Mikko Koskela DIGITAL VIDEO BROADCASTING - HANDHELD (DVB-H) Tietoliikenteen jatko-opintoseminaari

1. Introduction: DVB/DVB-H overview▪ DVB-H - The Emerging Standard for Mobile Data Communication (Reimers & Kornfeld)▪Coach Potato (Henriksson & Talmola) Mikko Koskela DIGITAL VIDEO BROADCASTING - HANDHELD (DVB-H) Tietoliikenteen jatko-opintoseminaari 24.3.2006

2. DVB-H • DVB-H (Digital Video Broadcasting - Handheld) perustuu DVB-T standardiin ja on tarkoitettu digitaalisten televisiolähetysten yksisuuntaiseen massajakeluun liikkuville, pienille päätelaitteille • kehitystyöstä vastaa DVB Project • standardi ETSI:n julkaisema (11/2004) • Pitkälti yhteensopiva DVB-T:n kanssa • Optimoitu taskukokoisille, kannettaville, kevyille ja akkukäyttöisille päätelaitteille • Tarjoaa matkapuhelinverkon laitteille laajakaistaisen downstream-suuntaisen tiedonsiirtokanavan ja uuden tavan palvelujen jakeluun Mikko Koskela

3. Vaatimusmäärittely • DVB-H:n tarjottava hyväksyttävän tasoisia broadcast-palveluja mobiililaitteille • tarkoitukseen riittävä tiedonsiirtonopeus • lähetyskanavat UHF taajuusalueelta (vaihtoehtoisesti VHF III-kaista) • Ympäristö verrattavissa matkapuhelinverkkoon niin kattavuuden kuin päätelaitteidenkin kohdalla • Mobiliteetti edellyttää vastaanoton toimivuutta sisä- ja ulkotiloissa sekä vastaanottimen liikkuessa ajoneuvonopeuksilla • GSM radiosignaalien aiheuttamat häiriöt • Verkon rakenne pitää olla yhteensopiva DVB-T:n kanssa, jotta samojen lähetyslaitteiden käyttö on mahdollista Mikko Koskela

4. DVB-H erityispiirteet • DVB-H järjestelmä yhdistää fyysisen ja siirtoyhteyskerroksen elementtejä sekä palveluinformaatiota • Siirtoyhteyskerros • aikaviipalointi (Time Slicing) vastaanottimen virran säästämiseksi ja sulavan handoverin tekemiseen • Reed-Solomon virheenkorjauskoodaus (MPE-FEC, Forward Error Correction) IP-paketeille kantoaalto-kohinasuhteen (C/N) parantamiseksi, sekä Doppler-ilmiön ja impulssihäiriöiden (kipinähäiriöiden) vaikutusten vähentämiseksi • Fyysinen kerros (DVB-T Layer 1 parannuksia) • TPS (Transmission Parameter Signalling) –biteillä suoritettava fyysisen kerroksen lisäsignalointi välittää tietoa MPE-FEC ja aikaviipalointiominaisuuksien käytöstä sekä solutunnisteesta • 4K-lähetysmuoto mahdollistaa yhden antennin vastaanoton suurissa nopeuksissa ja tuo joustavuutta verkon suunnitteluun • valinnainen in-depth symbolilomittelu 2K- ja 4K-lähetysmuodoille virheensietokyvyn parantamiseksi • Ainoastaan aikaviipalointi, solutunnus ja DVB-H signalointi ovat pakollisia • Toimii DVB-T –standardin määrittelemien VHF/UHF broadcast-taajuuksien (6, 7 ja 8 MHz) lisäksi myös 5 MHz:n taajuuskaistalla Mikko Koskela

5. Aikaviipalointi • Aikaviipaloinnissa (Time Slicing) lähetys on jaettu tietyn mittaisiin purskeisiin, joiden aikana koko kapasiteetti on varattu kyseiselle palvelulle • DVB-palvelu voi olla aikaviipaloitu tai viipaloimaton • DVB-H:ssa aikaviipalointi on aina käytössä • Aikaviipalointitekniikka • edellyttää päätelaitteelta puskurimuistia • vähentää virrankulutusta (jopa 90%) • mahdollistaa saumattoman tukiaseman vaihdon yhden antennin päätelaitteissa • DVB-H:ssa puretaan vain ne osat kanavanipusta, jotka sisältävät valittuun kanavaan (palveluun) kuuluvaa dataa • kanavat multipleksoidaan aikajakoperusteisesti, joten tietyn kanavan dataa lähetetään purskeisesti • vastaanotin synkronoituu valitun kanavan purskeisiin ja on muulloin virransäästötilassa (vastaanotin pois päältä) • Virransäästötilassa voidaan lisäksi etsiä valittua kanavaa tarjoavien naapurisolujen kanavia ja suorittaa tarvittaessa käyttäjälle näkymätön handover Mikko Koskela

