[opendtv] TV Technology: Transmitter Sites: Things to Consider for ATSC 3.0

  • From: "Manfredi, Albert E" <albert.e.manfredi@xxxxxxxxxx>
  • To: "opendtv@xxxxxxxxxxxxx" <opendtv@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Wed, 27 Jul 2016 03:49:00 +0000

Good article, from Doug Lung. Pros and cons. He didn't address the tighter 
packing tradeoffs.

Bert

----------------------------------------------
http://www.tvtechnology.com/resources/0006/transmitter-sites-things-to-consider-for-atsc-30/279011

Transmitter Sites: Things to Consider for ATSC 3.0
July 26, 2016
RF Technology 
By Doug Lung

Many stations will replace transmitters, RF systems, line and antennas as part 
of the channel repack after the incentive auction and it makes sense to select 
gear that will work for ATSC 3.0. A move to ATSC 3.0 could be as simple as 
replacing the transmitter's exciter and providing an IP link from the studio, 
but a system designed for ATSC 1.0 alone may not support single frequency 
network operation, the full ATSC 3.0 channel bandwidth or the same power level 
as ATSC 1.0. This month I'll cover some of the things to consider when making 
changes at the transmitter site.

ATSC 1.0 provides support SFNs (also called distributed transmission systems) 
but they haven't been widely used in the United States, likely because it is 
difficult to avoid interference between the transmitters unless they are 
isolated by terrain. To make matters worse, different ATSC 1.0 receivers will 
handle the interference differently.

With ATSC 3.0, as I've pointed out in earlier columns, most of those problems 
go away with proper selection of the OFDM guard interval. However, as with ATSC 
1.0, all of the ATSC 3.0 transmitters on a channel in a SFN have to transmit 
exactly the same signal. Optimization of the SFN requires the ATSC 3.0 signals 
be emitted from each transmitter at different but precise times.

This means the signal from the studio sent to the transmitters either has to 
contain all the data, exactly as it is to be transmitted, or that the signal 
from the studio has to include enough metadata to allow each of the 
transmitters in the SFN to create and emit exactly the same signal.

TWO APPROACHES

The first approach essentially splits the exciter between the transmitter and 
the studio. This requires extra bandwidth, as all of the overhead needed to 
create the constellation has to be added at the studio. At the NAB Show, studio 
transmitter link (STL) bandwidths of up to 250 Mbps were suggested for this 
approach.

The second approach, currently being finalized in ATSC S32, allows sending the 
different program and data streams, signaling information and timing 
information to the transmitter in a way that the exciter at the transmitter can 
take all these streams, add the appropriate error correction to them, create 
the constellation waveform and emit a signal at the correct time that matches 
all the other transmitters in the SFN. This standardized approach should allow 
an SFN using exciters from different manufacturers.

The good news is that any microwave or fiber link that supports IP transmission 
should work for ATSC 3.0, but the data rate required by the first approach 
might be for many existing microwave STL links. The ATSC 3.0 SFN standard will 
help solve that problem. Either approach will require additional hardware at 
the studio and the transmitter site.

The good news is companies are aware of this-we saw an STL using the first 
approach working at the NAB Show and companies are planning support for the 
more efficient ATSC 3.0 SFN/STL technology.

Any transmitter that can handle ATSC 1.0 should be able to transmit ATSC 3.0 
with a change of exciter. It may not, however, be able to match the output 
power of ATSC 1.0. The reason is that ATSC 1.0, a single carrier system, has a 
lower peak-to-average power ratio (PAPR) than ATSC 3.0, a multicarrier OFDM 
system.

A simple way to check this is to look at the specifications for the 
transmitter. Most transmitters sold today are offered for both ATSC (8-VSB) and 
DVB (COFDM) use, but the power levels are not always the same.

Comark specifies the same power levels for both modulations for its PARALLAX 
transmitter, as does Rohde & Schwarz for its current THU9 transmitter. However, 
the new Doherty amplifiers R&S showed at the NAB Show have a higher power 
rating for ATSC, as do GatesAir's Maxiva "PowerSmart" transmitters. Check the 
datasheets for specifics and keep this in mind when specifying a replacement 
transmitter's output power.

