Digitala TV-mottagare Anders Nyberg SVT Teknik Strategi 2009 Digitala TV-mottagare Set-top-box eller IRD (integrated receiver decoder) IDTV (Integrated Digital TV) PC-kort 1
Digital TV Ljud, bild, text-tv, undertext Interaktivitet? Tilläggstjänster knutna till programmen - Enhanced broadcasting? Internet, e-post, EPG, spel? Shopping, bankärenden etc? Beståndsdelar Hårdvara API, Operativsystem Applikationer Conditional Access system - åtkomstkontroll 2
Arkitektur Applikationer API OS Eventuellt Integrerat Drivrutiner Hårdvara Hårdvara Tuner & Demodulator Front-end C-Kabel, S-Satellit, T-Marksänd, IP-Bredband Demultiplexer Descrambler MPEG Audio & Video decoder CPU, RAM, flashminne, Grafik, D/A Diverse in- och utgångar, Modem, Ethernet 3
DVB Systemet 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 Bild & Ljud MPEG-2 DVB kodare Bilden komprimeras Ljudkällan komprimeras Data information Video, Ljud och Dataströmmar multiplexeras MPEG-2 DVB Avkodare TV Sänds via kabel, satellit eller marksändare Demultiplexering Avkodning Uppspelning på TV:n MPEG 2 System Video encoder Audio encoder Elementary Streams System encoder PES Syntax Transport Stream System decoder PES Syntax Elementary Streams Video decoder Audio decoder Not Standardized MPEG-2 Standards 4
Kanalegenskaper Satellit Kabel Marksändning Bredbandsnät Signalstyrka Låg Hög Låg - Hög -- Reflexer Nej Små Starka -- Tillgänglig Bandbredd Olinearitet (klippning) Stor Liten Liten Liten Ja Nej Nej -- Störningar Brus Interferens Starka sporadiska Dataförlust Tidsjitter DVB-S satellit MPEG-2 Transport ström Adaption: Yttre felskydd: Reed - Solomon kod Pulsformning Randomisering Interfoliering Inre felskydd: Faltnings kod I Q QPSK Modulering IF Anpassat för f r att fungera för f transponder bandbredder mellan 26MHz - 72 MHz. En bärvb rvåg. Bra felskydd. QPSK signal medger mottagning av svaga signaler. RF Frekvens omvandling 5
DVB-C kabel MPEG-2 Transport Ström Adaption: Yttre felskydd: Reed - Solomon kod I Randomisering Interfoliering Pulsformning Q QAM Modulering IF Frekvens omvandling Anpassat för f r kabel-tv kanalkanalraster. Ingen inre faltningskod System baserat påp 64 QAM, men både b högre h och lägre l moder möjligam Maximal bitahstighet per kanal cirka 38.5 Mbits/s MPEG-2 Transport Ström Adaption: Randomisering DVB-T terrester Yttre felskydd: Reed - Solomon kod Yttre Interfoliering Inre felskydd: Faltnings kod Inre Interfoliering Symbol mappning Synk, piloter och TPS data Till sändaren Frekvens omvandling Omvandling digital till analog Lägg till skyddslucka Generering av OFDM vågform Anpassning av dataram 6
DVB avkodare, visar på likheter Marksändsignal Satellitsignal RF & QPSK demod Matchat filter & utjämnare Inre felskydd FEC dekoder Synk detektor Kabelsignal Regenerering av bärvåg och bitklocka Interfoliering Reed- Solomon avkodare Borttagning av randomisering Outgångs interface Data Klocka DVB avkodare, visar på likheter Marksändsignal Satellitsignal Kabelsignal RF & QPSK demod RF & QAM demod Matchat filter & utjämnare Matchat filter & utjämnare Inre felskydd FEC dekoder Differentiell avkodare Synk detektor Regenerering av bärvåg och bitklocka Interfoliering Reed- Solomon avkodare Borttagning av randomisering Outgångs interface Data Klocka 7
