Komunikační systémy pro perspektivní kmitočtová pásma Digitální televizní a rozhlasové systémy doc. Ing. Tomáš Kratochvíl, Ph.D Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně
Poděkování Vytvoření této prezentace bylo finančně podpořeno projektem CZ.1.07/2.3.00/09.0092 Komunikační systémy pro perspektivní kmitočtová pásma operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost. Finanční podpora byla poskytnuta Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
Obsah prezentace Digitální televizní vysílání DVB - standardy první a druhé generace Digitální rozhlasové vysílání DAB Digitální televize DVB-T - Limitní úrovně a set-top boxy Digitální televize DVB-T - Anténní systémy pro příjem
Digitální televizní a rozhlasové systémy Digitální televizní vysílání DVB standardy první a druhé generace doc. Ing. Tomáš Kratochvíl, Ph.D Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně
Obsah prezentace Přenosový řetězec digitální televize DVB (první a druhé generace) Transportní tok MPEG-2 TS a statistická multiplexace programů Kvalita obrazu při přenosu digitální televize MPEG-2 vs. H.264 AVC Charakteristika přenosu DVB-S/C/T (první generace) Charakteristika přenosu DVB-S2/C2/T2 a DVB-H/SH (druhá generace) Současný stav standardizace DVB a druhé generace Výhledy rozšíření služeb HDTV kratot@feec.vutbr.cz strana 2
Přenosový řetězec DVB MPEG-2 TS kratot@feec.vutbr.cz strana 3
Statistická multiplexace MPEG-2 TS kratot@feec.vutbr.cz strana 4
Monitorování protokolu MPEG-2 TS kratot@feec.vutbr.cz strana 5
Kvalita obrazu digitální televize 1/5 Nepříznivé podmínky při příjmu ATV (snižující se C/N, zvyšující se šum) Nepříznivé podmínky při příjmu DTV (snižující se C/N, zvyšující se BER) kratot@feec.vutbr.cz strana 6
Kvalita obrazu digitální televize 2/5 Blockiness Cliff-off Chybovost BER kratot@feec.vutbr.cz strana 7
Kvalita obrazu digitální televize 3/5 Zdroj: Měření ÚREL, 2008 a 2009 Ref: Kratochvíl, T. Slanina, M. Digital Video, Edited by: Floriano De Rango, ISBN 978-953-7619-70-1, 2010, INTECH Metrika DVQL a) reference, b) blockiness a cliff-off v obraze kratot@feec.vutbr.cz strana 8
Kvalita obrazu digitální televize 4/5 Programy DVQL-W [%] ČT1 81,82 ČT2 79,36 ČT4 74,26 ČT24 78,36 Zdroj: Měření ÚREL 2008 DVB-T MPEG-2 DR [Mbit/s] 4,14 3,93 4,61 2,82 DVQL-W [ % ] 90 Závislost Data Rate v čase 85 80 čt1 čt2 75 čt4 70 čt24 65 60 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 t [ h ] kratot@feec.vutbr.cz strana 9
Kvalita obrazu digitální televize 5/5 Zdroj: Měření ÚREL, 2008 a 2009 Ref: Kratochvíl, T. Slanina, M. Digital Video, Edited by: Floriano De Rango, ISBN 978-953-7619-70-1, 2010, INTECH Obrazové artefakty a) MPEG-2, b) H.264 AVC (MPEG-4 Part 10) kratot@feec.vutbr.cz strana 10
Charakteristika přenosu DVB-S 1/2 DVB-S (Digital Video Broadcasting Satellite) od roku 1993 Standard ETSI - EN 300 421 V1.1.2 (08/97) Framing structure, channel coding and modulation for 11/12 GHz satellite services Průvodce měřením - ETSI TR 101 290 v1.2.1 (2001-05) FEC zabezpečení (RS + vnitřní prokladač + konvoluční kód) Modulace QPSK (4 stavy nosné, kompenzace nelinearity) CS Link: 12 525 MHz, CR = 3/4, SR = 27,5 MS/s, cca 6 programů Šířka kanálu typického transpondéru B = 36 MHz C/N > 6,8 db (CR = 3/4) pro BER po RS dekódování < 1.10-11 (QEF) MPEG-2 TS: DR = 38,01 Mbit/s (50,69 Mbit/s včetně FEC) kratot@feec.vutbr.cz strana 11
Charakteristika přenosu DVB-S 2/2 Zdroj: Fischer, W. Digital Video and Audio Broadcasting Technology. A Practical Eng. Guide (2ed), Springer 2008 kratot@feec.vutbr.cz strana 12
Charakteristika přenosu DVB-S2 1/4 DVB-S2 (Digital Video Broadcasting Satellite 2 nd ) od roku 2005 Standard ETSI - EN 302 307 V1.2.1 (08/09) Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications Zvýšení přenosové účinnosti za stejných přenosových podmínek v režimu širokopásmového satelitního televizního vysílání o cca 30%. H.264 AVC HDTV (720p, 1080i) 4 HDTV kanály v transpondéru LDCP (Low-Density Parity Check) + BCH (Bose Chaudhuri Hocquenghem) Další modulačních metody 8-PSK, 16-APSK a 32-APSK Hierarchická modulace, IP přenosy, Adaptive Coding and Modulation kratot@feec.vutbr.cz strana 13
Charakteristika přenosu DVB-S2 2/4 Zdroj: Fischer, W. Digital Video and Audio Broadcasting Technology. A Practical Eng. Guide (2ed), Springer 2008 kratot@feec.vutbr.cz strana 14
Charakteristika přenosu DVB-S2 3/4 Zdroj: Fischer, W. Digital Video and Audio Broadcasting Technology. A Practical Eng. Guide (2ed), Springer 2008 kratot@feec.vutbr.cz strana 15
Charakteristika přenosu DVB-S2 4/4 Zdroj: DVB-S2 Fact Sheet, www.dvb.org, 2010 a EBU Technical Review 10/2004 kratot@feec.vutbr.cz strana 16
Obrazové formáty 1/3 1080 LCD Full HD 1080i/p 768 720 575 480 575i/p PAL 480i/p NTSC LCD HD Ready 720p 0 720 1280 1366 1920 kratot@feec.vutbr.cz strana 17
Obrazové formáty 2/3 Zdroj: Encyklopedie Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/hdtv, 2010 kratot@feec.vutbr.cz strana 18
Obrazové formáty 3/3 Zdroj: Fischer, W. Digital Video and Audio Broadcasting Technology. A Practical Eng. Guide (2ed), Springer 2008 ITU-R.BT709 kratot@feec.vutbr.cz strana 19
HDTV česky ze satelitu (DVB-S/S2) Zdroj: Přehledy programů v HDTV, www.parabola.cz, 03/2010 Nova HD (7 až 10) Mbit/s CBR? kratot@feec.vutbr.cz strana 20
Charakteristika přenosu DVB-C 1/2 DVB-C (Digital Video Broadcasting Cable) od roku 1994 Standard ETSI - EN 300 429 V1.2.1 (04/98) Framing structure, channel coding and modulation for cable systems Průvodce měřením - ETSI TR 101 290 v1.2.1 (2001-05) FEC zabezpečení (RS + vnitřní prokladač) Modulace 64-QAM (64 stavů nosné na koaxiálním kabelu 75 Ω) UPC: S kanály do cca 300 MHz, SR = 6,9 MS/s, cca 6 programů Šířka televizního kanálu B = 8 MHz, standardní TV rastr CCIR D/K C/N > 26 db (pro 64QAM) pro BER po RS dekódování < 1.10-11 (QEF) MPEG-2 TS: DR = 38,15 Mbit/s (41,40 Mbit/s včetně FEC) kratot@feec.vutbr.cz strana 21
Charakteristika přenosu DVB-C 2/2 Zdroj: Fischer, W. Digital Video and Audio Broadcasting Technology. A Practical Eng. Guide (2ed), Springer 2008 kratot@feec.vutbr.cz strana 22
