Digital Television and Radio Systems (NDTV) Laboratory Exercise no. 4 Měření parametrů signálu při příjmu DVB-T/T2, generace transportního toku 3D televize Účelem úlohy je seznámit se s obsluhou měřicího přijímače R&S ETL TV Analyzer a měření parametrů signálu při příjmu vysílání DVB-T (síť 1 a 2). Během měření získáte základní představu o obsahu transportního toku MPEG-2 TS, tvaru spektra přijímaného signálu digitální pozemní televize, konstelačním diagramu vnitřní modulace, chybovosti přenosu, poměru S/N v přenosovém kanále a parametrech kódování a vysílání sítí 1 a 2 (multiplexy Českých radiokomunikací). Teoretický úvod Modulace OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) patří mezi modulace typu MCM (Multi Carrier Modulation), tedy modulace s více nosnými kmitočty. V kombinaci s ochranným kódováním FEC v základním pásmu se označuje jako COFDM (Coded OFDM). Vyznačuje se vysokou odolností proti mezisymbolovým interferencím ISI, které ohrožují terestrické vysílání digitálních signálů s ohledem na vliv odrazů (vícenásobný příjem) od různých překážek na zemském povrchu. Odražené signály mají v místě příjmu různá časová zpoždění i amplitudy, přičemž častější jsou malá časová zpoždění od jednotek do stovek µs. Pro zvýšení spektrální účinnosti se pro modulaci subnosných vln používá modulace M-QAM nebo QPSK. Jednotlivé datové subnosné vlny jsou vysílány současně. Kmitočtová spektra jednotlivých subnosných se překrývají tak, že první minimum výkonového spektra se kryje s maximem spektra sousední subnosné vlny. Měřící přijímač R&S ETL TV Analyzer je televizní digitální přijímač s integrovaným monitorem, který mimo měření úrovní analogových a digitálních programů umožňuje detailní posouzení kvality DVB-T/T2 programů a vysílání. Modulární stavba přístroje umožňuje rozšíření měření pomocí dalších měřících desek i na měření digitálního satelitního a kabelového vysílání. Integrovaný TFT displej umožňuje posouzení kvality obrazu přijímaného programu. Pro měření úrovní analogových a digitálních signálů jsou k dispozici čtyři různé detektory (špičkový, střední hodnoty, minimální a maximální hodnoty). Korekční křivky pro měření jsou uloženy v EEPROM při kalibraci přístroje a zajišťují vysokou přesnost měření. V současné době je digitální pozemní vysílání DVB-T v Brně zajišťováno ve vysílací síti 1 (25. kanál, 506 MHz), 2 (40. kanál, 626 MHz), 3 (59. kanál, 778 MHz) a 4 (64. kanál, 818 MHz) s parametry uvedenými v Tab. 4.1. - 1 -
Tab. 4.1: Technické parametry DVB-T vysílací sítě 1 až 4 v Brně (zdroj www.digizone.cz) DVB-T Síť 1 (29. kanál, 538 MHz) ČT1, ČT2, ČT24, ČT4 Sport Barvičova Hády 10 305 25 V 16 34'47" 49 11'56" kw m 25 10 424 H 16 40'28" 49 13'22" kw m DVB-T Síť 2 (40. kanál, 626 MHz) Nova, Prima, Barrandov, Cool, Nova Cinema 40 10 424 H 16 40'28" 49 13'22" Hády kw m 10 305 40 V 16 34'47" 49 11'56" Barvičova kw m DVB-T Síť 3 (59. kanál, 778 MHz) Z1, Public TV 59 10 424 H 16 40'28" 49 13'22" Hády kw m 10 305 59 V 16 34'47" 49 11'56" Barvičova kw m DVB-T Síť 4 (64. kanál, 818 MHz) ČT1, Nova HD, O2 Info, Očko FN Bohunice 64 2 280 H 16 34'14" 49 10'33" kw m Ochranný interval 1/4 19,10 Mbit/s Ochranný interval 1/4 19,10 Mbit/s Ochranný interval 1/4 19,10 Mbit/s Ochranný interval 1/8 22,17 Mbit/s - 2 -
