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2009 ARRL TAPR Digital Comm Conference
Planung einer D-ATV-Station für DVB-S
von
• Ken Konechy W6HHC W6HHC@ARRL.net
• Robbie Robinson KB6CJZ KB6CJZ@ARRL.net
deutsche Bearbeitung und Übersetzung von
Hans Hass DC8UE
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
Warum starten wir unser D-ATV Projekt ?
Seit mehreren Jahren sind wir beide an interessanten Gesprächen beteiligt, wie:
“... wir Amateure sollten vom analogen ATV zu Digital-ATV (genannt D-ATV) wechseln, um mit der Technologie Schritt zu halten...”
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
Warum sollten wir zu Digital-ATV wechseln?
• Die Bildqualität ist die meiste Zeit nahezu perfekt
• Digital ermöglicht die Korrektur von Fehlern bei Störungen und Reflektionen
• Digitale Techniken ermöglicht den Einsatz von fortgeschrittenen Modulations-Arten
– Kompression– geringere Bandbreite
• Digitale TV-Komponenten für Amateure werden allgemein verfügbar werden
• Analoge TV-Geräte werden vom Markt verschwinden
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
Einführung in die kommerzielle DTV Norm
• DVB-C (Kabel) – Europa/Asien/Pazifik
• DVB-S (Satellit) – Europa/Asien/Pazifik
• DVB-T (terrestrisch) – Europa/Asien/Pazifik
• ATSC (terrestrisch) – USA/Kanada
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
DVB-C (Kabel) – Europa/Asien/Pazifik
• das Kabel hat eine sehr geringe Dämpfung• das Kabel ist nahezu Rausch-frei• das Kabel ist nahezu Reflexions-frei• benutzt fortgeschrittene Modulations-Techniken
angefangen bei QPSK bis hin zu 256QAM• stellt keine gute Wahl für Amateure bei der Entscheidung für D-ATV dar
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
DVB-S (Satellit) – Europa/Asien/Pazifik
• verwendet einfache QPSK Modulation
• kann NICHT mit der Mehrwege-Ausbreitungs-Problematik umzugehen
• verwendet mehrere Stufen der Forward Error Correction (FEC) für einen sehr robusten Schutz gegen viele Fehlerarten
•HF-Bandbreite kann bis unter 2 MHz reduziert werden
• wird bereits von vielen D-ATV-Gruppen in Europa und in den USA zum Umstieg auf D-ATV eingesetzt.
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
DVB-T (terrestrisch) – Europa/Asien/Pazifik
• wurde geplant, um die zerstörerischen Effekte von Mehrwege-Reflektionen zu vermeiden
• verwendet 16QAM-Modulation für eine effektive Nutzung der Bitrate pro Träger
• 1.705 einzelne Träger (verwendet COFDM ...genannt Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) um eine Bandbreite von nur 6 oder 8 MHz zu erzeugen.
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
ATSC (terrestrisch) – USA / Kanada
• 8-VSB ist eine 8-stufige Rest-Seitenband-Modulation• verwendet MPEG-2 zur Video-Kompression,
wie bei DVB-S• verwendet den AC3-(Dolby)-Algorithmus für die Audio-Kompression• verwendet mehrere Forward Error Correction (FEC) Stufen
für einen sehr robusten Schutz gegen viele Fehlerarten• ATSC SetTopBoxen sind in den USA sehr preiswert
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
Nachteile von D-ATV
• Schwacher Signal-Empfang Wie Henry (AA9XW) im Amateur Television of Central Ohio News (ATCO)
erklärte:
“Ja, digitales ATV ist ‘rauschfrei’, bis es gegen die “blau Wand” prallt. Es tendiert zu unter 1 dB Spanne zwischen “Perfekt” und “Nichts”. Daher sollte man kein allzu großes DX erwarten, da man das Signal im Rauschen ohne Bandpass-Filter (BPF) und Spektrum-Analyzer nicht finden kann.”