Charakteristika přenosu DVB-C2 1/3 DVB-C2 (Digital Video Broadcasting Cable 2 nd ) od roku 2010 Standard ETSI zatím není, DVB BlueBook A138 (03/10) DVB-C2 je primárně určeno pro vysílání ve vysokém rozlišení HDTV, H.264 AVC a pro službu Video-on-Demand (domácí videotéka) Doporučena modulace 256-QAM v TV kanálech do 862 MHz Šíření v sítích Hybrid Fibre-Coaxial (HFC), které jsou optimalizované pro vyšší schémata modulace než DVB-C s vysíláním ve standardním rozlišení obrazu SDTV a MPEG-2 Spektrální účinnost je vyšší o cca 30% (v HFC sítích až 60%) Uvažovány jsou kanály s šířkou pásma až 32 MHz. kratot@feec.vutbr.cz strana 23
Charakteristika přenosu DVB-C2 2/3 Zdroj: DVB-C2 Fact Sheet, www.dvb.org, 2009 http://www.dvb.org/technology/dvbc2/ kratot@feec.vutbr.cz strana 24
Charakteristika přenosu DVB-C2 3/3 Zdroj: DVB-C2 Fact Sheet, www.dvb.org, 2009 kratot@feec.vutbr.cz strana 25
Charakteristika přenosu DVB-T 1/5 DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial) od roku 1997 Standard ETSI - EN 300 744 V1.6.1 (01/09) Framing structure, channel coding and modulation for digital terrestrial television Průvodce měřením - ETSI TR 101 290 v1.2.1 (2001-05) Multiplex COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex) s několika tisíci subnosnými kmitočty v přenosovém kanále Subnosné kmitočty nulové, datové, pilotní s pevnou pozicí, pilotní s rozptýlenou pozicí, signalizace parametrů přenosu TPS (Transmission Parameter Signaling) pro přijímač (set-top box) Potlačení vlivu vícecestného šíření a příjmu zpožděných signálů, selektivních úniků a úzkopásmového nebo širokopásmového rušení Ochranný interval (Guard Interval) umožňuje standardu DVB-T/H provoz v jednofrekvenční síti SFN (Single Frequency Network) kratot@feec.vutbr.cz strana 26
Charakteristika přenosu DVB-T 2/5 Kombinace systémových parametrů vysílání DVB-T umožňuje optimalizovat nastavení sítě SFN podle požadavků na vysílání: 3 vnitřní modulace datových nosných (QPSK, 16-QAM, 64-QAM) 5 poměrů konvolučního zabezpečení FEC (1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8) 4 délky ochranného intervalu (1/32, 1/16, 1/8, 1/4) 2 módy počtu nosných - 2k (1705) nebo 8k (6817) 3 šířky televizního kanálu (8, 7, 6) MHz 3 módy hierarchické modulace s parametrem α (1, 2, 4) - není Možnost přizpůsobení systémových parametrů přenosu DVB-T/H pro statický, přenosný a mobilní příjem s Dopplerovým posuvem Pozn.: Vysílání MUX1 a DVB-T podle TPP (Technický plán přechodu na DTV) kratot@feec.vutbr.cz strana 27
Charakteristika přenosu DVB-T 3/5 Zdroj: Fischer, W. Digital Video and Audio Broadcasting Technology. A Practical Eng. Guide (2ed), Springer 2008 kratot@feec.vutbr.cz strana 28
Charakteristika přenosu DVB-T 4/5 Zdroj: ETSI EN 300 744 (DVB-T), 2004 kratot@feec.vutbr.cz strana 29
Charakteristika přenosu DVB-T 5/5 Zdroj: Měření ÚREL, 2008 a 2009 AWGN 30dB F1 -RICEAN 30dB P1 - RAYLEIGH 30dB VU30 30dB HM=1 VU30 30dB HM=2 VU30 30dB HM=4 kratot@feec.vutbr.cz strana 30
Charakteristika přenosu DVB-T2 1/5 DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial 2 nd ) od roku 2009 Standard ETSI - EN 302 755 V1.1.1 (09/09) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) COFDM s modulací 256-QAM (ne 128 QAM) LDPC a BCH kódy (stejné s DVB-S2) 3 nové módy OFDM - 1k, 16k a 32k (délka symbolu v 32k je 4ms) 3 nové délky ochranného intervalu GI - 1/128, 19/256, 19/128 Mód 32k má délku symbolu 4ms a maximální GI 1/8 Menší počet pilotních nosných (jen v 8 rámcích) Šířka kanálu 1.7, 5, 6, 7, 8 a 10 MHz kratot@feec.vutbr.cz strana 31
Charakteristika přenosu DVB-T2 2/5 Možnost přenášet více transportních toků v jednom televizním kanále PLPs (Physical Layer Pipes), Kombinace služeb pro pevný (např. 256-QAM, CR 3/5), přenosný (např. 16-QAM, CR 4/5) a mobilní (např. QPSK, CR 3/4) příjem Vše v jednom přenosovém kanále - signalizace v každém fyzickém rámci a nutné monitorování a měření přes jednotlivé PLP! Použití MISO (Multiple-Inputs Single-Output) a Alamouti kódování Diverzitní příjem pro zlepšení pokrytí v malých sítích SFN Aplikace redukce PAPR (Peak to Average Power Reduction) Rotated Constellation nová technika přenosu I/Q složek, redukce Future Extension Frames vyhrazeny pro další (budoucí) služby kratot@feec.vutbr.cz strana 32
Charakteristika přenosu DVB-T2 3/5 Zdroj: DVB-T2 Fact Sheet, www.dvb.org, 2009 http://www.dvb.org/technology/dvbt2/ kratot@feec.vutbr.cz strana 33
Charakteristika přenosu DVB-T2 4/5 Zdroj: Discover DVB-T2 Seminar Tour, Rohde&Schwarz, 2009 kratot@feec.vutbr.cz strana 34
Charakteristika přenosu DVB-T2 5/5 Zdroj: Discover DVB-T2 Seminar Tour, Rohde&Schwarz, 2009 MISO DVB-T SFN DVB-T2 MISO kratot@feec.vutbr.cz strana 35
Výhled rozvoje pozemního vysílání DVB 1/4 Interaktivní aplikace MHP (Multimedia Home Platform) statisticky multiplexovaná data ve formě datových objektů, objektový karusel Datové vysílání IPDC (Internet Protocol Datacasting) IP přenosy, signalizace servisních informací k programům PSI/SI, průvodce ESG (Electronic Service Guide), CDP (Content Delivery Protocol) apod. kratot@feec.vutbr.cz strana 36
Výhled rozvoje pozemního vysílání DVB 2/4 Zdroj: www.dvb.org, 2009 Test UK: MFN DVB-T (64-QAM, 2k, 2/3, GI 1/32) a ekvivalentní DVB-T2 (256-QAM, 32k, 3/5, GI 1/128) ukazuje nárůst přenosové rychlosti z 24,13 Mbit/s na 35,4 Mbit/s (+46.5%) pro Gaussův kanál Test Itálie: SFN DVB-T (64-QAM, 8k, 2/3, GI 1/4) a ekvivalentní DVB-T2 (256-QAM, 32k, 3/5, GI 1/16) ukazuje nárůst přenosové rychlosti z 19,91 Mbit/s na 33,3 Mbit/s (+67%) pro Gaussův kanál ČR: České radiokomunikace - testy DVB-T2 v roce 2010, start 2013 DVB-T se stalo prostředkem k digitalizaci a ASO (Analogue Switch Off) DVB-T2 přináší nové možnosti modulace, kódování a dekódování MPEG-4 AVC a HDTV, vícekanálový zvuk a datové přenosy? kratot@feec.vutbr.cz strana 37
Výhled rozvoje pozemního vysílání DVB 3/4 Zdroj: www.dvb.org, 2009 kratot@feec.vutbr.cz strana 38
Výhled rozvoje pozemního vysílání DVB 4/4 Zdroj: ST 3/2009 Kratochvíl, T. Standardy DVB pro zemské digitální televizní vysílání a mobilní televizi kratot@feec.vutbr.cz strana 39
Standardizace DVB druhé generace 1/5 DVB-S2 (Digital Video Broadcasting Satellite 2 nd ) DVB Fact Sheet - July 2009 2nd Generation Satellite - The most advanced Satellite Broadcasting system in the world EN 302 307 V1.2.1 (08/09) Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications TR 102 376 V1.1.1 (02/05) User guidelines for the second generation system for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications TS 102 441 V1.1.1 (10/05) DVB-S2 Adaptive Coding and Modulation for Broadband Hybrid Satellite Dialup Applications kratot@feec.vutbr.cz strana 40
