broadcast-systeme

Mobile Netzwerke - Hauptseminar im SS 99 - Dept. Distributed Systems - University of Ulm - Germany Slide 1

Broadcast-SystemeBroadcast-Systeme

Ulrich Schmid


Unidirektionale VerteilmedienUnidirektionale Verteilmedien

hohe Bandbreite vom Server (downstream)

kein Rückkanal (upstream)

Beispiele:- Video Broadcast mittels Set-Top Box- Paging Systeme

Probleme:- die zu übertragenden Informationen sind nur für eine einzige

Benutzer-gruppe optimiert- Hilfsmittel zum „Zuschneiden“ der Information auf einzelne

Benutzer nötig


Übertragungssystem DABÜbertragungssystem DAB

Ausstrahlungsverfahren- COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex)- 192 bis 1536 Teilbänder innerhalb eines 1,5 MHz Frequenzblocks

Frequenzen- erste Bedeckung in einem von 32 Blöcken im Bereich der Fernsehkanäle 5 -12- zweite Bedeckung in einem von 9 Blöcken im L-Band

Datenrate: 2,304 Mbit/s (netto 1,2 bis 1,536 Mbit/s)

Modulation: differentielle 4-Phasenmodulation (QPSK)

Audio-Programme pro Frequenzblock: typisch 6, max.192 kbit/s

kann stationär, portabel und mobil (bis etwa 200 km/h) mit einer

Stabantenne empfangen werden


Flächendeckung von DABFlächendeckung von DAB


MUSICAMMUSICAM

Masking pattern adapted Universal Subband lntegrated Coding And

Multiplexing

psychoakustische Effekte der menschlichen Hörwahrnehmung werden

ausgenutzt: Mit mathematischen Analyseverfahren werden die nicht

wahrnehmbaren Ton- informationen herausgefiltert

Im Vergleich zur CD (mit 1411 kbit/s) kommt DAB mit etwa ein Siebtel der

Datenrate ohne hörbaren Qualitätsunterschied aus

Stereoprogramm benötigt 192 kbit/s

ein Nachrichtenkanal in Mono benötigt 96 kbit/s

da Datenrate flexibel, dadurch Platz für zusätzliche Datendienste


COFDM (1)COFDM (1)

Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex

mehrere DAB-Programme werden zu einem Block zusammengefaßt

und in Teilinformationen zerlegt

sie werden auf 1536 Trägerfrequenzen verteilt und mit großer

Bandbreite (1,5 MHz) gemeinsam übertragen

in einem Block lassen sich z.B. sechs hochwertige

Stereoprogramme senden

Vergleich zum analogen UKW: ein Programm schmalbandig (0,3

MHz) auf einer Frequenz ausgestrahlt.


CODFM (2)CODFM (2) klarer, rauschfreier Empfang

bei UKW z.T. Rauschen wegen Reflexionen (Mehrwegempfang)

mit CODFM codierte DAB-Signale sind mit speziellem

Schutzintervall (Guard Intervall) versehen, dadurch eindeutige

Erkennung von identischen Signalanteilen

Reflexionssignale werden mit direkt einfallenden Signalen in einem

Zwischenspeicher gesammelt und zu einer Gesamtinformation

zusammen-gefügt

der Mehrwegempfang dient bei DAB als zusätzliche

Informationsquelle bei Störung des Direktsignals


Synchronisation der Synchronisation der ReflexionenReflexionen

Guard Interval Symboldauer


COFDM (3)COFDM (3)

wegen Unempfindlichkeit gegen Mehrwege-Empfang wird im

gesamten Verbreitungsgebiet derselben Frequenzblock benutzt

dadurch werden großflächige DAB-Sendernetze

frequenzökonomischer betrieben als bei UKW

(Gleichwellenbetrieb)

zum sicheren DAB-Empfang genügt eine bis zu 90 Prozent

geringere Sendeleistung als bei UKW

dadurch kostengünstiger Betrieb

weniger Belastung der Umwelt mit elektromagnetischer Strahlung


DAB-EnsembleDAB-Ensemble

Multiplex: bei digitalem System die Summe der Programme bestehend

aus Bild, Ton und Daten, die in einem Datenstrom ausgestrahlt werden

max. Übertragungskapazität für ein DAB-Ensemble ca. 2,4 MBit/s

berücksichtigen bereits die Datenkapazität für Kanalkodierung

(Fehlerschutz)

