D V B (Digital Video Broadcasting)
Digitális képműsorszórás Digital Video Broadcasting (DVB) Történelem és általában
• Európai kezdeményezés, jelenleg 250-nál több szervezet, és 30-nál több ország tagja. • Kezdete 1990 évvége, világkiállítási bemutatók: – USA, GI: – EU, Svéd kutató csoport:
Digicipher, HD-Divine.
• 1991: P. Kahl és a német hírközlési minisztérium: – műsorsugárzók, – gyártók, – szabványosítási szervezetek
• Európai csoport (European Lauching Group: ELG). • 1992: Memorandum of Understanding: – "játékszabályok" a közös fejlesztésre. – Ekkor lett az ELG-ből DVB.
DVB valamennyi médiára vonatkozó filozófiája:
DVB General Assembly
• MPEG-2 alapú kép- és hangkódolás. • MPEG-2 Transport Stream használata. • A szolgáltatási információk közös kezelése. • Reed-Solomon hiba-korrekció alkalmazása. • Moduláció és járulékos csatornakódolás. • Közös titkosítási (scrambling) rendszer (CAS). • Közös feltételes hozzáférés vezérlő (Conditional Access ) interfész.
DVB Steering Board Ad-hoc bizottságok
DVB Terrestrial Commercial Module
Conditional Access
DVB Satellite/cable Commercial Module
DVB interactive services Commercial Module
DVB Technical Module Terrestrial TV systems Cable systems Test ad-hoc group Interactive systems
Service Information Satellite modulation Multiplexing Measurement
Audio Terrestrial frequency planning Digital recording Test signal for MPEG-2
A DVB project felépítése
A DVB-hez tartozó családtagok 1998-ig
A DVB-hez tartozó családtagok 1998-ig
• DVB-S (Satellite): 11/12 GHz-es műholdas sávra, majdnem tetszőlegesen konfigurálható a különböző transzponder sávszélességekhez és teljesítményekhez.
• DVB-SI (Service Information): A DVB dekóderek számára kidolgozott rendszer, mely lehetővé teszi a nézőnek az eligazodást.
• DVB-C (Cabel): A DVB-S kompatibilis kialakítása 8 MHz-es kábel csatornás átvitelre.
• DVB-TXT (Teletext): Fix formátumú teletext rendszer DVB specifikációja.
• DVB-T (Terrestrial): 6-7-8 MHz-es földi digitális műsorszórás számára.
• DVB-CI (Common Interface): A feltételes hozzáférés és egyéb alkalmazások számára interfész specifikáció.
• DVB-SMATV (Satellite Master Antenna Television): Kódolási rendszer a műholdas fejállomással rendelkező kisközösségi rendszerek számára. • DVB-MVDS (Multipoint Video Distribution Systems): Sokpontos mikrohullámú műsorelosztás számára kidolgozott rendszer (40 GHz).
• DVB-CS (Common Scrambling Algorithm): A DVB rendszerekben használható titkosítási algoritmus specifikációja. • Szolgáltatás indítás a világban: – DVB-S : 1995 – DVB-C : 1996 – DVB-T : 1998
A DVB műszaki háttere • A hang és a kép kódolása: ISO/IEC MPEG -1 és -2, • A transzport adatfolyamot kiegészíti újabb információkkal. • MPEG-2: olyan kifinomult kompressziós struktúra, ami rugalmasan formálható a felhasználó igényeire.
• MPEG-1 audio II réteg: Pszicho-akusztikus elven alapuló bitsebesség csökkentés. "Közel" CD minőségű mono, sztereo, több nyelvű, több csatornás.
• MPEG-2 videó (MP@ML): – ITU-R 601
:
kb. 6 - 9 Mbit/s (EDTV).
– PAL
:
kb. 3 - 6 Mbit/s (SDTV).
– Film anyagok
:
még kisebb bitsebességgel.
Digitális műholdas műsorszórás Digital Video Broadcasting for Satellite (DVB-S)
• A rendszer specifikációt az ETSI EN 300421 számú szabványa tartalmazza, címe: – Digital Broadcasting Systems for Television, Sound and Data Services; – Framing structure, channel coding and modulation for 11/12 GHz satellite services • Definiálja a digitális műholdas sok-programos, normál és nagyfelbontású műsorszórás modulációs és a csatornakódolási jellemzőit, mind az FSS (Fix Satellite Services), mind a BSS (Broadcast Satellite Services) sávokban. • A kódolási rendszer elsősorban a DTH (Direct To Home) szolgáltatásra készült, azonban műsorelosztási célokra is alkalmazzák. • Elsődleges szempont: "tetszőleges" sávszélességre történő adaptálhatóság.
transzponder
1. pr.
