PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ

Transkript

1 Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB-TU Ostrava PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ Datum: Autor: Ing. Marek Dvorský, Ph.D. Kontakt: marek.dvosky@vsb.cz

2 PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ

3 Úvodní slovo Předložený text shrnuje problematiku digitálního televizního signálu a má sloužit jako podpůrný text pro školení odborníků v rámci projektu Evropských sociálních fondů ESF CZ.1.07/2.2.00/ ICT a elektrotechnika pro praxi, na kterém se spolupodílí i Katedra telekomunikační techniky, Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava. Cílovou skupinou, jenž má text oslovit, je odborná veřejnost, která přichází do styku s touto problematikou. Teoretická část projektu obsahuje popis funkce systému digitální televize v systému DVB-T (viz. kapitola 2). Praktickou část pak tvoří návod na práci se softwarovým nástrojem RadioLab a Radiomobile pro softwarové simulace pokrytí území (kapitola 3). Poslední částí textu je věnována správné metodice měření signálu digitálního televizního vysílání (kapitola 4). Poděkování patří studentům Bc. Rudolfu Medulovi, Ing. Tomáši Klimešovi a Ing. Jiřímu Čechovi, jejichž závěrečné práce přispěli ke vzniku tohoto dokumentu. Dále pak skupině studentů Michala Stankuše a Petra Tkáče, jejichž studentský projekt na téma Radiomobile příručka uživatele byl inspirací pro vytvoření přílohy č.3 Práce s programem Radiomobile. autor textu PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ

4 PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ

5 Obsah použitých zkratek a symbolů 1 Úvod Standard DVB DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial) Obecný model DVB-T Výhody DVB-T Nevýhody DVB-T DVB-S (Digital Video Broadcasting Satelite) DVB-C (Digital Video Broadcasting Cable) DVB-H (Digital Video Broadcasting Handheld) Základní princip jednofrekvenčních sítí Výhody SFN sítě Nevýhody SFN sítě OFDM modulace Varianty OFDM modulace pro DVB-T Význam ochranného intervalu Struktura OFDM rámce Mezinárodní frekvenční plán Simulace pokrytí území signálem digitálního televizního vysílání RadioLab Radiomobile Měření DVB-T Příprava na měření Měřící sestava PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ

6 ži tá literatura Katedra telekomunikační techniky.1.2 Kalibrace koaxiálního kabelu Kalibrace antény Výpočty intenzit signálů z naměřených hodnot Postup stanovení území pokrytí signálem DVB-T příloh PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ

7 Seznam použitých zkratek a symbolů AF Antenna Factor Anténní faktor AM-VSB AM modulace využívající horní postranní pásmo APSK Amplitude and Phase-shift keying Amplitudová a fázová modulace AVT Analogové televizní vysílání BER Bit Error Ratio Bitová chybovost CCIR Consultative Committee on International Radio DTM Digital Terrain Model Digitální model terénu DVB Digital Video Broadcasting Digitální televizní vysílání DVB-C Digital Video Broadcasting Cable Kabelové digitální vysílání DVB-H Digital Video Broadcasting Handheld Digitální vysílání do přenosných přístrojů DVB-S Digital Video Broadcasting Satelite Satelitní digitální vysílání DVB-T Digital Video Broadcasting Terrestrial Pozemní digitální vysílání EPG Electornic Program Guide Programový průvodce ERP Effective Radiated Power Efektivní vyzářený výkon FEC Forward Error Correction Samoopravný dopředný kód GI Guard Interval Ochranný interval HDTV High Definition Television Televize s vysokým rozlišením HFC Hybrid fibre-coaxial Optický koaxiální kabel ITU International Telecommunication Union Mezinárodní telekomunikační unie LCD Liquid crystal display Displej z tekutých krystalů LDCP Low Density Parity Check Opravný kód LNB Low Noise Block Satelitní konvertor MER Modulation Error Ratio Modulační chybovost MFN Multi Frequency Network Multifrekvenční síť MPEG Motion Picture Experts Group Standard pro komprimaci videa OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ortogonální frekvenční multiplex PES Packetized elementary stream Zdrojový datový tok PTS Programs Transport Stream Programový transportní tok QAM Quadrature Aplitude Modulation Kvadraturní amplitudová modulace PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ

8 QPSK Quadrature Phase Shift Keying Kvadraturní fázová modulace RS Reed Solomon error correction RS kód SFN Single Frequency Network Jednofrekvenční síť SRTP Space Shuttle Radar Terrain Mapping Mission Formát mapových podkladů STA Společná televizní anténa TPP Technický plán přechodu TS Transport Stream Transportní tok TV Television Televize UHF Ultra Hihg Frequency Ultra vysoké kmitočty VHF Very High Frequency Velmi vysoké kmitočty VŠB-TUO Vysoká škola bášká technická univerzita Ostrava WGS84 World Geodetic System Souřadnicový formát A f a k B k c E dbµv/m f 0 f k G n R s T u U dbµv U ref U YAGI λ rozestup kmitočtů útlum koaxiálního kabelu šířka pásma rychlost světla ve vakuu intenzita elektromagnetického pole kmitočet základní nosné kanálový kmitočet zisk antény počet nosných symbolová rychlost délka užitečného symbolu napěťová úroveň napěťová úroveň na svorkách referenční antény napěťová úroveň na svorkách Yagi antény vlnová délka PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ

9 1 Úvod V posledních době se čím dál tím více mluví o pozemním digitálním televizním vysílání především v souvislosti s postupným vypínáním pozemního analogového vysílání. Počátky analogové televize v ČR sahají až do roku 1954, kdy bylo započato první pravidelné černobílé vysílání. Dalším důležitým rokem se pro televizi stal rok V tomto roce začalo probíhat pravidelné barevné vysílání. Dlouhou dobu se zůstalo u analogové modulace. Důvodem bylo technicky náročné převést a šířit televizní signál digitální formou, což bylo vyřešeno až v 90. letech 20. století. V roce 1993 vznikl standard Digital Video Broadcasting (DVB), který popisuje digitální televizi. V České republice začala digitální televize vysílat od roku Digitální televizní vysílání má na rozdíl od analogového vysílání řadu výhod. Mezi nejdůležitější patří velká obrazová kvalita. Jednou z dalších výhod digitální pozemní televize je možnost budování jednofrekvenčních sítí televizních vysílačů. U analogové televize bylo potřeba, aby každý televizní vysílač vysílal televizní program na jiném kanále. Digitální vysílače naopak mohou vysílat televizní program na stejném kanále, proto neplýtvají frekvenčním spektrem jako v případě analogových vysílačů. Taková síť digitálních televizních vysilačů se nazývá jednofrekvenční sítí (SFN). [1] Tento školící materiál je rozčleněn do 6 kapitol. Ve druhé kapitole je popsán standard DVB včetně 4 hlavních platforem. Dále je v této kapitole podrobněji popsána platforma DVB-T včetně obecného modelu a systému (C)OFDM, který je důležitý pro princip funkce jednofrekvenčních sítí. Třetí kapitola je věnována problematice práce se simulačními programu RadioLab a Radiomobile. Čtvrtá kapitola popisuje metodiku měření DVB-T dle platné vyhlášky ČTU. PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -1-