Übertragungskapazität von 2,048 Mbit/s reicht nicht aus um ein

komplettes DAB-Ensemble samt DAB-Kanalkodierung zu transportieren

deshalb werden nur die unbedingt zum Konstruieren des DAB-

Ensembles nötigen Daten zum CODFM-Generator übertragen

Kanalfehlerschutz und das Ensemble werden im COFDM-Generator

erzeugt


DAB-Ensemble (2)DAB-Ensemble (2)

DAB-Ensemble stellt 3 verschiedene Übertragungswege zur

Verfügung- Synchronisationskanal- MSC (Main Service Channel)

- zum überwiegenden Teil werden hier die Dienstkomponenten übertragen- FIC (Fast Information Channel)

- ein geringer Teil der Dienstkomponenten kann auch im Datenkanal des FIC untergebracht werden

MSC ist in Subchannels (SC) untergliedert, jeder trägt eine Dienst-

komponente

von der Gesamtkapazität des MSC läßt sich ein beliebiger Anteil

für Datendienste reservieren

die Kapazität der Subchannels muß ein Vielfaches von 8kbit/s

betragen


ÜbertragungsrahmenÜbertragungsrahmen

SynchronisationChannelSC

Main ServiceChannel

FIC

MSC

Null-symbol

Referenz-symbol

Daten-symbol

Daten-symbol

Daten-symbol

. . . . . .

Symbol

Schritt Ts

Tu

Rahmendauer TF

Schutzzeit Td

L 0 0 12 L-11 L

Fast InformationChannelFIC

Quelle: Krüger


DAB-Ensemble (3)DAB-Ensemble (3)

bei Planung eines DAB-Ensembles sind Regeln für Aufteilung der

Gesamtkapazität erforderlich

DAB läßt unterschiedliche Fehlerschutzklassen zu - auch innerhalb

eines Multiplex

organisatorische Einheit ist der 24ms-Rahmen, hier stehen 55296

Bit zur Verfügung

kleinste Übertragungskapazität ist eine CU (Capacity Unit) und

beträgt 64 Bit

medienrechtliche Zuweisung erfolgt meist auf Basis von CU


DAB SignalerzeugungDAB Signalerzeugung

Trans-mitter

Trans-missionMulti-plexer

MSCMulti-plexer

OFDM

PacketMux

ChannelCoder

AudioEncoder

ChannelCoder

DAB SignalService Information FIC

MultiplexInformation

DataServices

AudioServices

Radio Frequency

FIC: Fast Information ChannelMSC: Main Service ChannelOFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing

Quelle: Krüger


DAB-EmpfängerDAB-Empfänger

PacketDemux

AudioDecoder

ChannelDecoder

IndependentDataService

AudioService

Controller

TunerOFDM

Demodulator

User Interface

FIC

Control Bus

(partial)MSC

DAB Signal

Quelle: Krüger


DatendiensteDatendienste

DAB stellt zwei Datenübertragungsverfahren zur Verfügung

PAD (Programme Associated Data)- wird mit jedem Audioprogramm übertragen- variable Datenrate: 667 bit/s - 65 kbit/s- z.B. für Kontrollinformationen, Titel, Interpreter der gesendeten Lieder

Independant Data Service- z.B.: Verkehrsinformationen- Möglichkeit programmunabhängige Datendienste zu übertragen- Daten werden über den FIC übermittelt