Zadání a postup měření 1. Seznamte se s obsluhou digitálního televizního přijímače STB Icecrypt STC6000HD PVR a ovládáním funkcí televizního přijímače TVP. STB je připojen na externím vstupu přes HDMI 2. Seznamte se s obsluhou měřícího analyzátoru ETL. Návody ke všem přístrojům jsou součástí pracoviště laboratorní úlohy. 2. Nalaďte na STB přijímači signál vysílací sítě 1 (29. kanál, 538 MHz) a sítě 2 (40. kanál, 626 MHz). Nalezené programy uložte automaticky do předvoleb přijímače (uložení do skupin TV a Radio). Ověřte kvalitu přijímaného signálu přímo v přijímači pomocí vestavěného detektoru úroveň a kvalita v [%]. Hodnoty pro obě vysílací sítě si poznamenejte do protokolu. Postup: Menu Instalace Hledání terestriálu (OK) - Mód hledání (Ručně) - Program (40) - Kmitočet (626 MHz) Vyhledat Uložit. 3. Nalaďte na měřícím přijímači ETL signál multiplexu vysílací sítě 2 (40. kanál, 626 MHz). Vyzkoušejte si ladění přijímače po kanálech a průběžně po kmitočtu. Změřte úroveň přijímaného signálu v [dbµv]. Postup: Stisk tlačítka MEAS < > Digital TV Settings přepnout TV Standard na OFDM DVB-T/H. Pote stisk tlačítka FREQ a zadejte frekvenci C40 kanálu (626 MHz). Stisk tlačítka MEAS < > Overview - Level. 4. Zobrazte na obrazovce měřícího přijímače ETL programový obsah transportního toku MPEG-2 TS sítě 2 (TV a rozhlasové programy). Pro každý nalezený program si poznamenejte jeho identifikátory v transportním toku MPEG-2 TS (identifikátory paketů MPEG-2 TS tzv. Video-PID a Audio-PID), typ použité komprese MPEG. Postup: Stisk tlačítka Mode a vybrat možnost TS Analyzer (počkat na spuštění analyzátoru) stisk tlačítka a vybrat možnost Topology na obrazovce obsah transportního toku sítě 2 a datový tok jednotlivých programů stisk tlačítka a vybrat možnost AV Decoder na obrazovce údaje Video-PID, Audio-PID vybrat možnost Decoder Info na obrazovce typ komprese MPEG (Video a Audio). Po skončení vypněte TS Analyzer následovně: File < > Exit (počkat na vypnutí analyzátoru). 5. Zobrazte tvar spektra vybraného kanálu digitální televize na obrazovce měřícího přijímače ETL. Změřte pomocí digitálních kurzorů střední úroveň přijímaného signálu v [dbµv] a dále potlačení ramen spektra mimo zvolený TV kanál v [db]. Postup: Stisk tlačítka Measure Spectrum. SPAN 10 MHz MKR - změna pomocí otočného knoflíku (zobrazení stupnice na displeji - min 50-30 dbµv). 6. Zobrazte tvar konstelačního diagramu vnitřní modulace M-QAM na obrazovce měřícího přijímače ETL. Prohlédněte si detail jednoho kvadrantu konstelačního diagramu. Změřte údaj o chybovosti přenosu BER před a po Viterbiho dekódování a dále odečtěte poměr S/N v [db]. Zobrazte si dále informace o parametrech vysílání multiplexu vysílací sítě 2 (mód modulace OFDM, vnitřní modulace, kódový poměr, ochranný interval, hierarchie kódování, číslo kanálu, kmitočet). Postup: Stisk tlačítka MEAS Modulation Analysis Const Diagram - Zoom 1st/2nd/3rd/4th/none výběr kvadrantu (zobrazí detail jednoho kvadrantu konstelačního diagramu). Informace o parametrech vysílání multiplexu vysílací sítě 2 lze přehledně zobrazit následovně: stisk MEAS < > Overview. - 3 -