Standardizace DVB druhé generace 2/5 DVB-T2 (Digital Video Broadcasting Terrestrial 2 nd ) DVB Fact Sheet - March 2010 2nd Generation Terrestrial - The World s Most Advanced Digital Terrestrial TV System EN 302 755 V1.1.1 (09/09) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) DVB BlueBook A122 (12/09) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) (den302 755 V1.2.1) DVB BlueBook A133 (12/09) Implementation guidelines for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) (draft TR 102 831 V1.1.1) TS 102 773 V1.1.1 (09/09) Modulator Interface (T2-MI) for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) kratot@feec.vutbr.cz strana 41
Standardizace DVB druhé generace 3/5 DVB-C2 (Digital Video Broadcasting Cable 2 nd ) DVB Fact Sheet - March 2010 2nd Generation Cable - The World s Most Advanced Digital Cable TV System DVB BlueBook A138 (03/10) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital transmission system for cable systems (DVB-C2) DVB BlueBook A147 (03/10) DVB-C2 Implementation Guidelines kratot@feec.vutbr.cz strana 42
Standardizace DVB druhé generace 4/5 DVB-H (Digital Video Broadcasting Handheld) DVB Fact Sheet April 2009 Broadcasting to Handhelds - Digital Terrestrial Mobile TV EN 302 304 V1.1.1 (11/04) Transmission system for handheld terminals TR 102 377 V1.4.1 (06/09) Implementation guidelines for DVB handheld services TR 102 401 V1.1.1 (05/05) DVB-H Validation Task Force report kratot@feec.vutbr.cz strana 43
Standardizace DVB druhé generace 5/5 DVB-SH (Digital Video Broadcasting Satellite Handheld) DVB Fact Sheet - July 2009 Satellite Services to Handhelds - Mobile TV over advanced Hybrid Satellite/Terrestrial Networks TS 102 585 V1.1.2 (04/08) System Specifications for Satellite services to Handheld devices (SH) below 3 GHz EN 302 583 V1.1.1 (03/08) Framing Structure, channel coding and modulation for Satellite Services to Handheld devices (SH) below 3 GHz DVB BlueBook A111 (12/09) Framing Structure, channel coding and modulation for Satellite Services to Handheld devices (SH) below 3 GHz (draft EN 302 583 v.1.2.1) TS 102 584 V1.1.1 (12/08) Guidelines for Implementation for Satellite Services to Handheld devices (SH) below 3GHz DVB BlueBook A131 (11/08) MPE-IFEC (draft TS 102 772 V1.1.1) kratot@feec.vutbr.cz strana 44
Reference a informační zdroje k DVB Reimers, U. DVB: The Family of International Standards for Digital Video Broadcasting (2nd edition). 408 p. Springer, 2005 (85 EUR) Fisher, W. Digital Video and Audio Broadcasting Technology: A Practical Engineering Guide (2nd edition). 586 p. Springer, 2008 (100 EUR) Legíň, M. Televizní technika DVB-T. 288 s. BEN, 2006 (299 Kč) Bednář, J. a Gregora, P. Příjem DVB-T. 136 s. BEN, 2007 (199 Kč) www.dvb.org homepage DVB, Fact Sheets DVB, magazine DVB Scene www.dvb-h.org homepage Mobile TV a standardy DVB-H/SH www.digizone.cz programová nabídka v ČR, mapy pokrytí a vysílače www.digict.cz informační server k digitalizaci televizního vysílání v ČR www.cra.cz České radiokomunikace, vysílače DVB-T a test DVB-H/T2 kratot@feec.vutbr.cz strana 45
Kontakt doc. Ing. Tomáš Kratochvíl, Ph.D. kratot@feec.vutbr.cz Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně Purkyňova 118, 612 00 Brno Tel: 541 149 113 Fax: 541 149 244 kratot@feec.vutbr.cz strana 46
Digitální televizní a rozhlasové systémy Digitální rozhlasové vysílání DAB doc. Ing. Tomáš Kratochvíl, Ph.D Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně
Obsah prezentace Digitálního rádio mezi terestrickými datovými přenosy Požadavky na standard pro digitální rádio DAB Přehledná specifikace přenosu DAB, DAB+, DMB Stav vysílání a pilotních projektů DAB ve světě a v zemích EU Perspektiva rozvoje vysílání DAB a DAB+ v České Republice Architektura sítě DAB, vysílače a přijímače DAB kratot@feec.vutbr.cz strana 2
Digitální terestrický přenos dat Unicasting (point-to-point) individuální komunikace GPRS (General Packet Radio Service) 100 kbit/s UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) 2 Mbit/s WLAN (Wireless Local Area Network) 100 Mbit/s Broadcasting (point-to-multipoint) vysílání všem v dosahu DRM (Digital Radio Mondiale) 40 kbit/s DAB a DAB+ (Digital Audio Broadcasting) cca 1,2 Mbit/s dat DMB (Digital Multimedia Broadcasting) cca 1,2 Mbit/s dat DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial) 13 Mbit/s DVB-H (Digital Video Broadcasting Handheld) 6 Mbit/s kratot@feec.vutbr.cz strana 3
Hybridní digitální přenosový systém Broadcasting - vysílací kanál Unicasting - přímý a zpětný kanál kratot@feec.vutbr.cz strana 4
World DMB Forum 2006 (dříve World DAB Forum 1997-2005) Steering Board European DAB Committee Technical Committee Regulatory and Spectrum Committee Marketing Committee World DMB Asia Committee Mezinárodní nevládní organizace s více než 100 členy, jejímž cílem je podpora, harmonizace a koordinace implementace DAB digitálních služeb a podpora kooperace a koordinace mezi poskytovateli audio a datových služeb, provozovateli vysílacích sítí, výrobci a oficiálními vládními regulačními orgány. Cílem je společná dohoda pro zavedení digitálního rozhlasu a jeho služeb s původem ve standardu DAB. kratot@feec.vutbr.cz strana 5
Požadavky na standard DAB 1/5 Kvalita služby Kvalita poslechu - blízká záznamu CD, Dynamic Range Control, Music/Speech Control pro fyziologickou korekci hlasitosti Jednoduchost použití spíše než ladění stanic výběr stanice z jednoduchého menu a automatické dekódování stanice Podmínky příjmu - dostupnost přes všesměrovou prutovou anténu, eliminace rušení a interferencí, eliminace vlivu vícecestného šíření, zaručený mobilní příjem, kompenzace Dopplerova posuvu frekvence, pokrytí ve velkých oblastech bez úniku a nutnosti přeladění přijímače kratot@feec.vutbr.cz strana 6