BitratenmanagementBitratenmanagement

DAB ist ein datentransparentes Übertragungssystem

im DAB-Ensemble werden Rundfunkprogramme und Datendienste

übertragen, die unterschiedliche Datenraten benötigen

der DAB-Multiplex kann während des Betriebs geändert werden

wenn Kapazitäten frei werden, können sie anderweitig verwendet

werden


RekonfigurationRekonfiguration

D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9

Audio 1192 Kbit/s

PAD

Audio 2192 Kbit/s

PAD

Audio 3192 Kbit/s

PAD

Audio 4160 Kbit/s

PAD

Audio 5160 Kbit/s

PAD

Audio 6128 Kbit/s

PAD

DAB - Multiplex

D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9

Audio 1192 Kbit/s

PAD

Audio 2192 Kbit/s

PAD

Audio 3128 Kbit/s

PAD

Audio 4160 Kbit/s

PAD

Audio 5160 Kbit/s

PAD

Audio 796 Kbit/s

PAD

DAB - Multiplex - vorübergehend rekonfiguriert

Audio 896 Kbit/s

PADD10 D11

Quelle: Krüger


MOTMOT

Multimedia Object Transfer Protocol

da DAB für Audioprogramme konzipiert ist, ist es ungeeignet Texte

oder Bilddaten zu übertragen

dafür wird ein Datenübertragungsstandard eingesetzt, der speziell

für DAB entwickelt wurde und mit ftp vergleichbar ist

Bosch entwickelte damit DMB (Digital Multimedia Broadcasting) als

Erweiterung zu DAB

mit Hilfe von Videokompressionsverfahren und DAB können

Bewegtbild-informationen in Echtzeit empfangen werden


Übertragungssystem DVBÜbertragungssystem DVB

Digital Video Broadcasting

digitales Fernsehen, ist unterteilt in - DVB-C, DVB wird über Kabel übertragen- DVB-S, DVB wird durch Satelliten übertragen- DVB-T, DVB wird terrestrisch übertragen

DVB-C und DVB-S sind schon erhältlich, problematisch ist derzeit

noch DVB-T da es - wie DAB - über Stabantenne empfangbar sein

soll, also stationär, portabel und mobil


Probleme bei DVB-TProbleme bei DVB-T

heutige Dachantenne mit Richtcharakteristik haben einen

Antennengewinn zwischen 10 und 15 dB

dadurch können Echostörungen und Signale von Gleichkanal- und

Nachbarkanalsendungen ausgeblendet werden

werden alle Unterschiede zwischen Richtantenne und

Stabantenne berücksichtigt, ergibt sich ein Unterschied von 40 -

45 dB

eine Erhöhung der Senderleistungen deshalb unrealistisch

eine Lösung bietet die hierarchische Modulation


Hierarchische ModulationHierarchische Modulation

Die DVB-T-Signale werden in zwei Teile aufgespalten

Teil 1 - überträgt relativ geringe Datenraten, die auch noch bei geringen

Störabständen empfangen werden können- wird mittels QPSK moduliert mit einer geringen Coderate (z.B. ½)- Nutzdatenrate 4,98 MBit/s

Teil 2 - ermöglicht parallel dazu die Übertragung wesentlich größerer Datenraten -

aber mit höheren Anforderungen an den Störabstand- wird mit 16-QAM oder 64-QAM moduliert und einer größeren Coderate

(z.B. 5/6 )- Nutzdatenrate 16,59 Mbit/s

stationäre Empfänger entschlüsseln den zweiten Teil des Signals

portable oder mobile Empfänger müssen je nach

Empfangsbedingung zwischen den beiden Teilen umschalten


Beispiel: High Speed InternetBeispiel: High Speed Internet

Multiplex parallel zum digitalen TV

Satelliten-empfänger

PC mit DVB-Steckkarte

Diensteanbieter(z.B. InternetProvider)

Satellitenbetreiber

Informationsanbieter(z.B. DVD Videos, MPEG-2)

Standleitung

TCP/IP

Internet

Downlink über DVB-Empfänger; Datenrate pro Anwender: 6-38 Mbit/s

Uplink über ein normales Modem

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