D-ATV. Dr. Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA, Supercomputing Systems AG. Stefan Reimann, DG8FAC,

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1 D-ATV Dr. Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA, Supercomputing Systems AG Prof. Dr. Wolf-Henning Rech, DF9IC/N1EOW, Jens Geisler, DL8SDL, Fachhochschule Pforzheim Stefan Reimann, DG8FAC, SR Systems 19. März 2002 Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA

2 Inhalt Motivation, Analog vs. Digital DVB System DVB Physical Layer DVB Physical Layer für den Amateurfunk Baugruppen MPEG2 Encoder Basisbandprozessor Modulator Demo PA Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA 1

3 Analog vs. Digital, D-ATV vs. FM-ATV Flexibilität Bandbreite/Datenrate Bildqualität/Bildfolgerate Anzahl Programme Vernetzung ohne Qualitätsverlust dB weniger SNR nötig Quellencodierung: PAL Qualität mit etwa 4 5MBit/s grössere Funktionalität von Repeatern Datendienste Linearere Leistungsverstärker Kommerzielle Provider: Astra 19.2 Ost 750 digitale Programme 50 analoge Programme Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA 2

4 DVB komplette Eigenentwicklung im Amateurfunk nicht machbar (Entwicklerkapazität) Digital Video Broadcast durch ETSI standardisiert etabliert grosse Vielfalt an günstigen, ausgereiften Empfängern Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA 3

5 DVB System (1) Analoges Videosignal Video Encoder ES Packetizer PES Header Mux Program Stream (PS) PTS Analoges Audiosignal Audio Encoder ES Zeit referenz PTS Packetizer 90kHz PES Packetizer Packetizer Mux Transport Stream (TS) SI Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA 4

6 DVB System (2) Video MPEG2 Auflösung typ. D1 ( ) Audio MPEG2 Layer II optional MPEG2 Layer III optional AC-3, für 5.1 Surround Sound Program Stream für Storage-Anwendungen (DVD) Transport Stream für Sendetechnik TS Pakete 188 Bytes, einfach zu multiplexen System Information (SI) Tabellen beschreiben Transportstrom Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA 5

7 DVB Physical Layer (1) DVB-C DVB-Cable für schmalbandinge, aber verzerrungsfreie Kanäle QAM mit bis zu 256 Konstellationspunkten sehr lineare Leistungsverstärker, sehr hohes SNR nötig DVB-S DVB-Satellite für nichtlineare Wanderfeldröhrenverstärker und schwache Signale QPSK einfache Sendertechnik lineare Verstärker oder Filter dem Nachbarkanal zuliebe Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA 6

8 DVB Physical Layer (2) DVB-T DVB-Terrestrial für schmalbandige Kanäle mit starkem Fading/Mehrwegeausbreitung OFDM Gleichwellennetze (SFN, Single Frequency Networks) aufwendige Signalverarbeitung sehr lineare Verstärker nötig relativ neu, weniger ausgereifte Produkte ATSC A/53 US Standard für Terrestrische Aussendung VSB einfacher als DVB-T funktioniert sehr schlecht bei Mehrwegeausbreitung/Fading lineare Verstärker nötig DVB-T technisch unterlegen Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA 7

9 DVB Physical Layer für den Amateurfunk wenig Mehrwegeausbreitung durch (einseitigen) Einsatz von Richtantennen eher schwache Signale moderater Aufwand für Leistungsverstärker kleiner Aufwand für Empfänger wünschbar DVB-S für den Amateurfunk geeignet ausgereifte Empfänger günstig (ab 200) im Satelliten-TV Handel erhältich selber entwickelte Sendebaugruppen Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA 8

10 Baugruppen Analog Video Source MPEG2 Encoder DVB S Baseband Processor Modulator PA Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA 9

11 MPEG2 Encoder Eingänge Composite S-Video Ausgang Transport Stream (8 Datenleitungen, 1 Byteclock) verwandt mit dem Fujitsu-Eval-Board für den MB86390 Single Chip MPEG2 Encoder Bausteine Fujitsu MB86390 MPEG2 Encoder SDRAM Philips SAA7113 Video ADC TI (ex. Burr Brown) PCM1800 Audio ADC Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA 10