10 2 Standard DVB Digital Video Broadcasting (DVB) je mezinárodní konsorcium sdružující něco kolem 250 provozovatelů digitálních sítí, televizních společností, výrobců, síťových operátorů, vývojářů softwaru, regulačních organizací a dalších zástupců. Konsorcium bylo založeno v roce 1993 a od té doby se specifikace DVB staly normami v oblasti digitální televize po celém světě. Obr. 2.1:Typy digitálního televizního vysílání ve světě [19] Úkolem DVB je digitální způsob přenosu TV vysílání, které prostřednictvím tzv. multiplexu umožňuje přenášet několik komprimovaných TV programů v komprimovaném formátu a tak lépe využít přenosové pásmo používané při vysílání analogové TV. Standard DVB lze rozdělit na 4 platformy podle způsobu šíření signálu: DVB T (Digital Video Broadcasting Terrestrial), pozemní digitální televizní vysílání (viz kapitola 2.1), DVB S (Digital Video Broadcasting Satelite), satelitní digitální televizní vysílaní (viz kapitola 2.2), DVB C (Digital Video Broadcasting Cable), kabelové digitální televizní vysílání (viz kapitola 2.3), DVB H (Digital Video Broadcasting Handheld), digitální televizní vysílání pro mobilní příjem (viz kapitola 2.4). PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -2-

11 2.1 DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial) V této platformě digitální televize se signál šíří volným prostorem nad zemí. Používá se síť pozemních vysílačů. Pro příjem se používá běžná televizní anténa, která je připojená k tzv. set top boxu a ten je připojen k televizi. Set top box je zařízení sloužící k převodu digitálního televizního signálu na signál, který jsou schopna zpracovat televize bez digitálního tuneru, tedy signál analogový. Používá se formát MPEG-2 (Motion Picture Experts Group) pro kompresi dat. Pro přenos digitálního televizního signálu se používají frekvence MHz. DVB-T využívá efektivněji frekvenční spektrum na rozdíl od analogového vysílání, kde každý program má přidělenu jednu frekvenci. U pozemní digitální televize se přenáší na jedné frekvenci více programů najednou pomocí tzv. vysílacího multiplexu, který obvykle obsahuje 4-5 TV stanic. [6] Obr.2.2: Zjednodušený proces multiplexování Jeden multiplex je schopen přenášet jednosměrný datový tok o rychlosti až 24 Mbit/s. Využívá se modulace kvadraturní fázová modulace QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), kvadraturní amplitudová 16QAM a 64QAM (Quadrature Aplitude Modulation). [7] Od roku 2009 se ve Velké Británii testuje nová verze digitální pozemní televize, a to DVB-T2. K nejvýznamnějším změnám patří doplnění modulace 256QAM. Používá kódy LDPC (Low Density Parity Check) a BSH (Bose Chaudhurt Hocquengham), jsou účinné korekční kódy pro opravu chyb vlivem vysoké úrovně šumu a interferencí v kanále. Další významnou změnou je doplnění systému OFDM o režimy 1k, 4k, 16k a 32k, což rozšiřuje možnosti PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -3-

12 využití standardu jednak pro vyšší rychlosti při mobilním příjmu (1k), jednak pro zvětšení rozměru jednofrekvenčních sítí SFN (32k), příp. kompromisní řešení (4k, 16k). [8] Obecný model DVB-T Obecný model digitální pozemní televize obsahuje zdroj signálu (viz Obr. 2.3), kterým je nejčastěji televizní studio. Následuje zdrojové kódování, které upravuje signál do vhodné podoby pro přenos a odstraňuje redundanci. Kanálové kódování zabezpečí signál proti chybám, které mohou vyskytnout při přenosu prostředím. Kanálové kódování má za úkol také upravit signál pro přenos prostředím. Obr. 2.3: Obecný model digitální pozemní televize (vlastní realizace) Přenos signálu prostředím nemůže být nikdy ideální. Při přenosu signálu prostředím dochází k rušení a dalších příčin majících vliv na šíření elektromagnetických vln ve volném prostoru. Tímto je signál částečně degradován a zkreslen, přijímací strana (tzv. set top box) ho nemůže přijmout v původní nezkreslené podobě. Proto se na přijímací straně (viz. Obr. 2.5) vyskytuje kanálové kódování, které se snaží opravit rušený signál. Opravený signál následuje do dalšího článku řetězce, čímž je zdrojové dekódování. V tomto článku se signál převede do původní podoby jako před článkem zdrojové kódování na vysílací straně (viz. Obr. 2.4 a Obr. 2.5) a předá koncovému příjemci signálu. PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -4-

13 Obr. 2.4: Vysílací část digitální televize [9] Výhody DVB-T: Obr. 2.5: Přijímací část digitální televize (tzv. set top box) [9] zvýšení počtu programů, zvýšení kvality obrazu a zvuku a poskytování doplňkových služeb, možnost přenášet více zvukových doprovodů, přenášení i jiných datových toků než vizuálních, např. rozhlasové programy a toky dalších služeb pro účely zábavy nebo obchodu, volba kvality obrazu a zvuku (včetně kvality HDTV) až do maximálního přenosového toku vybraného módu DVB-T, PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -5-

14 ušetření nákladů na vysílání v přepočtu na jeden program a ušetření přenosové kapacity, nabídka vyšších přenosových kapacit na mediální trh, optimální využití kmitočtového spektra vlivem možnosti budování sítí SFN, kvalitnější příjem hlavně v oblastech s odrazy, které jsou při analogovém přenosu rušivé, při digitálním přenosu však díky ochrannému intervalu nemají takový rušivý vliv, realizace jednofrekvenčních vysílacích sítí (SFN), tj. stejný multiplex programů se vysílá sítí vysilačů na jediném kmitočtu, přičemž tyto vysílače ho vzájemně neruší, naopak, za určitých podmínek podporují. To má zásadní vliv na úsporu kmitočtového spektra, použití přenosných přijímačů s jednoduchými anténami, např. v dopravních prostředcích, na pokrytí určité oblasti postačuji vysilače s menším výkonem Nevýhody DVB-T: pro příjem DVB-T je nutný digitální přijímač (tzv. set-top box) ke každému analogovému televizoru nebo přijímač s digitálním tunerem, investice studií do nového vybavení, mohou nastat problémy kvality obrazu při vysílání, když je příliš mnoho programů v multiplexu, tím se sníží bitový tok jednotlivých programů a může nastat tzv. kostičkování" a neostrost dynamických scén, dostatečné investice na vybudování nové vysílací sítě, případný nekvalitní signál může trpět občasnými výpadky obrazu a zvuku. 2.2 DVB-S (Digital Video Broadcasting Satelite) DVB-S je evropská norma pro vysílání digitální televize přes stacionární družice umístěné na oběžné dráze kolem Země. Jedná se o nejstarší platformu digitální televize z celé rodiny DVB. Tato platforma je v provozu již od poloviny 90. let. DVB-S používá kompresi MPEG-2 pro zmenšení datového toku. Na cestě signálu z družice k parabolické anténě nejsou žádné překážky, které by mohly způsobit odraz, proto nedochází k vícecestnému šíření signálu. Velkou výhodou DVB-S je možnost velkého pokrytí vybrané oblasti, dále velmi vysoká kvalita přenosu díky velké rezervě datového toku. Výhodou přechodu na DVB-S je možnost bohatší programové služby. PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -6-

