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Broadcast-Systeme

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

  1. Broadcast-Systeme Ulrich Schmid Mobile Netzwerke - Hauptseminar im SS 99 - Dept. Distributed Systems - University of Ulm - Germany

  2. 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

  3. 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

  4. Flächendeckung von DAB Mobile Netzwerke - Hauptseminar im SS 99 - Dept. Distributed Systems - University of Ulm - Germany

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

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

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

  8. Synchronisation der Reflexionen Guard Interval Symboldauer Mobile Netzwerke - Hauptseminar im SS 99 - Dept. Distributed Systems - University of Ulm - Germany

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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