Základné informácie o T-DAB+

Systém pozemského digitálneho rozhlasového vysielania T-DAB (Terrestrial  Digital Audio Broadcasting) patrí medzi najstaršie plne digitálne audiovizuálne systémy.  Na jednej frekvencii (v jednom frekvenčnom bloku) umožňuje šíriť viac rozhlasových programových služieb, ku ktorým môžu byť pridané ďalšie doplnkové dátové služby. Na rozdiel od analógového AM alebo FM vysielania nie je kvalita zvuku zhoršovaná šumom.

Systém bol špecifikovaný v roku 1993 a bol prijatý organizáciou ITU-R v roku 1994, Európskym spoločenstvom v roku 1995 a ETSI v roku 1997. Pilotné vysielanie začalo vo Veľkej Británii v roku 1993.

Účelom vývoja tohto systému bolo predovšetkým riešiť vzniknutú situáciu so saturáciou frekvenčného spektra pre FM vysielanie (87,5 – 108 MHz), ktorá už neumožňovala prideľovať nové frekvencie na rozširovanie pokrytia, resp. frekvencie pre nových vysielateľov. Výsledkom vývoja je, že nový systém je vysoko spektrálne a výkonovo efektívny.

T-DAB je po technickej stránke opísaný v norme ETSI EN 300 401 V2.1.1.

Vzhľadom na perspektívu pozemského digitálneho vysielania sa v ďalšom zameriame na systém T-DAB+. Rozdiel voči T‑DAB vysvetlíme nižšie.

Základ vysielania T-DAB/T-DAB+ predstavuje použitie multiplexu s ortogonálnym frekvenčným delením OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), ktorý obsahuje niekoľko stoviek nosných frekvencií. Jednotlivé nosné sú modulované vytvoreným dátovým tokom so všetkými službami s využitím digitálnej štvorstavovej modulácie QPSK (Quadrature Phase Shift Keying).

Spektrum T-DAB/T-DAB+ (OFDM)

Šírka multiplexu OFDM je 1,536 MHz, avšak kvôli zníženiu rušenia susedných spektier je potrebné pridať z obidvoch strán ochranné pásma.

Pre systém T-DAB boli v minulosti špecifikované 4 prenosové módy. V súčasnosti je definovaný jediný prenosový mód I s nasledujúcimi základnými parametrami:

Parameter	Mód I
Maximálna vysielacia frekvencia	300 MHz
Počet nosných OFDM	1536
Vzájomný odstup nosných	1 kHz
Trvanie prenosového rámca	96 ms
Trvanie symbolu OFDM	1246 µs
-       z toho:  trvanie ochranného intervalu	246 µs
trvanie symbolu bez ochranného intervalu (trvanie užitočnej časti symbolu)	1000 µs
Trvanie nulového symbolu	1297 µs
Počet symbolov OFDM v prenosovom rámci (bez nulového symbolu)	76
-       z toho:  počet dátových symbolov PR	1
počet dátových symbolov FIC	3
počet dátových symbolov MSC	72

PR = Phase Reference – fázová referencia

FIC = Fast Information Channel – kanál rýchlych informácií

MSC = Main Service Channel – kanál hlavnej služby

Celková prenosová kapacita frekvenčného bloku je 2,4 Mbit/s. V praxi je však potrebné prenášaný signál zabezpečiť proti rušeniu. Pri T-DAB+ sa používa tzv. ochrana EEP (Equal Error Protection). To má vplyv na zníženie čistej využiteľnej kapacity na prenos zvuku a dát. Existujú 4 úrovne ochrany (zabezpečenia) – pozri aj nasledujúcu tabuľku. Úroveň 1 predstavuje najsilnejšiu ochranu proti chybám; úroveň 4 predstavuje najnižšiu ochranu proti chybám. Najbežnejšie sa používa úroveň 3. Okrem toho existujú dve alternatívy použitia EEP: A a B, t. j. celkovo existuje 8  rôznych kombinácií ochrany proti chybám. Najčastejšie sa používa alternatíva A, pri ktorej je bitová rýchlosť jednotlivých programových služieb násobkom 8 kbit/s (napr. 32, 48, 64, 72, 96, 128, 144, 192 kbit/s). Pri alternatíve B sú bitové rýchlosti násobkom 32 kbit/s.

