שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים אינגר משה 4Z1PF 2009 ספטמבר 1 שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה? יציבות באיכות התמונה ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור.
Download ReportTranscript שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים אינגר משה 4Z1PF 2009 ספטמבר 1 שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה? יציבות באיכות התמונה ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור.
Slide 1
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 2
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 3
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 4
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 5
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 6
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 7
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 8
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 9
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 10
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 11
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 12
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 13
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 14
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 15
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 16
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 17
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 18
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 19
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 20
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 21
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 22
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 23
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 24
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 25
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 26
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 27
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 28
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 29
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 30
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 31
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 32
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 33
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 34
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 35
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 36
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 37
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 38
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 39
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 40
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 41
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 42
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 43
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 44
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 45
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 46
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 47
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 48
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 49
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 50
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 51
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 52
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 53
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 54
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 55
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 56
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 57
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 58
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 59
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 60
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 2
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 3
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 4
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 5
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 6
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 7
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 8
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 9
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 10
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 11
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 12
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 13
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 14
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 15
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 16
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 17
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 18
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 19
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 20
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 21
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 22
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 23
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 24
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 25
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 26
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 27
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 28
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 29
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 30
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 31
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 32
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 33
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 34
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 35
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 36
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 37
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 38
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 39
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 40
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 41
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 42
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 43
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 44
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 45
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 46
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 47
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 48
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 49
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 50
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 51
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 52
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 53
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 54
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 55
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 56
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 57
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 58
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 59
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM
Slide 60
שדורי טלוויזיה
ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
2009
ספטמבר
1
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4עד )6
זול יותר יחסית לשידורי כבלים ,שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני
2
רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDMשמאפשרת עבודה של רשת
משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ(Single Frequency Networks) SFN-
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן ()GPS
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.
3
מושגים
אות אנלוגי
אות ספרתי (דיגיטלי)
ביט bite
בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות
4
Asynchronous Digital Subscriber Line
5
מה זה ? ADSL
( .)Asynchronous Digital Subscriber Line
טכנולוגיית ADSLמשתמשת ברוחב פס של 1.1MHzהמחולק לשלושה נתחים באמצעות
מסננים .הנתח האחד מ 0KHz -עד ,4KHzמשמש את ערוץ הטלפוניה .הנתח השני מ-
20KHzעד 160KHzמשמש עבור ה upstream-והנתח הגדול ביותר – 240 KHzעד
,1.1MHzמשמש עבור ה.downstream -
6
ADSLהמשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי ,ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג
את הקצב הנדרש .כדי לעמוד בדרישות אלה ,משתמשים בשיטת קידוד
.)Quadrature Amplitude Modulation) QAMשיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות
ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.
7
ADSLהמשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" (Discrete Multiton) DMT
הערוץ היורד ) (downstreamמחולק ל 256 -תדרי נושא ) (tonesכל אחד
ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה ) (upstreamמחולק ל 32 -תת נושאים.
נושא 64מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה
במקלט.
8
9
Standard vs. High-definition
Standard vs. Highdefinition
Wondering what the difference
is between standard and high
definition? Standard definition
(SD) uses 625 lines of pixels
from top to bottom. High
definition (HD) uses up to 1125
lines. Not all of these lines are
visible on the screen, but
they're included as part of the
signal .
10
Standard vs. High-definition
)HDTV )high-definition television
)DTV )digital television
DTVמשודר בתחום ה UHF -ברוחב פס של 8MHzכמו שידורי הטלוויזיה
האנלוגיים.
יתרונות DTV
• תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
• ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlacedאו סריקה מלאה
.progressive
• תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-
זמנית.
• ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר ,כמו מידע
מהאינטרנט.
• תומך בשידורי .HDTV
11
HDTV
• קיימים 18תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
• יחס ממדים 4:3באנלוגי 16:9 ,בדיגיטלי.
• הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית
576X720פיקסלים.
• הרזולוציה המרבית היא של 1080X1920 HDTVפיקסלים.
• מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות " "iעבור interlaced
ו "p" -עבור progressive
• ב – DTVמספר התמונות משתנה בין 60Pל20P -
12
HDTV
תקן "1080i" HDTVאומר שהרזולוציה היא 1080X1920פיקסלים ,סריקה
שלובה 60 ,תמונות בשנייה.
הערה :הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי
13
.
תקנים
MPEG-2
DTVמקודד את המידע ב – .MPEG-2מקודד שימושי ברוב מכשירי ה.DVD -
מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .55:1הוא מעלים חלק גדול מהמידע
שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16פיקסלים.
.
H.264 / MPEG-4
H.264הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו .התקן זהה לחלק 10של התקן MPEG-
4של ISOוידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVCמאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו
ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד
4X4המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים .חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים
עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר ,שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של
בלוקים ,ולכן מתמקדים מקודדי H.264בבעיית הבחירה של החלוקה
האופטימאלית של בלוק .16X16
14
HDTV
לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר 19.39 Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות ,לדוגמה:
ערוץ אחד של 19.39 Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות ,אך לאחד את הערוצים לאיכות
גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב .1- 2Mbps -מידע זה יכול לכלול דפי
אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.
15
HDTV
הבסיס לתקני HDTVהוא של . (Advanced Television Standards Committee) ATSCעבור
HDTVקיימים שני פורמטים P720 :ו.i1080 -
מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב 60Hz -ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך
.)16:9
P720הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר ,משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720שורות של 1280
פיקסלים בכל שורה.
i1080הוא תקן ( INTERLACEDכלומר ,משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי
זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080שורות של 1920פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי ,ולכן הוגדרו ב 60Hz-בלבד .לאחר מספר שנים ,אירופה
התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
P576 - PAL PROGRESSIVEאשר משודר במסך רחב או רגיל ()4:3
- P50720תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב50Hz -
( i501080לעתים מכונה גם - )i251080גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב50Hz -
16
HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה ,המסך חייב לתמוך בלפחות 720שורות עבור מצב .16:9
התנאים:
.1כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב.
.2על המסך לתמוך בכניסות HDTVדרך הכניסות הבאות:
YPBPRאנלוגי
DVIאו HDMI
.3בכל הכניסות הללו ,המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280על 720פרוגרסיבי ב 50Hz -וגם 60Hz
1920על 1080שזור ב 50Hz -וגם 60Hz
.4על חיבורי ה DVI-וה HDMI-לתמוך בהצפנת .HDCP
17
18
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
הגדרה :שני גלים נושאים ,באותו התדר נמצאים ב 90 -מעלות האחד ביחס לשני
(ניצבים) .ניתן לראות זאת כשווה ערך ,לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה
19
אפנון ניצבQAM - Quadrature Amplitude Modulation
כל סימבול16QAM -דוגמה ל
ביטים4 מיצג
I - In phase
Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
QAM16 64 128 256 -ב
20
QAM - Quadrature Amplitude Modulationאפנון ניצב
דוגמאות ל – 8QAMבמבנה מעגלי ומלבני
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
.1ההספק הממוצע המשודר
.2מורכבות מעגלי השידור והקליטה
.3חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate) .4
.5התאבכות בין גלי הנושא השונים.
21
22
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
) Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDMזהה עקרונית ל-
) Coded OFDM (COFDMול.Discrete multi-tone modulation (DMT) -
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing
) .(FDMמספר רב של תדרי תת נושא ניצבים ,הקרובים זה לזה ,נושאים את
המידע .המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים ,כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר
תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAMאו .PSKהמידע המאופנן נשלח
בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור
קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.
23
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
מרווח ביטחון (שומר מרווח) Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים ,הדהוד והחזרים
מגופים שונים כמו הר או בית .נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב COFDM -בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון" .כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה.
הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן
"מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר .אבל הגדלת
המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור .לדוגמה בשידור DVB-Tארבע מרווחי ביטחון
שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר 1/4 .מאפשר הגנה טובה ביותר
אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.
24
)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור
סימבול יהיה מיקרו-שנייה .במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות
ממסלולים שונים ).(multipath interference
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול
להיות ארוך פי 1000ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה) .אם נוסיף "מרווח ביטחון"
בערך של 1/8סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול ,אזי נוכל להתגבר על בעיית
ההתאבכות .זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5
קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.