Požadavky na standard DAB 2/5 Široké spektrum služeb s přidanou hodnotou Hlavní audio služba (main service) identifikace a výběr žánru, monofonní a stereofonní vysílání, vícekanálový doprovod Data kontextově svázaná s programem (Programme Associated Data) detailnější zobrazení textu než RDS (Radio Data System), informace o interpretovi a programu, následující program, reklama, zobrazení na externí obrazovce připojené k přijímači Informační služby k programu zprávy, počasí, kurzy měn apod. Adresovatelnost přijímače nebo skupiny přijímačů audio a data Vložení statických obrazů nebo dynamických sekvencí k programu kratot@feec.vutbr.cz strana 7
Požadavky na standard DAB 3/5 Univerzálnost systému Standardizace standardizace všech základních principů a přenosových prostředků, dnes více než 50 detailních mezinárodních standardů pro DAB Unikátní systémový návrh možnost terestrického, satelitního i kabelového přenosu, stejný přijímač pro audio i data a národní, regionální a lokální vysílací sítě Velký výběr přijímačů široké spektrum typů přístrojů, jakostní stolní, robustní přenosný, miniaturní kapesní, integrovaný v automobilu, karta do PC, vestavěný nebo externí displej kratot@feec.vutbr.cz strana 8
Požadavky na standard DAB 4/5 Flexibilita konfigurace multiplexu Konfigurace přenosového multiplexu uspořádání služeb v DAB multiplexu může být změněno v provozu, bez nutnosti přerušení vysílání a podle potřeb poskytovatelů programu a datových služeb Flexibilita datového toku poskytovatel programu může zvolit odpovídající bitový tok audio programu podle jeho kvality, poloviční vzorkovací kmitočet nebo méně než 100 kbit/s pro řeč, 128 kbit/s pro monofonní hudbu, 256 kbit/s i více pro stereofonní hudbu, optimální rozdělení bitového toku mezi jednotlivé stanice (všechny bitové toky uvedeny s kódováním MPEG-1 Layer II) kratot@feec.vutbr.cz strana 9
Požadavky na standard DAB 5/5 Efektivnost a účinnost přenosu Nižší náklady na přenos pro provozovatele vysílání přenos multiplexu několika programů na jedné frekvenci a v jednom přenosovém kanálu, vyšší počet stanic, levnější provoz Nižší náklady pro provozovatele vysílačů nižší výkony pro stejné pokrytí a dosah radiové služby ve srovnání s AM a FM vysíláním Frekvenční efektivita vysílací síť může být navržena jako jednofrekvenční SFN (Single Frequency Network), jediný kmitočet pro velké území, úspora frekvenčních pásem (digitální dividenda) kratot@feec.vutbr.cz strana 10
DAB (Digital Audio Broadcasting) 1/2 ETSI EN 300 401 V1.4.1 (2006-06): Radio Broadcasting Systems; Digital Audio Broadcasting (DAB) to mobile, portable and fixed receivers první verze normy ETS 300 401 z roku 1995 Zdrojové kódování - audio kodek MPEG-1 Layer II (MUSICAM) Multiplex typicky obsahuje 6 programů s bitovým tokem 192 khz Modulace OFDM s 1536 nosnými kmitočty (odstup 1,536 khz) Modulace subnosných DQPSK (4 stavy fáze, diferenční kódování) Ochranný interval pro zamezení mnohonásobného příjmu (1/4) DAB multiplex má šířku pásma 1536 khz (4 segmenty v TV kanálu) Jednofrekvenční síť vysílačů SFN (Single Frequency Network) 4 módy a III pásmo (174 230) MHz, L pásmo (1452-1492) MHz kratot@feec.vutbr.cz strana 11
DAB (Digital Audio Broadcasting) 2/2 Audio stream mode Data 1 stream mode Data 2 packet mode kratot@feec.vutbr.cz strana 12
MPEG Audio Layer II audio kodek v DAB MPEG-1 Layer II (MUSICAM) Subpásmové kódování a odstranění redundantních a irelevantních složek pro kompresi digitálního audio signálu Psychoakustický model pro perceptivní kódování (percepce = vjem) FFT procesor určuje přesně maskovací prahy v 32 frekvenčních pásmech a určuje dynamickou alokaci počtu bitů v pásmech Proměnná bitová rychlost na výstupu, vyrovnávací paměť Podle kvality přenosu je možná jedna ze 6 variant kódování Řečová kvalita 32 kbit/s, kvalita AM rádia 48 kbit/s, kvalita FM rádia 64 kbit/s, vysoká kvalita CD a DAB 96 kbit/s, velmi vysoká kvalita 128 kbit/s a 192 kbit/s na jeden audio program kratot@feec.vutbr.cz strana 13
DAB+ (Digital Audio Broadcasting Plus) ETSI TS 102 563 V1.1.1 (2007-02): Digital Audio Broadcasting (DAB); Transport of AAC audio MPEG-4 HE-AAC v2 kodek s vyšší efektivitou kódování (o cca 2/3) Srovnatelná kvalita audia kódovaného kodekem MPEG-1 Layer II (cca 128 kbit/s) s MPEG-4 HE-AAC v2 (cca 40 kbit/s) Možnost vícekanálového zvuku MPEG surround audio, který lze dekódovat i ve stereofonním režimu (bez vedlejších dat cca 5 kbit/s) Streaming dat při nízkých bitových tocích (audio vs. radio service) Kratší čas pro přeladění stanice v rámci multiplexu, větší dosah Kompatibilní s datovými přenosy a multimediálními službami DAB Přijímač DAB+ musí být zpětně kompatibilní s DAB kratot@feec.vutbr.cz strana 14
MPEG-4 HE-AAC v2 audio kodek v DAB+ MPEG-4 High Efficiency AAC version 2 profile AAC (Advanced Audio Coding) kodek pro vyšší bitové rychlosti SBR (Spectral Band Replication) dekodér generuje nepřenášené pásmo vyšších frekvencí z pásma nižších frekvencí pomocí vedlejších informaci z kodéru, kodek pro střední bitové rychlosti PS (Parametric Stereo) down-mix stereofonního signálu na monofonní a vedlejší informace, ze kterých dekodér dokáže rekonstruovat opět stereofonnní signál, kodek pro nízké bitové rychlosti méně kbit/s kratot@feec.vutbr.cz strana 15
DMB (Digital Multimedia Broadcasting) ETSI TS 102 428 V1.1.1 (2005-06): Digital Audio Broadcasting (DAB); DMB video service; User Application Specification Používá transportní tok MPEG-2 TS podobně jako DVB-T a DVB-H Elementární toky audia, videa a dat = mobilní televize Nutná synchronizace elementárních toků a režie multiplexace Zpoždění protichybového zabezpečení FEC u DMB je závislé na bitovém toku služby vs. DAB+ který má konstantní zpoždění DMB nemá k dispozici služby typické pro digitální rozhlas (dopravní informace, PAD multimedia, dynamické labely, názvy skladeb, titulky důležitých zpráv, typy programu apod.) World DMB Forum doporučuje použití DAB nebo DAB+ pro čistě radiové služby a DMB pro služby včetně video doprovodu kratot@feec.vutbr.cz strana 16
DAB, DAB+ a DMB multiplexace programů Multiplex DAB MPEG-1 Layer II 9 x audio 128 kbit/s Multiplex DAB+ MPEG-4 HE-AAC v2 s 28 x audio 40 kbit/s a 1 x audio 32 kbit/s Multiplex DAB a DAB+ MPEG-1 Layer II 5 x audio 128 kbit/s MPEG-4 HE-AAC v2 s 12 x audio 40 kbit/s a 1 x audio 32 kbit/s Multiplex DAB (3), DAB+ (8), DMB (2) s MPEG-4 AVC video kodekem a MPEG-4 HE-AAC v2 audio kodekem kratot@feec.vutbr.cz strana 17
Kodér a multiplexer DAB, DAB+ a DMB Zdroj: www.etsi.org kratot@feec.vutbr.cz strana 18