2. pr. 3. pr.
Transzport MUX
Adat kódoló
Program MUX
Audió kódoló
n. pr. MPEG-2 forráskódolás és multiplexelés
• Kimenet a KF QPSK jel. • Adásoldalon a következő kódolási lépéseket kell megvalósítani: – Transzport multiplex adaptáció. – Energiaterítés (ál-véletlenné tétel). – RS külső hibavédelem (outer coding). – Konvolúciós átszövés. – Konvolúciós belső hibavédelem (inner coding). – Moduláció előtti alapsávi jelformálás. – QPSK moduláció.
A meghatározó alapparaméterek a következők:
A DVB-S kódoló vázlata
Videó kódoló
• A modulációs rendszer bemenete az MPEG-2 TS.
TS MUX adaptáció
Külső hibavédelem
Belső hibavédelem
Konvoluciós átszövés
Alapsávi jelformálás
QPSK moduláció
Uplink felé Műholdas csatorna adapter
– Műhold transzponder EIRP (Equivalent Isotropically Radiated Power), – az adó nem-lineáris torzítása, – a távolságból számítható szabadtéri csillapítás, – a légkör csillapítása, – a vevő jósága (gain/temperature: G/T), – a vevő egyéb, az ideálistól eltérő paraméterei. • Olyan modulációs módot kellett alkalmazni, amely a rosszabb jel-zajviszony mellett is megfelelő bit-hibaarányú vételt tesz lehetővé. • A moduláció kvadratúra fázisbillentyűzés (Quadrature Phase Shift Keying: QPSK). • Ami kis spektrum hatékonyságot eredményez, ez azonban csak másodlagos szempont.
• A megfelelő bit-hibaarány biztosítása hatékonyságú hibajavító kódolás.
végett
amplitúdó
nagy
• Két egymástól alapvetően eltérő tulajdonságú hibavédelmi eljárást (konvolúciós kódolás és Reed-Solomon blokk-kódolás) és egy hibaterítő un. konvolúciós átszövést alkalmaznak. • Ezzel a bit és bájt hibák is javíthatók. Sőt az egymás melletti hosszú hibák is detektálhatók és javíthatók.
MPTS -16 -14 -12 -10 -8 -6
-4
• De lehetséges a több-vivős FDM elvű átvitel is, ahol egy vivő csak egy program adatait hordozza (SCPC: Single Channel Per Carrier).
• A hibavédelmi eljárás (FEC : Forward Error Correction) biztosítja, hogy küszöb feletti vivő-zajviszony esetén gyakorlatilag hibamentes vétel (Quasi Error Free; QEF) valósítható meg. • QEF: maximum 1 nem javított hiba 1 műsor óra alatt. • Ez a vevő MPEG-2 demultiplexer bemenetén 10 −10 − 10 −11 -es BER-t jelent. • A pontos értéket a bitsebesség határozza meg. • Pl. egy 4 Mbit/s-os program esetén az egy nem javított hiba 1,4 •10−10 -es BER. • Jelöljük Ru-val az adó oldalon a multiplexálás utáni hasznos bitsebességet, míg Rs-sel a szimbólum sebességet. • A következő táblázat megadja egy-egy transzponder sávszélesség és szimbólum sebesség arány mellett alkalmazható hasznos bitsebességeket.
f(MHz) -2
0 +2 +4 +6 +8 +10 +12 +14 +16
Transzponder sávszélesség kiosztás MCPC módban amplitúdó
• Miközben a konvoluciós kódolás magas hatékonyságú transzponder sávszélesség adaptációt is lehetővé tesz. • A teljes rendszer optimális a TDM elvű átvitelre, ahol egy vivőn több programot továbbítanak (MCPC: Multi Channel Per Carrier).
