DVB Digital Video Broadcasting

Transkript

1 DVB Digital Video Broadcasting Gunnar Stette NTNU Elektronikk 2006 Slide 1

2 Analogt TV Elektronikk 2006 Slide 2

3 ANALOGE TV SIGANLER Svart-hvit TV signal med - FM analog -, og - digital underbærebølger. Farge TV signal Krominansinformasjonen i øverste del av videospektret. + tekst TV Elektronikk 2006 Slide 3

4 Komponentene i et TV program Levende bilder Billedkodekoder Datastrøm per TV-program Elektronikk 2006 Slide 4

5 Komponentene i et TV program Levende bilder Lyd Billedkodekoder Lydkoder MPEG-2 Layer II MPEG-2 AAC MPEG-4 High Efficiency AAC Profile 128 kbit/s 64 kbit/s 48 kbit/s Datastrøm per TV-program Elektronikk 2006 Slide 5

6 Komponentene i et TV program Levende bilder Lyd Data SYNC 1 BYTE Pakkeformat MPEG2-SPTS (Single Program Transport Stream) 187 BYTES (3187 HEADER BYTES+ 184 DATA ) Datastrøm per TV-program 2 10 Mbit/s Billedkodekoder Lydkoder Data, tekst. Serviceinformasjon Elektronikk 2006 Slide 6

7 Multipleksing av flere TV-program Typisk 10 TV-program TV TV program TV TV program Transport multiplekser SYNC 1 BYTE 187 BYTES (3187 HEADER BYTES+ 184 DATA ) Datastrøm typisk 40 Mbit/s til overføringskanal Programinformasjon Elektronikk 2006 Slide 7

8 Ytre kode: Reed-Solomon S n R 187 bytes RS (204,188,8) (c) Reed-Salomon, RS(204,188,8) feilbeskyttelse, totalt 204 bytes S 203 bytes n ( = 204) bytes S n S 203 bytes 203 bytes n (d) Rammer med bitfletting. Basis er en RS (255,239) kode. Også syncbytes er kodet 188 bytes 51 x 0 = 239 bytes 188 bytes 51 x 0 16 x P = 255 bytes 188 bytes 51 x 0 16 x P 188 bytes 16 x P =204 bytes Elektronikk 2006 Slide 8

9 Modulasjon, QPSK Elektronikk 2006 Slide 9

10 QPSK med foldingskode og R-S koding Coding gain at 10-4 = 4.7 db Uncoded Viterbi 7/8 Viterbi 3/4 Viterbi 1/2 Viterbi 7/8, 3/4 and1/2 with Reed-Solomon coding Elektronikk 2006 Slide 10

11 Overføringsalternativer Satellittlinken: SAT mottaker 0,1 1,1 QPSK + Foldingskode, rate 1/3 til 7/8 0,0 0,0 Fra 15 oktober 2002 ble alle satellittsendingene via Thor DIGITALE IRD Integrated Rec. Decoder Elektronikk 2006 Slide 11

12 Overføringsalternativer, kabel SAT mottaker Satellitt IRD sat 64 QAM, 6 bit/symbol I k Q k = Fjern foldingskode behold Reed Solomon Q I k Q k = 00 Kabel remod. Kabel IRD kabel I Satellitt Kabel 33 MHz båndbredde 8 MHz båndbredde I k Q k = 11 I k Q k = Kanal med støy Stille kanal Elektronikk 2006 Slide 12

13 Overføringsalternativer, bakkenettet SAT mottaker Maksimalt felleskap i design Satellitt IRD sat Kabel remod. Kabel IRD kabel Bakkenett remod. Kanalegenskaper Reflekser, flerveistransmisjon IRD bakkenett Elektronikk 2006 Slide 13

14 OFDM Ortogonal Frekvensdivisjon-Modulasjon N 1 st () = a wt ( kt) e k= n= 0 BPSK, QPSK, 16QAM, 64 QAM nk, Symbollengde j2 π f ( t kt) Tid fra - til Frekvensavstand Frekvens, N bærebølger Overføringsressurs er TID x BÅNDBREDDE Forskjellige modulasjonsmetoder Guard time Effektiv kapasitet Elektronikk 2006 Slide 14

15 Power/bandwidth trade-offs Required E b /N o for Inner code rate BER = after Viterbi QEF after Reed-Solomon 1/2 4,5 2/3 5,0 3/4 5,5 5/6 6,0 7/8 6,4 Valg av koderate gir mulighet til trade-off mellom båndbreddeforbruk og effektforbruk. Båndbreddeøkning 1/(koderate) Elektronikk 2006 Slide 15