Systémový protokol DAB, DAB+ a DMB MCI SI TMC & EWS DAB Radio, (MPEG- 1/2 Layer II) DAB+ Radio, (HE AAC v2) PAD PAD Broadcast WebSite Slide Show Top News Midleware/JAVA Electronic programme guide TPEG BT Mono External Applications MCI (Multiplex Configuration Information) SI (Service Information) FIDC (Fast Information Data Channel) TMC (Traffic Message Channel) EWS (Emergency Warning System) PAD (Programme Associated Data) FEC (Forward Error Correction) MOT (Multimedia Object Transfer) TDC (Transparent Data Channel) TPEG (Transport Protocol Expert Group) IP (Internet Protocol) kratot@feec.vutbr.cz strana 19
Stav vysílání DAB, DMB a DAB+ ve světě Zdroj: www.worlddab.org (2011) kratot@feec.vutbr.cz strana 20
Stav vysílání DAB, DMB a DAB+ v Evropě Zdroj: www.worlddab.org (2011) kratot@feec.vutbr.cz strana 21
Stav vysílání DAB, DMB a DAB+ ve světě, EU Země s řádným vysíláním Australia Belgium China Czech Republic Denmark Germany Hong Kong Malta Netherlands Norway Singapore South Korea Sweden Switzerland United Kingdom Zdroj: www.worlddab.org (2011) Země s pilotním nebo zkušebním vysíláním Austria Brunei Darussalam Chinese Taipei Croatia France Ghana Hungary Indonesia Ireland Země se zájmem Canada Estonia Greece India Lithuania Mexico Israel Italy Kuwait Malaysia New Zealand Poland South Africa Spain Vietnam Monaco Namibia Portugal Russian Federation Slovakia Slovenia Turkey kratot@feec.vutbr.cz strana 22
DAB Německo (stav srpen 2010) Počet obyvatel 83,0 mil. Pokrytí 70 % Počet prodaných přijímačů 546 tis. DAB audio programy 147 (13+) DMB služby 5 Regionální sítě (multiplexy) 16 Lokální sítě 4 + 4 Pásmo III 5., 8., 11. a 12. kanál (segmenty A B C D) Pásmo L (segmenty LA až LI) DMB v 16 velkých městech Zdroj: www.worlddab.org (2010) kratot@feec.vutbr.cz strana 23
DAB Velká Británie (stav srpen 2010) Zdroj: www.worlddab.org (2010) Počet obyvatel 60,6 mil. Pokrytí 85 % Penetrace 32 % Počet prodaných přijímačů 10 mil. DAB audio programy 454 DAB datové služby 19 Celostátní sítě (multiplexy) 2 Regionální sítě (multiplexy) 10 Lokální sítě (multiplexy) 37 Pásmo III 11. a 12. kanál (ABCD) Kmitočty (216 230) MHz kratot@feec.vutbr.cz strana 24
DAB Česká Republika (stav srpen 2011) Počet obyvatel 10,3 mil. Testy: Praha (1999 2000, 2005), Příbram (2007), Plzeň (2008), Praha (2008), Brno (2009), Příbram (2010), Brno (2011) Praha (LA - 2,5 kw), Brno (LE 2 kw), Frýdek-Místek (LP 5 kw), Příbram (LA - 1 kw): DAB audio programy 2 (MPEG-1 Layer II), DAB+ audio programy 12 (MPEG-4 HE-AAC v2) Pásmo III (174 230) MHz 12 kanál (Čechy 12C s kmitočtem 227,360 MHz a Morava 12D s kmitočtem 229,072 MHz) Pásmo L (1452 1492) MHz LC (1455,616-1457,152) MHz Česká Republika po konferenci RRC 2006 v Ženevě? Zdroje: www.worlddab.org (2011) 3 vrstvy kanálů pro regionální a celoplošné sítě v pásmu III www.cra.cz, www.teleko.cz 1 celoplošný kanál a 2 vrstvy kanálů s možností metropolitních nebo lokálních sítí v pásmu L kratot@feec.vutbr.cz strana 25
DAB frekvenční pásma ČR (pásmo III a L) Zdroj: www.cra.cz (2003) kratot@feec.vutbr.cz strana 26
DAB Česká Republika (po konferenci RRC-06) Zdroj: www.cra.cz (2007) DAB v pásmu III v České republice s ohledem na výsledky regionální konference RRC v Ženevě 2006 kratot@feec.vutbr.cz strana 27
Přenos DAB základní koncepce vysílače Zdrojový kodér audio a data, komprese a redukce objemu dat Kanálový kodér zabezpečení přenášených dat proti chybám Multiplexace paralelně sériový převodník (multiplex audia a dat) kratot@feec.vutbr.cz strana 28
Přenos DAB základní koncepce přijímače Zdrojový dekodér audio a data, dekomprese, nižší kvalita audia Kanálový dekodér oprava přenesených dat, podle chybovosti Demultiplexace úplná není nutná, přijímač vybírá jen jednu službu kratot@feec.vutbr.cz strana 29
Reference a informační zdroje k DAB Hoeg, W., Lauterbach, T. Digital Audio Broadcasting: Principles and Applications of DAB, DAB+ and DMB (3rd edition). 420 p. Willey, 2009 Žalud, V. Moderní radiolektronika. 653 s. BEN, 2000 www.worlddab.org homepage DAB, DAB+ a DMB, DAB worldwide www.digizone.cz programová nabídka v ČR, mapy pokrytí a vysílače www.teleko.cz televizního vysílání v ČR, služby, aktualni informace www.cra.cz České radiokomunikace, rozhlasové vysílače, DAB kratot@feec.vutbr.cz strana 30
Kontakt doc. Ing. Tomáš Kratochvíl, Ph.D. kratot@feec.vutbr.cz Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně Purkyňova 118, 612 00 Brno Tel: 541 149 113 Fax: 541 149 244 kratot@feec.vutbr.cz strana 31
Digitální televizní a rozhlasové systémy Digitální televize DVB-T Limitní úrovně a set-top boxy doc. Ing. Tomáš Kratochvíl, Ph.D Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně
Obsah prezentace Blokové schéma přenosu pozemní digitální televize DVB-T Transportní tok MPEG-2 TS a statistická multiplexace Kvalita obrazu při přenosu digitální televize DVB-T Podmínky příjmu pozemní digitální televize DVB-T Konfigurace vysílání a SFN sítě digitální televize DVB-T/H Struktura a měření digitálního přijímače DVB-T (set-top boxu) kratot@feec.vutbr.cz strana 2
Přenosový řetězec DVB-T MPEG-2 TS kratot@feec.vutbr.cz strana 3
Statistická multiplexace MPEG-2 TS kratot@feec.vutbr.cz strana 4
Monitorování protokolu MPEG-2 TS kratot@feec.vutbr.cz strana 5
Kvalita obrazu v ATV a DVB-T 1/2 Blockiness Cliff-off kratot@feec.vutbr.cz strana 6
Kvalita obrazu v ATV a DVB-T 2/2 Nepříznivé podmínky při příjmu ATV (snižující se C/N, zvyšující se šum) Nepříznivé podmínky při příjmu DTV (snižující se C/N, zvyšující se BER) kratot@feec.vutbr.cz strana 7
Charakteristika přenosu DVB-T 1/2 DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial) Standard - ETSI EN 300 744 v1.5.1 (2004-11) Průvodce měřením - ETSI TR 101 290 v1.2.1 (2001-05) Multiplex COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex) s několika tisíci subnosnými kmitočty v přenosovém kanále Subnosné kmitočty nulové, datové, pilotní s pevnou pozicí, pilotní s rozptýlenou pozicí, signalizace parametrů přenosu TPS (Transmission Parameter Signaling) pro přijímač (set-top box) Potlačení vlivu vícecestného šíření a příjmu zpožděných signálů, selektivních úniků a úzkopásmového nebo širokopásmového rušení Ochranný interval (Guard Interval) umožňuje standardu DVB-T/H provoz v jednofrekvenční síti SFN (Single Frequency Network) kratot@feec.vutbr.cz strana 8