DVB avkodare, visar på likheter Marksändsignal RF & OFDM demod Interfoliering Satellitsignal RF & QPSK demod Matchat filter & utjämnare Inre felskydd FEC dekoder Synk detektor Kabelsignal RF & QAM demod Matchat filter & utjämnare Differentiell avkodare Regenerering av bärvåg och bitklocka Interfoliering Reed- Solomon avkodare Borttagning av randomisering Outgångs interface Data Klocka Orthogonal Frequency Division Multiplex OFDM - kanal 1116 Hz 0,4 MHz 6817 bärvågor 7,6 MHz 8
Flevägsutbredning (fädning) Reflex Extra väg T (fördröjning) Sändare Mottagare Destruktiv interferens T = (n+0,5) / frekvensen (reflekterad signal i motfas) Konstruktiv interferens T = (n+0,5) / frekvensen reflekterad signal i fas 6817 bärvågor 7,6 MHz Eko, frekvensgång 9
QPSK Quadrature Phase Shift Keying Quadrature Phase Shift Keying D = 0 db QPSK 2 bitar per symbol Quadrature Phase Shift Keying 16 QAM D = 0 db 16 QAM 4 bitar per symbol QPSK 2 bitar per symbol D / 3 = -9,5 db - QPSK - 16 QAM 10
64 QAM Quadrature Amplitude Modulation D = 0 db 6 bitar per symbol D / 7 = -16,9 db - QPSK - 64 QAM Hierarkisk flernivå QAM När mottagningsförhållanden och C/N försämras kan 16 punkter konstellationens 64 QAM punkter användas ndas som en punkt i en QPSK konstellation 11
DVB-T Hierarkisk modulation Användbar ndbar datahastighet: 21.57 Mbit/s inom en datacontainer med två nivåer av robusthet Program 1 Program 2 Program 3 Baseline Program 4 64 QAM för ömtåliga delen 16.59 Mbit/s QPSK för robusta delen 4.98 Mbit/s Med multiresolution QAM med innre FEC : 5/6, 1/2 C/N som behövs i den yttre delen av täckningsomrt ckningsområdet. (Rice( kanal) 22.7 db för f ömt mtålig del 7.1 db för f robust del Fourier-transformen Frekvensrepresentation Vågform I Exempel. 64 QAM / 8K I och Q för en bärvåg OFDM vågform för en datasymbol 8 nivåer Q 1 / T = 1000 Hz (frekvens) IDFT 13634 värden (16384) T = 1 ms (tid) 8 nivåer (frekvens) DFT för 8K kräver mer än 10 000 multiplikationer och 50 000 additioner 6817 värden (8192) motsvarar 7,6 MHz IDFT = Invers Diskret Fourier Transform 12
Transmissionsram för DVB-T f 1 Bärvåg 0 f 1 + 7.61 MHz Bärvåg k max Frekvens Symbol 67 Symbol 0 Symbol 1 Symbol 2 Symbol 3 Kontinuerlig Pilot Data Scattered Pilot Kontinuerlig Pilotsignal TPS-Pilot TPS-Pilot Kontinuerlig Pilot 2k-mode: k max - 1704 8k-mode: k max - 6816 Tid Bärvågsavstånd i 2K-mode = 4464 Hz, i 8K-mode = 1116 Hz Skyddslucka Skydds- lucka T G Symboltid T S Fördröjd reflekterad signal Exempel för f r 8K system: T s = 1ms, T G =0.25ms 1 ms motsvarar 300 km 13
DVB-T Skyddslucka Direktsignal t Eko 1 t Eko 2 t Co-channel t Mottagen signal t T g T s T want DVB-T Sändaren 14
Randomisering Randomisering 15
Reed-Solomon felskydd Interfoliering 16
Faltningskodning Punktering av kod 17
