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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS046.1 Mobilkommunikation Kapitel 6: Broadcast-Systeme Unidirektionale Verteilmedien DAB.

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1 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS046.1 Mobilkommunikation Kapitel 6: Broadcast-Systeme Unidirektionale Verteilmedien DAB Architektur DVB Container High-Speed Internet

2 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS046.2 Unidirektionale Verteilmedien Asymmetrische Kommunikationsumgebungen durch Bandbreitenbeschränkungen des Übertragungsmediums durch Art der Informationen oder Einsatzgebiet Beispiele: Drahtlose Netzwerke mit Basistation und Mobilteilnehmern Client-Server Umgebungen (Diskless Terminal) Kabelfernsehen mit Set-Top-Box Informationsdienste (Pager, SMS) Extremfall: Unidirektionalen Verteilmedien hohe Bandbreite vom Server zum Client (downstream), aber kein Rückkanal (upstream) Probleme des Rundsendemediums: Die zu übertragende Information kann nur für eine einzige virtuelle Benutzergruppe optimiert werden Hilfsmittel für Zugriff müssen geliefert werden, die eine angemessene Berücksichtigung des individuellen Zugriffsverhaltens erlauben

3 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS046.3 Unidirektionale Verteilkommunikation DienstgeberDienstnehmer Sender Empfänger unidirektionales Verteilmedium A A A A A A AB B B B Optimiert für erwartetes Zugriffsverhalten aller Dienstnehmer Individuelles Zugriffsverhalten eines Dienstnehmers

4 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS046.4 Sendeseite zyklische Wiederholung der Daten Verschiedene Sendefolgen der Daten (Wissen über Inhalte notwendig um eine Optimierung zu erreichen) Empfängerseite Einsatz von Caching-Algorithmen kostenbasierte Strategie: Welche Kosten (Wartezeit) entstehen, wenn ein Datenobjekt angefordert wird und sich nicht im Cache befindet? Anwendung bzw. Cache benötigt Wissen über Art der übertragenen Datenobjekte und Zugriffsprofil des Nutzers Strukturierungskonzept ABCABC flat disk AABCAA skewed disk ABACAB multi-disk

5 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS046.5 DAB: Technische Spezifikation Ausstrahlungsverfahren COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex) SFN (Single Frequency Network) 192 bis 1536 Unterträger innerhalb eines 1,5 MHz Frequenzblocks Frequenzen Erste Bedeckung: einer von 32 Blöcken im Bereich der Fernsehkanäle 5 bis 12 ( MHz, 5A - 12D) Zweite Bedeckung: einer von 9 Blöcken im L-Band ( ,5 MHz, LA - LI) Sendeleistung: 6,1 kW (VHF, Ø 120 km) bzw. 4 kW (L-Band, Ø 30 km) pro Gleichwellennetz 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 Digitale Dienste: 0, kbit/s (PAD), 24 kbit/s (NPAD)

6 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS046.6 Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) Daten parallel auf mehreren parallelen (orthogonalen) Unterträgern mit geringerer Rate übertragen Maximum einer Trägerfrequenz liegt im Frequenzbereich genau auf den Nullstellen aller anderen Trägerfrequenzen Überlagerung der Frequenzen im selben Frequenzbereich k3k3 f t c Amplitude f Unterträger: sin(x) x SI-Funktion=

7 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS046.7 OFDM II Eigenschaften Geringere Datenrate auf den Unterträgern geringere ISI Störungen einer Frequenz führen nur zu Störungen auf einem Unterträger Kein Schutzabstand notwendig Orthogonalität erlaubt Trennung des Signals auf Empfängerseite (IFFT) Genaue Synchronisation von Sender und Empfänger notwendig Vorteile Keine Entzerrer (Equalizer) notwendig Keine (steilflankigen) Filter notwendig Bessere spektrale Effizienz (im Vergleich zu Codemultiplex) Anwendung a, HiperLAN2, DAB, DVB, ADSL

8 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS046.8 Reale Umgebungen ISI aufeinanderfolgernder Symbole durch Mehrwegeausbreitung Symbol muss während der Analyse für T nutz konstant sein Guard-Intervall (T G ) wird jedem Symbol vorangestellt (HIPERLAN/2: T G = 0,8 s; T nutz = 3,2 s; 52 Unterträger) (DAB: T nutz = 1 ms; bis 1536 Unterträger) OFDM-Symbol Ausschwingen OFDM-Symbol Einschwingen Impulsantwort OFDM-Symbol t Analysefenster T nutz OFDM-Symbol TGTG TGTG TGTG T nutz

9 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS046.9 Flächendeckung von DAB