15 Jednotlivé multiplexy jsou modulovány pomocí modulace QPSK. Pro přenos modulovaného signálu se využívá pásmo 11,7 až 12,5 GHz. Přenos se může uskutečňovat v široké škále šířek pásma radiového kanálu od 26 až po 54 MHz (přednostně 27 až 36 MHz, což jsou pásma starší družicové televize s analogovou modulací FM). Při nejširším pásmu 54 MHz a nejslabším kódování se dosáhne nejvyšší přenosové rychlosti 68 Mbit/s, naopak při pásmu 26 MHz a nejdůkladnějším kódování je rychlost jen 19,7 Mbit/s. Takto velké přenosové rychlosti umožňují implementovat televizi s vysokým rozlišením HDTV (High Definition Television). Signál ze satelitu příjemce zachytává pomocí parabolické antény a dále je směřován do LNB (Low Noise Block) konvertoru, ze kterého je veden do DVB-S set-top boxu a následně do televizního přijímače. Nevýhodu představují pořizovací náklady za set-top box a úpravy rozvodů. Nová verze satelitního digitálního vysílání nese název DVB-S2 a zvyšuje přenosovou účinnost prostřednictvím účinnější komprese i kanálového kódování. Používá se komprese MPEG-4 a nové modulační metody 8PSK, 16APSK a 32APSK. Z toho vyplývá asi 30% nárůst přenosové účinnosti DVB-S2 proti DVB-S za stejných přenosových podmínek v režimu širokopásmového satelitního televizního vysílání. 2.3 DVB-C (Digital Video Broadcasting Cable) DVB-C je evropská norma pro vysílání digitální televize kabelovými sítěmi. Pro přenos digitálního televizního signálu se používá současných kabelových televizních rozvodů. Zavádění DVB-C je záležitostí operátorů. Oproti DVB-S se používá jiný způsob modulace a z tohoto důvodu nejsou přijímače mezi sebou kompatibilní. Díky kvalitnímu přenosovému kanálu je možné použít vícestavové modulace 16QAM, 32QAM, 64QAM, 128QAM a 256QAM. Pro všechny tyto modulace jsou k dispozici šířky pásma 2 MHz, 4 MHz, 6 MHz, 8 MHz a 10 MHz. Takže např. při použití spektrálně nejefektivnější modulace 256QAM je možné ve standardním kanálu kabelové televize s šířkou pásma 8 MHz přenášet digitální datový tok rychlostí okolo 60 Mbit/s. [6] Přenosový kanál kabelových sítí se vyznačuje malým zkreslením a nízkou úrovní šumu a rušení. Proto se nepoužívá zabezpečení datového toku vnitřním konvolučním ochranným kódováním FEC 2 (Forward Error Correction). Nevýhodou DVB-C je placená programová nabídka a nároky na kvalitu kabelové sítě. Odrazy v kabelové síti mohou způsobovat PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -7-

16 rozpadání obrazu a výpadky. Velkou výhodou DVB-C je šifrování. Použitím šifrovací karty lze zpřístupňovat jednotlivé programy. Příjem televizního signálu prostřednictvím DVB-C je závislý na dostupnosti kabelové sítě v dané oblasti. Kabelové sítě se většinou nacházejí na sídlištích a územích s větším počtem obyvatel. Novou verzí digitální kabelové televize je DVB-C2. Přednostně je určeno pro digitální vysílání ve vysokém rozlišení HDTV. Pro kompresi se pouţívá kodek H.264. Lze použít modulaci až 4096QAM a dosáhnout tak rychlosti až 85 Mbit/s. [19] Tato rychlost je závislá na ochranném poměru kódového zabezpečení. Pro šíření signálu se používají Hybrid Fibre- Coaxial (HFC) kabely, což jsou kabely pracující na principu toho, že část sítě je vedena optickým vláknem, zatímco část nejblíže k uživateli je vedena koaxiálním kabelem, které jsou optimalizované pro vyšší stupně modulací než DVB-C. Uvažovány jsou kanály s šířkou pásma až 32 MHz. 2.4 DVB-H (Digital Video Broadcasting Handheld) DVB-H je platforma přijatá v listopadu Popisuje způsob digitálního televizního vysílání pro přenosná zařízení typu mobilní telefon nebo PDA (Personal Digital Assistant). DVB-H je odvozeno od DVB-T a je pouze upraveno pro potřeby mobilního příjmu a přizpůsobuje pozemní digitální vysílání pro přístroje napájené baterií. Do přenášených dat se vkládají pokyny k vypínání a zapínání energeticky náročných obvodů mobilního přístroje (bez narušení kontinuálního dekódování obrazu a doprovodného zvuku).[10] Vysílání je proto na příjem energeticky méně náročné. Pro přenos digitálního televizního signálu se používá systém OFDM v módu 4k a lze vybírat z šířky pásma: 5, 6, 7, 8 MHz. Příjem televizního signálu probíhá v menších rozlišeních, obrazové rozlišení 360 x 288 bodů [10] je pro mobilní přístroje plně dostačující. V DVB-H se datový tok komprimuje pomocí standardu H.264 (MPEG-4). Jednou z největších předností DVB-H je nejvyšší kapacita programových kanálů. Jeden multiplex může přenášet až 40 stanic. V rozmezí let probíhá na VŠB TU Ostrava dlouhodobé zkušební vysílání v systému DVB-H. Vysílání v systému DVB-H je důsledkem mezinárodního projektu Meziregionálna mobilná televizia v systéme DVB-H. Jedná se zatím o jediné dlouhodobé testovací vysílání v ČR. PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -8-

17 2.5 Základní princip jednofrekvenčních sítí Se vznikem digitálního pozemního vysílání DVB-T se rozšířil tzv. pojem jednofrekvenční sítě SFN (Single Frequency Network). U analogové televize musí každý vysílač pracovat na jiné frekvenci, aby nedocházelo k rušení (viz Obr 2.6). Taková síť vysílačů je nazývána jako multifrekvenční. Jednofrekvenční síť digitálních televizních vysílačů, jak již název napovídá, pracuje na jedné frekvenci (viz Obr.2.7). Rozmach jednofrekvenčních sítí zapříčinil vznik modulace OFDM použitý u DVB-T. Tento systém činí digitální televizní signál necitlivým vůči vícecestnému šíření. Vícecestné šíření způsobuje u analogového signálu rušení. DVB-T je oproti více odraženým signálům šířícím se s různým časovým rozestupem výrazně odolnější. Zdrojem těchto odražených signálů mohou být odrazy jednoho vysílače, ale i jiného vysílače, který šíří stejný multiplex. Právě s těmito dvěma myšlenkami, potlačení rušení signálu a využití jednoho kanálu více vysílači, byla modulace OFDM do DVB-T zapracována.[6] Frekvence: 666 MHz Šířka pásma: 8 MHz Frekvence: 674 MHz Šířka pásma: 8 MHz Frekvence: 682 MHz Šířka pásma: 8 MHz Obr. 2.6: Multifrekvenční síť vysílačů (MFN) [8] PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -9-

