SDHverkon synkronointi digitvsiirrossa Diplomityseminaari 10 2 2004 Diplomityn

SDH-verkon synkronointi digi-tv-siirrossa Diplomityöseminaari 10. 2. 2004 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 2

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 3

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, MTV 3: 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 4

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 5

Käytetyt työmenetelmät Perehtyminen aihetta käsittelevään: 1. standardointiin (ITU-T ja ETSI) 2. kirjallisuuteen 3. mittauksia Digitan testilaboratoriossa 6

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 7

Digi-tv-lähetysten siirto • Käytössä DVB-T-tekniikka (Digital Video Broadcasting-Terrestrial) • Voidaan käyttää monitaajuusverkkoa (MFN) tai yksitaajuusverkkoa (SFN) 8

SDH-verkon kellot • Kellohierarkiassa kolme tasoa 1. PRC (Primary Reference Clock), verkon pääkello, antaa tahdin muille verkon kelloille, tarkkuus 1*E-11, (ITU-T G. 811) 2. SSU (Synchronization Supply Unit), käytetään kellosignaalin jakelussa, poistaa siirrettävästä signaalista siihen siirron aikana kertynyttä vaihevärinää (ITU-T G. 812) 3. 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 9

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 10

Synkronoinnin jakelu (2/2) Synkronoinnin jakelun kellohierarkia 11

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 GPSvastaanottoa 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 12

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 • 13

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 14

Synkronointiin liittyvät mittaukset (1/3) • • 1. 2. 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) 15

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 16

Synkronointiin liittyvät mittaukset (3/3) 17

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 18

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 19

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 PRCtai 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 20