Broadcast systeme
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Broadcast-Systeme. Ulrich Schmid. Unidirektionale 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

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Presentation Transcript


Broadcast systeme

Broadcast-Systeme

Ulrich Schmid

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


Unidirektionale verteilmedien

Unidirektionale 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

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


Bertragungssystem dab

Übertragungssystem 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

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


Fl chendeckung von dab

Flächendeckung von DAB

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Musicam

MUSICAM

  • 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

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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.

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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

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Synchronisation der reflexionen

Synchronisation der Reflexionen

Guard Interval

Symboldauer

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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

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Dab ensemble

DAB-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

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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

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Bertragungsrahmen

Übertragungsrahmen

Rahmendauer TF

Schritt

Ts

Schutzzeit Td

Symbol

Tu

. . . . . .

L

0

1

2

L-1

L

1

0

Null-

symbol

Referenz-

symbol

Daten-

symbol

Daten-

symbol

Daten-

symbol

Synchronisation

Channel

Fast Information

Channel

FIC

Main Service

Channel

SC

FIC

MSC

Quelle: Krüger

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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

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Dab signalerzeugung

DAB Signalerzeugung

DAB Signal

Service

Information

FIC

Trans-

mission

Multi-

plexer

Multiplex

Information

OFDM

Trans-

mitter

MSC

Multi-

plexer

Audio

Services

Audio

Encoder

Channel

Coder

Radio Frequency

Packet

Mux

Channel

Coder

Data

Services

FIC: Fast Information Channel

MSC: Main Service Channel

OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing

Quelle: Krüger

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Dab empf nger

DAB-Empfänger

(partial)

MSC

DAB

Signal

Tuner

OFDM

Demodulator

Channel

Decoder

Audio

Decoder

Audio

Service

FIC

Independent

Data

Service

Packet

Demux

Control Bus

Controller

User Interface

Quelle: Krüger

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Datendienste

Datendienste

  • 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

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Bitratenmanagement

Bitratenmanagement

  • 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

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Rekonfiguration

Audio 1

192 Kbit/s

Audio 1

192 Kbit/s

Audio 2

192 Kbit/s

Audio 2

192 Kbit/s

Audio 3

128 Kbit/s

Audio 3

192 Kbit/s

Audio 4

160 Kbit/s

Audio 4

160 Kbit/s

Audio 5

160 Kbit/s

Audio 5

160 Kbit/s

Audio 8

96 Kbit/s

Audio 6

128 Kbit/s

Audio 7

96 Kbit/s

PAD

PAD

PAD

PAD

PAD

PAD

PAD

PAD

PAD

PAD

PAD

PAD

PAD

Rekonfiguration

DAB - Multiplex

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

D8

D9

DAB - Multiplex - vorübergehend rekonfiguriert

D10

D11

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

D8

D9

Quelle: Krüger

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Broadcast systeme

MOT

  • 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

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Bertragungssystem dvb

Übertragungssystem 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

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Probleme bei dvb t

Probleme 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

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Hierarchische modulation

Hierarchische 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

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Beispiel high speed internet

Beispiel: High Speed Internet

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

  • Uplink über ein normales Modem

Satelliten-

empfänger

Multiplex parallel

zum digitalen TV

Internet

Standleitung

Satellitenbetreiber

TCP/IP

PC mit DVB-Steckkarte

Diensteanbieter

(z.B. InternetProvider)

Informationsanbieter

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

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