18 Frekvence: 682 MHz Šířka pásma: 8 MHz Výhody SFN sítě: Obr. 2.7: Jednofrekvenční síť vysílačů (SFN) [7] efektivní využití kmitočtového pásma (na jednom kmitočtu se šíří multiplex více programů s pokrytím poměrně velkého území), efektivnější vynaložení energie potřebné na vysílání TV programu, v případě výskytu úniků signálu (hluboké údolí) v pokrytí lze tyto úniky (mezery v spektru signálu) vyplnit Nevýhody SFN sítě: vysílač, který porušuje pravidla SFN sítě, se stává rušivým, důležitá je přesná synchronizace (čas, frekvence, informace), neustálé monitorování vlastností SFN sítě. PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -10-

19 2.6 OFDM modulace Téměř od počátku elektrického přenosu informací asi tak před 100 lety byly používány pro přenos informací metody přenosu na jediné frekvenci. Nevýhodou této metody je, že v přenosovém kanálu dochází k nežádoucímu ovlivňování přenášené informace vlivem šumu, impulzního rušení, interferencí s jinými zdroji vysokofrekvenčního signálu a také vlivem mnohacestného šíření. Aby se dosáhlo vyšších přenosových rychlostí, bylo potřeba rozšířit frekvenční pásmo. V důsledku zvyšování šířky frekvenčního pásma se však přímo úměrně projevuje šum. U pozemního vysílání signálů může vlivem odrazů docházet k negativním mezisymbolovým interferencím. Všechny tyto aspekty vedly k vytvoření tzv. OFDM modulaci. Pro pochopení fungování jednofrekvenčních sítí digitálního televizního vysílání je nutné znát princip modulace OFDM. DVB-T využívá ortogonální frekvenčně dělený multiplex (OFDM). Pro potřebu šíření digitálního pozemního televizního signálu bylo do OFDM implementováno kódování. Ortogonální frekvenčně dělený multiplex spolu s kódováním se také často značí zkratkou COFDM. Kódování pomáhá zabezpečit přenášený signál proti chybám, které se na cestě od vysílače k přijímači (set-top boxu) mohou vyskytnout. Modulace OFDM pracuje na principu převodu jednoho sériového datového toku do více nosných. Jde tedy o soustavu velkého počtu nosných, které jsou vzájemně k sobě v ortogonalitě, kdy platí (viz vzorec 2.1): f k = k (2.1) [11] f 0 kde f 0 je základní nosná v pořadí a k je celé kladné číslo. Při šíření signálu modulovaného pomocí OFDM vzniká minimální vzájemné rušení jednotlivých nosných, které jsou navzájem ortogonální, tzn., že jejich skalární součin je rovný nule. Na obrázku 2.8 je znázorněn příklad obsazení spektra jednotlivými nosnými. Z obrázku vyplývá, že minimum spektra sousední nosné spadá do maxima vedlejší nosné. Modulace OFDM je charakterizována vysokou odolností proti mezisymbolovým interferencím ohrožující pozemní vysílání digitálních signálů vlivem odrazů (vícenásobného příjmu). PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -11-

20 Obr. 2.8: Příklad uspořádání nosných v systému OFDM [11] Každá nosná je modulována nezávisle na ostatních a nese své vlastní informace nezávisle na ostatních subnosných. Každá nosná je dále modulována některou z modulací QPSK, 16QAM a 64QAM modulací. [12] Pro kanály se šířkou frekvenčního pásma 8 MHz, používané pro pozemní digitální televizi v České republice (přesná hodnota frekvenčního pásma je 7,61 MHz), platí pro rozestup nosných kmitočtů, který představuje současně symbolovou rychlost (viz vzorec 2.2): 6 Bk 7,61 10 Af = Rs = = = 1,116kHz (2.2) [13] n 6817 kde A f je rozestup nosných kmitočtů, R S je symbolová rychlost, B k je frekvenční šířka pásma a n je počet nosných. Délku užitečného symbolu (symbol nesoucí informaci) lze vypočíst ze vzorce (2.3): T u = (R s ) -1 = (1, ) -1 = 896 µs (2.3) [13] kde T u je délka užitečného symbolu a R S je symbolová rychlost. PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -12-

21 2.6.1 Varianty OFDM modulace pro DVB-T Základní rozdělení je podle počtu nosných: režim 2k - používá 1705 nosných v jednom televizním kanálu o šířce pásma 8 MHz, doba trvání užitečného symbolu je 224 µs, režim 4k - používá 3409 nosných v jednom televizním kanálu o šířce pásma 8 MHz, tento režim je určený pro DVB-H, doba trvání užitečného symbolu je 448 µs, režim 8k - používá 6817 nosných v jednom televizním kanálu o šířce pásma 8 MHz, doba trvání užitečného symbolu je 896 µs. Podle šířky pásma jednoho přenosového kanálu se systémy DVB-T dělí na: šířku pásma 8 MHz - používá se pro Evropu, šířky pásma 7 MHz, 6 MHz a 5 MHz se liší pouze vzorkovacím kmitočtem. Podle použité modulace: QPSK - kvadraturní fázová modulace, modulační metoda uplatňovaná na jednotlivé nosné frekvence OFDM. Méně výkonná proti QAM, ale velmi robustní. Jeden symbol nabývá 4 stavů a lze jím tedy přenést naráz 2 bity informace jednou nosnou vlnou, používá se u DVB-S, 16QAM - kvadraturní amplitudová modulace, uplatňuje se na jednotlivé nosné OFDM. Jeden symbol nabývá 16 stavů a lze současně přenést 4 bity informace jednou nosnou vlnou, 64QAM - kvadraturní amplitudová modulace, používá se na modulaci jednotlivých nosných OFDM. Jeden symbol nabývá 64 stavů a lze jím přenést současně 6 bitů informace jednou nosnou vlnou, používá se u DVB-T. Tabulka 2.1 zobrazuje jednotlivé varianty DVB-T podle použité modulace, kódového poměru a přenosové rychlosti v závislosti na ochranném intervalu. Z tabulky je patrné, že čím robustnější je kódový poměr použit, tím menší je přenosová rychlost jednoho multiplexu (kanálu). Přenosová rychlost také závisí na použitém ochranném intervalu; čím je ochranný interval delší, tím je přenosová rychlost nižší. PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -13-

