SDH-verkon synkronointi digi-tv-siirrossa Diplomityöseminaari 10. 2 Diplomityön tekijä: Heikki Törrönen Valvoja: professori Timo O. Korhonen Suorituspaikka: Digita Oy

Esityksen sisällysluettelo Työn taustatietoja Diplomityön tutkimusaihe Käytetyt työmenetelmät SDH-tekniikka ja synkronointi Digi-tv-lähetysten siirto SDH-verkon kellot Synkronoinnin jakelu Synkronoinnin suunnittelu Synkronointipalvelut Synkronointiin liittyvät mittaukset Johtopäätökset

Työn taustatietoja (1/2) Suomessa digi-tv-lähetykset alkoivat virallisesti 27.8.2001 Vuoden 2004 loppuun mennessä n. 94 % väestöstä lähetysten peittoalueella Digitalisoitumisen myötä katsojille mahdollisuus uusiin sisältöihin ja palveluihin sekä parempaan kuvan ja äänen laatuun Digi-tv-lähetysten siirtoverkko toteutettu SDH-tekniikalla

Työn taustatietoja (2/2) Digita vastaa Suomen valtakunnallisista lähetys- ja siirtoverkoista sekä radio- ja televisioasemista Digita toteuttaa maanpäällisen radio- ja televisioverkon digitalisoinnin ja välittää mm. Ylen, MTV3:n, Nelosen, Urheilukanavan, Sub TV:n ja Radio Novan ohjelmat Lisätietoja digi-tv:stä ja sen tarjoamista palveluista: www.digitv.fi ja www.digita.fi

Diplomityön tutkimusaihe Tavoitteena verkon suunnittelua ja synkronointia koskevaa päätöksentekoa tukeva selvitys SDH-verkon synkronoinnista Pääkellon (PRC) toteutusvaihtoehdot Digitan SDH-verkossa ja kuinka synkronointi voidaan järjestää Synkronoinnin suunnitteluun ja jakeluun vaikuttavat tekijät Synkronointipalvelut, edut ja haitat Synkronointiin ja vaihevärinään liittyvät mittaukset

Käytetyt työmenetelmät Perehtyminen aihetta käsittelevään: standardointiin (ITU-T ja ETSI) kirjallisuuteen mittauksia Digitan testilaboratoriossa

SDH-tekniikka ja synkronointi SDH on synkroniseen digitaaliseen hierarkiaan pohjautuva tiedonsiirtotapa (ITU-T G.707) Digi-tv-siirrossa käytössä STM-1- ja STM-4-kehysrakenteet (155,52 Mbit/s ja 622,08 Mbit/s) Siirtomediana valokuitu ja radiolinkkiyhteydet SDH-verkon laitteiden (syöttö-pudotusmultiplekserit, ristikytkentälaitteet) tulee toimia samassa tahdissa Synkronoinnin tehtävänä on järjestää tämä tahdistus Käytössä tarkoitusta varten suunniteltuja kelloja

Digi-tv-lähetysten siirto Käytössä DVB-T-tekniikka (Digital Video Broadcasting-Terrestrial) Voidaan käyttää monitaajuusverkkoa (MFN) tai yksitaajuusverkkoa (SFN)

SDH-verkon kellot Kellohierarkiassa kolme tasoa PRC (Primary Reference Clock), verkon pääkello, antaa tahdin muille verkon kelloille, tarkkuus 1*E-11, (ITU-T G.811) SSU (Synchronization Supply Unit), käytetään kellosignaalin jakelussa, poistaa siirrettävästä signaalista siihen siirron aikana kertynyttä vaihevärinää (ITU-T G.812) SEC (SDH Equipment Clock), SDH-multipleksereissä ja ristikytkentälaitteissa oleva laitekello (ITU-T G.813) Digi-tv-siirrossa synkronointi jaetaan käyttämällä STM-N-signaalia (N=1, 4) Sama signaali sisältää itse siirrettävän ohjelmavirran Toinen vaihtoehto olisi ITU-T G.703 kellosignaali 2,048 MHz SSU:ssa ja laitekelloissa (SEC) holdover-ominaisuus

Synkronoinnin jakelu (1/2) Synkronoinnin jakelussa käytetään master-slave-hierarkiaa PRC (master) antaa tahdin muille verkon kelloille SSU:t ja laitekellot orjia PRC:n suhteen, tahdistuvat PRC:ltä lähtöisin olevan signaalin perusteella, ovat tällöin lukitussa tilassa Orjakelloissa käytössä vaihelukittu silmukka, jonka avulla tahdistus tapahtuu Jos SSU tai laitekello menettää yhteyden synkronointilähteeseensä, holdover-tilan avulla kello voi jonkin aikaa säilyttää lähes lukittua tilaa vastaavan tarkkuuden Ajan kuluessa alkaisi kuitenkin tapahtumaan SDH-tekniikan osoittimien siirtoja, jotka aiheuttavat vaihevärinää siirrettävään signaaliin

Synkronoinnin jakelu (2/2) Synkronoinnin jakelun kellohierarkia

Synkronoinnin suunnittelu (1/2) Synkronoinnin toteutukseen vaikuttavat keskeisesti: verkon koko ja rakenne, käytettävissä olevat resurssit PRC:n toteutustapa strateginen päätös PRC voidaan toteuttaa käyttämällä cesium-putkia tai hyödyntämällä GPS-vastaanottoa referenssinä Oma PRC, tahdin hankkiminen synkronointipalveluna tai siirtokapasiteetin vuokraamisen yhteydessä Synkronoinnin jakelun referenssiketju (ITU-T G.803) asettaa rajoja kellojen lukumäärälle siirtoketjussa Tarkoituksena estää vaihevärinän ja vaeltelun kasvaminen liian suureksi pitkillä siirtoketjuilla