Charakteristika přenosu DVB-T 2/2 Kombinace systémových parametrů vysílání DVB-T umožňuje optimalizovat nastavení sítě SFN podle požadavků na vysílání: 3 vnitřní modulace datových nosných (QPSK, 16-QAM, 64-QAM) 5 poměrů konvolučního zabezpečení FEC (1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8) 4 délky ochranného intervalu (1/32, 1/16, 1/8, 1/4) 2 módy počtu nosných - 2k (1705) nebo 8k (6817) 3 šířky televizního kanálu (8, 7, 6) MHz 3 módy hierarchické modulace s parametrem α (1, 2, 4) - není Možnost přizpůsobení systémových parametrů přenosu DVB-T/H pro statický, přenosný a mobilní příjem s Dopplerovým posuvem Pozn.: Vysílání MUX1 a DVB-T podle TPP (Technický plán přechodu na DTV) kratot@feec.vutbr.cz strana 9
Spektrum ATV a DVB-T 1/1 Zdroj: Bednář, J. Příjem DVB-T, 2007 kratot@feec.vutbr.cz strana 10
SFN sítě DVB-T 1/4 kratot@feec.vutbr.cz strana 11
SFN sítě DVB-T 2/4 Jednofrekvenční síť musí být synchronizována v čase, vysílané frekvenci a datech a musí být správně topologicky navržena Časová synchronizace je realizována pomocí přenosu paketů MIP (Megaframe Initializing Packets) a ty jsou na vysílači monitorovány (např. GI 1/8, 8 MHz kanál synchronizace každou 0,548 sec) Frekvenční synchronizace je vázána na GPS signál (1 pps, 10 MHz) Datová synchronizace je vázána na zpracování identického paketu transportního toku MPEG-2 TS (Transport Stream) v modulátoru Každý vysílač musí tedy ve stejný okamžik zpracovat a dále výkonově zesílit identický symbol OFDM Maximální vzdálenost vysílačů je dána poměrem ochranného intervalu vůči délce symbolové periody přenášených symbolů kratot@feec.vutbr.cz strana 12
SFN sítě DVB-T 3/4 Mód OFDM Délka IFFT Subnosné Aktivních subnosné Spojité subnosné Rozptýlené subnosné TPS subnosné Odstup subnosných [khz] Ochranný interval Obranný interval [μs] Trvání symbolu [μs] Vzdálenost vysílačů [km] 2k 2048 1705 1512 45 131 17 4,464 1/4 1/8 1/16 1/32 56 28 14 7 280 252 238 231 16 8 4 2 8k 8192 6817 6048 177 524 68 1,116 1/4 1/8 1/16 1/32 224 112 56 28 1120 1008 952 924 67 33 16 8 Pozn.: Vysílání MUX1 a DVB-T podle TPP (Technický plán přechodu na DTV) kratot@feec.vutbr.cz strana 13
SFN sítě DVB-T 4/4 Plánování sítí SFN vyžaduje digitální mapu terénu (DMT), topologické informace k vysílačům a anténním systémům, výkon ERP a polarizaci. Nesprávně navržená sít? vznikají interference! Zobrazené úrovně (30 110) dbμv Doporučené úrovně (45 70) dbμv Jihlava-Rudný 50 kw ERP Brno-město 10 kw ERP Ochranný interval a jeho porušení? Roste ISI a BER! Vzniká blockiness! kratot@feec.vutbr.cz strana 14
Přenosové kanály DVB-T 1/6 kratot@feec.vutbr.cz strana 15
Přenosové kanály DVB-T 2/6 Statický příjem statickápozice přijímače, vnější směrová anténa, výběr přímého signálu z nejbližšího vysílače nebo silného odrazu Přenosný příjem lehce přenosný přijímač, všesměrová integrovaná anténa, malá rychlost pohybu přijímače, např. 3 km/h Mobilní příjem střední a vysoké rychlosti pohybu přijímače, např. 30 km/h, 50 km/h nebo až 100 km/h, vícecestný příjem přímých a odražených signálů s Dopplerovým posuvem Kompromis mezi robustností a přenosovou kapacitou vysílání: 64-QAM, 8k, 2/3, GI 1/4 pevný příjem, max 19.59 Mbit/s 16-QAM, 4k, 2/3, GI 1/32 přenosný příjem, max 16.03 Mbit/s QPSK, 2k, 1/2, GI 1/16 mobilní příjem, max 5.85 Mbit/s kratot@feec.vutbr.cz strana 16
Přenosové kanály DVB-T 3/6 Kanál Vlastnosti Cesty Příjem AWGN Gaussian aditivníšum Ovlivňuje poměr C/N při přenosu a příjmu všechny všechny F1 RC20 ANX B (Ricean) -směrová anténa Riceův kanál bez Dopplerova posuvu 1 přímá 19 odrazů statický P1 RL20 ANX B (Rayleigh) - všesměrová anténa Rayleighův únik bez Dopplerova posuvu bez přímé 20 odrazů přenosný TU6 Typical Urban 6 - město a rychlost 50 km/h Rayleighův únik s Dopplerovým posuvem bez přímé 6 odrazů mobilní RA6 Rural Area 6 - venkov a rychlost 100 km/h Riceův kanál s Dopplerovým posuvem 1 přímá 5 odrazů mobilní DVB-H: Portable Indoor a Outdoor (oba 3 km/h) - vždy 12 cest a Dopplerův posuv Wing TV: Pedestrian Indoor a Outdoor (oba 3 km/h), Vehicular Urban (30 km/h), Motorway Rural (100 km/h) - vždy 12 cest a Dopplerův posuv kratot@feec.vutbr.cz strana 17
Přenosové kanály DVB-T 4/6 Ricean Channel 20 paths according to ETSI EN 300 744 ANX B Rural Area Channel 6 paths according to ETSI TR 101 290 ANX K 0,0 0,0 Ricean channel (statický) Rural channel (mobilní) -10,0-10,0 Path loss [db] -20,0 Path loss [db] -20,0-30,0-30,0-40,0 0 1 2 3 4 5 6-40,0 0 1 2 3 4 5 6 delay [us] delay [us] Rayleigh Channel 20 paths according to ETSI EN 300 744 ANX B Typical Urban Channel 6 paths according to ETSI TR 101 290 ANX K 0,0 0,0 Rayleigh channel (přenosný) Urban channel (mobilní) -10,0-10,0 Path loss [db] -20,0 Path loss [db] -20,0-30,0-30,0-40,0-40,0 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6 delay [us] delay [us] kratot@feec.vutbr.cz strana 18
Přenosové kanály DVB-T 5/6 BER before Viterbi (kanálová chybovost) < 3.10-2 BER after Viterbi < 2.10-4 (cejchování QEF na měřících přístrojích) BER after Reed Solomon < 1.10-11 (1 chyba za hodinu) Teoretický minimální poměr C/N pro QEF (Quasi Error Free) příjem závisí na kódovém poměru. Navíc má na tuto hodnotu vliv i použitá modulace (QPSK, 16-QAM, 64-QAM) a typ kanálu (Gaussův, Riceův, Rayleighův). kratot@feec.vutbr.cz strana 19
Přenosové kanály DVB-T 6/6 Zdroj: ETSI EN 300 744 (DVB-T), 2004 kratot@feec.vutbr.cz strana 20
Přijímač DVB-T (set-top box) 1/5 Příjem volně vysílaných programů, FTA- Free to Air a MPEG-2 Frekvenční pásma VHF a UHF (televizní i rozhlasová) III., IV., V. Automatické a manuální vyhledávání kanálů a detekce programů Zobrazení informace o stavu vysílání - úroveň a kvalita v % Dekódování zvuku - stereo, duální, PCM, Dolby Digital 5.1 Příjem teletextu v úrovni 1,5 - klasický TXT z ATV Elektronický programový průvodce EPG (Electronic Program Guide) Softwarové ovládací menu (OSD menu) Napájení aktivní pokojové antény přes anténní vstup tuneru Doplňkové funkce kódované programy, MPEG-4, MHP, PVR, kratot@feec.vutbr.cz strana 21
Přijímač DVB-T (set-top box) 2/5 RF Zdroj: Bednář, J. Příjem DVB-T, 2007 IF MPEG-2 TS A/V kratot@feec.vutbr.cz strana 22
