WROCŁAW – Radio Wrocław, Politechnika Wrocławska i Instytut Łączności we Wrocławiu połączyły siły by uruchomić jednoczęstotliwościową sieć (SFN) DAB+ dla małych i lokalnych nadawców we Wrocławiu i okolicy.
Lokalna sieć DAB+, która zaczęła nadawać w grudniu 2017 roku składa się z trzech nadajników pracujących we Wrocławiu, z tą samą częstotliwością, w kanale 11A T-DAB. Te trzy nadajniki umieszczone są odpowiednio na obiektach Politechniki Wrocławskiej (nadaje z mocą promieniowaną 1.15 kW ERP), Instytutu Łączności (0.85 kW ERP) i Radia Wrocław (1.17 kW ERP).
Policzyliśmy obecne pokrycie sieci SFN dla warunków odbioru w ruchu (99% prawdopodobieństwa na wysokości 1,5 m nad poziomem gruntu) używając cyfrowej mapy terenu dla Polski (Rys. 1a). Zysk jednoczęstotliwościowej sieci SFN i analiza statystycznego rozkładu natężenia pola zostały przeprowadzone przy użyciu metody k-LNM.
Rys. 1a. Pokrycie lokalnej sieci DAB SFN na terenie Wrocławia, mobilne warunki odbioru (99 procent prawdopodobieństwa na 1,5 m nad poziomem gruntu, model propagacyjny ITU-R P. 1546-5).
Rys. 1b. Wstępne wyniki testów w ruchu, skumulowane natężenie pola w kanale w dBuV/m.
Zespół Instytutu Łączności przeprowadził wstępne pomiary w ruchu. Wyniki zaprezentowano na Rys. 1b. W oparciu o analizy i wyniki testów w ruchu można wyciągnąć wniosek, że niektóre miejsca w mieście wykazują podatność na lokalne zaniki sygnału powodujące powstawanie luk w pokryciu. Zatem planowane jest podniesienie mocy promieniowanej każdego z trzech nadajników do 2,5 kW ERP, co powinno wyraźnie poprawić warunki odbioru, eliminując istniejące obecnie lokalne problemy z odbiorem. Oczywiście, zasięgi nadajników zależą również od poziomu ochrony przed błędami używanego podczas nadawania. To także będzie przedmiotem naszych badań.
SYSTEM WIZUALIZACJI I POWIADAMIANIA
Do wizualizacji i powiadamiania używamy aplikacji Grafana.
System oferuje szeroki zakres konfigurowalnych przez użytkownika funkcji i umożliwia tworzenie różnorakich paneli użytkownika do prezentowania danych przechowywanych w bazie danych inxluxDB. Dla każdego elementu sieci SFN przygotowaliśmy osobny panel, który pozwala administratorowi multipleksu LokalDAB do bieżącego monitorowania najważniejszych parametrów systemu.
Dla celów projektu utworzyliśmy następujące panele: trzy panele do prezentacji parametrów trzech modulatorów; panel służący wyświetlaniu parametrów
multipleksera; panel pokazujący czasowe parametry systemu oraz panel złożony obrazujący najistotniejsze parametry całego systemu.
Każdy z paneli składa się z wierszy zawierających pola sterujące w formie podświetlonych pól i wykresów. Możliwe jest przypisanie polom sterującym alarmów wyzwalanych w momencie przekroczenia zdefiniowanego wcześniej progu danego parametru. W momencie pojawienia się alarmu do administratora systemu wysyłany jest email z odpowiednią informacją.
Na rysunku 2 pokazano panel zawierający parametry pracy modulatora zlokalizowanego w budynku Radia Wrocław. Monitorowane są tam następujące parametry: czas działania systemu od ostatniego uruchomienia; parametry zasilania DC (stan i poziom naładowania akumulatora UPS-a, czas pracy od ostatniego zaniku zasilania zewnętrznego); obciążenie procesora modulatora; przepływność strumienia wejściowego modulatora; stan wzmacniacza mocy (emisja/brak emisji), rodzaj pracy wzmacniacza mocy (lokalny/zdalny); temperatura wzmacniacza mocy; moc wejściowa/wyjściowa wzmacniacza mocy; poziom mocy odbitej powracającej na wyjście wzmacniacza mocy; napięcie zasilacza i prąd pobierany przez wzmacniacz mocy i przedwzmacniacz; a także alarmy (poziom mocy odbitej, sygnał wejściowy/przesterowanie, wzmocnienie, temperatura wzmacniacza mocy, zasilanie DC, stan przedwzmacniacza i wzmacniacza mocy.