6. Time Slicing ESG = Electronic Service Guide Mikko Koskela

7. MPE-FEC • Muista DVB-järjestelmistä poiketen DVB-H on IP-pohjainen • voidaan liittää osaksi mitä tahansa IP-verkkoa • IP data kapseloidaan kuljetusbittivirtaan Multi-Protocol Encapsulation:in (MPE) avulla • MPE-tasolla (siirtoyhteyskerros) käytetään virheenkorjauksessa MPE-FEC –menetelmää, joka täydentää fyysisen tason FEC:iä (DVB-T) • datavirtaan lisätään korjaavaa redundanssidataa • vähentää kantoaalto-kohinasuhteen (C/N) vaatimuksia vastaanotossa • käytössä Reed-Solomon –lohkokoodaus (kiinteän pituiset paketit) • virheidenkorjaus mahdollista ilman uudelleenlähetyspyyntöjä Mikko Koskela

8. MPE-FEC kehysrakenne Mikko Koskela

9. MPE-FEC • Sovellus (IP) ja pariteetti (FEC) data on erotettu toisistaan • 191 saraketta sovellusdatalle (IP-paketteja) ja 64 saraketta RS-datalle • MPE-FEC dekoodaus valinnaista vastaanottimessa, eli voidaan hyödyntää pelkkä MPE-osio (hyötykuorma) • MPE-FEC –kehyksen maksimikoko on noin 2 Mbit • IP-datagrammit täytetään sarakkeittain • pariteettibitit lasketaan Reed-Solomon koodauksen mukaisesti (riveittäin) • MPE-FEC ja aikaviipalointi on toteutettu siirtoyhteyskerroksella, joten ne eivät häiritse DVB-T:n fyysistä kerrosta mitenkään Mikko Koskela

10. TPS • Transmission Parameter Signalling (TPS) –biteillä välitetään vastaanottimelle viritysparametrit • kertoo onko kanavanipussa mukana aikaviipaloitua DVB-H –perusbittivirtaa • kertoo onko MPE-FEC –suojaus käytössä • kertoo käytettävän lähetysmoodin (2K, 4K, 8K) • kertoo onko käytössä in-depth lomitus • Myös solutunnisteen (Cell Identifier) signalointi DVB-H –lähetyksessä on pakollista (handoverin takia) • TPS toimii jo hyvin alhaisilla C/N-arvoilla Mikko Koskela

11. OFDM lähetysmuodot (1/2) • OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) –moduloinnissa tiedonsiirto tapahtuu lukuisilla toisiaan häiritsemättömillä taajuuskanavilla samanaikaisesti • Suurissa nopeuksissa tapahtuva vastaanotto on altis Doppler-ilmiölle, joka muuttaa vastaanottokanavaa nopeassa tahdissa tuhoten apukantoaaltojen ortogonaalisuuden • DVB-T tarjoaa 2K ja 8K –lähetysmuodot • DVB-H tuo lisäksi 4K –lähetysmuodon, joka on kahden edellisen kompromissi tehon ja kantaman suhteen • yhden taajuuden verkossa (SFN) lähetysasemien solukoot kaksinkertaisia 2K:hon verrattuna (verkkosuunnittelun joustavuus) • 8K:ta vähemmän altis Doppler-ilmiölle ja nopeampi demoduloida • perustuu 4096 tavun pituiseen diskreettiin Fourier-käänteismuunnokseen (IDFT, Inverse Discrete Fourier Transform) Mikko Koskela

12. OFDM lähetysmuodot (2/2) Mikko Koskela

13. 4K-lähetysmuoto • 4K-lähetysmuoto parantaa liikkuvan päätelaitteen vastaanottoa • ortogonaalisten aktiivisten kantoaaltojen määrä on 3409 • immuunimpi Doppler-ilmiön aiheuttamille häiriöille kuin DVB-T:ssä yleisesti käytetty 8k • Voidaan käyttää vain dedikoiduissa DVB-H –verkossa • Vaatii pieniä rautapäivityksiä sekä lähetys- että vastaanottopäässä DVB-T –mukaisiin laitteisiin • Nykyisissä mobiililaitteiden demodulaattoreissa on kuitenkin jo riittävästi muistia ja tiedonkäsittelykapasiteettia 8K-signaalien käsittelyyn Mikko Koskela

14. Datalohkojen lomittelu • Lomittelu parantaa virheiden korjattavuutta huomattavasti, koska peräkkäiset tavut sijoittuvat etäälle toisistaan • lomitus toimii hyvin purskemuotoisten häiriöiden kanssa, koska se muuttaa ne satunnaishäiriöksi • In-depth lomittelu käyttää vastaanottimen muistikapasiteetin kokonaan hyväkseen 2K- ja 4K-lähetysmuodoissa ja parantaa näin suorituskykyä • Kullekin lähetysmuodolle ominaista lomittelua kutsutaan natiiviksi lomitteluksi Mikko Koskela

15. In-depth vs. natiivi lomittelu Mikko Koskela

16. DVB-H –verkkotopologiat • DVB-T ja DVB-H voivat jakaa saman multipleksin • Suomessa neljäs kanavanippu varattu DVB-H –lähetyksille • Oleellinen komponentti IP kapseloija • DVB-T ja DVB-H hierarkkinen modulaatio • MPEG-2 ja DVB-H IP palveluilla itsenäiset kuljetusbittivirrat (TS) • DVB-H –liikenteellä korkeampi prioriteetti • DVB-H –erillisverkko Mikko Koskela

17. DVB-T/DVB–H –verkko Mikko Koskela

18. DVB-H järjestelmä Mikko Koskela

19. DVB-H standardointi Mikko Koskela

20. DVB-H vastaanottimen rakenne Mikko Koskela