотная сеть возможна только при выполнении некоторых технологических условий, суть которых заключается в обеспечении синхронного вещания передатчиков [2]. Другими словами, передатчики в одночастотной сети должны выдавать в эфир один и тот же сигнал, и делать они должны это синхронно как по частоте, так и по времени.

Для этого, внутри транспортного потока (при генерации в мультиплексоре), цифровой поток данных разделяют на «мегафреймы», и в них добавляются данные MIP (пакет инициализации мегаструктуры), чтобы синхронизировать излучение каждого передатчика в сети. MIP представляет собой MPEG-2 TS пакет длинной 188 байтов, с 4 байтами заголовка и 184 байтами поля значений. Синхронизация достигается благодаря сигналу частотой 1 Гц (1 PPS – 1 импульс в секунду) принимаемого приемниками GPS. Этот сигнал синхронизации подается в Т2-шлюз на передающей стороне и в модулятор на приемной [3]. Из-за этого становится возможным излучать синхронно на одной и той же частоте сигналы всех передатчиков и иметь одинаковые биты данных на выходе. Иногда из-за ошибки приема GPS/ГЛОНАСС, спутник может уйти из зоны видимости, особенно наблюдается в системе ГЛОНАСС или зависания оборудования в связке GPS/ГЛОНАСС приемник – T2-шлюз – передатчик происходит так называемое «рассыпание» сигнала, картинка становится квадратной или происходит зависание звука даже незначительное пропадание синхронизации может привести к появлению микро-эхосигнала, то есть эти эхосигналы очень короткие, так близко друг к другу, что приемник не в состоянии определить, какой из них следует считать основным сигналом.

Рисунок 1. ОЧС Иркутск – Ангарск

Обычно в одночастотной сети приемник принимает множественные отражения сигналов нескольких передатчиков. В реальных условиях эти отражения могут быть запаздывающими, опережающими или запаздывающими и опережающими одновременно [4]. Отражения могут привести к возникновению межсимвольной интерференции (ISI), которая отрицательно влияет на сигнал и не позволяет принимать его в областях с хорошим уровнем приема. Для предотвращения межсимвольной интерференции в системах OFDM между символами вставляются защитные интервалы (GI). Теоретически межсимвольная интерференция не возникает до тех пор, пока максимальная задержка не превышает защитный интервал. В одночастотной сети отражения сигналов разных передатчиков должны лежать в пределах защитного интервала.

Чтобы лучше понять влияние отражения на системы OFDM, нужно учитывать, что в одночастотной сети импульсная характеристика канала h(n) описывается уравнением:

где L — число отражений; α_i— комплексный коэффициент усиления; τ_i — задержка i-го отражения [3].

Помимо ISI, принимаемые отражения могут создавать конструктивную и деструктивную интерференцию, порождающую затухание или самоинтерференцию. Это особенно проблематично в широкополосных системах связи и в высокоскоростных системах передачи данных, где затухание может сильно зависеть от частоты. В одночастотной сети близкие по мощности сигналы от разных передатчиков могут значительно ослабляться в точке приема из-за деструктивной интерференции. Для предотвращения такого затухания и создаваемых им проблем можно использовать конфигурации с несколькими антеннами и корректирующие фильтры. В стандарте DVB-T2 для решения этой проблемы используется схема Аламоути с несколькими входами и одним выходом (MISO) [5].

Заключение

Для оптимизации одночастотной сети, при использовании систем SISO (один вход и один выход) или MISO (Много входов и один выход), проблемы, связанные с работой приемника, отделяются в первую очередь от проблем, связанных с работой в самой сети. Для тестирования передатчиков и оценки качества сигнала в сети важны такие показатели как коэффициент битовых ошибок (BER), коэффициент ошибок модуляции (MER), коэффициент пакетных ошибок и другие. Эти показатели используются для анализа, а не для оптимизации сети. Для оценки и дальнейшей оптимизации необходимо понимание таких параметров как относительная мощность отражения и задержка распространения, которые могут сильно влиять на способность приемника восстанавливать полезные данные. Кроме того, для гарантированного обеспечения хорошего приема нужно выполнять измерения в разных точках сети. Когда эти показатели известны, операторы могут легко настроить параметры передачи для достижения оптимального покрытия сети.

Список литературы:

1. Single Frequency Network measurement for digital video network // IEEE international Symposium on Broadband Multimedia Systems and Broad-casting. 2012. p. 1–5. 3. Аверченко А. П., Женатов Б. Д., Бессонов В. А.
2. Одночастотные сети в цифровом стандарте DVB-T2 // Технические науки: проблемы и перспективы: материалы II междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, апрель 2014 г.). СПб.: Заневская площадь, 2014. С. 40–42. 4. Владыко А. Г., Горегляд В. Д., Ковалгин Ю. А., Мышьянов С. В.
3. Калашников К. С., Шахтарин Б. И. Синхронизация OFDM-сигналов во временной и частотной областях // Электронный ресурс: Режим доступа http://vestnikprib.ru/articles/31/html/files/assets/basic-html/page1.html, свободный.
4. Методика определения зоны обслуживания одночастотной сети предающих станций наземного цифрового ТВ-вещания стандарта DVB-T2./ Разработана федеральным государственным унитарным предприятием «Научно-исследовательский институт радио»./ Москва 2014г. 89с.
5. ГОСТ Р 55947-2014 «Телевидение вещательное цифровое. Приемники для эфирного цифрового телевизионного вещания DVB-T2. Основные параметры. Технические требования. Методы измерений и испытаний».