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Fachbeitrag Transportstrom Interface MIP- Decoder 1-s-Takt 10 MHz (z.B. von GPS-Empfänger) Funktion TPS-Daten Frame-Synchronisation Fehlerschutz niedrige Priorität Energie- Verwischung Energie- Verwischung Äußerer Coder Äußerer Coder Fehlerschutz hohe Priorität Äußerer Interleaver Äußerer Interleaver Innerer Coder Innerer Coder Innerer Interleaver Die an der LVDS-Eingangsschnittstelle anliegenden MPEG2-Daten und Steuersignale werden zunächst regeneriert Daten Clock Signalverzögerung 20 Neues von Rohde & Schwarz Heft 156 (1997/IV) Mapper BILD 2 Prinzipschaltung des DVB-T-Modulators SDB-M (blau Optionen). IFFT-Modus 8k 2k Anzahl der Unterträger 6817 1705 Symboldauer 896 µs 224 µs Trägerabstand 1116 Hz 4464 Hz Nutzbandbreite 7,61 MHz 7,61 MHz Modulation Coderate Guard-Intervall 1/4 1/8 1/16 1/32 1/2 4,98 5,53 5,85 6,03 2/3 6,64 7,37 7,81 8,04 QPSK 3/4 7,46 8,29 8,78 9,05 5/6 8,29 9,22 9,76 10,05 7/8 8,71 9,68 10,25 10,56 1/2 9,95 11,06 11,71 12,06 2/3 13,27 14,75 15,61 16,09 16QAM 3/4 14,93 16,59 17,56 18,10 5/6 16,59 18,43 19,52 20,11 7/8 17,42 19,35 20,49 21,11 1/2 14,93 16,59 17,56 18,10 2/3 19,91 22,12 23,42 24,13 64QAM 3/4 22,39 24,88 26,35 27,14 5/6 24,88 27,65 29,27 30,16 7/8 26,13 29,03 30,74 31,67 Frequenz- Interleaver SERBUS Controller RS-232-C Imag. Real Frame- Adapter Clock und die erforderlichen Taktfrequenzen für die weitere Verarbeitung abgeleitet (BILD 2). Die Länge der Transportpakete kann 188 oder 204 Bytes betragen. Ein optionaler MIP-Decoder trennt die IFFT-Modus 8k 2k IFFT Digitale Filter TABELLE 1 OFDM-Parameter für 2k- und 8k-Modus Guard-Intervall 1/4 1/8 1/16 1/32 1/4 1/8 1/16 1/32 Symboldauer 896 µs 224 µs Guard-Intervall 224 µs 112 µs 56 µs 28 µs 56 µs 28 µs 14 µs 7 µs Symboldauer + Guard-Intervall 1120 µs 1080 µs 952 µs 924 µs 280 µs 252 µs 238 µs 231 µs TABELLE 3 Werte für Symboldauer und Guard-Intervall TABELLE 2 Eingangsdatenraten in Mbit/s bei nichthierarchischer Codierung in Abhängigkeit von Modulationsart, Coderate und Guard-Intervall (Werte auf zwei Stellen gerundet) I/Q- Modulator Referenzfrequenz 10 MHz Daten Clock D/A- Wandler VCXO ZF- Mischer ZF Local SAW- Filter HF- Mischer Synthesizer Verstärker ZF HF Daten des Megaframe Initialization Packets ab und stellt sie zur Auswertung dem Geräte-Controller zur Verfügung. Zur Energieverwischung werden die Daten mit einer PRBS-Folge so verknüpft, daß eine gleichmäßige Leistungsverteilung im Übertragungskanal entsteht. Im äußeren Coder wird ein verkürzter Reed-Solomon-Code (204, 188, t = 8 ) angewendet. Hierbei werden pro Transportpaket 16 Byte als Fehlerschutz hinzugefügt, wodurch bis zu acht fehlerhafte Bytes pro Transportpaket korrigiert werden können. Ein Faltungs-Interleaver verteilt die Daten byteweise auf zwölf Blöcke, damit mehrere aufeinanderfolgende Fehler besser korrigiert werden können. Der innere Coder arbeitet bitweise und erzeugt einen punktierten, verketteten Code mit Coderaten von 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 oder 7/8. Für eine hierarchische Codierung (Option) sind die genannten Blöcke doppelt vorhanden. Somit ist es möglich, unterschiedliche Daten (Programme) des MPEG2-Transportstroms entweder mit hohem Fehlerschutz und kleiner Datenrate (High Priority, HP) oder mit niedrigem Fehlerschutz und hoher Datenrate (Low Priority, LP) zu übertragen. Der innere Interleaver verteilt diese Daten in Abhängigkeit von Modulationsart und Codierung zunächst auf bis zu sechs serielle Bitströme (Bit Interleaving): zwei (QPSK), vier (16QAM) oder sechs Ströme (64QAM) bei nicht hierarchischer Codierung beziehungsweise zwei (QPSK) für HP-Daten plus zwei (16QAM) oder vier für LP-Daten (64QAM) bei