egy vivő
SP TS
SP TS
SP TS
SP TS
-16 -14 -12 -10 -8 -6
-4
SP TS -2
SP TS
SP TS
SP TS
SP TS
SP TS
f(MHz)
0 +2 +4 +6 +8 +10 +12 +14 +16
Transzponder sávszélesség kiosztás SCPC módban SPTS: Single-Program TS
MPTS: Multi-Program TS
A különböző hibavédelmi kódarányok alkalmazása esetén elérhető hasznos adatsebességek a különböző transzponder sávszélességek esetében Hibavédelmi kódarányok Ru BW BW RS Ru Ru Ru Ru (3dB) (1dB) (Mbaud) (1/2) (2/3) (3/4) (5/6) (7/8) MHz MHz Mbit/s Mbit/s Mbit/s Mbit/s Mbit/s 54 48,6 42,2 38,9 51,8 58,3 64,8 68,0 36 33
32,4 29,7
28,1 25,8
25,9 23,8
34,6 31,7
38,9 35,6
43,2 39,6
45,4 41,6
27
24,3
21,1
19,4
25,9
29,2
32,4
34,0
26
23,4
20,3
18,7
25,0
28,1
31,2
32,8
• A táblázat egyes oszlopaiban szereplő mennyiségek között a következő összefüggések érvényesek: Rs = Bw/1,28 (ez az érték transzponderenként változhat) Ru = 2 * Rs * r * (188/204)
A csatornakódolás részletei Transzport adaptáció és spektrumterítés • A bemeneti bitfolyam a fix hosszúságú TS csomagokból áll. • Az ITU Rádió Szabályzási előírásaival összhangban és a
r a kódarány, 188/204 az RS kódolásból származó hasznos bitsebesség csökkenés, míg a 2-es a szimbólumonkénti 2 bitből (QPSK) származik. • Az adás szimbólum sebessége (Rs) pontosan illeszthető az adott műhold transzponder sávszélességéhez. • Ennek során mindig megtalálható az a maximális adatátviteli sebesség, amely mellett a transzponder sávszélesség csökkenés következtében fellépő jelminőség csökkenés elfogadható lesz.
megfelelő bináris átviteli tulajdonságok biztosítása érdekében az MPEG-2 bitfolyamot ál-véletlenné kell tenni. • A keverést végző ál-véletlen bitfolyam generátora (PRBSG: Pseudo Random Bit Sequency Generator) 15 bites, lineáris, visszacsatolt shiftregiszter, melynek polinomja a következő:
g ( x ) = 1 + x14 + x15 • A generátort minden 8. TS csomag elején újra kell indítani.
g ( x ) = 1 + x14 + x15 1
0 0
1 2
3
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15
• A PRBSG inicializálási időpontjának azonosítása végett minden 8. csomag szinkron bájtját bitenként invertálva ültetik be.
XOR PRBS periódus (8 TS packet) keverés engedélyezés
AND
tiszta/kevert adat bemenet
XOR
kevert/tiszta adat kimenet
Az álvéletlen jelet előállító/dekódoló felépítése
SY 1 187 bájt SY 2 187 bájt
SY 8 187 bájt SY 1 187 bájt
A spektrumterítés periodicitása
Külső hibavédelmi kódolás (RS)
• A kódokat három paraméterrel jellemezzük:
• A hibavédelem az MPEG-2 TS csomag struktúrán alapul.
– a blokk hosszal (n),
• Minden csomagot egy a 255,239-es RS kód rövidítésével létrehozott 204,188-as RS blokk hibavédelemmel kell ellátni.
– az üzenet szimbólumok blokkonkénti számával (k),
• Az így előállított 16 RS bájttal 8 bájt hiba javítható.
– a Hamming távolsággal (d). • Így az RS kódok a következőképpen jelölhetők: RS(n,k,d)
• Az RS lineáris blokk-kódolás. • Ha a k szimbólumból álló üzenethez n szimbólumból álló kódszavakat generálunk, akkor a redundancia szimbólumok száma n-k. • Jelöljük a kódszavak minimális Hamming távolságot dmin -nel, a javítható szimbólumok számát t-vel, akkor t a következő összefüggéssel számítható: d −1
t=
min
2
Konvolúciós átszövés (interleaving)
• Az RS kódok maximális távolságú kódok: dmin = n-k+1 • A DVB-ben egy TS csomaghoz 16 (= n-k) redundancia bájtot generálunk, így a kódszavak 204 bájtosak lesznek. • Így dmin = 17, míg a javítható szimbólumok száma: t = 8. • Az RS kód kódaránya: rRS = k/n = 188/204 = 92%, csak 8% a többlet.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
”A” Kódszó
• Az RS hibavédelem után a 12-es mélységű (12 az átszövési ágak száma) Forney-féle konvolúciós átszövés következik.
”B” Kódszó
• A konvolúciós átszövés nem egy átviteli egység (TS csomag) saját adat tartalmán belül történik.
”C” Kódszó
• Alapparaméter a javítható bájtok száma.