The ATSC 3.0 standard includes tools for reducing PAPR, including 
tone-reservation, but they can have an impact on available data bandwidth. 
Annex M of the ATSC Proposed Standard A/322-Physical Layer Protocol describes a 
peak-to-average power reduction algorithm for tone reservation and a possible 
one for the active constellation extension (ACE) method. Find the latest 
version at www.atsc.org.

IMPACT ON COMPONENTS

ATSC 3.0's higher PAPR will also have an impact on the components at the output 
of the transmitter. Even if the average power is unchanged, the higher peak 
power will result in higher RF voltages, potentially leading to arcs and 
burn-out in RF system components like filters, transmission line and antennas.

Derek Small, senior engineer with Dielectric, outlined the power handing 
capability of different filter designs under ATSC 1.0 and ATSC 3.0 in his NAB 
Show presentation, "Efficient UHF Tunable Waveguide TE10 Mode Filter." 
Broadcasters want tunable filters to allow them to change channels without 
replacing their RF system. Most tunable filters use tunable 
coaxial/transitional mode cavities. They are compact compared to waveguide 
designs, but have greater loss.

The significant probe penetration in these filters leads to higher electric 
field densities, making them more susceptible to breakdown with ATSC 3.0's 
higher PAPR and potentially reducing the maximum power they can handle compared 
to ATSC 1.0.

Small and Dielectric developed a tunable waveguide filter (Fig. 1) that has 
lower loss than the tunable coaxial/transitional mode cavity filters and 
significantly greater power handling capability (Fig. 2). Henry Fries, vice 
president of operations with Comark, told me that the company plans to use 
these filters with its new Parallax transmitter.

The ATSC 3.0 COFDM signal can occupy up to 5.83 MHz of a 6 MHz channel, more 
than the 5.38 MHz occupied bandwidth of an ATSC 1.0 signal. Current plans for 
ATSC 3.0 in the United States do not change the emission mask or out-of-channel 
emission limits-ATSC 3.0 broadcasters will have to comply with the existing 
emission mask.

One way to accomplish this is to reduce the number of carriers transmitted, 
reducing the occupied bandwidth to 5.51 MHz. See Table 7.1 of ATSC A/322 for 
details. Another option is to use a more complex filter.

The same breakdown voltage concerns Small mentioned in his presentation should 
apply to tuners in transmission lines and parts of antennas with high electric 
field density. Myat has created a document that contains, among many other 
things, tables and formulas for calculating the average power and peak power 
handling capability of transmission lines. Download the PDF from 
www.myat.com/images/stories/pdfs/Engine.pdf. The "Peak Power Rating and 
Production Test Voltages" table from the document shows the peak power limit 
for different sized line. Note that these values are for 1:1 VSWR and do not 
include modulation. Peak and average power ratings will be reduced for 
realworld conditions!

Broadcasters looking to reach indoor antennas and portable devices will be 
adding elliptical polarization, increasing the amount of power in filters, 
transmission lines and antennas. Making sure these components can handle higher 
peak powers with ATSC 3.0 will help avoid costly burnouts.

The transmitter site changes required for ATSC 3.0 are small compared with 
those required at the studio and in viewers' homes. With a bit of planning when 
changing channels for the repack or upgrading facilities, the change at the 
transmitter site could be as simple as loading new firmware into the exciter!

Doug Lung is vice president of Broadcast Technology, NBC/Telemundo stations. He 
welcomes your comments and questions. Email him at dlung@xxxxxxxxxxxxxxx.


 
 
----------------------------------------------------------------------
You can UNSUBSCRIBE from the OpenDTV list in two ways:

- Using the UNSUBSCRIBE command in your user configuration settings at 
FreeLists.org 

- By sending a message to: opendtv-request@xxxxxxxxxxxxx with the word 
unsubscribe in the subject line.

Other related posts:

  • » [opendtv] TV Technology: Transmitter Sites: Things to Consider for ATSC 3.0 - Manfredi, Albert E