16 PRAKTISKE OVERFØRINGSHASTIGHETER BW at -3 db) [MHz] BW' (at -1 db) Rs (for BW/Rs=1.28) [Mbaud] Ru (for QPSK + 1/2 convol) [Mbit/s] Ru (for QPSK + 2/3 convol) [Mbit/s] Ru (for QPSK + 3/4 convol) [Mbit/s] Ru (for QPSK + 5/6 convol) [Mbit/s] Ru (for QPSK + 7/8 convol) [Mbit/s] [MHz] 54 48,6 42,2 38,9 51,8 58,3 64,8 68, ,4 35,9 33,1 44,2 49,7 55,2 58, ,0 31,2 28,8 38,4 43,2 48,0 50, ,4 28,1 25,9 34,6 38,9 43,2 45, ,7 25,8 23,8 31,7 35,6 39,6 41, ,0 23,4 21,6 28,8 32,4 36,0 37, ,3 21,1 19,4 25,9 29,2 32,4 34, ,4 20,3 18,7 25, ,2 32,8 Eksempel: satellittransponder båndbredde 33 MHz symbolrate ved 1.28 Hz/symbol 25.8 Mbaud datarate med 1/2 rate FEC 23.8 Mbit/s rel.eff. forbruk 1 W datarate med 3/4 rate FEC 35.6 Mbit/s (per inf. Bit) 1.25 W datarate med 7/8 rate FEC 41.6 Mbit/s 1.6 W Elektronikk 2006 Slide 16

17 Eksempel: 33 MHZ TRANSPONDER Bit Rate R u (after MUX) [Mbit/s] Table D.1: Example of System performance over 33 MHz transponder Bit Rate R' u (after RS) [Mbit/s] Symbol Rate [Mbaud] Convolut. Inner Code Rate RS Outer Code Rate C/N (33 MHz) [db] 23,754 25,776 25,776 1/2 188/204 4,1 31,672 34,368 25,776 2/3 188/204 5,8 35,631 38,664 25,776 3/4 188/204 6,8 39,590 42,960 25,776 5/6 188/204 7,8 41,570 45,108 25,776 7/8 188/204 8,4 NOTE 1: The figures in table D.1 refer to computer simulation results achieved on a hypothetical satellite chain, including IMUX, TWTA and OMUX (see figures C.1 and C.2), with modulation roll-off of 0,35. The C/N figures are based on the assumption of soft-decision Viterbi decoding in the receiver. The ratio BW/R s = 1,28 has been adopted. NOTE 2: The figures for C/N include a calculated degradation of 0,2 db due to bandwidth limitations on IMUX and OMUX filters, 0,8 db non-linear distortion on TWTA at saturation and 0,8 db modem degradation. The figures apply to BER = before RS(204,188), which corresponds to "Quasi Error Free" at the RS coder output. Degradation due to interference is not taken into account. Elektronikk 2006 Slide 17

18 Modulasjon og kodingsmetoder 4,50 4,00 32APSK 3,50 3,00 16APSK R u [bit/s] per unit R s ,50 2,00 1,50 modulation constrained Shannon limit 8PSK 1,00 0,50 QPSK DVB-S 0, Elektronikk 2006 Slide db

19 RCS uses DVB-S/S2 as the forward link The satellite system - and the satellite as the return link Broadcast Service Provider Broadcast Network Adaptor Feeder Station Interactive Service Provider Interactive Network Adaptor Gateway Station Can be the same terminal Advanced but affordable consumer equipment Elektronikk 2006 Slide 19

20 Frequency Frequency Return Link Signal Format Optional dynamic-slot MF-TDMA Time Fixed-slot MF-TDMA MF-TDMA Multi Frequency Time Division Multiple Access High utilization of the space segment return channel The symbol rate is not defined in the standard. The time slots are organized and numbered in frames and superframes to obtain efficient signalling on the forward link Time For simplified network operation Elektronikk 2006 Slide 20

21 Conceptual RCST Architecture Rx unit Tx unit Inter facility link Network interface unit User interface unit ODU Outdoor Unit IDU Indoor Unit Elektronikk 2006 Slide 21

22 User interfaces Generic computer Generic computer RCST IDU/LAN Interface RCST ODU Generic computer Generic computer Return link RCST IP MPE AAL MPEG ATM Air interface 10 base T Appli TCP/ UDP IP base T IP Forward link MPE MPEG2-TS DVB-S base T Elektronikk 2006 Slide 22

23 Pozuelo de Aragon Spain Elektronikk 2006 Slide 23

24 VoIP for Fiji Telecom Telecom Fiji has operational DVB-RCS network from Nera Satcom Connects islands to the international network Solar powered Nera DVB-RCS terminals provide Voice over IP and Broadband applications Internet Access, Tele-medicine, Distance learning, Local administration, Local business, Streaming radio and TV DVB-RCS QoS provides a reliable medium for VoIP transport. Variable capacity up-link allows prioritized access when channel loaded Flexible sharing of the unused bandwidth when the up-link is not loaded. Elektronikk 2006 Slide 24

25 GSM Coverage Example: TIM Brazil Coverage Source GSM Association Date March 2004 Satellites could extend coverage. GSM has helped bridge the digital divide and bring modern telecommunications services to chronically underserved communities in Africa, Asia and Latin America Elektronikk 2006 Slide 25

26 ALCATEL, Taiwan-prosjekt Elektronikk 2006 Slide 26

27 Telenor RCS dekning Elektronikk 2006 Slide 27