Pozn.: Pri T-DAB sa používa ochrana UEP (Unequal Error Protection). Tá však nie je taká silná ako EEP.

Čím je zabezpečenie väčšie, tým postačuje na príjem nižšia úroveň signálu, resp. postačuje nižší odstup užitočného signálu od rušivého. Napríklad podľa EBU TR 025 (Report on Frequency and Network Planning Parameters Related to DAB+) postačuje pri pevnom príjme úroveň signálu pri úrovni ochrany 2A o 1,3 dB menšia než pri úrovni ochrany 3A; pri pohyblivom a prenosnom príjme je tento rozdiel 2,5 dB. V prípade úrovne ochrany 1A sú rozdiely 1,9 dB, resp. 4,8 dB.

Na Slovensku sa používa úroveň ochrany EEP-3A, skúšobne aj EEP-1A. V Českej republike sa používa úroveň ochrany EEP-2A, prípadne aj EEP-1A (https://digital.rozhlas.cz/jak-poslouchat-dab-7228484).

Rozdiel medzi T-DAB a T-DAB+

Základný rozdiel, okrem používaného spôsobu ochrany (UEP vs. EEP), je v použitom zdrojovom kódovaní. Pri T-DAB sa používa kódovanie MPEG Audio Layer II podľa špecifikácie ETSI TS 103 466. Pri T-DAB+ sa používa progresívne audio kódovanie AAC (Advance Audio Coding). Toto kódovanie má viacero profilov, ktoré postupne vznikali ako výsledok vývoja, napr.:

·         AAC Main (hlavný profil),

·         AAC-SSR (Scalable Sampling Rate),

·         AAC-LC (Low Complexity – profil s nízkou zložitosťou),

·         AAC-LD (Low Delay – profil s malým oneskorením),

·         HE-AAC (HE = High Efficiency – s vysokou efektivitou) – je AAC-LC s SBR (Spectral Band Replication – replikácia spektrálneho pásma); označuje sa aj ako HE-AAC v1

·         HE-AAC v2 – je AAC-LC s SBR a parametrickým stereom. Toto kódovanie, opísané v špecifikácii ETSI TS 102 563 V2.1.1 (2017-01), je dnes najviac používané. Voči MPEG Audio Layer II je približne 3‑krát efektívnejšie, t. j. v rámci multiplexu je možné preniesť približne 3‑krát viac rozhlasových programových služieb.  Napríklad subkanál s rýchlosťou 40 kbit/s s HE-AAC v2 poskytuje podobnú kvalitu zvuku ako MPEG Audio Layer II pri rýchlosti bitovej 128 kbit/s.

Vytvorenie multiplexu

Elementárne dátové toky jednotlivých rozhlasových programových služieb, prípadne s tokmi doplnkových dátových služieb, sa v tzv. obsahovom serveri (Content Server) združia do výsledného dátového toku. Takto sa vytvorí multiplex programovových služieb (angl. Ensemble).

Počet programových služieb, ktoré je možné združiť do jedného multiplexu a následne šíriť v rámci frekvenčného bloku, závisí od:

·         bitovej rýchlosti, s akou chceme príslušnú programovú službu prenášať; to má vplyv na výslednú kvalitu zvuku,

·         úrovne ochrany / zabezpečenia EEP, čo má vplyv na celkovú čistú využiteľnú kapacitu – pozri vyššie,

·         veľkosti dát doplnkových dátových služieb, ktoré sú pridané do multiplexu.

Napríklad pri úrovni ochrany EEP-3A, pri ktorej je čistá využiteľná kapacita 1152 kbit/s, je pri zvolenej bitovej rýchlosti jednej programovej služby 96 kbit/s možné do multiplexu združiť 12 programových služieb; pri bitovej rýchlosti 72 kbit/s by počet programových služieb narástol na 16 a pri 64 kbit/s na 18.