10 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS DAB-Transportmechanismen MSC (Main Service Channel) übertragt alle Nutzdaten (Audio, Multimedia,...) besteht aus mehreren CIF (Common Interleaved Frames) jeder CIF ist bit groß und wird alle 24 ms übertragen (je nach Übertragungsmodus unterschiedlich)a CIF enthält CU (Capacity Units) von 64 bit Größe FIC (Fast Information Channel) überträgt alle Steuerdaten besteht aus FIB (Fast Information Block) jeder FIB ist 256 bit groß (inkl. 16 bit Prüfsumme) beschreibt Konfiguration und Inhalt des MSC Stream-Modus transparente Datenübertragung mit einer festen Datenrate Paket-Modus Übertragung einzeln adressierbarer Datenpakete

11 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS Übertragungsrahmen Synchronisation Channel SC Main Service Channel FIC MSC Null- symbol Referenz- symbol Daten- symbol Daten- symbol Daten- symbol... Symbol SchrittTsTs TuTu Rahmendauer T F Schutzzeit T d L0 0 12L-11L Fast Information Channel FIC

12 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS DAB-Signalerzeugung Trans- mitter Trans- mission Multi- plexer MSC Multi- plexer OFDM Packet Mux Channel Coder Audio Encoder Channel Coder DAB-Signal Dienst- information FIC Multiplex- Information Daten- dienste Audio- dienste Trägerfrequenz FIC: Fast Information Channel MSC: Main Service Channel OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing 1,5 MHz f Träger

13 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS DAB-Empfänger Packet Demux Audio Decoder Channel Decoder Unabhängiger Datendienst Audio- dienst Steuerung Tuner OFDM- Demodulator Benutzerschnittstelle FIC Control Bus (partial) MSC

14 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS Audiocodierung Ziel: Audioübertragung in (annähernd) CD-Qualität weitgehende Immunität gegen Mehrwegeausbreitung minimale Verzerrung der Tonsignale bei schwächer werdendem Empfang Wird erreicht durch: Tonsignale digital abgetastet (PCM, 16 Bit, 48 kHz, stereo) Kompression nach MPEG-Standard, Kompressionsrate 1:10 Einfügen von Schutzbits zur Fehlererkennung und Korrektur häufig Bündelfehler in der Funkübertragung, daher wird das Signal vor der Übertragung nach festem Schema verwürfelt. Bündelfehler werden so beim Empfänger zu korrigierbaren Einzelfehlern Geringe Schrittgeschwindigkeit, großer Symbolvorrat: Übertragung der digitalen Daten als Folge von langen Symbolen, getrennt durch Schutzintervalle. Durch Reflexionen verzögerte Symbole fallen in die Schutzintervalle

15 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS Bitratenmanagement DAB-Ensemble vereinigt Audioprogramme und Datendienste mit unterschiedlichen Ansprüchen an die Übertragungsqualität und die benötigen Datenraten. Der Standard ermöglicht es, den DAB-Multiplex dynamisch, also während des laufenden Programmbetriebes, zu rekonfigurieren. Datenraten können im Diensteensemble variabel gehalten werden. Freiwerdende Kapazitäten können dann für andere Angebote genutzt werden. Da das Bitratenmanagement technisch im Multiplexer vorgenommen wird, können zusätzlichen Angebote von unterschiedlichen Anbietern kommen.

16 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS Beispiel einer Rekonfiguration D1D2D3D4D5D6D7D8D9 Audio Kbit/s PAD Audio Kbit/s PAD Audio Kbit/s PAD Audio Kbit/s PAD Audio Kbit/s PAD Audio Kbit/s PAD DAB - Multiplex D1D2D3D4D5D6D7D8D9 Audio Kbit/s PAD Audio Kbit/s PAD Audio Kbit/s PAD Audio Kbit/s PAD Audio Kbit/s PAD Audio 7 96 Kbit/s PAD DAB - Multiplex - vorübergehend rekonfiguriert Audio 8 96 Kbit/s PAD D10D11

17 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS Multimedia Object Transfer Protocol (MOT) Probleme: Empfangsgeräte mit stark unterschiedlichen Leistungsmerkmalen (Audio-Only-Gerät mit ein- bzw. mehrzeiligem LCD, Geräte mit angeschlossenem Schwarzweiß- oder Farbmonitor, PC-Karten). Unterschiedlichen Empfängertypen sollen alle Arten von programmbegleitenden wie programmunabhängige Datendiensten verarbeiten oder wenigstens erkennen können. Lösung: Einheitlicher Standard für die Datenübertragung. Ein wesentlicher Aspekt bei der Definition des MOT-Protokolls ist, dass damit Datenformate unterstützt werden, die auch in anderen multimedialen Systemen (Online-Dienste, Internet, CD-ROM) benutzt werden. So lassen sich etwa HTML-Dokumente aus dem WorldWideWeb mit relativ geringem Aufwand auch über DAB ausstrahlen.