22 Tab. 2.1: Varianty DVB-T podle použité modulace, kódového poměru a přenosové rychlosti v závislosti na ochranném intervalu Čistá bitová rychlost [Mbit/s] Varianta systému Modulace Kódový poměr D/T U = 1/4 D/T U = 1/8 D/T U = 1/16 D/T U = 1/32 A1 QPSK 1/2 4,98 5,53 5,85 6,03 A2 QPSK 2/3 6,64 7,37 7,81 8,04 A3 QPSK 3/4 7,46 8,29 8,78 9,05 A5 QPSK 5/6 8,29 9,22 9,76 10,05 A7 QPSK 7/8 8,71 9,68 10,25 10,56 B1 16QAM 1/2 9,95 11,06 11,71 12,06 B2 16QAM 2/3 13,27 14,75 15,61 16,09 B3 16QAM 3/4 14,93 16,59 17,56 18,10 B5 16QAM 5/6 16,59 18,43 19,52 20,11 B7 64QAM 7/8 17,42 19,35 20,49 21,11 C1 64QAM 1/2 14,93 16,59 17,56 18,10 C2 64QAM 2/3 19,91 22,12 23,42 24,13 C3 64QAM 3/4 22,39 24,88 26,35 27,14 C5 64QAM 5/6 24,88 27,65 29,27 30,16 C7 64QAM 7/8 26,13 29,03 30,74 31,67 V ČR se nejčastěji používá varianta C2: stupeň protichybové ochrany - RS kód (188, 204, 8) 2. stupeň protichybové ochrany - konvoluční kód 2/3 OFDM režim 8k modulace 64QAM ochranný interval ¼ užitečný přenosový tok 19,91 Mbit/s [14] PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -14-

23 2.7 Význam ochranného intervalu Obrázek 2.9 znázorňuje šíření signálu z vysílače k přijímači (set-top boxu). Signál se z vysílače šíří nejprve přímou cestou. Tento signál dorazí do místa příjmu s největší amplitudou a nejmenším zpožděním, protože tomuto signálu nebrání v šíření žádná překážka. Signál vystupující z vysílače se však odráží i od přítomných překážek (terénní nerovnosti, budovy atd.) a doráží do místa příjmu i jinou cestou než signál přímý. Tento jev se nazývá vícecestné šíření. Odražené signály dorážejí do místa příjmu s nižší amplitudou a s větším zpožděním. Aby nedocházelo k překrývání symbolů, používá se metoda vkládání ochranného intervalu GI (Guard Interval). Celková doba trvání symbolu se prodlouží o délku ochranného intervalu (viz Obr. 2.10). Po příchodu užitečného signálu přijímač přestane po dobu ochranného intervalu zachytávat zpožděné odrazy, které by užitečný signál degradovaly. Tímto způsobem se eliminuje příjem nežádoucích odrazů, ze kterých by přijímač nedokázal získat užitečné informace. [14] U jednofrekvenčních sítí SFN je zvláště důležitý ochranný interval z toho důvodu, že v místě příjmu mezi dvěma digitálními vysílači přijímá přijímač dva přímé a více odražených signálů. Důležité jsou signály, které se k přijímači dostanou přímou cestou. Délka trvání ochranného intervalu je v síti SFN přímo úměrná maximální vzdálenosti dvou a více vysílačů. V případu SFN sítě hraje ochranný interval významnou roli, protože v místě příjmu mezi dvěma vysílači přijímá přijímač dva přímé a více odražených signálů. Dominantní jsou signály získané přímou cestou, které mohou dojít do místa příjmu s různým zpožděním. Délka trvání ochranného intervalu v síti SFN určuje maximální vzdálenost dvou a více vysílačů, proto při kmitočtovém plánování území sítí SFN je potřebné navrhnout ochranný interval podle potřeby. Příkladem může být síť SFN s ochranným intervalem 1/8 (112 µs). Doba šíření 112 µs zhruba odpovídá vzdálenosti 30 km. Proto mohou být vysílače vzdáleny maximálně 30 km, aby nedocházelo k vzájemnému rušení signálů přijatých z obou vysílačů. [1] Obr. 2.9: Vícecestné šíření signálu (vlastní návrh) PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -15-

24 Obr. 2.10: Možnosti ochranného intervalu v systému DVB-T [13] Délka ochranného intervalu se udává jako poměr vůči délce trvání užitečného symbolu Tu. Ochranný interval se vkládá před užitečný symbol (viz Obr. 2.10). Délka celkového symbolu je tedy součtem délky užitečného symbolu T U a délky ochranného intervalu A. Tabulka 2.2 znázorňuje poměry ochranných intervalů, jejich délky a vzdálenosti vysílačů. [1] Tab. 2.2: Parametry ochranných intervalů GI [15,16] Délka symbolu [µs] Poměr GI Délka GI [µs] Vzdálenost vysílačů [Km] 896 1/ , / , / , / ,4 V jednofrekvenčních sítích v České republice se většinou používá ochranný interval 1/4. Tento ochranný interval představuje při volbě počtu nosných 8k a délce trvání užitečného symbolu 896 µs délku trvání ochranného intervalu 224 µs (viz Tab. 2.2). Vzdálenost vysílačů je dána násobkem délky ochranného intervalu a rychlostí světla ve vakuu (c = m/s) [16]. Pro ochranný interval 1/4 (224 µs) je maximální vzdálenost vysílačů 67,1 km. U kratších ochranných intervalů je tato vzdálenost logicky menší. Z toho plyne, že čím delší ochranný interval, tím větší maximální možná vzdálenost vysílačů. Mohlo by se zdát, že pro pokrytí celé České republiky digitálním televizním signálem by stačila jedna jednofrekvenční síť s velkými ochrannými intervaly. Musíme ale brát v úvahu, že čím je ochranný interval PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -16-

25 delší, tím klesá přenosová rychlost. Proto se musí volit určitý kompromis mezi délkou ochranného intervalu a přenosovou rychlostí. [1] 2.8 Struktura OFDM rámce Datový tok je v DVB-T tvořen OFDM rámci. Rámce jsou umístěny v přenosovém kanále o šířce pásma 8 MHz. Každý rámec obsahuje 68 OFDM symbolů. Jeden symbol se skládá z informací, které přenáší 6817 nosných. Uspořádání rámce je vidět na obrázku Obr Jak je vidět z obrázku, některé nosné nepřenášející data jsou modulovány pouze pilotními signály. Úkolem těchto signálů je přenášet některé systémové informace. V případě nejběžnějšího systému 8k OFDM u DVB-T je to 177 nosných s pořadím 0, 48, 54, Dále se vysílají tzv. rozptýlené pilotní nosné, které jsou umístěny spolu s daty na 524 nosných a konečně pilotní nosné TPS určené k přenosu pomocných dat (nesou informace o modulaci, hierarchii, ochranném intervalu a módu OFDM), které se vysílají na 68 nosných. Vlastní data jsou vysílána na celkem 6048 nosných. [11] Obr. 2.11: Uspořádání rámce DVB-T [11] Rámce se podle počtu dělí na: 1 rámec = 68 OFDM symbolů 1 superrámec = 4 rámce 1 megarámec = 2 superrámce PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -17-