Přijímač DVB-T (set-top box) 3/5 Klasický přijímač: Straight Forward Technology a hybridní zpracování RF V TV tuner AGC IF SAW DVB-T dekodér MPEG-2 TS MPEG dekodér Video Audio analogové digitální digitální analogové RF - radiofrekvenční pásmo (TV kanály III., IV. a V. TV pásmo) IF SAW - mezifrekvenční pásmo a monolitický filtr pro filtraci SAW - Surface Acoustic Wave (filtr s povrchovou akustickou vlnou) AGC vazba - Automatic Gain Control (automatické řízení zisku) kratot@feec.vutbr.cz strana 23
Přijímač DVB-T (set-top box) 4/5 Tuner zásadní vliv na příjem, určuje citlivost set-top boxu při příjmu Tunery jednotlivých přijímačů DVB-T se svými parametry zásadně neliší 0 dbm = 108,75 dbμv (přetížení vstupu přijímače!) Rozsah úrovně vstupního signálu -20 až -80 dbm, což je 88,75 až 28,75 dbμv, resp. 27,4 mv až 27,4μV. Konference Chester 97 signál s úrovní 31 dbμv = 35,48 μv / 75 Ω na vstupu přijímače při různých hodnotách poměru C/N a způsobech příjmu (pevná anténa 10m nad terénem se ziskem 20 db, přenosný příjem vně budov ve výšce 1,5m a přenosný příjem uvnitř budov) Asociace EACEM - P vst min = -97,2 dbm + C/N [db] pro 8 MHz kanál, resp. U vst min = 11,6 dbμv + C/N [db] pro 8 MHz kanál, což při poměru C/N = 20 db odpovídá -77,2 dbm 31,55 dbμv 37,8 μv kratot@feec.vutbr.cz strana 24
Přijímač DVB-T (set-top box) 5/5 Minimální úrovně napětí a intenzity elektromagnetického pole pro DVB-T 64-QAM, 2/3, 8 MHz kanál, minimální C/N = 20 db (vstup příjímače) Příjem Kanál U smin [dbμv] E min [dbμv/m] E med [dbμv/m] pevný C25 506 MHz C64 818 MHz 31 31 44 48 53 57 vnější přenosný C25 506 MHz C64 818 MHz 31 31 51 55 72 76 vnitřní přenosný C25 506 MHz C64 818 MHz 31 31 51 55 84 88 kratot@feec.vutbr.cz strana 25
Set-top box - Humax F3 (DVB-T FTA s MPEG-2) TDM1316AL TV tuner TDA10046A DVB-T dekodér M28W160CT Paměť Flash STi5518 MPEG dekodér HY57V641620 Paměť DRAM STV6412A A/V matice kratot@feec.vutbr.cz strana 26
TV tuner Philips TDM1316AL kratot@feec.vutbr.cz strana 27
Měření na TV tuneru Philips TDM1316AL 1/4 Frekvenční charakteristiky SAW filtru IF output broadband (pin12) U [dbm] = f ( f [MHz]) IF output narrowband (pin14) U [dbm] = f ( f [MHz]) kratot@feec.vutbr.cz strana 28
Měření na TV tuneru Philips TDM1316AL 2/4 Level RF dbuv AGC (5) V IF-AGC (13) V úroveň % kvalita % BER - SNR db Poznámka 90 85 1,35 1,58 1,28 1,28 98 93 100 100 9,20E-05 8,40E-05 31,7 31,6 IQ diagram - body vyplňují cca 50% plochy dané oblasti 80 1,76 1,28 90 100 1,10E-05 31,6 75 1,92 1,28 86 100 8,10E-05 31,4 70 2,05 1,28 82 100 7,90E-05 31,3 65 2,16 1,28 79 100 9,30E-05 31,4 60 2,35 1,28 71 100 8,90E-05 31,6 57 2,62 1,28 67 100 8,90E-05 31,6 55 3,34 1,3 60 100 8,90E-05 31,2 52 3,35 1,37 60 100 9,30E-05 31,1 50 3,35 1,42 60 100 4,20E-04 29,4 45 3,35 1,55 54 100 1,40E-04 29,3 40 3,35 1,71 44 100 3,60E-04 27,1 IQ diagram - slabé rušení 35 3,35 1,93 34 100 5,50E-03 23,6 IQ diagram - rušení okraj. bodů 30 3,35 2,36 27 100 4,40E-02 19,2 IQ diagram - silné rušení bodů 27 3,36 3,24 20 100 7,20E-02 17,4 IQ diagram - nelze zobrazit 26 3,35 3,25 20 70 BER a SNR nelze dále měřit 25 3,35 3,25 20 50 občasné chyby makrobloků v obraze, kostky 24 3,35 3,25 24 50 časově nestálý obraz, zamrzání obrazu 23 3,35 3,25 22 10 20 3,35 3,25 16 10 15 3,35 3,25 10 10 ztráta obrazu 10 5 3,35 3,35 3,25 3,25 8 kratot@feec.vutbr.cz strana 29 0 0 0
Měření na TV tuneru Philips TDM1316AL 3/4 4 3,5 3 Graf závislosti AGC, úrovně a kvality na RF level 100 90 80 70 AGC [V] 2,5 2 1,5 1 0,5 0 AGC (5) IF A GC (13) Úroveň kvalita 90 85 80 75 70 65 60 57 55 52 50 45 40 35 30 27 26 25 24 23 20 15 10 5 RF level [dbuv] 60 50 40 30 20 10 0 úroveň a kvalita [%] kratot@feec.vutbr.cz strana 30
Měření na TV tuneru Philips TDM1316AL 4/4 Graf závislosti úrovně a kvality při odpojeném řízení AGC (5) 120 100 úroveň [dbmv] kvalita Klouzavý průměr/3 (kvalita) Klouzavý průměr/3 (úroveň [dbmv]) 80 60 40 20 úroveň a kvalita [%] 0 100 90 80 70 60 50 RF level [dbμv] 40 30 20 10 0 kratot@feec.vutbr.cz strana 31
DVB-T dekodér Philips TDA10046A kratot@feec.vutbr.cz strana 32
MPEG dekodér ST Microelectronics STi5518 kratot@feec.vutbr.cz strana 33
AV matice ST Microelectronics STV6412A kratot@feec.vutbr.cz strana 34
Reference a informační zdroje k DVB-T Legíň, M. Televizní technika DVB-T. 288 s. BEN, 2006 (299 Kč) Bednář, J. a Gregora, P. Příjem DVB-T. 136 s. BEN, 2007 (199 Kč) Bednář, J. Digitální televize. Populární průvodce technologií DVB-T. Sdělovací technika, 2006 (135 Kč) Rozhlas televize. Přehledy vysílačů pro rok 2009. Vše o DVB-T v ČR a SR. Československý DX klub, 2009 (165 Kč) www.dvb.org homepage DVB, Fact Sheets DVB, magazine DVB Scene www.digizone.cz programová nabídka v ČR, mapy pokrytí a vysílače www.digict.cz informační server k digitalizaci televizního vysílání v ČR www.cra.cz České radiokomunikace, vysílače DVB-T kratot@feec.vutbr.cz strana 35
Kontakt doc. Ing. Tomáš Kratochvíl, Ph.D. kratot@feec.vutbr.cz Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně Purkyňova 118, 612 00 Brno Tel: 541 149 113 Fax: 541 149 244 kratot@feec.vutbr.cz strana 36
Digitální televizní a rozhlasové systémy Anténní systémy pro příjem digitální televize DVB-T doc. Ing. Tomáš Kratochvíl, Ph.D Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně
Obsah prezentace Charakteristika přenosu DVB-T a kritéria kvality příjmu Přijímač DVB-T a jeho limitní úrovně přijímaného signálu Příjem ATV a DVB-T v pásmech VHF a UHF Důležité parametry přijímacích antén pro ATV a DVB-T Provedení a typy přijímacích antén pro ATV a DVB-T Skupinový příjem DVB-T a řešení pro společné rozvody TKR a STA Doporučená literatura a reference k DVB-T a tématu kratot@feec.vutbr.cz strana 2
Charakteristika přenosu DVB-T 1/3 DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial) Standard - ETSI EN 300 744 v1.6.1 (2009-01) Průvodce měřením - ETSI TR 101 290 v1.2.1 (2001-05) Multiplex COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex) s několika tisíci subnosnými kmitočty v přenosovém kanále Subnosné kmitočty nulové, datové, pilotní s pevnou pozicí, pilotní s rozptýlenou pozicí, signalizace parametrů přenosu TPS (Transmission Parameter Signaling) pro přijímač (set-top box) Potlačení vlivu vícecestného šíření a příjmu zpožděných signálů, selektivních úniků a úzkopásmového nebo širokopásmového rušení Ochranný interval (Guard Interval) umožňuje standardu DVB-T provoz v jednofrekvenční síti SFN (Single Frequency Network) kratot@feec.vutbr.cz strana 3