7. Měřící televizní přijímač odpojte od kabelového rozvodu STA a připojte na jeho vstup aktivní prutovou anténu ANT. Při příjmu na aktivní prutovou anténu si vyzkoušejte také zobrazení impulsní odezvy (stisk tlačítka MEAS Channel Analysis / Echo Pattern) pro zobrazení odrazů přijímaného signálu (40. kanál, 626 MHz). Údaj o odražených signálech je zobrazen buď ve vzdálenosti, nebo v času zpoždění. Z grafu je možno odečíst hodnoty relativního útlumu zpožděného signálu [db], zpoždění v [µs] a vzdálenosti v [km] pomocí kurzorů < > marker. 8. Připojte ETL opět na anténní kabelový rozvod STA a vymažte všechny uložené předvolby přijímače STB (skupina TV i Radio). Měřící přijímač ETL přepněte opět do režimu měření digitální televize DVB-T a nalaďte kanál sítě 2. Nepovinná experimentální část laboratorní úlohy 9. Pomocí laboratorního vysílače SFU a analyzátoru ETL pro DVB-T experimentálně ověřte dostupnost televizního vysílání při zhoršených podmínkách poměru C/N a v únikových kanálech. Výsledky srovnejte s tabulkou Annex A.1 normy ETSI EN 300 744 V1.6.1 (2009-01). Nastavte parametry pro vysílání DVB-T: kanál C58 (770 MHz); Level 70 dbuv, 8K mode, vnitřní modulace 64QAM, kódový poměr 2/3; ochranný interval 1/8. Postupně změňte velikost hodnoty C/N. Výsledky postupně zaznamenejte v kanálech AWGN, RC20 a RL20. Postup pro SFU: Stisk tlačítka Setup FAVORITIES - FREQUENCY TX:FREQUENCY: FREQUENCY (zadejte 770 MHZ) - TX:LEVEL: LEVEL (zadejte 70 dbµv). Pomocí otočného knoflíku (resp. pomocí myší) si postupně nastavte další parametry: MODULATION MODULATION TRANSMISSION STANDARD (zadejte DVB- T/H). DIGITAL TV CODING FFT SIZE (zadejte 8K); GUARD INTERVAL (zadejte 1/8); HIERARCHY (zadejte NON-HIERARCHICAL); CONSTELLATION (zadejte 64QAM); CODE RATE (zadejte 2/3). NOISE NOISE (nastavte ADD); AWGN (nastavte na ON); AWGN C/N (postupně změňte hodnotu od 10 do 40 db). FADING FADING (nastavte ON); PROFILE STANDARD (vyberte DVB); PARAMETER SET (vyberte nejprve RC20 ANX B a pak RL20 ANX B). 10. Pomocí laboratorního vysílače SFU a analyzátoru ETL pro DVB-T2 experimentálně ověřte dostupnost televizního vysílání při zhoršených podmínkách poměru C/N a v únikových kanálech. Výsledky srovnejte s Tab. 45 normy ETSI TS 102 831 V1.2.1 (2012-08). Nastavte parametry pro vysílání DVB-T2: kanál C58 (770 MHz); Level 70 dbuv, 32K (extended) mode, vnitřní modulace 256QAM, kódový poměr 3/5; ochranný interval 1/16. Postupně změňte velikost hodnoty C/N. Výsledky postupně zaznamenejte v kanálech AWGN, RC20 a RL20. Postup pro SFU: Stisk tlačítka Setup FAVORITIES - FREQUENCY TX:FREQUENCY: FREQUENCY (zadejte 770 MHZ) - TX:LEVEL: LEVEL (zadejte 70 dbµv). - 4 -