• Hohe Kosten der D-ATV Ausrüstung– analoges ATV profitiert derzeit von preiswerten Closed-Circuit
Geraucht-Geräten
– es gibt zur Zeit noch keinen Markt für gebrauchte kommerzielle D-ATV-Sender
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
Der heutige Stand von D-ATV
Block-Schaltbild eines typischen Amateur-D-ATV-Senders
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
Der heutige Stand von D-ATV – Fortsetzung
Prototyp eines DVB-S D-ATV-Senders ähnlich dem vorigen Block-Schaltbild
(beigestellt von Thomas Sailer (HB9JNX AE4WA), und anderen)
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
Der heutige Stand von D-ATV – Fortsetzung
Vergleich von analogen und D-ATV Bildern bei Empfang von schwachen Signalen mit der gleichen Antenne
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
Welches Band sollte ich für D-ATV verwenden?
• 440 MHz – sehr überfüllt– scheint ein schwieriges Band für D-ATV zu sein– HF-Verstärker sind sehr preiswert
• 920 MHz – zeigt sich eng für D-ATV – viele Störungen durch “ISM Part 15” Geräte
• 1.200 MHz – mehr Platz für Simplex D-ATV– vermutlich kein Platz für ein D-ATV Umsetzer-Paar – dies ist ein eindeutiges Amateur-Band
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
Welches Band sollte ich für D-ATV verwenden? Fortsetzung
• 2,400 MHz – hat wahrscheinlich Platz für einen D-ATV Umsetzer – 2,4 GHz teilt sich den Platz mit diversen kommerziellen Diensten– “ISM Part 15”-Anwendungen teilen sich die QRG mit den Amateuren
•3,400 MHz – hat wahrscheinlich Platz für ein D-ATV Umsetzer-Paar– 3,4 GHz wird ausschließlich mit der U.S. Air Force geteilt
•5,800 MHz – Schmales Band, kein Platz für ein D-ATV Relais-Paar – 5,8 GHz wird mit kommerziellen Diensten & “ISM Part 15” geteilt
•10,000 MHz – HF-Verstärker sind sehr teuer– Ein eindeutiges Amateur-Band, wird nur mit der Regierung geteilt
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
Welches Band sollte ich für D-ATV verwenden? Fortsetzung
• Erster Feststations-/-Portabel-Sender auf 1,2 GHz
• Spätere Aufrüstung auf einen D-ATV Umsetzer –
mit Ausgang auf 2,4 GHz oder 3,4 GHz
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
ATSC oder DVB-S Modulation ?
DVB-S• QPSK Modulation• die Video Kompression ist MPEG-2• die Audio Kompression ist MPEG-2
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
ATSC oder DVB-S Modulation ?
DVB-S – Fortsetzung
Block-Schaltbild eines DVB-S-Senders für D-ATV
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
ATSC oder DVB-S Modulation ? geschätzte Kosten für einen DVB-S Sender
Teil Gerät Hersteller Modell Geschätzte Kosten
Low End
Geschätzte Kosten
High End1 MPEG Encoder
BaugruppeSR-Systems MPEG Encoder $290 $360
2 1.2 GHz FEC & IQ Modulator für DVB-S
SR-Systems DVB-S 1xTS MiniMOD
$470 $540
3 HF-Treiber-Verstärker ?? (cirka 50 mW) $25 $50
4 30Watt HF-Leistungs-Verstärker (sehr linear)
Down East Microwave
Part Number 2330PA
$240 $240
TOTAL $1.025 $1.190
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
ATSC oder DVB-S Modulation ?
ATSC• verwendet 8-VSB Modulation• benutzt die MPEG-2 Video Kompression• benutzt die AC3 (Dolby) Audio Kompression• das SR-Systems ATSC-Board verwendet wegen
der hohen Lizenz-Kosten kein AC3 (Dolby) Audio
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ATSC – Fortsetzung
Block-Schaltbild für einen D-ATV-ATSC-Sender
Planung einer DVB-S D-ATV Station
ATSC oder DVB-S Modulation ?
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
ATSC oder DVB-S Modulation ?