Synkronoinnin suunnittelu (2/2) Synkronoinnin suunnittelussa tärkeätä kelloluuppien välttäminen Häiriöitä siirrossa ja synkronoinnissa voivat aiheuttaa: Häipymisilmiöt (fading) SDH-radiolinkkiyhteyksillä, etenkin syksyisin Vaihevärinä ja vaeltelu, jos synkronointi ei kunnossa tai liian pitkiä jakeluketjuja Kuituyhteyden mahdollinen katkeaminen esim. huoltotöiden yhteydessä

Synkronointipalvelut Suomessa Sonera vastaa kansallisen PRC:n ylläpidosta Sonera tarjoaa synkronointipalveluita: Kansalliseen PRC:hen perustuvan tahdin tarjoaminen, synkronoinnin suunnittelu yhteistyössä asiakasoperaattorin kanssa, mittauspalveluita Myös synkronoinnissa käytettävien kellojen valmistajat tarjoavat palveluita: Synkronoinnin suunnittelu, kellojen käyttö, huolto Edut asiakkaalle: Mahdollisuus välttyä kalliilta kelloinvestoinneilta, tarkka tahti kansallisesta PRC:stä Haitat: Riippuvuus tahdistuksen tarjoajasta, vaihtokustannukset

Synkronointiin liittyvät mittaukset (1/3) STM-N-signaalin taajuuden seuraaminen Osoittimien (pointer) siirtojen esiintymisen seuraaminen, jatkuvasti esiintyvät siirrot merkkejä tahdistusongelmista Testattu holdover-ominaisuutta, SDH-multiplekserin toimintataajuus siirtyi n. 0,1-0,3 ppm (osaa miljoonasta) kahden viikon aikana Vaihevärinään liittyvät mittaukset SDH-analysaattorilla testilaboratoriossa: Tutkittavan laitteen luoma vaihevärinä Tutkittavan laitteen sietämä vaihevärinä Vaihevärinän siirto (output/input eri taajuuksilla)

Synkronointiin liittyvät mittaukset (2/3) Mittauksia SDH-multipleksereillä ja SDH-radiolinkkilaitteistolla Tuloksia: Laitteiden luoma vaihevärinä oli alle 0,1 UI (1 UI vastaa STM-1-tasolla n. 6,43 ns) Laitteiden sietämä vaihevärinä ITU-T:n suosituksen G.825 mukaista Vaihevärinän siirtomittaus, mitatuilla taajuuksilla (100 Hz-1,3 MHz) vaihevärinä ei kumuloitunut

Synkronointiin liittyvät mittaukset (3/3)

Johtopäätökset (1/3) Synkronoinnin toteutukseen liittyviä vaihtoehtoja: Synkronoinnin järjestämiseen vaikuttavat keskeisesti verkon rakenne ja käytettävät siirtomediat Rengasverkot ja tikapuuverkko hyviä topologioita varmennusreittiensä ansiosta Digitalla SDH-radiolinkkeihin liittyvää osaamista, kustannustehokas siirtotapa digi-tv-lähetyksille Jos koko siirtoverkko omilla radiolinkkiyhteyksillä, mahdollisesti tehtävä kelloinvestointeja ajan myötä ja ylläpitokustannuksia (PRC ja SSU:t) Valokuidun siirtokapasiteettia vuokraamalla mahdollisuus saada kansalliseen PRC:hen perustuva tahti Digita voi myös erikseen ostaa synkronointipalveluna kansalliseen PRC:hen tai muuhun PRC:hen perustuvan tahdistuksen Oma PRC (cesium-pohjainen tai GPS) ja SSU-laitteet

Johtopäätökset (2/3) Suunnitteluvaiheita Pääkellon (PRC) toteutustapa, hyvä olla myös varmistus Laajenevan verkon yksityiskohtainen synkronoinnin jakelusuunnitelma voidaan tehdä kun tiedossa verkon lopullinen rakenne Master-slave-hierarkia, ei liian pitkiä ketjuja Laitekelloille ja SSU-laitteille vaihtoehtoisia synkronoinnin lähteitä Kelloluuppien välttäminen Dokumentointi synkronoinnin toteutuksesta Synkronointipalveluita käytettäessä sovittava toimintatavoista jakelun vikatilanteiden varalta

Johtopäätökset (3/3) Yksitaajuusverkossa (SFN) suurin sallittu vaihevärinä 5,6 ms, monitaajuusverkossa (MFN) ehdotus 10 ms Mitatut SDH-verkon laitteiden vaihevärinän arvot selkeästi näitä arvoja pienemmät Matalamman taajuuden vaeltelumittausten suorittamiseen tarvittaisiin PRC- tai SSU-tason kelloreferenssejä SDH-multipleksereitä hankittaessa kannattaa tarkistaa holdover-ominaisuus Ajoittain kannattaa tehdä siirtoyhteyksien laadunseurantaa Jos siirrossa esiintyisi ongelmia, jotka liittyvät synkronointiin: osoittimien siirtojen monitorointi, vaihevärinämittaukset