Pomocí otočného knoflíku (resp. pomocí myší) si postupně nastavte další parametry: MODULATION MODULATION TRANSMISSION STANDARD (zadejte DVB- T2). DIGITAL TV BICM FEC FRAME (Normal); CODE RATE (zadejte 3/5); CONSTELLATION (zadejte 256QAM); CONSTELL. ROTATION (on/off); FRAMING+OFDM - FFT SIZE (zadejte 8K); GUARD INTERVAL (zadejte 1/16); PILOT PATTERN (nastavte PP4). NOISE NOISE (nastavte ADD); AWGN (nastavte na ON); AWGN C/N (postupně změňte hodnotu od 10 do 40 db). FADING FADING (nastavte ON); PROFILE STANDARD (vyberte DVB); PARAMETER SET (vyberte nejprve RC20 ANX B a pak RL20 ANX B). 11. Pomocí laboratorního vysílače SFU vysílejte prostřednictvím DVB-T2 transportní tok 3D televize. Ve složce e:/ jsou umístěny vzorky transportního toku obsahující obrazový tok ve formátu Frame Compatible (FC). Tento je komprimován jak MPEG- 2, tak i MPEG-4 AVC při nastavení různých úrovní datového toku. Pozorujte rozdíly v kvalitě vjemu (QoE) mezi použitými komprimačními metodami a datovými toky a to jak pro 3D režim, tak při jeho vypnutí na zobrazovači (tlačítko 3D). Nastavte nejvyšší datový tok (29 Mbit/s). Zvyšujte úroveň šumu v kanálu, než nastane Cliff falls effect. Pozorujte rozpad 3D vjemu před úplnou ztrátou příjmu. Obr. 4.1: Nastavení TS generátoru SFU. - 5 -
Poznámky k měření 1. V současné době je možné na území města Brna naladit čtyři digitální vysílací sítě: síť 1 (29. kanál, 538 MHz), síť 2 (40. kanál, 626 MHz), síť 3 (59. kanál, 778 MHz) a síť 4 (64. kanál, 818 MHz). Vysílání v síti 3 a 4 má poměrně malou přijímanou úroveň. Nelze tedy zajistit úspěšné dekódování měřícím přijímačem a set-top boxem. Použité měřící přístroje STB digitální televizní přijímač DVB-T/T2 Icecrypt STC6000HD + dálkové ovládání TVP televizní přijímač s Panasonic + dálkové ovládání ETL měřící přijímač R&S ETL-K202 TV Analyzer SFU laboratorní vysílač DVB-T/T2 R&S SFU Broadcast Test System ANT aktivní prutová anténa pro DVB-T Technisat propojovací vodiče 3 x BNC-BNC, 1 x BNC anténní, 2 x T člen BNC, HDMI Závěr Obr. 4.2: Rozmístění přístrojů laboratorního pracoviště úloha č.4 Do závěru každý student uvede své individuální hodnocení měření a potvrdí jej svým podpisem. Je třeba podrobně komentovat každý bod měření, všechny výsledky a každou měřenou charakteristiku. Individuální závěr by měl také uvádět důležité technické a odborné poznatky z měření. - 6 -
Kontrolní otázky 1. Co vyjadřují sloupcové grafy úroveň a kvalita přijímaného signálu při vyhledávání kanálů pomocí přijímače DVB-T, tzv. set-top boxu? 2. Jaký průběh má kvalita obrazu při příjmu analogové a digitální televize při současném zvyšujícím se a shodném vložném útlumu pro oba přijímané signály? 3. Jaký spektrální průběh a jakou šířku pásma má jeden televizní kanál při vysílání analogové a digitální televize? Jaké výrazné spektrální složky spektra obsahují? 4. Jaký je rozdíl mezi kanálovou chybovostí a chybovostí po Viterbiho dekódování? 5. Co vyjadřuje impulsní odezva při příjmu signálu digitální televize? Co způsobí odražený signál nebo zpožděný signál jiného vysílače při příjmu? Použitá a doporučená literatura [ 1 ] Fischer, W. Digital Television. A practical Guide for Engineers. Springer, 2004. [ 2 ] Legíň, M. Televizní technika DVB-T. BEN technická literatura, Praha, 2006. [ 3 ] Bednář, J., Gregora, P. Příjem DVB-T. BEN technická literatura, Praha, 2007. [ 4 ] Digitální televizní vysílání DVB-T. Mapa pokrytí a odborné informace k příjmu signálu sítí 1 až 4, Internet Info s.r.o. 2009, ISSN ISSN 1801-4933, online dostupné na adrese <www.digizone.cz>. - 7 -