Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
© Fraunhofer IDMT
Übertragungssysteme
WS 2011/2012
Vorlesung 14
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz [email protected]
Kontakt:Dipl.-Ing.(FH) Sara Kepplinger / Dipl.-Ing. Christoph Fingerhut
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 2
Digital Video Broadcasting
Einführung
Transportstrom und Fehlerschutz
Modulationsverfahren
Überblick und Ergänzungen
Digital Video Broadcasting II, VL14
Digital Video Broadcasting I, VL13
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 3
DVB: Übertragungswege
Bedingung Transparenz
MUX DEMUX
DVB-S
DVB-C
DVB-T
Ethernet
IP-basierende Kanäle
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 4
DVB-S: Überblick Satellitenübertragung
Uplink im Frequenzmultiplex
Verteilung der einzelnen Frequenzen auf Transponder
TDM innerhalb eines Transponders
Downlink im Frequenzmultiplex
Vollaussteuerung der Verstärker
keine Amplitudenmodulation
gleichmäßige Leistungsverteilung
Ausreichend Bandbreite vorhanden
typische Transponder-Bandbreite bei 27 MHz im GigaHertz-Bereich
Satelliten auf unterschiedlicher geostationärer Position können gleiche Frequenz benutzen
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 5
DVB-S: Blockdiagramm Sender
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 6
DVB-S: Basisbandfilterung
Spektrum einer binären Datenfolge reicht theoretisch von f = 0 bis f = unendlich
Intensität der Spektralkomponenten fällt ca. mit 1/f ab
Aus frequenzökonomischen Gründen wird Spektrum begrenzt
Nach der 1.Nyquist-Bedingung kann das Spektrum des Datensignals steil abfallen, auf den Bereich bis zur Nyquist-Freq. begrenzt werden
Folge: starke Impulsverzerrung
Gemäß dem 2. Nyquist-Theorem kann Spektrum auch flach begrenzt werden, wenn der Übertragungsfaktor H symmetrisch zu dem 50%-Wert bei der Nyquist- Frequenz abfällt
Kontinuierlicher Übergang –> Roll-Off-Filter
Roll-Off-Faktor r = ∆f / fN
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 7
DVB-S: Roll-Off-Funktion
Wurzel-Cos^2-Roll-Off-Funktion mit Roll-Off-Faktor r = 0.35
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 8
4-Phasenumtastung, Erzeugung einer 4-PSK und Vektor- bzw. Zustandsdiagramm
DVB-S: QPSK
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 9
DVB-C: Überblick Kabelübertragung
hoher Störabstand möglich
Einträgermodulationsverfahren
relativ wenig Bandbreite:
Kanalraster von TV:
n * 8 MHz VHF n * 7 MHz UHF
Vorhandene Netze müssen nutzbar sein
sehr viele Daten in einem Kabelkanal
Kompatibilität zum Satellitenkanal
Decoder-Hardware möglichst ähnlich zu Satellitendecoder (QPSK = 4-QAM)
Quelle: Seminar „Digitaler Rundfunk“ an der Univ. Erlangen, 2000
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 10
Quelle: Seminar „Digitaler Rundfunk“ an der Univ. Erlangen, 2000
DVB-C: Blockdiagramm Sender
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 11
Quelle: Seminar „Digitaler Rundfunk“ an der Univ. Erlangen, 2000
DVB-C: Blockdiagramm Empfänger
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 12
DVB-C: 64-QAM
Mapper
6 Bit SNRZ (t)3 Bit 3 Bit
90°
+
t)( cos
SQAM (t)
Blockschaltbild eines 64-QAM Modulators
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 13
DVB-C: 64-QAM
Zustandsdiagramm der 64-QAM mit Phasendifferenzcodierung der beiden ersten Bits
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 14
Bitfehlerraten von M-QAM und QPSK
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 15
DVB-T: Überblick Terrestrische Ausstrahlung
Kanaleigenschaften:
Mehrwegeausbreitung
In-Haus Empfang
Täler und Senken