A1 B1 C1 A2 B2 C2 A3 B3 C3 A4 B4 C4 A5 B5 C5 A6 B6 C6 Burst hiba
• A hibajavítás szempontjából lényegtelen a hibák helye, de az is mindegy, hogy a bájtokban egy vagy több hibás bit van-e. • Az átviteli úton keletkező egymás melletti hibák, ha a hibás bájtok száma egy kódolási egységen belül nem több mint nyolc, mindenféle egyéb eljárás nélkül is javítható lenne. • A burst jellegű hibák azonban sokkal hosszabbak is lehetnek, mint az egy TS-en belül javítható 8 bájt.
Átszövés
Átviteli út
• Hiszen az RS hibavédelem a blokkon belüli hibákat javítja ki.
Átszövés elve
Átszövés megszüntetése után
1
2
3 4
5
6
7
8
9
10
”A” Kódszó ”B” Kódszó ”C” Kódszó
2 3
11
17x1 bájt FIFO 17x2 bájt FIFO 17x3 bájt FIFO
...... ...... 17x11 bájt FIFO
bájtonkénti továbbléptetéssel
1
szinkron bájt
MUX
DEMUX
packet bájtos bemenet
bájtonkénti továbbléptetéssel
TS(k)
0
átszőtt packetek
szinkron vezérlés A DVB 12-es mélységű bájt alapú átszövése
• A hibavédett csomagok szimbólumait a csomag időnél hosszabb időre kell szétosztani, az átszőtt csomagok száma 12. • A DVB-S-nél 12 egymás utáni kódolási egység adattartalmából képezzük az átviteli útra kerülő adatfolyamot. • Így pl. egy teljes packet adat mennyiségű, az átviteli úton egymás mellett lévő (burst) hiba minimálisan 12 egymás utáni TS packetbe szóródik szét a vevőben. • Javítható max. hibahossz kis elhanyagolással 12 x 8 = 96 bájt. • Ha pl. az átviteli úton ennyi egymás melletti hiba keletkezik, a vételi oldalon a konvolúciós átszövés megszüntetése után, az eredetileg 96 egymás melletti bájt több mint 12 egymás utáni TS packetbe kerül, ahol az javítható, feltéve ha további hiba nincs a TS packetekben.
TS(k-1)
TS(k-2)
TS(k-3)
TS(k-4)
TS(k-5)
193
.
12
0
193
.
0
193
.
0
193
.
0
193
.
0
193
.
0
194
.
13
1
194
.
1
194
.
1
194
.
1
194
.
1
194
.
1
195
.
14
2
195
.
2
195
.
2
195
.
2
195
.
2
195
.
2
196
.
15
3
196
.
3
196
.
3
196
.
3
196
.
3
196
.
3
197
.
16
4
197
.
4
197
.
4
197
.
4
197
.
4
197
.
4
198
.
17
5
198
.
5
198
.
5
198
.
5
198
.
5
198
.
5
199
.
18
6
199
.
6
199
.
6
199
.
6
199
.
6
199
.
6
200
.
19
7
200
.
7
200
.
7
200
.
7
200
.
7
200
.
7
201
.
20
8
201
.
8
201
.
8
201
.
8
201
.
8
201
.
8
202
.
21
9
202
.
9
202
.
9
202
.
9
202
.
9
202
.
9
203
.
22
10
203
.
10
203
.
10
203
.
10
203
.
10
203
.
10
204
.
23
11
204
.
11
204
.
11
204
.
11
204
.
11
204
.
11
TS(k-10)
TS(k-11)
193
.
0
193
.
0
193
.
0
193
.
0
193
.
0
193
.
0
194
.
1
194
.
1
194
.
1
194
.
1
194
.
1
194
.
1
195
.
2
195
.
2
195
.
2
195
.
2
195
.
2
195
.
2
196
.
3
196
.
3
196
.
3
196
.
3
196
.
3
196
.
3
197
.
4
197
.
4
197
.
4
197
.
4
197
.
4
197
.
4
198
.
5
198
.
5
198
.
5
198
.
5
198
.
5
198
.
5
199
.
6
199
.
6
199
.
6
199
.
6
199
.
6
199
.
6
200
.
7
200
.
7
200
.
7
200
.
7
200
.
7
200
.
7
201
.
8
201
.
8
201
.
8
201
.
8
201
.
8
201
.
8
202
.
9
202
.
9
202
.
9
202
.
9
202
.
9
202
.
9
203
.
10
203
.
10
203
.
10
203
.
10
203
.
10
203
.