12 MPEG2 Encoder / Basisbandprozessor Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA 11

13 Basisbandprozessor TS1 TS2 TS3 TS4 TS Sync and FIFO TS Synchronizer Table Generator TS Sync and FIFO TS Synchronizer Arbiter Framing RAM PRBS RS Encoder Interleaver Puncturing Convolutional Encoder Parallel to Serial QPSK Signal Mapper RC Oversampling Filter RC Oversampling Filter Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA 12

14 Basisbandprozessor (2) Eingänge 4 Transport-Stream Ausgang I/Q Analogsignale TS Synchronizer/FIFO Synchronisation des einkommenden Transport Streams Zwischenspeicherung Arbiter/Multiplexer gerechte Verteilung der Sendebandbreite auf die 4 Eingänge PRBS (Scrambler) Signalflanken für Taktrückgewinnung, keine diskreten Spektrallinien Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA 13

15 Basisbandprozessor (3) Reed Solomon Encoder Outer FEC RS(255,239,8) Code verkürzt auf RS(204,188,8) Interleaver Verteilen von Burstfehlern auf mehrere RS-Codewörter Parallel Seriell-Wandler Faltungscoder Inner FEC Coderate 1 2, punktiert 2 3, 3 4, 5 6, 7 8 QPSK Signal Mapper Oversampling-Filter einfacheres analoges Antialias-Filter 4 16fach Oversampling (Symbolrate softwaremässig einstellbar) Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA 14

16 Basisbandprozessor (4) Bausteine Xilinx XC2S150 FPGA TS-Multiplexer DVB-S Basisbandsignalverarbeitung SRAM Controller/Bridge Fujitsu MB90F583 16bit Mikrocontroller Firmware Download in FPGA/MPEG2 Encoder SI-Tabellengenerator Teletext-Generator Analog Devices AD9709 Doppel-DAC TI (ex. Burr Brown) PLL1700 Frequenzaufbereitung (27MHz, Audioclocks) Synchrones SRAM FLASH Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA 15

17 Modulator 4MHz PLL LMX GHz VCO MAX GHz VCO MAX2753 INA340 Anti Aliasing Filter I GAL 6 GAL 6 RF Q AD8346 Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA 16

18 PA (1) Mitsubishi M V PA-Modul Bias umgebaut auf Klasse-A Betrieb 12V, 4A Ruhestrom Ausgangsleistung 3W Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA 17

19 PA (2) Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA 18

20 Multiplexer-Programm Systemtabellen Automatische Einstellung der Empfängerparameter Standbild z.b. für Repeater-Logo ein I-Frame mit niedriger Wiederholrate/Datenrate nicht ganz MPEG-Konform Teletext 8 Seiten frei programmierbar Multiplexer-Statistik Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA 19

21 Zusammenfassung D-ATV dank hochintegrierter Bausteine im Amateurfunk realisierbar bessere Bildqualität als FM-ATV weniger Bandbreite oder mehrere Programme weniger SNR nötig verlustfreie TV-Links möglich auch Datendienste möglich Anbindung an Knotenrechner aber noch zu definieren Kleinserie Baugruppen bei SR-Systems erhältlich Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA 20

22 Zusammenfassung (2) Band 23cm oder 13cm Modulator Basisband Symbolrate MSymbole/s (mit anderem Quarz 3 bis 31 MSymbole/s) Bandbreite MHz (mit anderem Quarz bis 4 MHz) Symbolrate 7 50 MBit/s 1 Faltungscoderate 2, 2 3, 3 4, 5 6, 7 8 Oversamplingfaktor 4, 4 1 3, 41 2, 42 3, 5, 51 3, 51 2, 6, 61 2, 7, 71 2, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 Taktfrequenz 120 MHz ( 124 MHz, Quarzfrequenz 2) Eingänge 4 PID Filter 4 frei programmierbar (PID/Maske) pro Eingang Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA 21

23 Zusammenfassung (3) MPEG-Encoder MPEG2 4:3 Auflösung D1 ( ), HD1, SIF, QSIF Framerate 25/s Bitrate 1.5 6MBit/s Eingang Composite oder S-Video Standbild Teletext EPG Basisband-Programm frei programmierbar 8 Seiten frei programmierbar Rufzeicheneinblendung auf Knopfdruck Thomas Sailer, HB9JNX/AE4WA 22

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