Anforderungen:
Codierung ähnlich zu Satelliten-, bzw. Kabelstandard
Übertragung in 8 MHz Bändern (7MHz und 6MHz Bänder auch möglich)
Gleichwellennetze müssen möglich sein
Flächendeckung für Dachantennen (Mobilempfang erwünscht, aber kein Ziel)
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 16
DVB-T: Blockdiagramm Sender
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 17
DVB-T: Überblick Terrestrische Ausstrahlung
Verwendung des Mehrträgermodulationsverfahren OFDM
viele Träger QAM moduliert
2k oder 8k
keine Richtantennen mehr nötig (Stabantennen)
mobiler Empfang möglich
Nachteil: mit Wegfall der Richtwirkung von Antennen entfällt auch das Ausblenden von Echo- oder Mehrwegesignalen (RICE-Kanal) Guardintervall
mehrere kleine Sender senden synchron auf der gleichen Frequenz
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 18
OFDM
Orthogonal Frequency Division Multiplexing
Anwendungsgebiete für OFDM
Digital Audio Broadcasting (DAB)
Digital Video Broadcasting -Terrestrial (DVB-T)
Asymetric Digital Subscriber Line (ADSL/T-DSL)
Wireless Local Area Networks (WLAN‘s)
z.B. HIPERLAN/2, IEE802.11a
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 19
DVB: Vergleich der Übertragungsarten
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 20
DVB: Vergleich der Übertragungsarten
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 21
DVB-Vorteile
Verbesserung der Bildqualität
digitale Übertragung und Verwendung der Datenkompression MPEG-2
Videodatenrate von ca. 6 bis 8 Mbit/s etwa Studioqualität
Ca. 4 bis 6 Mbit/s deutlich bessere Bildqualität als PAL
ca. 2 bis 4 Mbit/s bessere Qualität als CD-Video / VHS
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 22
DVB-Vorteile
Erhöhung der Übertragungskapazität (Programmanzahl)
Verwendung digitaler Übertragungsverfahren (QPSK, 16-QAM oder 64- QAM)
Variable Leistungsfähigkeit und damit entsprechenden Systemparametern (Signalkonstellation, Guardintervall und Kanalcodierung)
Datenrate von 5.0 bis 31.6 Mbit/s im 8 MHz-Kanal
z.B. Datenrate von 4 Mbit/s pro Programm, Verwendung der
64QAM (stationär, d.h. mit Dachantenne)
ca. 5 bis 6 Programme
16QAM (portabel, d.h. mit geräteeigener Antenne, ggf. mobil)
etwa 3 bis 4 Programme
QPSK (mobil) ca. 1 bis 2 Programme
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 23
DVB-Vorteile
Frequenzökonomie
Mehrträgerverfahren OFDM ermöglicht den konstruktiven Beitrag von Echos zum Empfangssignal.
Auf diese Weise können Gleichwellennetze (Single Frequency Network = SFN – im Gegensatz zu MFN: Multiple Frequency Network) realisiert werden.
Mit SFN’s kann auf das beim bisherigen analogen Übertragungs-verfahren erforderliche Frequenzmuster (keine aneinander angrenzenden gleichen oder direkt benachbarten Frequenzen) verzichtet werden.
Eine großflächige Bedeckung könnte theoretisch mit nur einer einzigen Frequenz erfolgen. In benachbarten Gebieten werden jedoch andere Frequenzen benötigt.
Für Deutschland bedeutet dies in der Praxis wegen der Unterteilung in Bundesländer und der angrenzenden Nachbarländer eine Reduzierung der benötigten Frequenzen auf etwa die Hälfte (gegenüber einer MFN-Bedeckung).
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 24
DVB-Vorteile
Robuste Übertragung und Unempfindlichkeit gegenüber Übertragungsfehlern
Kanalcodierung (Reed-Solomon und Faltungscode) macht Empfang robuster, d.h. unempfindlicher gegenüber Störungen.
Möglichkeit der Korrektur von Übertragungsfehler bis zu einer gewissen Grenze
Der Zuschauer erhält entweder fehlerfreien Empfang, d.h. optimale Bildqualität , Artefakte oder aber gar keinen Empfang.
