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РусскийDescription tecnique de l’ATSC 3.0
Pour cette description technique de l'ATSC 3.0, nous suivrons le modèle OSI (Open Systems Interconnection) afin de structurer les différents protocoles et signaux impliqués dans la construction d'un signal ATSC 3.0 de bout en bout, du point de vue de la transmission:
Dans cet article :
Calque d'applications et de présentation ATSC 3.0
ATSC 3.0 spécifie l'utilisation des normes suivantes pour l'encodage de la vidéo, de l'audio, des sous-titres et des informations de légende, ainsi que des données de signalisation :
- Vidéo : HEVC (UIT-R H.265), avec un sous-échantillonnage de couleur de 4:2:0 et une résolution spatiale maximale de 2160 x 3840 pixels (4K - 2160p).
- Audio: AC-4.
- Sous-titres, légendes et données de signalisation: ceux-ci sont fournis en utilisant soit des segments DASH (Dynamic Adaptive Streaming over Hyper-Text Transfer Protocol) sur ROUTE-DASH (Real-Time Object Delivery over Unidirectional Transport), soit des paquets MPU (Media Processing Units) sur MMTP (MPEG Media Transport protocol). Il convient de mentionner que les services ATSC 3.0 sont classés en 5 catégories : vidéo/audio linéaire, audio linéaire seulement, applications, guide de service et alertes d'urgence. L'information de signalisation permet la découverte de services et la réception de leur identification et de leur description.
Toutes ces données sont ensuite transmises aux calques de transport et de réseau.
Avec l'ATLAS NG (l'analyseur NextGen TV ATSC 3.0 de PROMAX), nous allons afficher les captures d'écran des différentes couches du standard ATSC 3.0. Sur l'écran visible ci-dessous, nous faisons ressortir les codecs vidéo et audio, de même que les détails relatifs aux sous-titres du service qui est sélectionné à cet instant dans l'analyseur ATLAS NG.
Calques de Transport et de Réseau
Ici, les paquets ROUTE-DASH, MMTP et les données de Signalisation sont encapsulés dans des paquets UDP/IP et TCP/IP pour leur transport.
Protocoles ATSC 3.0 impliqués dans les calques OSI de transport et de réseau (cliquez pour agrandir)
Deux services MMTP et deux services ROUTE-DASH reçus dans le même porteuse ATSC 3.0, comme affiché dans l'analyseur ATLAS NG ATSC 3.0 NextGen TV
La fourniture de services sur le haut débit utilisera des paquets DASH sur les protocoles HTTP/TCP/IP.
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Calque de enlace
L'objectif de cette calque est de prendre tous ces différents paquets de la calque réseau et de les canaliser sous un seul format de paquet commun appelé ALP (ATSC Link Layer Protocol) pour sa livraison jusqu'à la calque physique à l'extrémité d'émission et de retour à la calque réseau à l'extrémité de réception.
Calque de liaison de données ATSC 3.0 du point de vue de l'émetteur et du récepteur (cliquez pour agrandir)
Enregistrement du signal ALP avec l'analyseur ATLAS NG
Calque “Gateway”
Ces paquets ALP doivent être adaptés à leur transmission physique dans des PLP (Physical Layer Pipes) spécifiques. Cela se fait grâce à deux protocoles : le protocole de transport ALPTP (ALP Transport Protocol) et le STLTP (Studio-to-Transmitter Link Transport Protocol). Dans cette optique, ils sont encapsulés dans des BBP (Base Band Packets). Le System Manager définit le nombre et la configuration (paramètres de modulation et de codage) de chaque PLP, et le Scheduler au niveau de la passerelle de diffusion construit les BBP qui seront transmis à chaque PLP. L'emploi de différents PLP permettra d'allouer des compromis variés entre le débit binaire et la robustesse à diverses portions de la bande passante au sein d'un même canal de transmission.
Ces PLP sont par la suite transférés vers le diffuseur au moyen de flux IP Multicast ordonnés. Chaque flux de diffusion, dans le calque physique (nous examinerons cela dans un moment), est transmis dans une porteuse de 6 MHz de bande passante, où chaque PLP est directement rattaché à une partie de cette bande passante.
L'analyseur ATLAS NG offre la possibilité de sélectionner un PLP après démodulation du signal ATSC 3.0 et d'afficher les informations détaillées de chaque PLP présent dans le signal ATSC 3.0
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Il reste encore un système important à considérer : le Générateur de Préambule. Sa fonction est de produire les données qui autoriseront les récepteurs ATSC 3.0 à s'adapter aux paramètres de modulation (formatage d'entrée, modulation de code, structure de trame, etc.) utilisés lors de la transmission.