10
204
.
11
204
.
11
204
.
11
204
.
11
204
.
11
204
.
11
TS(k-6)
TS(k-7)
TS(k-8)
TS(k-9)
Belső hibavédelmi kódolás • A belső hibavédelmi eljárás a pontozott konvolúciós kódolás. • Többféle pontozott konvolúciós kód alkalmazható. • Valamennyire jellemző, hogy az anyakód 1/2 kódarányú, 7-es kényszerített mélységgel. • A kényszerített mélység megadja, hogy a kimeneti bitfolyam a bemeneti bitfolyam hány egymás utáni bitjéből kerül kiszámításra. • A DVB belső hibavédelmi eljárása során a kimenetet 6 előző és az aktuális bemenő bit alapján kell meghatározni az anyakód generátor polinomjának segítségével. • Az anyakód 1/2-es kódaránya azt jelenti, hogy minden újabb bemenő bithez kettő kimenő bitet állítunk elő. (Számlálóban és a nevezőben az összetartozó, egyidejű bemenő és kimenő bitek száma található.)
G1 az „X”, G2 az „Y” kimenet generátor polinomja.
mod 2
adat bemenet
G1=171 oktális
1
1
1 bit késlelt.
1
1 bit késlelt. 0
1
X kimenet
1
0
1 bit késlelt.
1
1 bit késlelt.
1
0
1 bit késlelt. 0
• Az anyakód pontozása az a műveletet, amellyel kijelöljük azokat a biteket amelyeket ténylegesen továbbítani fogunk. • Az 1/2-es kódarány esetében az anyakód-generátor által szolgáltatott valamennyi bitet továbbítjuk. • Ezenkívül a 2/3, 3/4, 5/6 és 7/8 kódarányok alkalmazhatók.
1
1 bit késlelt.
1
1
kódarány
1/2 2/3 3/4
G2=133 oktális
mod 2
Y kimenet
7/8
Az anyakód-generátor felépítése
Konvoluciósan kódolt adat
Adat bemenet
X(i) Konvoluciós Y(i) kódoló
D(i)
B
C
3/4-es pontozás
D(1)
X(1) Y(1)
D(2)
X(2) Y(2)
I(i)=X(1) Q(i)=Y(1)
D
RX(1) RY(1)
E
Dc(1)
I(i) Q(i) C
B
A
A
Kommunikációs csatorna
D(3)
X(3) Y(3)
Visszaállított adatfolyam
X(4) Y(4)
D(5)
X(5) Y(5)
Dc(2)
Dc(3)
X(6) Y(6)
RX(4) null szi. RX(6) RY(4) RY(5) null szi. Dc(4)
Dc(5)
Dc(i) E
D(6)
I(i+1)=Y(2) I(i+2)=X(4) I(i+3)=Y(5) Q(i+1)=X(3) Q(i+2)=Y(4) Q(i+2)=X(6)
null szi. RX(3) RY(2) null szi.
Adat kimenet
null-szimbólum RX(i) Viterbi beültetés RY(i) dekóder D
D(4)
5/6
Dc(6)
Pontozási struktúra a ¾-es kódarány mellett
Pontozó struktúra X: 1 Y: 1 X: 1 0 Y: 1 1 X: 1 0 1 Y: 1 1 0 X: 1 0 1 0 1 Y: 1 1 0 1 0 X: 1 0 0 0 1 0 1 Y: 1 1 1 1 0 1 0
adási szekvencia X1, Y1 I = X1, Q = Y1 X1, Y1, Y2, X3, Y3, Y4 I = X1,Y2,Y3 Q = Y1,X3,Y4 X1, Y1, Y2, X3 I = X1,Y2 Q = Y1,X3 X1, Y1, Y2, X3, Y4, X5 I = X1,Y2,Y4 Q = Y1,X3,X5 X1, Y1, Y2, Y3, Y4, X5, Y6, X7 I = X1,Y2,Y4,Y6 Q = Y1,Y3,X5,X7
Spektrumformálás és moduláció • A moduláció Gray leképzésű QPSK. • A moduláció előtt az I és Q "biteket" a szabályozott szimbólumközi áthallás megvalósítása érdekében formálni kell. • A spektrumformálásnak olyannak kell lennie, hogy a teljes átviteli úton az elemi jel amplitúdó spektruma a szimbólum jelzési frekvencia felére pontszimmetrikus legyen. • Ha feltételezzük, hogy az I és Q jeleket szimbólum időnként ismétlődő dirac függvények jelképezik, akkor megoldásként az emelt koszinusz karakterisztikát alkalmazzák két részletben. • Az emelt koszinusz karakterisztika gyökének megfelelő formálás az adóban és a vevőben is. • A lekerekítési tényező: 35 %.