V rámci jedného multiplexu je však možné pre jednotlivé programové služby nakombinovať rôzne bitové rýchlosti, napr. v závislosti od toho, či v službe prevláda hlas alebo klasická hudba. Taktiež je pre jednotlivé programové služby možné nastaviť rôznu úroveň ochrany EEP. Programová služba s vyššou úrovňou ochrany však „zaberie viacej miesta“, čím sa obmedzí celkový počet programových služieb v multiplexe.

Frekvenčné pásma na vysielanie T-DAB+

Systém T-DAB+ je určený na vysielanie do 300 MHz. Samozrejme, praktická implementácia je obmedzená pridelením frekvenčných pásiem pre rozhlasovú a televíznu službu podľa Národnej tabuľky frekvenčného spektra. Na Slovensku je na toto vysielanie pridelené pásmo TV III, t. j. 174 – 230 MHz.

Pásmo TV III, pôvodne určené pre televízne vysielanie, bolo pre analógový TV systém B rozčlenené do 8 TV kanálov E5 až E12 (niekedy označované aj ako Ch5 až Ch12) so šírkou 7 MHz (pozn.: na Slovensku sa do roku 2012 analógovo vysielalo v systéme B1 s rastrom po 8 MHz – kanály R6 až R12). Na vysielanie T-DAB/T-DAB+ bol každý 7 MHz-ový kanál rozdelený do 4 frekvenčných blokov so šírkou 1,75 MHz, označených postupne písmenami A až D, t. j. 5A, 5B, 5C, 5D; 6A, 6B atď. – pozri nasledujúci obrázok a tabuľku.

Pozn.: Na Slovensku je pre pozemské digitálne rozhlasové vysielanie pridelené aj pásmo 87,5 – 108 MHz, to je však momentálne obsadené analógovým FM vysielaním. Podľa medzinárodných dohôd je pre vysielanie T-DAB/T-DAB+ určené aj pásmo TV I, z ktorého pre rozhlasovú a televíznu službu je na Slovensku pridelená časť 48,5 – 66 MHz.

Vytváranie jednofrekvenčných vysielacích sietí

Veľkou výhodou systému T-DAB+ je možnosť vytvárania tzv. jednofrekvenčných sietí (SFN – Single Frequency Network). Princíp týchto sietí spočíva v tom, že všetky vysielače v určite oblasti pracujú na rovnakej frekvencii, pričom však musí byť medzi nimi zaistená frekvenčná, časová a dátová synchronizácia. To podstatne zvyšuje efektivitu využívania frekvenčného spektra, keďže pri FM vysielaní musela byť každému vysielaču pridelená iná vysielacia frekvencia.

Vytváranie SFN je umožnené vďaka tzv. ochrannému intervalu (Guard Interval), t. j. že vysielanie dát nie je časovo spojité, ale že sa symbol OFDM vysiela len po určitú dobu (konkrétne pri móde 1 je to 1000 µs) a potom nastáva pauza 246 µs (časové okno), počas ktorej prijímač vyhodnocuje a spracováva odrazy a signály z iných vysielačov, ktoré prichádzajú s časovým posunom. Čas 246 µs, pri šírení signálu rýchlosťou svetla, zodpovedá maximálnej možnej vzdialenosti medzi vysielačmi 73,8 km. Keďže však pri T‑DAB+ postačuje pomerne malý odstup užitočného od rušivého signálu, resp. nosných od šumu C/N (napr. podľa tab. 8 v dokumente EBU TECH 3391 „Guidelines for DAB Network Planning“ od 3,7 dB pre pevný príjem pri úrovni ochrany EEP‑1A po 12,6 dB pre mobilný príjem pri úrovni ochrany EEP‑3A pri rýchlosti 120 km/h), v praxi môže byť veľkosť SFN siete iná, pričom závisí aj od výkonu vysielača (napr. podľa obr. 3.3 v dokumente EBU TR24 „SFN Frequency Planning and Network Implementation with Regard to T-DAB and DVB-T“). Ďalšou možnosťou na zvýšenie veľkosti oblasti SFN siete je voľba správneho relatívneho časovania vysielačov, využitie polarizácie a smerovosti vysielacích antén.