26 Tab. 2.3: Parametry režimů 8k, 4k a 2k (pro šířku pásma přenosového kanálu 8 MHz)[14] Parametr Režim 8k Režim 4k Režim 2k Počet nosných K Hodnota čísla nosné K min Hodnota čísla nosné K max Trvání T u 896 µs 448 µs 224 µs Vzdálenost nosných 1/T U 1116 Hz 2232 Hz 4464 Hz Vzdálenost mezi nosnými K min a K max 7,61 MHz 7,61 MHz 7,61 MHz OFDM modulace umožňuje využití různých režimů podle počtu nosných. Tabulka Tab. 2.3 zobrazuje režimy OFDM modulace 8k, 4k a 2k. Z tabulky je patrné, že čím větší počet nosných (větší režim), tím je větší doba trvání užitečného symbolu Tu. Na obrázku 2.12 je vyobrazeno umístění nosných do časových kmitočtových buněk. Obrázek je pouze ilustrativní, protože v režimu OFDM 8k je 6817 nosných. Z obrázku je patrné, že jeden symbol se skládá z 6817 nosných. Obrázek 2.13 ilustruje vkládání ochranného intervalu za jednotlivé OFDM symboly. Konec každého OFDM symbolu, jehož délka odpovídá délce ochranného interval (1/4, 1/8, 1/16 nebo 1/32), je zkopírován na začátek tohoto symbolu. Tím se prodlouží doba trvání jednoho OFDM symbolu a omezí se mezisymbolové interference. [1] [17] Obr. 2.12: Umístění nosných do časových kmitočtových buněk [13] PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -18-

27 Obr. 2.13: Vkládání ochranného intervalu [13] PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -19-

28 2.9 Mezinárodní frekvenční plán Mezinárodní frekvenční plán orientovaný na analogové televizní vysílání pochází z doby uzavření Regionální dohody pro Evropské rozhlasové pásmo (Stockholm 1961). (Sdělení priorit politiky EU v oblasti spektra pro přechod na digitální vysílání v souvislosti s nadcházející Regionální radiokomunikační konferencí Mezinárodní telekomunikační unie (ITU) v roce 2006 (RCC-06)). Dohoda ST61 se týkala téměř celého VHF / UHF pásma vysílání v Evropském vysílacím prostoru. V roce 1985 bylo vyjmuto kmitočtové pásmo MHz určené pro rádiové rozhlasové vysílání vytvořením dohody GE84. V roce 2006 pak na základě výsledků jednání Regionální radiokomunikační konference zřízené Mezinárodní telekomunikační unií (ITU) označované jako RRC-06 vznikla mnohostranná dohoda GE06 stanovující pravidla pro plánování nových frekvencí pro pozemní digitální vysílání v oblasti kmitočtového pásma MHz a MHz. Tato dohoda platí pro zúčastněné strany zahrnující kontinent Evropy, včetně Ruské federace, Afriky a části Středního východu. Nahrazuje tak výše uvedený stockholmský plán z let Pro oblast televizního vysílání byly vymezeny kmitočtové pásma I, III, IV a V ve frekvenčním rozsahu od 47 do 862 MHz. Poslední dvě kmitočtová pásma tj. IV a V, pro něž bude prováděno měření kanálového pozadí se označují jako UHF (Ultra High Frequency). Pro měření v oblasti televizního vysílání je nutné znát soustavu frekvenčních poloh jednotlivých rádiových kanálů. Podle nich pak můžeme na měřícím přístroji (spektrální analyzátor), zadat parametr jako je kmitočet a jemu odpovídající rádiový kanál na kterém měřený vysílač vysílá. [3] Tabulka 2.4 znázorňuje soustavu používanou v rámci celé Evropy. Jediné v čem se některé státy mohou lišit, je odstup kmitočtu zvuku od obrazu. V České republice a v dalších zemích bývalého východního bloku se používá kmitočet zvuku podle normy CCIR K. Ta definuje odstup zvuku od obrazu o 6,5 MHz. Na sousedním Slovensku se plynule přešlo z normy K na normu CCIR G, jenž definuje odstup zvuku od obrazu o 5,5 MHz. Rádiové kanály 21 až po horní kmitočet kanálu 34 jsou určeny pro IV. televizní pásmo. Kanály 35 až 69 pak pro V. televizní pásmo. Rádiovým kanálem se rozumí část rádiového spektra ve IV. a V. televizním pásmu ( MHz) vymezeného rozsahem kmitočtů od (470 + (n - 21) 8) do (470 + (n 20) 8) v MHz, kde n je definováno z rozsahu čísel 21 až 69.[3] [18] PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -20-

29 Tabulka 2.4: Kmitočty TV kanálů IV. televizní pásmo V. televizní pásmo kanál DVB-T střední kmitočet [MHz] ATV kmitočet nosné obrazu [MHz] C ,00 471,25 C ,00 479,25 C ,00 487,25 C ,00 495,25 C ,00 503,25 C ,00 511,25 C ,00 519,25 C ,00 527,25 C ,00 535,25 C ,00 543,25 C ,00 551,25 C ,00 559,25 C ,00 567,25 C ,00 575,25 C ,00 583,25 C ,00 591,25 C ,00 599,25 C ,00 607,25 C ,00 615,25 C ,00 623,25 C ,00 631,25 C ,00 639,25 C ,00 647,25 C ,00 655,25 C ,00 663,25 C ,00 671,25 C ,00 679,25 C ,00 687,25 C ,00 695,25 C ,00 703,25 C ,00 711,25 C ,00 719,25 C ,00 727,25 C ,00 735,25 C ,00 743,25 C ,00 751,25 C ,00 759,25 C ,00 767,25 C ,00 775,25 C ,00 783,25 C ,00 791,25 C ,00 799,25 PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -21-

30 C ,00 807,25 C ,00 815,25 C ,00 823,25 C ,00 831,25 C ,00 839,25 C ,00 847,25 C ,00 855,25 K vysílání zemské digitální televize DVB-T je využíváno stejné kanálové rozdělení spektra jako u analogového TV vysílání. Zásadní rozdíl mezi zemským analogovým televizním vysíláním (dále jen ATV) a zemským digitálním televizním vysílání (DVB-T) je v použité modulaci. V případě ATV je k přenosu signálu rádiovým kanálem využíváno analogové modulace s jedním částečně potlačeným postranním pásmem (AM-VSB). Oproti tomu televizní vysílání ve standardu DVB-T využívá digitální modulační schéma.[3] [18] Digitální signál ve standardu DVB-T vyplňuje téměř celý 8 MHz kanál, proto už se neuvádějí nosné kmitočty zvuku a obrazu, ale uvádí se jen tzv. střední kmitočet TV kanálu v MHz. Celý rozsah kanálu je od -4 až do +4 MHz od středního kmitočtu. Jelikož analogové vysílání je v České republice na ústupu dochází v současnosti k uvolňování jednotlivých rádiových kanálů pro účely systému vysílání ve zmiňovaném standardu DVB-T. Děje se tak na základě vyhlášky č.161/2008 Sb. o technickém plánu přechodu, dále jen (TPP), zemského analogového televizního vysílání na zemské digitální televizní vysílání. Podle TPP se v procesu přechodu ATV na DVB-T postupuje po územních oblastech. Ty jsou vymezeny spojnicemi vrcholových bodů příslušného mnohoúhelníku nebo státní hranicí České republiky viz obrázek PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -22-