Les données de signalisation mentionnées précédemment sont transmises dans le Préambule ainsi que sous forme de signaux Bootstrap. Ce dernier représente un signal puissant qui donne au récepteur les moyens d'estimer le canal RF, de détecter et de décoder le signal reçu, d'élaborer une liste de services, et de communiquer les alertes du système EAS (Emergency Alert System). Néanmoins, sa fonction essentielle est de permettre au récepteur de s'accrocher au signal ATSC 3.0 reçu.
Analyse des données de bootstrap et de signalisation de préambule
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Calque physique
Dans le calque physique, la porteuse de 6 MHz est fractionnée en des milliers de sous-porteuses non interférentes au moyen du COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex), tout comme les normes antérieures le pratiquaient, par exemple le DVB-T/T2.
L'outil MER PAR PORTEUSE nous permet de visualiser le MER pour chacune des porteuses COFDM
Il existe trois modes fondamentaux de multiplexage par division : temporel, calque et basé sur la fréquence. Pour la protection des données, les codes BCH (Bose Chaudhuri Hocquenghem), LDPC (Low-Density Parity Check) et FEC (Forward Error Correction) sont utilisés. Trois configurations d'antennes sont considérées: SISO (Single Input Single Output), MISO (Multiple Input Single Output) et MIMO (Multiple Input Multiple Output).
Il est possible d'inspecter la configuration de l'antenne en transmission et de mesurer le taux d'erreur sur les bits (BER) avant et après la correction FEC
Ci-après, un diagramme complet illustre les blocs de traitement qui composent ce calque :
Les données de chaque PLP sont traitées par un chemin BICM (Bit-Interleaved Coded Modulation) séparé, où la FEC est ajoutée en conséquence. Le module BIL (Bit Interleaver) traite une trame FEC et la soumet à un traitement complémentaire dans le but d'améliorer sa capacité à résister aux bruits parasites. Ensuite, ces bits sont mappés sur des symboles OFDM et disposés dans des cellules séparées pour chaque PLP.
Grâce à LDM, il est possible de transmettre le même contenu de données avec deux niveaux de robustesse en superposant une calque RF améliorée sur une calque principale plus robuste. Si la qualité de réception s'avère insuffisante, le récepteur a la possibilité de revenir à son calque de base le plus robuste.
Le niveau LDM ING nous informe du calque LDM qui est actuellement utilisé par le PLP
Les symboles OFDM issus du Mapper sont injectés dans les blocs d'entrelacement temporel et fréquentiel afin d'améliorer la protection du signal. Ceci est finalement suivi par l'insertion de pilotes dispersés, continus, de bord et de préambule (pour l'estimation du canal et du bruit, la synchronisation, etc.) puis la conversion en un symbole OFDM dans le domaine temporel via une FFT inverse (IFFT) (Inverse Fast Fourier Transform), la réduction du PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) pour l'efficacité énergétique et l'insertion de GI (intervalle de garde) pour ajouter une protection contre les échos.
Le diagramme de constellation indique la qualité de réception des symboles OFDM. Un zoom sur un des quadrants est possible.
Conclusion
ATSC 3.0 représente une norme de diffusion remarquable par sa puissance et sa polyvalence. Tout comme le DVB-T2, l'apprentissage de toutes ses capacités, de ses aspects techniques et de ses options nécessite une analyse approfondie de la norme. Toutefois, dans la pratique, tout se ramène à quelques concepts essentiels.
Pour le déploiement des réseaux ATSC 3.0, il est essentiel de se munir d'un équipement de test approprié. ATLaS NG, l'analyseur de télévision nouvelle génération, permet aux ingénieurs de diffusion de déployer facilement des réseaux ATSC 3.0. Il réalise toutes les mesures pertinentes de manière automatique, se concentrant sur la qualité de réception et offrant une présentation complète des informations.
Voici les mesures que l'ATLaS NG peut réaliser à partir des différents calques :
Les calques analysées par l'ATLaS NGG
PROMAX est une entreprise leader dans la fabrication de systèmes de test et mesure et d’équipements pour broadcast et distribution de signaux TV. Notre gamme de produits inclut des appareils de mesure pour réseaux câblés TV, télévision par satellite, broadcast, wireless et fibre optique. Des analyseurs FTTH et GPON, modulateurs DVB-T, streamers IP et convertisseurs IP (ASI, DVB-T) se trouvent parmi nos derniers développements.