18 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS MOT-Formate MHEG, Java, JPEG, ASCII, MPEG, HTML, HTTP, BMP, GIF,... Header core Länge von header und body, Inhaltsformat Header extension Angaben über die Bearbeitung des Inhalts (Abstand von Wiederholungen, Segmentierung, Priorität etc.) Information unterstützt Caching-Mechanismen Body beliebige Nutzdaten DAB erlaubt vielfältige Wiederholungsmuster Objekte, Segmente, Paketköpfe MOT-Struktur header core header extension body 7 byte

19 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS Digital Video Broadcasting 1991 Gründung der ELG (European Launching Group) Ziel: Entwicklung des digitalen Fernsehens in Europa 1993 Umbenennung in DVB (Digital Video Broadcasting) Ziel: Einführung des digitalen Fernsehens auf Basis von Satellitenübertragungstechnik Kabelübertragungstechnik zu einem späteren Zeitpunkt: Terrestrische Übertragung SDTV EDTV HDTV Multimedia PC B-ISDN, ADSL,etc. DVD, etc.DVTR, etc. Terrestrischer Empfang Kabel Multipoint Distribution System Satelliten DVB Digital Video Broadcasting Integrated Receiver-Decoder DVB-S DVB-C DVB-T

20 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS DVB Container DVB überträgt MPEG-2 Container Hohe Flexibilität bei der Übertragung digitaler Daten Keine Einschränkungen bzgl. der Art der Informationen DVB Service Information spezifiziert den Container-Inhalt NIT (Network Information Table): Fasst die Dienste eines Providers zusammen. Beinhaltet Zusatzinformationen für Set-Top-Boxen SDT (Service Description Table): Liste der Namen und Parameter für jeden Dienst in einem MPEG-Mux-Kanal EIT (Event Information Table): Statusinformationen der aktuellen Übertragung. Optional Zusatzinformationen für die Set-Top-Box TDT (Time and Date Table): Updateinformationen für die Set-Top-Box Multimedia data broadcasting MPEG-2/DVB container Einzelner Kanal high definition television MPEG-2/DVB container HDTV Mehrere Kanäle standard definition MPEG-2/DVB container SDTV Mehrere Kanäle enhanced definition MPEG-2/DVB container EDTV

21 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS Beispiel: High-Speed Internet Asymmetrischer Datenaustausch Downlink: DVB-Empfänger, Datenrate pro Anwender: 6-38 Mbit/s Rückkanal vom Anwender zum Dienstanbieter: z.B. Modem mit 9,6-56 kbit/s, ISDN mit 64 kbit/s, DSL mit einigen 100 kbit/s etc. DVB-S-Karte PC Internet TCP/IP Standleitung Dienst- anbieter Informations- anbieter Satelliten- betreiber Satellitenempfänger DVB/MPEG2 - Multiplex parallel zum digitalen TV

22 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS Aktuelle Verbreitung der DVB-Standards

23 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS Konvergenz von Rundfunk und Mobilkommunikation Definition von Interaktionskanälen Interaktion mit/Steuerung von Rundfunk via GSM, UMTS, DECT, PSTN, … Beispiel: mobile Internet Dienste mit IP über GSM/GPRS oder UMTS als Interaktionskanäle für DAB/DVB mobiles Endgerät DVB-T, DAB (TV plus IP-Daten) GSM/GPRS, UMTS (IP-Daten) MUX Internet TV/Rundfunk ISP Mobilnetzbetreiber TV Daten Rundfunk Interaktion Kanäle

24 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, SS Vergleich von UMTS, DAB and DVB UMTS DAB DVB Frequenzen [MHz] (abhängig von nationalen Regelungen) 2000 (terrestrial), 2500 (satellite) , (UK) , (UK) Regulierung Telekom., lizenziert Rundfunk, lizenziert Rundfunk, lizenziert Bandbreite 5 MHz 1,5 MHz 8 MHz Effektiver Durchsatz kbit/s (pro Nutzer) 1,5 Mbit/s (geteilt) 5-30 Mbit/s (geteilt) Mobilität Niedrig bis hoch Sehr hoch Niedrig bis hoch Anwendung Sprache, Daten Audio, push Internet, Bilder, einfaches Video Hochwertiges Video, Audio, push Internet Abdeckung Lokal bis regional regional/national Installationskosten für Flächendeckung Sehr hoch Niedrig


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