31 Obr. 2.14: Grafické znázornění územních oblastí [18] V současné době jsou v České republice uděleny licence na provozování čtyř digitálních multiplexů v rámci systému DVB-T. Multiplex je označení pro souhrnný datový tok obsahující dílčí datové toky náležející jednotlivým televizním, případně rozhlasovým programům, službám v podobě doplňkových dat související s programy nebo dodatečným datovým službám, jenž jsou upraveny pro společný přenos a následně šířeny prostřednictvím vysílací sítě DVB-T. [18] Obr. 2.15: Schéma zdrojového kódování a multiplexování PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -23-

32 Kde: ITU R601 standard digitalizace (doporučení pro digitalizaci obrazových signálů). MPEG kodér zajišťuje kompresní algoritmus MPEG2 popřípadě MPEG4. PES (Packetized elementary stream) zdrojový datový tok. Doplňková data služby typu teletext, titulky a jiné interaktivní aplikace. Datové služby služby typu elektronický programový průvodce (EPG), datový karusel aj. PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -24-

33 3 Simulace pokrytí území signálem digitálního televizního vysílání Pro potřeby plánování pokrytí území signálem digitálního televizního vysílání lze použít hned několik simulačních nástrojů. Následující dvě kapitoly popisují práci se dvěma nejznámějšími programy komerčního RadioLabu od společnosti CRC Data a freewarového Radiomobilu. 3.1 RadioLab RadioLab je software vyvinutý společností CRC Data, který slouží k analýze a vizualizaci šíření rádiových signálů. Jedná se o velmi silný inženýrský nástroj pro řešení základních úloh při analýze a návrhu radiokomunikačních systémů pro služby plošného pokrytí (mobilní služby, analogová a digitální televize a rozhlas), systémů point to multipoint a mikrovlnných směrových spojů. [2] Obr. 3.1: Ovládací panel Radiolabu Základní funkčnost systému RadioLab zahrnuje: Profil - nástroj pro zobrazení terénního profilu. Slouží k zobrazení a tisku terénního profilu mezi dvěma vysílači. Volitelně je možné zobrazit morfologické kategorie, Fresnelovu zónu, překážky a úhel hlavního laloku antén a další. Nástroj obsahuje podporu pro analýzu odrazů. PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -25-

34 Obr. 3.2: Panel Profil Mapový server tento subsystém obsahuje jádro obecného GIS pro zobrazení rádiových objektů (stanice, skoky,...) a výsledků výpočtů (diagramů viditelnosti a pokrytí) na podkladu digitalizovaných rastrových map S42 nebo map vektorových (libovolných obecných mapových podkladů). Obr. 3.3: Mapový server PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -26-

35 Výškopisnou mapu - tato mapa je určena k rychlému pracovnímu zobrazení stanic, skoků a diagramů viditelnosti a pokrytí ve zjednodušené mapové projekci. Jako podkladovou vrstvu lze zobrazit data DTM (digitální model terénu) nebo morfologická data. Obr. 3.4: Výškopisná mapa Databázi stanovišť databázová aplikace pro správu dat stanovišť. Umožňuje editaci, vyhledávání, třídění a zobrazení stanovišť v obou mapových systémech. Strukturu dat je možné uživatelem rozšiřovat. PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -27-

36 Obr. 3.5: Databáze stanovišť Výpočet viditelnosti - výpočet diagramu rádiové viditelnosti pro zadanou stanici s možností zobrazení výsledku na obou mapách. Obr. 3.6: Výpočet viditelnosti PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -28-

37 Výpočet pokrytí - výpočet plošného rozložení intenzity signálu pro zadanou stanici s možností zobrazení výsledného diagramu na obou mapách. Nástroj umožňuje zadat horizontální i vertikální vyzařovací charakteristiky antény. Lze zobrazit spádovou křivku, kontury prvního a posledního výskytu zadané intenzity a diagram efektivních výšek. Obr. 3.7: Výpočet pokrytí Jednotlivé části systému jsou vzájemně propojeny. RadioLab obsahuje možnost rozšiřování funkčnosti systému pomocí modulů RadioLab Add-Ins. PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -29-

38 Seznam základních funkcí: podpora vertikální a horizontální vyzařovací charakteristiky antény zadání vyzařovací charakteristiky antény dle Vídeňské šablony vertikální vyzařovací charakteristika pro směrové a všesměrové antény podpora řady výpočetních metod (modelů šíření), možnost doinstalovat a přímo používat další výpočetní metody nebo modely křivek šíření vizualizace diagramů v obou mapových systémech, tvorba srovnávacích scénářů, vizualizace vlivu změny parametru a pod. analýza v sektoru, výpočet v okolí vysílače nebo v okolí jiného bodu možnost definovat vlastní barevné stupnice, napojení na nástroj Barevné stupnice diagram efektivních výšek diagram hraničních křivek (první a poslední výskyt) zadané intenzity, možnost zobrazení kontur v obou mapových systémech spádová křivka a profil terénu, analýza jednotlivých složek vlivu vyzařovací charakteristiky antény na výsledný signál možnost uložení vypočtených diagramů do souboru, spolupráce s nástrojem Zobrazovač diagramů napojení na databázi Stanovišť pro zadání souřadnic vysílače nebo analyzovaného místa možnost načíst a uložit data vysílače včetně vyzařovací charakteristiky antény do/ze souboru tisk výstupních sestav prostřednictvím MS Excelu Asi nejsilnějším nástrojem Radiolabu je modul Výpočet pokrytí. Na obr.3.7 je uveden formulář pro zadávání parametrů potřebných pro výpočet. Tento formulář obsahuje sadu záložek sloužící pro zadání úlohy (Úloha, Horizontální diagram, Vertikální diagram) a poskytující přístup k řadě služeb (Spádová křivka, Efektivní výšky). Některé funkce jsou dostupné i z menu v horní části formuláře. Tlačítka ve spodní části formuláře slouží zejména pro spuštění výpočtu a vizualizaci vypočtených dat v obou mapových systémech RadioLabu. Záložka Úloha slouží k zadání hlavních parametrů výpočtu. Ve skupině Vysílač je nutné především specifikovat data stanice. Kromě přímého zadání souřadnic vysílače a ostatních dat lze načíst soubor s příponou *.trd anebo zaměřit souřadnic pomocí Mapového serveru. Data vysílače lze také přenést z databáze stanovišť. Použitý server lze zvolit pomocí nástroje Nastavení systému RadioLab. Kromě standardního serveru stanic systému RadioLab lze použít i systémy RadioBase anebo WinNORA. Dále lze zadat výšku paty stožáru a relativní PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -30-