Gruppering av data DVB-T Modulationsteknik Randomisering Avlägsnar systematiska bit-mönster (0000.. eller 11111..) Reed-Solomon kodning Felskydd, korrigerar upp till 8 byte av 204 (~4% felhalt) Interfoliering Motverkar att en felskur drabbar intilliggande databitar Faltningkodning Extra felskydd (skurfelsrättande) Gruppering av data Omvandlar binära data till amplitudvärden Interfoliering Motverkar selektiv fädning (bortfall av enstaka bärvågor) 18
TPS f 1 Bärvåg 0 f 1 + 7.61 MHz Bärvåg k max Frekvens Symbol 67 Symbol 0 Symbol 1 Symbol 2 Symbol 3 Kontinuerlig Pilot TPS-Pilot Kontinuerlig Pilot Data Kontinuerlig Pilotsignal Scattered Pilot TPS-Pilot Tid Transmission Parameter Signalling Sänds parallellt över 68 fast tilldelade bärvågor Moduleras som differentiell 2-fas modulering (DPSK-2) Demoduleras utan låsning till pilottoner Överför 68 bitar (en frame) varav 37 är information Innehåller information för inställning av DVB-T demodulatorn 19
TPS Telegrammet 23 bitar 68 bitar = 1 ram Run-in Synkord Antal databitar (=23) Ram-nummer (0-3) QAM - Konstellation Hierakisk modulering FEC - rate (dataström1) FEC - rate (dataström2) Skyddslucka Transmissionsmod (2 alt. 8K) Reserv, framtida användning Felskydd Spektrum 20
DVB-T egenskaper Samma kärna som DVB-S och DVB-C. Punkterad faltningskod som i DVB-S OFDM baserad QPSK eller QAM modulation vilket ger bra stabilitet mot flervägs-fäding DVB-T erbjuder 2k eller 8k OFDM Två nivåers hierarkisk kanalkodning och modulation möjligt Hierarkisk MPEG-2 källkodning Möjlighet till nationella eller lokala single frequency networks. DVB-T varianter Svensk konfiguration Engelsk konfiguration Tysk konfiguration Mbit/s 21
Prestanda Sändareffekt (relativ) 300W 100W 30W 10W 3W 1W Sverige Storbrittanien Tyskland Modulation Svensk multiplex konfiguration Code Rate (FEC) 2 / 3 Guard Interval 1 / 8 Mode 64 QAM 8K Bit-rate 22,12 Mbit/s 22
Singelfrekvens nät Gap filler 23
DVB-T2 Signalmoder Felkorrigering Skyddslucka FFT (bärvågor) Pilottoner Kontinuerlig pilot DVB-T QPSK, 16-QAM, 64-QAM Faltningskod + RS 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 2K, 8K 8% 2,6% DVB-T2 QPSK, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM LPDC + BCH 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6 1/4, 19/256, 1/8, 19/128, 1/16, 1/32, 1/128 1K, 2K, 4K, 8K, 16K, 32K 1%, 2%, 4%, 8% 0,35% 24
DVB-T2, PLP Service Specific Robustness - Physical Layer Pipes (PLP - Varje Slice har egen Signalmode och felskydd - Batterisparfunktion MIMO Två DVB-T signaler på samma frekvens Dubbelantenn vertikal/horisontell 25
Diversitet Fortsatt Utveckling Dubbla antenner Två samarbetande radiomottagare 8K (100 km/tim) 2K (teoretiskt 4X högre) DVB Handheld (DVB-H) Nyheter Ny mode 4K Time-slicing (batterisparfunktion) Bit-rate up till 10 Mbit/s T.ex. 30 TV strömmar om 300 kbit/s Terminaler med DVB-H / GSM för interaktivitet 26
DMB Digital Multimedia Broadcast 27
Länkar http://www.ebu.ch/en/technical/trev/trev_home.html http://www.bbc.co.uk/rd/pubs/index.shtml 28