• Az adó és a vevő oldali spektrumformáló amplitúdó átviteli karakterisztika (gyökös emelt-koszinusz) a következő:
A különböző spektrum formálások hatása az elemi jelalakra
1
⎧⎪ 1 1 π ⎡ f n − f ⎤ ⎫⎪ 2 H ( f ) = ⎨ + sin ⎢ ⎥ ⎬ , ha..... f n (1 − α ) ≤ f ≤ f n (1 + α ) 2 f n ⎣ α ⎦ ⎪⎭ ⎪⎩ 2 2
H ( f ) = 1,...ha... f 〈 f n (1 − α ) H ( f ) = 0,...ha.. f 〉 f n (1 + α ) R 1 ahol ... f n = = s 2Ts 2
H(f) 1
és...α = 0,35
Q
αfn αfn
I =1 Q=0
I =0 Q=0 I
1/2 I =1 Q=1
fn =Rs/2 frekvencia
DVB-S BER variánsok BER Viterbi előtt döntő
BER Viterbi után
Viterbi dekóder
=
kb.1,2 • 10 −2
2 • 10 −4
BER RS után
R-S dekóder
BERRSe
BERRSu
2 • 10 −4
kb.10 −11
• De mi az ami mérhető? • A BERRSu szinte mérhetetlen (1-2 x E-11)! • BERVe vajon hogyan mérhető? Csak speciális mérő adatfolyammal! • Az igazi választás a BERRSe=BERVu
I =0 Q=1
QPSK Gray leképzéssel (konstellációs diagram)
Digitális moduláció paraméterei 1.
BER RS előtt
átszövés megszüntetése
BER(SNR)=BERVe BERVu
QEF
QPSK
• Digitális modulációt alkalmazó rendszer alapparaméterei: – Bit-hibaarány (BER: Bit Error Rate), – RF szinten: vivő-zajviszony (CNR: Carrier to Noise Ratio). – Alapsávban: jel-zajviszony (SNR: Signal To Noise Ratio). • CNR: a modulált RF vivő teljesítményének és a modulált jel sávjába eső zajteljesítménynek a hányadosa. • SNR: az alapsávi jel teljesítményének és az alapsávi jel sávjába eső zaj teljesítményének a hányadosa. • BER: egy adott időintervallum alatt vett hibás és az eközben továbbított összes bitek aránya.
Digitális moduláció paraméterei 2.
fcsat
ADC
Jelteljesítmény változás Sávszélesség változás
CNR
hibavédelem BER
SNR
5
6
7
8
9
KF szűrő
ADC
AGC Digitális demodulátor, alapsávba konvertálás
Nyquist
Nyquist
fB
Órajel regenerálás
BER
DVB-S RF vevő és demodulátor tömbvázlata
Eb/No - BER matematikai kapcsolata QPSK-ra BER
tuner Fázis korrekció
KF
KF erősítő
keverő
SNR Viterbi dekóder
RF tuner
Hangolt erősítő
VCO
CNR
• Az SNR-t csak berendezésen belül lehet mérni (számítani). RF jel
LPF
Csatorna korrekció
• Elérhető interfészen mérni csak a CNR-t lehet.
RF bemenet
2 x döntő
• A digitális modulációs átviteli rendszerek az alkalmazott álvéletlen generátoros keverés miatt, elnyomott vivőjű modulációk, ezért a vivőteljesítmény megnevezés nem pontos.