ATSC – Fortsetzung• das SR-Systems ATSC-Board verwendet wegen der hohen
Lizenz-Kosten kein AC3 (Dolby) Audio
• bislang war kein Amateur in den USA erfolgreich bei der Verwendung von MPEG-2-Audio beim Einsatz einer terrestrischen ATSC SetTopBox
• N6QQQ berichtet über einen erfolgreichen Einsatz eines kabeltauglichen Digital-TV-Empfängers
• N6QQQ berichtet über einen erfolgreichen Einsatz eines USB- oder PCI-ATSC-Tuners
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
Mögliche D-ATV-Empfangs-Alternativen ATSC
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
Mögliche D-ATV-Empfangs-Alternativen
DVB-S
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
die Wahl unserer D-ATV-Station • wir entschieden uns für die DVB-S-Sender-Technologie
• ATSC würde ein “Versuch-und-Irrtums-Szenario”
wegen der MPEG-2 “Audio-Problematik” herauf beschwören
• die DVB-S-Auswahl profitiert von der weitgestreuten
Erfahrung und dem Wissen der europäischen Amateure
• Robbie’s Empfängerwahl ist die Alternative 5 (TV)
• Ken’s Empfängerwahl ist die Alternative 9 (Notebook)
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
Verständnis von Symbol-Rate, FEC, & BW für DVB-S QPSK Modulation:
• Video-Signalstrom Daten-Bit-Rate• Symbol-Rate• Forward-Error-Correction “Inflation” der Daten-Rate
haben alle Einfluss auf die HF Bandbreite
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
Video Daten-Rate und Kompression
das D-ATV Block-Schaltbild zeigt verschiedene Daten-und Symbol-Raten für DVB-S QPSK-Modulation
(für 2,25 Msymbols-pro-Sekunde beträgt die Bandbreite 3 MHz)
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
Video Daten-Rate und Kompression– Fortsetzung
Kamera-Video-Datenrate und MPEG-2 Daten-Strom
Video-Quelle Daten-Rate AnmerkungAnalog NTSC Kamera 168 Mbits/sec A/D digitalisiert
unkomprimiertNTSC MPEG-2 2-3 Mbits/sec komprimiertVHS MPEG-2 1-2 Mbits/sec komprimiert
Analoge PAL Kamera 216 Mbits/sec A/D digitialisiert unkomprimiert
PAL MPEG-2 2.5-6 Mbits/sec komprimiert
HDTV Kamera 1-1.5 Gbits/sec unkomprimiert
HDTV MPEG-2 12-20 Mbits/sec komprimiert
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
Symbol pro Bit Packungsdichte für verschiedene digitale Modulations-Technologien
Mo dulatio ns -ArtDate n-Bits
pro S ymbo l
BPSK 1QPSK 28-VSB 3QAM16 4QAM256 8
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
benötigte Symbol-Rate für eine Netto-Daten-Bitrate
benötigte Symbol-Rate =
Bedeutung:
CRrs CRv Me
NDBR
NDBR = Netto-Daten-Bit-Rate (genannt: die Informations-Rate)
die gleiche wie die MPEG-2-Ausgangs-Rate, aufgeführt in Tabelle 2
Me = Modulations Effizienz (der Wert ist 2 für QPSK siehe Tabelle 3)
CRv = Korrektur-Einstellung für den Viterbi Algorithmus (1/2, 3/4, usw.)