Doplnkové dátové služby

Pridanou hodnotou systému T-DAB+ je možnosť prenášať okrem zvuku aj ďalšie doplnkové dátové služby. Tieto môžu, ale nemusia súvisieť s vysielanou rozhlasovou programovou službu.

a)        Textové titulky (DL - Dynamic Label)

-     predstavuje krátku textovú správu, ktorej obsah sa obvykle vzťahuje na rozhlasovú programovú službu (napr. názov aktuálnej piesne, meno jej autora, názov relácie, spravodajské správy...),

-       môže obsahovať aj iný obsah, napr. varovné hlásenie,

-       ak obrazovka displeja prijímača nedokáže zobraziť naraz celú správu, jej text sa vo všeobecnosti pohybuje sprava doľava,

-       text jednej správy môže obsahovať max. 128 znakov, ale je možné za sebou zaradiť aj viacero správ.

b)        Elektronický programový sprievodca (EPG – Electronic Programme Guide)

-          služba súvisí s rozhlasovou programovou službou,

-          poskytuje poslucháčovi základné informácie o plánovaných rozhlasových programoch,

-          obsah EPG je zvyčajne tvorený úplným časovým prehľadom plánovaných programov na niekoľko dní dopredu spoločne s detailnými informáciami o plánovaných reláciách a ich častiach, s logami programov a vysielacích staníc atď.,

-          pre prijímače s obmedzenou kapacitou pamäte sa môžu poskytovať zjednodušené redukované informácie, ktoré je prijímač schopný zobrazovať aj na textovej obrazovke.

c)         Kanál dopravných správ (TMC – Traffic Message Channel)

-          táto služba nesúvisí s rozhlasovou programovou službou,

-          pôvodne bol vyvinutý pre rádiový dátový systém vo vysielaní FM (FM‑RDS),

-          primárne je určený na vysielanie dopravných informácií v reálnom čase.

d)        Služba TPEG (Transport Protocol Expert Group),

-          táto služba nesúvisí s rozhlasovou programovou službou,

-          ide o službu na poskytovanie dopravných a cestovných informácií,

-       na rozdiel od TMC, ktorý predstavuje kanál dopravných správ orientovaný na aktuálne udalosti, TPEG zahŕňa celý súbor špecifikácií na poskytovanie širokého spektra služieb pre veľkú skupinu používateľov a zariadení,

-        jednotlivé služby TPEG sú definované tzv. modulárnym spôsobom, preto môžu byť variabilné z hľadiska aplikácie (cestné dopravné správy, informácie o verejnej doprave, informácie o parkovaní), spôsobu prenosu  (DAB, DMB, DRM, internet...), spôsobu odkazovania na lokalitu (založenom napr. na využití tabuliek lokalít TMC), zariadenia (určeného napr. pre vozidlové navigačné systémy, internetové prehliadače alebo mobilné zariadenia) a podmieneného prístupu (či sú dáta určené na voľný príjem alebo pre užívateľov s právami, napr. pomocou plateného prístupu).

e)        Journaline

-          je textovo orientovaná informačná služba,

-          obsah môže, ale nemusí súvisieť s rozhlasovou programovou službou,

-       texty môžu obsahovať napr. témy správ, informácie o programe, kontaktné informácie atď., ale aj tabuľky so športovými výsledkami, finančné a burzové informácie, harmonogramy odchodov a príchodov vlakov, autobusov, lietadiel a pod.

f)         Prenos multimediálnych objektov (MOT - Multimedia Object Transfer )

-          táto služba môže, ale nemusí nesúvisí s rozhlasovou programovou službou,

-          do tejto skupiny patrí:

·         prenos postupnosti obrázkov (SlideShow),

·         prenos webových stránok,

·         prenos zvukových súborov.

-        v rámci služby SlideShow môžu byť prenášané napr. obrázky, týkajúce sa práve vysielanej relácie (obal aktuálneho albumu, logo relácie, fotka interpreta, pohľad do štúdia, mapy a fotky týkajúce sa aktuálnych správ a udalostí atď.), alebo môžu prinášať informácie nezávislé od aktuálneho programu (napr. grafická predpoveď počasia, reklama a pod.),

-       pri prenose webových stránok sú dáta prenášané vo forme dátového karuselu, z ktorého potom prijímače podporujúce túto službu môžu priamo extrahovať relevantné informácie (aby nebol potrebný spätný kanál).