Alapsávi jelek I döntő DSP Q
IIC busz
Frekvencia szintézer
10
11
12
13
Az elvi DVB-S BER produkció
Eb/No[dB]
0,01
0,001
0,0001
1E-05
1E-06
1E-07
1E-08
1E-09
1E-10
C N
= elvi
v • ES v • 2 • Eb E = =2 b N0 • f B N0 • v N0
C N
= elvi
v • ES v • 2 • Eb E = =2 b N0 • f B N0 • v N0
adat
fizikai interfész és szinkron
szinkron invertálás és spektrum terítés
konvolúciós átszövő I=12
belső konvoluciós pontozott kódoló
alapsávi jelformálás
DVB-S kódoló felépítése I
illesztő szűrő Q
belső Viterbi dekódoló
szinkron dekóder
konvolúciós átszövés megszüntetése
DTH
SMATV
LNC külső RS hiba dekódoló
RF KF bemenet Vivő és órajel regenerálás
Műhold
QPSK modulátor KF interfész
műholdas uplink
óra és szinkronjel-generátor vezérlés
kódarány vezérlés
fizikai interfész QPSK demodulátor
külső RS kódoló
Órajel és szinkronjel generátor kódarány vezérlő
DVB-S vevő felépítése
Kábeles digitális videó műsorszórás Digital Video Broadcasting-Cable (DVB-C)
energiaterítés szinkron invertálás megszüntetése alapsávi fizikai interfész
adat órajel
Csatorna demodulátor dekóder
LNC
CATV
LNC
DTTV
LNC
Integrated Receiver Decoder (IRD)
Transzport demultiplexer
Program kiválasztás feltételes hozzáférés vezérlése
Servive demux. felfedés
Videó dekóder
Alapsávi videó kimenet
Audió dekóder
Alapsávi audió kimenet
Adat dekóder
Adat kimenet
hang és kép moduláció
CVBS PAL
Digitális műholdas műsorterjesztés vételi vázlata
órajel alapsávi
• A digitális kábeles képműsor elosztás csatorna modulációs jellemzőit a következő szabvány tartalmazza: – Digital Broadcasting Systems for Television, Sound and Data Services; – Framing Structure, Channel Coding and Modulation for Cable Services: EN 300429. • Kiindulás: MPEG-2 TS. • A következő modulációs lépéseket kell végrehajtani: – transzport multiplex adaptáció, Megegyezik a DVB-S-nél – energiaterítés, ismertetettekkel – RS hibavédelem, – – – –
konvolúciós átszövés, bájt - szimbólum átalakítás, speciális differenciális kódolás, QAM moduláció.
audió kódoló adat kódoló
MUX adaptáció
Bájt-szimbólum átalakítás • A bájt szervezésű adatokat az alkalmazott moduláció szimbólumai által hordozott számú bitre kell felbontani.
RS hibavédelem
• A bontás MSB - LSB bitsorrendben történik. 1. pr.
2. pr. 3. pr.
Transzport MUX
videó kódoló
Program MUX
A DVB-C kódoló felépítése
bájt-szimbólum átalakítás
konvoluciós
differenciális
QAM
kódolás
moduláció
• Legyen a modulációs szimbólumok által hordozott bitek száma: m (M-QAM, és M = 2 m ).
átszövés
• A felbontás a következő összefüggés alapján történik: 8k=nxm, ahol k és n az adott m-hez kiszámítható. • Pl. m = 5 (32-QAM) esetében k=5, n=8. • Ennek megfelelően 5 bájt 40 bitjéből hozunk létre 8 db. 5 bites modulációs szimbólumot a 32-QAM-re.
n. pr.
MPEG-2 forráskódolás és multiplexelés
Kábelcsatorna adapter
KF kimenet
A küszöb feletti vivő-zaj viszony esetén gyakorlatilag hibamentes vétel (QEF) valósítható meg. −10
MPEG-2 demultiplexer bemenetén 10
átszövőtől 8
m=ld (M)
bájtszimbólum konverzió
b(m-1)
−11
− 10 -es BER-t jelent.
M-QAM
I
b(m-2),.....b(1)
MSB
differenciális kódolás
Qk
leképzés
Q
Differenciális kódolás • A bájt-szimbólum átalakítás után a felső 2 bitet modulációs módtól függetlenül differenciálisan kódolják.
64-QAM Im(z)
Ik,Qk=1,0
Ik,Qk=0,0
101100
101110
100110
100100
001000
001001
001101
001100
101101
101111
100111
100101
001010
001011
001111
001110
101001
101011
100011
100001
000010
000011
000111
000110
101000
101010
100010
100000
000000
000001
000101
000100
110100
110110
111110
111100
010000
010010
011010
011000
001001
001011
000011
111101
010001
010011
011011
011001
110001
110011
111011
111001
010101
010111
011111
011101
110000
110010
111010
111000
010100
010110
011110
011100
Ik
• A differenciális kódolás hatására az alsó bitek elhelyezkedése síknegyed független modulációs pontokat eredményez. MSB és b(m-1)
LSB bitek forgatása
00
0
01
+90 fok
10
+180 fok
11
+270 fok
• A QAM leképzés Gray kódolású, azaz az I, Q síkon, minden szomszédos állapot csak egy kódolt bitben tér el egymástól.