Charakteristika přenosu DVB-T 2/3 kratot@feec.vutbr.cz strana 4
Charakteristika přenosu DVB-T 3/3 Kombinace systémových parametrů vysílání DVB-T umožňuje optimalizovat nastavení sítě SFN podle požadavků na vysílání: 3 vnitřní modulace datových nosných (QPSK, 16-QAM, 64-QAM) 5 poměrů konvolučního zabezpečení FEC (1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8) 4 délky ochranného intervalu (1/32, 1/16, 1/8, 1/4) 2 módy počtu nosných - 2k (1705) nebo 8k (6817) 3 šířky televizního kanálu (8, 7, 6) MHz 3 módy hierarchické modulace s parametrem α (1, 2, 4) - není Možnost přizpůsobení systémových parametrů přenosu DVB-T/H pro statický, přenosný a mobilní příjem s Dopplerovým posuvem Pozn.: Vysílání MUX1 a DVB-T podle TPP (Technický plán přechodu na DTV) kratot@feec.vutbr.cz strana 5
Kvalita obrazu v ATV a DVB-T 1/2 Blockiness Cliff-off kratot@feec.vutbr.cz strana 6
Kvalita obrazu v ATV a DVB-T 2/2 Nepříznivé podmínky při příjmu ATV (snižující se C/N, zvyšující se šum) Nepříznivé podmínky při příjmu DTV (snižující se C/N, zvyšující se BER) kratot@feec.vutbr.cz strana 7
Spektrum ATV a DVB-T 1/1 Zdroj: Bednář, J. Příjem DVB-T, 2007 Spektrum DVB-T Deformace spektra DVB-T vlivem odrazů kratot@feec.vutbr.cz strana 8
Přijímač DVB-T (set-top box) 1/4 RF Zdroj: Bednář, J. Příjem DVB-T, 2007 IF MPEG-2 TS A/V kratot@feec.vutbr.cz strana 9
Přijímač DVB-T (set-top box) 2/4 Tuner zásadní vliv na příjem, určuje citlivost set-top boxu při příjmu Tunery jednotlivých přijímačů DVB-T se svými parametry zásadně neliší 0 dbm = 108,75 dbμv (přetížení vstupu přijímače!) Rozsah úrovně vstupního signálu -20 až -80 dbm, což je 88,75 až 28,75 dbμv, resp. 27,4 mv až 27,4μV. Konference Chester 97 signál s úrovní 31 dbμv = 35,48 μv / 75 Ω na vstupu přijímače při různých hodnotách poměru C/N a způsobech příjmu (pevná anténa 10m nad terénem se ziskem 20 db, přenosný příjem vně budov ve výšce 1,5m a přenosný příjem uvnitř budov) Asociace EACEM - P vst min = -97,2 dbm + C/N [db] pro 8 MHz kanál, resp. U vst min = 11,6 dbμv + C/N [db] pro 8 MHz kanál, což při poměru C/N = 20 db odpovídá -77,2 dbm 31,55 dbμv 37,8 μv kratot@feec.vutbr.cz strana 10
Přijímač DVB-T (set-top box) 3/4 Minimální úrovně napětí a intenzity elektromagnetického pole pro DVB-T 64-QAM, 2/3, 8 MHz kanál, minimální C/N = 20 db (vstup přijímače) Příjem Kanál U smin [dbμv] E min [dbμv/m] E med [dbμv/m] pevný C25 506 MHz C64 818 MHz 31 31 44 48 53 57 vnější přenosný C25 506 MHz C64 818 MHz 31 31 51 55 72 76 vnitřní přenosný C25 506 MHz C64 818 MHz 31 31 51 55 84 88 kratot@feec.vutbr.cz strana 11
Přijímač DVB-T (set-top box) 4/4 BER before Viterbi (kanálová chybovost) < 3.10-2 BER after Viterbi < 2.10-4 (cejchování QEF na měřících přístrojích) BER after Reed Solomon < 1.10-11 (1 chyba za hodinu) Teoretický minimální poměr C/N pro QEF (Quasi Error Free) příjem závisí na kódovém poměru. Navíc má na tuto hodnotu vliv i použitá modulace (QPSK, 16-QAM, 64-QAM) a typ kanálu (Gaussův, Riceův, Rayleighův). kratot@feec.vutbr.cz strana 12
Přenos ATV a DVB-T 1/1 Zdroj: Bednář, J. Příjem DVB-T, 2007 P V výkon vysílače, G V zisk vysílací antény (směrový účinek) f frekvence, λ vlnová délka, B vf šířka pásma, L TR útlum prostředí R vzdálenost mezi vysílačem a přijímačem, G P zisk přijímací antény, T šumová teplota na vstupu přijímače, F db šumové číslo přijímače, C/N výkonový odstup signálu od šumu - prakticky (10 20) db kratot@feec.vutbr.cz strana 13
Příjem ATV a DVB-T 1/5 Šíření televizních signálů ve III., IV. a V. televizním pásmu přímá vlna a odrazy od překážek a terénu. Vznikají prostory, kde je velmi špatný příjem (stín) i když jsou v blízkosti vysílače. Výsledné pokrytí území je tedy ovlivněno terénními překážkami, vytvářením stínů při příjmu a odraženými signály. Zdroj: Legíň, M. TV technika DVB-T, 2006 kratot@feec.vutbr.cz strana 14
Příjem ATV a DVB-T 4/5 Zdroj: Vít, V. TV technika, 1993 Různé druhy šíření TV elektromagnetických vln od vysílací k přijímací anténě kratot@feec.vutbr.cz strana 15
Příjem ATV a DVB-T 3/5 Zdroj: Vít, V. TV technika, 1993 Intenzita elektrického pole při působení vlny odražené od terénu kratot@feec.vutbr.cz strana 16
Příjem ATV a DVB-T 4/5 Pásmo VHF (5. 12. TV kanál) V blízkosti vysílače dochází k intenzívním odrazům a tím k mnohacestnému šíření (a následnému mnohacestnému příjmu). Ve vzdálenějších oblastech závisí kvalita signálu zejména na meteorologických podmínkách, na roční a denní době a na intenzitě vysílaného a přijímaného signálu. Tyto vlivy se stupňují s větší vzdáleností od vysílače. Ve větších vzdálenostech dochází ke krátkodobým únikům s pravidelnou periodou opakování (sekundy až minuty). ATV kolísání kvality, DTV bez rušení, až do jevu cliff off. kratot@feec.vutbr.cz strana 17
Příjem ATV a DVB-T 5/5 Pásmo UHF (21. 69. TV kanál) V těchto pásmech převládá přímé šíření elektromagnetických vln. Ohyb a lom na horských hřebenech a na překážkách zanedbatelný, odrazy od ionosféry nevznikají. Proto je příjem v pásmech IV. a V. obtížnější, ale není rušen vzdálenějšími signály. Nevýhodou je poměrně malý dosah vysílače, omezený převážně na oblast přímé viditelnosti, mimo přímou viditelnost se intenzita přijímaného signálu rychle zmenšuje. Vzhledem ke značnému útlumu při šíření jsou i odražené signály slabší v nižších pásmech. ATV problematický příjem v blízkosti vysílače, stojaté vlnění, DTV bez problému a vysílače poblíž městské zástavby. kratot@feec.vutbr.cz strana 18
Přijímací antény pro ATV a DVB-T 1/1 Přeměna elektromagnetického pole v prostoru na vysokofrekvenční proudy a napětí není rozdíl mezi anténou pro ATV a DVB-T Horizontální vs. Vertikální polarizace Směrové vs. Všesměrové antény Venkovní vs. Pokojové antény Bez zesilovače vs. S předzesilovačem (tzv. aktivní) Úzkopásmové pro (1 3) TV kanály vs. Širokopásmové (celé pásmo) Obecně sledujeme: polarizaci, širokopásmovost, směrovost, impedanci kratot@feec.vutbr.cz strana 19
Polarizace antény 1/1 Vlna elektrická E Vlna magnetická H Rovina kmitů vlny E : Vertikální E : Horizontální Horizontální polarizace je odolnější vůči impulsnímu rušení Vysílací a přijímací anténa má mít shodnou polarizaci Zdroj: Bednář, J. Příjem DVB-T, 2007 Horizontální polarizace kratot@feec.vutbr.cz strana 20