39 výšku vysílací antény. Pole Max. ef. výška zobrazuje údaj o maximální efektivní výšce pro zadané parametry stanoviště (aktualizuje se při změně souřadnic stanoviště a výšky vysílací antény). Pomocí voleb Okolí vysílače a Okolí bodu lze zvolit analyzovanou oblast. Skupina Analyzovaná oblast tedy může mít dvě různé podoby. V případě analýzy v okolí vysílače je třeba specifikovat maximální vzdálenost od vysílače. Tento údaj lze alternativně zadat i pomocí minimální úrovně signálu (vztaženo k aktuálnímu kmitočtu, výkonu, azimutu ve směru maximální efektivní výšky a zvoleným křivkám šíření). Volitelně lze omezit analyzovanou oblast i na sektor kruhovou výseč se středem v bodě vysílače omezenou dvěma azimuty. V případě analýzy v okolí bodu je třeba zadat střed zkoumané oblasti. Pro vlastní zadání jsou k dispozici podobné prostředky jako pro zadání dat vysílače. Dále je nutné specifikovat poloměr zkoumané oblasti. Tento údaj je pouze orientační. Skutečně spočtená oblast je obvykle větší, svým rozložením pokrývá zadané kruhové okolí bodu. Ve skupině Analyzovaná oblast lze volitelně zadat i relativní výšku přijímací antény. Ve skupině Parametry je třeba zadat výkon vysílače (ERP efektivní vyzářený výkon v kw nebo dbw), dále kmitočet a koeficient zakřivení Země (typicky hodnota 4/3 pro analýzu užitečného signálu, hodnota 3 pro analýzu signálu rušivého). Nabídka Přesnost obsahuje několik zabudovaných přesností. Výběr konkrétní položky určuje zejména rychlost výpočtu a jeho přesnost. Poslední položka v nabídce Uživatelská umožňuje zvolit vlastní krok azimutu a profilu. Ve skupině Model šíření je nutné zvolit výpočetní metodu a křivky šíření (lze volit varianty pro požadovaná procenta území a času). Obsah nabídky Metoda se může lišit dle aktuálně nainstalovaných výpočetních serverů. Konfigurace jednotlivých výpočetních serverů je dostupná z menu řídícího panelu systému RadioLab. Před vlastním výpočtem je možné na dalších dvou záložkách nadefinovat i horizontální a vertikální vyzařovací charakteristiku antény. Pro definici horizontální vyzařovací charakteristiky antény slouží záložka Horiz.diag. Tato záložka je přístupná pouze je-li zaškrtnuta volba Horizontální diagram skupiny Vysílač na záložce Úloha. Hodnoty potlačení pro jednotlivé azimuty lze zadat přímo do tabulky, nebo použít výpočet vyzařovacího diagramu dle Vídeňské dohody. V tomto případě je nutné zadat krok azimutu, úhel natočení celého diagramu a ostatní parametry dle definice z Vídeňské dohody (parametry hlavního a postranního laloku a způsob jejich skládání). [2] PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -31-

40 Vyzařovacím diagramem lze otáčet pomocí tlačítka Rotace. Diagram se pootočí o počet stupňů uvedených v poli pod tímto tlačítkem. Tlačítkem Smazat lze tabulku vymazat. Stiskem tlačítka Vytvořit se tabulka naplní diagramem dle definice z Vídeňské dohody. Pomocí tlačítek Načíst a Uložit lze vyzařovací diagram uložit nebo načíst z/do souboru *.tdd. Do souboru se vždy ukládá pouze tabulka - tedy hodnoty potlačení pro jednotlivé azimuty. Parametry sloužící pro tvorbu diagramu dle Vídeňské dohody se neukládají, a nejdou tedy ani po načtení souboru zpětně zrekonstruovat. Vyzařovací charakteristika antény muže být také obsažena v souboru definice vysílače (přípona *.trd). Pro definici vertikální vyzařovací charakteristiky antény slouží záložka Vert.diag. Tato záložka je přístupná pouze je-li zaškrtnuta volba Vertikální diagram skupiny Vysílač na záložce Úloha. Práce s touto záložkou je obdobná jako u záložky Horiz.diag. Po výběru všech požadovaných parametrů lze provést vlastní výpočet stiskem tlačítka Výpočet. Informace o právě probíhající fázi výpočtu je uveden ve stavové řádce formuláře. Postup právě probíhající fáze výpočtu je indikován ve spodní části záložky Úloha. Výpočet lze ve většině fází předčasně ukončit pomocí tlačítka Přerušit (kurzor myši může mít tvar hodin). Po úspěšném dokončení výpočtu je přítomnost vypočtených dat ve formuláři indikována ikonou diagramu v levé části stavové řádky. Tlačítko Výpočet nelze stisknout. Po editaci parametrů s nimiž proběhl výpočet se však tato data zneplatní, výpočet je možné provést znovu. Vypočtený diagram pokrytí lze uložit pomocí menu Systém/Uložit digram pokrytí. Podporovány jsou formáty souborů *.luc a *.ddf. S posledně jmenovaným je možné pracovat pomocí RadioLab AddInu Zobrazovač digramů. Vypočtená data lze zobrazit v Mapovém serveru i ve Výškopisné mapě prostřednictvím tlačítek Zobrazit V.Mapa a Zobrazit Map server umístěných ve spodní části formuláře. Obě mapy jsou pod správou Vizualizačního manažeru, je tedy možné zobrazit více diagramů ve více mapách, vytvářet srovnávací scénáře, apod... Skupina Zobrazení na záložce Úloha obsahuje některá nastavení sloužící pro proces vizualizace. Jde zejména o volbu barevné stupnice z příslušné nabídky. Stiskem tlačítka ' ' umístěného vedle nabídky barevných stupnic se aktivuje RadioLab AddIn Barevné stupnice, sloužící zejména pro výběr použitého souboru barevných stupnic a pro vlastní editaci jednotlivých stupnic. Po instalaci je systém Pokrytí napojen na sdílený soubor barevných PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -32-

41 stupnic z adresáře CRCComm. Bližší popis problematiky je uveden v nápovědě pro systém Barevné stupnice. Při zaškrtnuté volbě Vymazat všechny diagramy se před přenesením vypočteného diagramu do mapy všechny předchozí diagramy (i z jiných aplikací) vymažou. Volba Vymazat poslední diagram před přenesením vypočteného diagramu do mapy vymaže z této mapy naposledy přidaný diagram. Tato volba je užitečná zejména při analýze různých variant pro jeden vysílač, kdy zamezí překryvům diagramů se stejným středem. [2] PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -33-

42 3.2 Radiomobile Druhým, nekomerčním softarem na výpočet pokrytí území (nejen) signálem DVB-T je program Radiomobile. Na internetu je možno nalézt spoustu průvodců popisujících instalaci a užívání tohoto softwaru. Jedná se o volně dostupný simulační program, který pracuje na frekvencích v rozsahu od 20MHz do 20GHz. Software umožňuje stahování a importování výškových map nejen SRTM (Space Shuttle Radar Terrain Mapping Mission) dat požadované oblasti z dostupných webových serverů. Program je možno zdarma stáhnout v zip archívu. Po rozbalení je nutno nakonfigurovat umístění map. Příloha č.3 ve stručnosti shrnuje postup práce s tímto softwarem. Obr. 3.8: Panel nástrojů Radiomobile Obr. 3.9: ukázka výpočtu profilu terénu mezi vysílačem a přijímačem PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO TELEVIZNÍHO VYSÍLÁNÍ -34-