Taki układ panelu monitorującego umożliwia szybką reakcję na problemy występujące w trakcie pracy i konserwacji systemu. Po wprowadzeniu modyfikacji parametrów systemu wszelkie nieprawidłowości mogą być szybko zlokalizowane.
Rys. 2. Panel oparty o aplikację Grafana do monitorowania i diagnostyki parametrów modulatora.
PLATFORMA PROGRAMISTYCZNA OPARTA O TECHNOLOGIĘ DOCKER
Dla ułatwienia realizacji zadań całego łańcucha nadawczego wybraliśmy rozwiązanie bazujące na technologii kontenerów Docker. System ten nie wymaga żadnych szczególnych umiejętności z zakresu IT, aby go zainstalować i uruchomić. Składa się on z dwóch podstawowych elementów: z multipleksera i modulatora/nadajnika. Oczywiście, liczba nadajników może się zmieniać w zależności od planowanego obszaru pokrycia, podczas gdy multiplekser jest wspólny dla wszystkich nadajników.
W celu uruchomienia multipleksera wykorzystywany jest komputer z systemem Linux (my używamy w projekcie LokalDAB dystrybucję Debian 9). Najpierw trzeba
skonfigurować optymalne środowisko do uruchomienia kontenerów i wówczas, przy użyciu przygotowanych wcześniej plików konfiguracyjnych, operator może uruchomić całe oprogramowanie niezbędne do uruchomienia multipleksera. Zdecydowaliśmy się na oprogramowanie Opendigitalradio do zarządzania procesami związanymi z nadawaniem. Jakkolwiek, aby zainstalować oprogramowanie multipleksera, dodatkowe oprogramowanie musi zostać zainstalowane. Na Rysunku 3 pokazano strukturę oprogramowania multipleksera wraz z jego zależnościami i bibliotekami.
Rys. 3. Struktura oprogramowania multipleksera.
Jak pokazano na rysunku, utworzono cztery kontenery. Jeden z nich odpowiada za procesy multipleksera – LokDabMux, którego głównym komponentem jest oprogramowanie odr-dabmux. Kolejny – AudioEncoder – pozwala użytkownikom tworzyć wejściowe strumienie audio przesyłane do multipleksera. Dzięki uruchomieniu kilku kolejnych kontenerów można uruchomić kilka programów radiowych, które wspólnie tworzą multipleks DAB+.
W naszym projekcie LokalDAB źródłami sygnałów koderów są strumienie audio dostarczane przez nadawców. Głównymi komponentami tej części są kodery dźwięku odr-audioenc i kodery danych dodatkowych odr-padenc. Pierwszy odpowiedzialny jest za obróbkę strumieni audio podczas gdy ten ostatni odpowiada za dołączanie tekstów DLS i grafik MOT do strumieni audio. Uzupełnieniem tych wszystkich elementów są baza danych InfluxDB i opisany wyżej system oparty o rozwiązanie Grafana do monitorowania łańcucha nadawczego. Odbiorniki systemowe otrzymują informacje z multipleksera. Rysunek 4 pokazuje strukturę oprogramowania niezbędną do działania systemu modulator/nadajnik.
Rys. 4. Struktura oprogramowania nadajnika.
Tutaj głównymi komponentami są biblioteki do zarządzania kartami USRP (używanymi jako modulatory w systemie) i oprogramowanie odr-dabmod, które zbiera dane z multipleksera i przekazuje je do karty USRP. Podobnie jak w przypadku multipleksera, potrzebny jest tutaj komputer z systemem operacyjnym Linux i środowisko Docker, podczas gdy cała reszta zadań realizowana jest przez pliki instalacyjne.
Podejście kontenerowe Docker, jako podstawa do uruchomienia systemu DAB+, okazało się kluczowe dla usprawnienia środowisk informatycznych multipleksera i nadajnika w naszym projekcie. Podczas realizacji projektu opracowaliśmy szereg niezbędnych procedur zarówno do uruchamiania, jak i monitorowania działania systemu DAB+. W związku z tym techniczne warunki i wysokie wymagania wstępne związane z wejściem na platformę cyfrową DAB+ zostały znacznie złagodzone, co ułatwi mniejszym nadawcom przejście na transmisje cyfrowe.
Mirosław Ostrowski – Dyrektor Techniczny Radia Wrocław SA.
Członek Rady Konsultacyjnej PIRC, Doradca Zarządu ds. radiofonii cyfrowej