Ik,Qk=1,1
Re(z)
Ik,Qk=0,1
Konstellációs diagram 64-QAM-re
Spektrum formálás
Bitsebesség és az elfoglalt sávszélesség Néhány kódolási példa
• A moduláció előtt az I és Q jeleket négyzetgyök emelkedésű koszinusz karakterisztikával spektrum formálni kell. • A lekerekítési tényező: 15 %. • Az átviteli karakterisztika a következő: 1
⎧1 1 π ⎡ f n − f ⎤⎫ 2 H ( f ) = ⎨ + sin ⎢ ⎥ ⎬ , ha..... f n (1 − α ) ≤ f ≤ f n (1 + α ) 2 f n ⎣ α ⎦⎭ ⎩2 2 1 v H ( f ) = 0,...ha.. f 〉 f n (1 + α ), ahol... f n = = , és...α = 0,15 2T 2 H(f)
H ( f ) = 1,... ha... f 〈 f n (1 − α )
1
modulációs mód
elfoglalt sávszélesség
szimbólum sebesség (Rs)
adatsebesség az RS után (Rrs)
hasznos adat sebesség (Ru)
256-QAM
7,92 MHz
6,89 Mbaud
55,12 Mbit/s
50,8 Mbit/s
64-QAM
7,92 MHz
6,89 Mbaud
41,34 Mbit/s
38,1 Mbit/s
16-QAM
7,86 MHz
6,84 Mbaud
27,34 Mbit/s
25,2 Mbit/s
16-QAM
4,00 MHz
3,48 Mbaud
13,92 Mbit/s
12,8 Mbit/s
32-QAM
2,00 MHz
1,74 Mbaud
8,70
8,0
Mbit/s
Mbit/s
αfn αfn
Rrs = Rs * ld(M)
1/2 frekvencia
Ru = Rrs *(188/204) = Rs * ld(M) * (188/204)
fn =Rs/2
QPSK, 16-QAM és 64-QAM esetén a BER és az SNR kapcsolata Csatorna sávszélesség 54 MHz 46 MHz 40 MHz 36 MHz 33 MHz 30 MHz 27 MHz 26 MHz
Adat átviteli sebesség 42,5 Mbaud 36,2 Mbaud 31,5 Mbaud 28,3 Mbaud 26,0 Mbaud 23,6 Mbaud 21,3 Mbaud 20,5 Mbaud
Adatátviteli sebesség (Mbit/s), Kódarány
1/2 39,1 39,2 33,4 29,0 26,1 24,0 21,7 19,6 18,9
2/3 52,2 44,5 38,7 34,8 31,9 29,0 26,2 25,2
3/4 58,8 50,0 43,5 39,1 35,9 32,6 29,4 28,3
5/6 65,3 55,6 48,4 43,5 39,9 36,2 32,7 31,5
7/8 68,5 58,4 50,8 45,6 41,9 38,1 34,4 33,1
16-QAM 32-QAM 64-QAM 256-QAM
Műholdas és kábeles átvitel bitsebesség kompatibilitása
QEF
Jelfeldolgozás kábelhálózat fejállomáson
MPEG-2 transzport stream
Kábel fejállomás
I Alapsávi illesztő és szinkronizálás
Szinkron 8 invertálás és spektrumterítés
RS kóder (204,188)
8 Konvolúciós 8 átszövő I=12
Bájtszimbólum konverzió
m
Differencális kódoló
m
QAM moduláció és fizikai interfész
Alapsávi formálás Q
műholdas KF bemenet
RF kábel kimenet
KF interfész
RF interfész QAM modulátor
QPSK demodulátor
Órajel és szinkron generátor
differenciális kódolás
belső hibadekóder szinkron dekódolás Kábel IRD
RF fizikai interfész és QAM demodulátor
I
Q
8 Konvolúciós 8 Illesztett m Differenciális m Szimbólumszűrő és kódolás átszövés bájt megszüntetémegszüntetékiegyenlítő konverzió se se
átszövés vissza Szinkron 8 invertálás és RS dekóder spektrumterítés megszüntetés
Alapsávi illesztő fizikai interfész
Adat Órajel
külső hibadekóder
Vivő, órajel kinyerés szinkron generátor bitsebesség vezérlés
energiaterítés vissza Vivő, órajel és szinkron visszaállítás
szinkron invertálás MPEG-2 interfész
M-szintű szimbólum előállítás bájt átszövés külső hibakódoló energiaterítés
Helyi programforrás multiplexálási felülete
szinkron invertálás MPEG-2 interfész