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 25
DVB-Vorteile
Leistungsökonomie
abgestrahlte Leistung kann je nach gewünschtem Versorgungs-gebiet und ermöglichten Empfangsbedingungen geringer sein als bei analogem TV.
mobiler bzw. portabler Indoor Empfang: ähnliche Leistungen wie bisher bei PAL benötigt
Indoor Empfang
unter gewissen Umständen und bei entsprechend gewählten System- und Sendeparametern störungsfreier portabler wie auch mobiler Empfang
Für portablen Indoor-Empfang, ist im Vergleich zum stationären Empfang mit Dachantenne eine erhöhte Sendeleistung sowie die Verwendung der 16QAM erforderlich. Damit kann im Vergleich zum analogen TV dennoch die 3- bis 4-fache Anzahl an Programmen übertragen werden.
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 26
DVB-Vorteile
Portabler bzw. mobiler Empfang
Für mobilen Empfang bei sehr hohen Geschwindigkeiten muss die Sendeleistung im Vergleich zum stationären Empfang erhöht werden
In manchen Fällen (abhängig von Sendeleistung und Versorgungsgebiet) Verwendung anstatt der 16 QAM die QPSK verwendet werden.
2K-Modus aus wirtschaftlichen Gründen (Senderabstand) nicht sinnvoll
8K-Modus
reduziert max. mögliche Geschwindigkeit im mobilen Betrieb um Faktor 4
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 27
DVB-X2
DVB, 1. Generation
DVB-C, 1994, Cable
ETSI EN 300429
DVB-S, 1995, Satellite
ETSI EN 300421
DVB-T, 1995, Terrestrial
ETSI EN 300744
DVB-H, 2004, Mobile/Terristrial
ETSI EN 302304
DVB-SH, 2007 Mobile/Satellite
ETSI EN 302583
DVB-X2, 2. Generation
DVB-S2, 2005, Satellite
ETSI EN 302307
DVB-T2, 2008, Terrestrial
ETSI EN 302755
DVB-C2, 2009, Cable
EN 302769
(DVB-NGH)
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 28
DVB-X2 FEC
Scrambler(Energy
Dispersal)
Reed-Solomon
coder
Convol.Coder &
puncturing
Convolutionalinterleaverin out
Basebandscrabler
BCHcoder
Bit interleaver
LDPCcoderin out
DVB, 1. Generation
DVB-X2, 2. Generation
Quelle: Rohde & Schwarz
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 29
DVB-X2
Type of modulation:
DVB-C: single carrier 16QAM,
32QAM, 64QAM, 128QAM, 256QAM
DVB-S: single carrier QPSK
DVB-T: OFDM QPSK, 16QAM,
64QAM
Type of modulation:
DVB-C2: OFDM 16QAM,
32QAM, 64QAM, 128QAM, 256QAM, 1024QAM, 4096QAM
DVB-S2: single carrier QPSK,
8PSK, 16APSK, 32APSK
DVB-T2: OFDM QPSK,16QAM,
64QAM, 256QAM
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 31
DVB-C2
Quelle: www.dvb.org
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 32
Quelle: www.dvb.org
DVB-C2
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 33
Quelle: www.dvb.org
DVB-T2
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 34
HbbTV - Zielstellungen
System für hybride Broadcast/Broadband Empfänger wie TVs und STBs
Ermöglicht die parallele Nutzung von Broadcast und Internet-
Angeboten
Spezifikation unabhängig von Übertragungsweg (DVB-T, -S, -C)
IP Verbindung empfehlenswert, jedoch nicht zwingend erforderlich
Rein Broadcast basierte Übertragung möglich
Entwicklung einer offenen und standardisierten Plattform
Basiered auf existierenden Standards und Web Technologien
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 35
HbbTV - Komponenten
CEA-2014(CE-HTML)
HbbTV specification
profiles
Audio and Video
formats
Declarative Application
Environment
extensions
subset
W3C Specifications
OIPF (OpenIPTV Forum)
JavaScript APIs for TV environment
Media Formats
Modifications to CE-HTML
CEA (Consumer Electronics Association)
JavaScript APIs for on- demand media
Subset of W3C specifications & image Formats
Remote Control Support (e.g. key events, spacial navigation
ETSI TS 102 809
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 36
ETSI TS 102 809
CEA-2014(CE-HTML)