CRrs = Korrektur-Einstellung für den Reed-Solomon-Algorithmus (188/204)
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
Symbol-Raten und HF-Bandbreite
für QPSK, bei einem MPEG-2-Ausgang von 2 Mbits/sec und 1/2 FECviterbi:
benötigte Symbol-Rate =
benötigte Symbol-Rate = 2,17 Msymbols/sec
HF-Bandbreite = 1,33 x Symbol-Rate
HF-Bandbreite = 1,33 x 2,17 Msymbols/sec = 2,9 MHz
188/2041/2bit/symbol 2
Mbit/sec 2.0
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
2,0 MHz(SR = 1,5 MS/sec)
2,5 MHz(SR = 1,88 MS/sec)
3,0 MHz(SR = 2,25 MS/sec)
4,0 MHz(SR = 3,0 MS/sec)
5,0 MHz(SR = 3,75 MS/sec)
6,0 MHz(SR = 4,50 MS/sec)
1/2 1,38 1,73 2,07 2,76 3,46 4,152/3 1,84 2,30 2,76 3,69 4,61 5,533/4 2,07 2,59 3,11 4,15 5,18 6,225/6 2,30 2,88 3,46 4,61 5,76 6,917/8 2,42 3,02 3,63 4,84 6,05 7,26
DVB-S HF BANDBREITE für D-ATV(HF BW = SymbolRate x 1,33)
Mo
du
lati
on
FE
C
Co
der
ate
(ANMERKUNG-3: Die in der Tabelle durchgestrichenen und in "ROT" dargestellten Netto-Daten-Raten unterstützen nicht den geforderten Video-Daten-Strom.)
(ANMERKUNG-1: eine analoge NTSC-Kamera erzeugt eine MPEG-2-Datenrate von etwa 2,4 bis 2,5 Mbits-pro-Sekunde am Ausgang für typische Amateurfunk-Übertragungen)(ANMERKUNG-2: Die Netto-Daten-Rate in der Tabelle sollte 2,4 Mbps oder größer sein, um die vom MPEG-2-Encoder kommende Kamera-Datenrate zu unterstützen.)
Q
PS
K
von DVB-S unterstützte Netto-Daten-Bit-Rate bei:– einer bestimmten FEC Einstellung– resultierenden HF Bandbreiten– einer bestimmten Symbol-Rate
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
Zusammenfassung und Pläne • Diese Papier versucht einige D-ATV-Konzepte zu erklären und Amateuren ein Verständnis zu geben, worum es geht.
• Es ist unsere Hoffnung, damit den Übergang vom analog-ATV zum digital-ATV ein wenig einfacher zu gestalten.
• Wir planen zunächst die DVB-S Boards von SR-Systems zu bestellen, um damit
– zunächst zu Hause zu testen und erste Messungen durchzuführen– praktische Feld-Tests hinsichtlich der Bild-Qualität durchzuführen, bei der Übertragung zum EOC (Emergency Operation Center).
• Informationen über D-ATV zu verbreiten – um weitere Personen zu überzeugen, sich mit D-ATV zu beschäftigen
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
Nützliche Links: • Advanced Television Systems Committee (ATSC)
www.ATSC.org• Digital Video Broadcasting organization (DVB)
www.DVB.org• Amateur Television of Central Ohio
www.ATCO.TV • British ATV Club - Digital Forum
www.BATC.org.UK/forum/• Nick Sayer-N6QQQ blog on “putting together an ATSC DATV station” http://nsayer.blogspot.com/search/label/ham• OCARC newsletter DATV Introduction article on “ATV – the Digital Fork in the Road” www.W6ZE.org/DATV/TechTalk74-DATV.pdf• OCARC newsletter DATV article “Planning a Digital-ATV Station”www.W6ZE.org/DATV/TechTalk75-DATV.pdf• OCARC newsletter DATV article “Understanding Symbol-rates, FEC, and RF Bandwidth for DVB-S”
www.W6ZE.org/DATV/TechTalk76-DATV.pdf• PE1JOK and PE1OBW on “The Ultimate Resource for Digital Amateur Television”
www.D-ATV.com• AGAF D-ATV components (Boards)
www.datv-agaf.de and www.AGAF.de• SR-Systems D-ATV components (Boards)
www.SR-systems.de
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
Erste Tests: 1 mWatt D-ATV-Station Test-Aufbau
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
Erste Tests: das erste D-ATV-Bild zeigt Ken (W6HHC)
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Planung einer DVB-S D-ATV Station
Erste Tests: Robbie (KB6CJZ) überprüft die Signal-Qualität
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