hierarchischer Codierung. Aus diesen seriellen Bitströmen werden Worte mit einer Breite von zwei, vier oder sechs Bit gebildet, die den Vektor eines Subträgers bestimmen. Im 2k-Modus werden 1512, im 8k-Modus 6048 dieser Worte zu einem Symbol zusammengefaßt und ihre Position innerhalb des Symbols verwürfelt (Symbol Interleaving). Bei Betrieb in Gleichwellennetzen sind Laufzeitunterschiede in der Zuführung des Transportstroms zum jeweiligen Sender durch eine optionale Signalverzögerung zu kompensieren. Mit einer manuellen oder automatischen Korrektur – durch Vergleich der Zeitmarke im Transportstrom mit einer zugeführten 1-Hz-Referenz – können Differenzen bis zu 1000 ms mit 100 ns Auflösung ausgeglichen werden. Im Mapper werden die Worte Graycodiert auf die Signalraumpunkte der komplexen Ebene abgebildet. Der Frame-Adapter fügt im 2k-Modus (8k-Modus) 176 (701) Subträger als Synchroninformation und 17 (68) Subträger als Steuerinformation hinzu, so daß sich eine Gesamtanzahl von 1705 (6817) Trägern ergibt (TABELLE 1). Die Inverse Fast Fourier Transformation führt die in der komplexen Ebene abgebildeten Subträger vom Frequenz- in den Zeitbereich über. Während des Guard-Intervalls von 1/4, 1/8, 1/16 oder 1/32 der Symboldauer wird der Beginn des Symbols in entsprechender Länge wiederholt. BILD 3 Bedienoberfläche des DVB-T-Modulators SDB-M. Nach Spektrumsformung durch digitale Filter und anschließender digitaler I/Q-Modulation wird das Zeitsignal schließlich dem D/A-Wandler zugeführt und auf die Zwischenfrequenz von cirka 36 MHz umgesetzt. Die hierzu notwendige Local-Frequenz wird intern erzeugt, kann an ein Frequenznormal angebunden oder auch von extern zugeführt werden. Zur optionalen Umsetzung auf eine HF- Ausgangsfrequenz wird ein Synthesizer mit Aufwärtsmischer eingesetzt. Dieser bietet eine Umsetzung des 7,61 MHz breiten OFDM-Signals auf eine beliebige, einstellbare Mittenfrequenz von 47 bis 860 MHz mit sehr guten Werten für den Störabstand. Auswahl der Betriebsparameter und Bedienung Mit der Konfiguration von Coderate, Modulationsart und Guard-Intervall wird die Eingangs- oder Nettodatenrate der Übertragung festgelegt. Durch die Auswahl von Coderate und Modulationsart ist ein Austausch zwischen hinzugefügtem Fehlerschutz und nutzbarer Übertragungskapazität möglich (TABELLE 2). Die Wahl von IFFT-Modus und Guard-Intervall ist abhängig von der Netzstruktur und wird von der Forderung bestimmt, daß bei Mehrwege- Kurzdaten DVB-T-Modulator SDB-M Fachbeitrag empfang (Echosignale, Sender im Gleichwellenbetrieb in beliebiger Entfernung zum Empfänger) Laufzeitdifferenzen kleiner sein müssen als die Dauer des Guard-Intervalls (TABELLE 3) [4]. Ein integrierter Geräte-Controller konfiguriert die einzelnen Baugruppen des DVB-T-Modulators SDB-M netzausfallsicher, überwacht deren Funktion und stellt Informationen an einer parallelen und einer seriellen Schnittstelle zur Verfügung. An der seriellen Schnittstelle kann man diese mit einem Standard-PC und der mitgelieferten komfortablen Bedienoberfläche unter Windows abrufen (BILD 3). Selbstverständlich lassen sich hiermit auch sämtliche Betriebsparameter verändern. Rainer Wießmeier LITERATUR [1] Lauterjung, J.: DVB-T, der neue terrestrische TV-Standard. Neues von Rohde & Schwarz (1997) Nr. 155, S. 31-32. [2] ETS 300 744: Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channel coding and modulation for digital Terrestrial television (DVB-T). ETSI (March 1997). [3] TS 101 191: Digital Video Broadcasting (DVB); DVB mega-frame for Single Frequency Network (SFN) synchronization. ETSI (April 1997) [4] Acts Validate: Implementation Guideline for DVB-T; Transmission aspects. Draft (April 1997). Eingangsdatenrate 5...40 Mbit/s, abhängig von Betriebsart IFFT-Modus 2k und 8k Modulation QPSK, 16QAM oder 64QAM Guard-Intervall 1/4, 1/8, 1/16 oder 1/32 Innere Coderate Eingänge 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 oder 7/8 Transportstrom MPEG2, LVDS, SUB-D, 25pol., female, 100 Ω Referenzfrequenz Ausgänge 10 MHz, –10...+10 dBm, BNC, 50 Ω ZF, COFDM 35,764 MHz, –7 dBm, BNC, 50 Ω oder HF (Option) Band I bis V, 0 dBm, BNC, 50 Ω SFN-Funktion (Option) gemäß SFN-DS MIP-Daten auslesbar über serielle Schnittstelle Transportstrom-Laufzeitausgleich
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