HbbTV specification
profiles
Audio and Video
formats
Declarative Application
Environment
extensions
subset
W3C Specifications
DVB (Digital Video Broadcasting)
Application Signaling
Application transport via DVB (DSM-CC object carousel)
W3C(World Wide Web Consortium)
XHTML
CSS 2.1, CSS-TV Profile
DOM-2 (incuding XML Document support)
ECMAScript
XMLHTTPRequest
HbbTV - Komponenten
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 37
HbbTV - Komponenten
CE-HTML Standard (CEA-2014)
Basiert auf den W3C Internet Standards
Spezifiziert ein HTML Profil für CE Geräte
Umfasst: - XHTML 1.0 (W3C Recommendation
- ECMA Script-262 (ISO/IEC 16262)
- DOM 2 (W3C Recommendation)
- CSS TV profile (W3C Candidate Recommendation)
- XMLHttpRequest (W3C Working Draft)
Optimiert hinsichtlich der Darstellung von Web-Inhalten auf CE Geräten
Beinhaltet die Key-Codes gebräuchlicher Fernbedienungen
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 38
HbbTV - Komponenten
OIPF – Declarative Application Environment
Browser API des Open IPTV Forums
Entwickelt für IPTV, nutzbar auch für hybride Empfänger
Umfasst Möglichkeiten zur: - Einbindung des TV Bildes in HTML
Applikationen
- Umschattung des TV / Radioprogramms
- Zugriff auf DVB-Metadaten
- Programmierung von Aufnahmen
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 39
ETSI TS 102 809: Signalling and carriage of interactive applications and services in hybride broadcast/broadband environments
Signalisierung von Applikationen im DVB Transportstrom in sog. AITs (Application Information Table)
Übertragung der HTML Applikation über den Broadcast-Kanal mit DVB Object Carousel
DSM-CC (Digital Storage Media Comment and Control)
Bspw. für Anwendungen die Synchronität zum Programm erfordern
HbbTV - Komponenten
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 40
HbbTV - Systemübersicht
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 42
HbbTV - Anwendungen
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 43
HbbTV - Anwendungen
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 44
Weitere DVB-Standards
DVB-SI
Service-Informations Standard (DVB-SI, ETS 300 468)
spezifiziert die Verarbeitung von Zusatzdaten, die jeden Transport Stream begleiten
DVB-CI Standard
beschreibt das Common Interface (CI), das die Verbindung zwischen dem Conditional Access (CA) Modul und dem Decoder Modul darstellt
DVB-TXT Standard
Videotext - Austastlücken werden nicht digital übertragen (ETS 300 472 )
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 45
Weitere DVB-Standards
DVB-IRD
spezifiziert die Schnittstelle im Empfänger zwischen dem MPEG-Modul und dem CA-Modul. Diese Schnittstelle erlaubt eine genormte Verschlüsselungstechnik, so dass mit Hilfe des Common Interface jede Set- Top-Box jede Codierung verarbeiten kann
DVB-RCC
Interaktionskanäle (Rückkanäle) in Kabelnetzen
DVB-RTC
Interaktionskanäle via Telefon und ISDN
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 46
Weitere DVB-Standards
DVB-IPN
In diesem Standard ist der Übergang von der DVB- zur Telekom-Welt definiert
DVB-MC
Spezifikation für die Verwendung von Mikrowellen-Trägerfrequenzen < 10 GHz für DVB
DVB-NIP
netzwerkunabhängige Protokolle für Interaktivität (Protokolle, die Kommunikation in Form von Datenfluss ermöglichen)
© Fraunhofer IDMT
Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg, [email protected] Seite 47
Nächste Vorlesung (letzte WS):
Dienstag, 31.01. 2012, 13:00 Uhr, K-HS 2
Nächstes Seminar (letztes):
Montag, 30.01. 2012, 17:00 Uhr, SrHU 129
KLAUSUR:
schriftlich, sP/Sb 90 min. mündlich, 30 min (II-BA 20 min)
19.03. 2012, 13:00 Uhr nach Vereinbarung im Prüfungszeitraum
Sr HU 211/212 Prof. Schuller / Prof. Brandenburg, Fak. EI