25
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines,
phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDBTSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access
(HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and
WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by
WiMedia Alliance.
26
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier
being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phaseshift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel
streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation
(QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than
others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These
samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first
converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then
used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed
to give the transmission signal, s(t).
27
28
)DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial
DVB-Tהינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVBלשידורי טלוויזיה
קרקעיים .השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת .1997
המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע ,וידאו ונתונים
נוספים בשיטת MPEGובשימוש באפנון .COFDM
תכונות בסיסיות:
.1שלש אפשרויות לאפנון )(QPSK, 16QAM, 64QAM
FEC (forward error correction) .2חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד
קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8בהתאם לדרישות
המערכת.
.3ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון .1/4 1/8 1/16 1/32
.4רוחב פס של ערוץ שידור 7 ,6או 8MHz
.5תדר תמונות 50או 60הרץ.
29
DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
30
31
32
:הסבר
Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264
SD-Standard Definition
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
מבוסס עלDolby Digital Plus
שמאפשרAC-3 מערכת קודקים של
ותומך6.144 Mbit/s שידור בקצב עד
הוא אינו.13.1 במספר ערוצים עד
.AC-3 תואם אחורנית עם
הוא פורמט לשידור תקןMPEG-2TS
) אשר מרובב עם4 או1,2( MPEG
שימושי כמידע זורם.מידע נוסף
רשתות כולל,בטלוויזיה ספרתית
.אינטרנט
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks
33
34
:הסבר
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly
known as Sony Philips Digital InterFace)
דרך מוליך אופטי או כבל, מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שוניםS/PDIF
. עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרהAES/EBU תקן זה מבוסס על תקן.קואקסילי
35
הסבר:
S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי ) (biphaseהמקודד מידע זורם בינארי .כל ביט של
המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד .כל כל רמה לוגית " "1במבוא
מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10או .01כניסה לוגית 0מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00
או 11במוצא.
36
37
38
דוגמה – ממיר APEX
תכונות:
• תומך EPG
• רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
• בקרת הורים
• טיימר לתחילת תוכנית
• בחירת שפת הכתוביות
• השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
• הגדרת מדיית ה(MP3, JPEG….) USB -
• קביעת זמני הקלטה על מדיית הUSB -
• ועוד.....
39
APEX ממיר
40
APEX ממיר
41
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
42
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
43
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
44
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
45
בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל
46
:הסבר
BER – Bit Error Rate
PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.
47
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר
48
OFDM
) שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא
.להעברת המידע
LPF
cos( 2 f 1 t )
LPF
cos( 2 f 2 t )
cos( 2 f 2 t )
MULTIPLEX
DEMULTIPLEX
data
cos( 2 f 1 t )
data
LPF
cos( 2 f N t )
cos( 2 f N t )
49
תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר
תדרים בלתי תלויים.
50
תדרים אורתוגונליים 2
51
תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני
52
שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות
מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
53
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264ולא ב mpeg- 2
אפקט דופלר
Multi Path בעיית
P at h 2
B uilding
D i r ect P at h
P at h 3
M ob i l e
R ecep t i on
B ase St at i on
54
Guard Interval Tg -""שמירת מרחק
Tg
OFDM symbol(1/f0)
Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol
interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality
Tg OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period
55
השהיה ותזוזת תדר ב . OFDMוCDMA -
OFDM
בעיית Multi-pathנפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר
56
מיזוג שיטות הקידוד
ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM
יוכפל בקוד הCDMA-
Multi-carrier code division multiple access (MC-
)CDMA
57
סיכום
הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור CDMA :וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד
במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות
ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה ,Multi Path
ואפקט דופלר
References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H:
Digital Broadcast Services to Handheld Devices,"
Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan.
2006
2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ.
of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
[email protected] http://www.ie.uryukyu.ac.jp/~wada/
1.
3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research
Centre Anna University Chennai
59
References 2
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multipl
e_access
5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM