2009 ARRL TAPR Digital Comm Conference Planung einer D-ATV-Station für DVB-S von Ken Konechy W6HHC...

2009 ARRL TAPR Digital Comm Conference

Planung einer D-ATV-Station für DVB-S

von

• Ken Konechy W6HHC [email protected]

• Robbie Robinson KB6CJZ [email protected]

deutsche Bearbeitung und Übersetzung von

Hans Hass DC8UE

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Planung einer DVB-S D-ATV Station

Warum starten wir unser D-ATV Projekt ?

Seit mehreren Jahren sind wir beide an interessanten Gesprächen beteiligt, wie:

“... wir Amateure sollten vom analogen ATV zu Digital-ATV (genannt D-ATV) wechseln, um mit der Technologie Schritt zu halten...”

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Warum sollten wir zu Digital-ATV wechseln?

• Die Bildqualität ist die meiste Zeit nahezu perfekt

• Digital ermöglicht die Korrektur von Fehlern bei Störungen und Reflektionen

• Digitale Techniken ermöglicht den Einsatz von fortgeschrittenen Modulations-Arten

– Kompression– geringere Bandbreite

• Digitale TV-Komponenten für Amateure werden allgemein verfügbar werden

• Analoge TV-Geräte werden vom Markt verschwinden

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Einführung in die kommerzielle DTV Norm

• DVB-C (Kabel) – Europa/Asien/Pazifik

• DVB-S (Satellit) – Europa/Asien/Pazifik

• DVB-T (terrestrisch) – Europa/Asien/Pazifik

• ATSC (terrestrisch) – USA/Kanada

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DVB-C (Kabel) – Europa/Asien/Pazifik

• das Kabel hat eine sehr geringe Dämpfung• das Kabel ist nahezu Rausch-frei• das Kabel ist nahezu Reflexions-frei• benutzt fortgeschrittene Modulations-Techniken

angefangen bei QPSK bis hin zu 256QAM• stellt keine gute Wahl für Amateure bei der Entscheidung für D-ATV dar

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DVB-S (Satellit) – Europa/Asien/Pazifik

• verwendet einfache QPSK Modulation

• kann NICHT mit der Mehrwege-Ausbreitungs-Problematik umzugehen

• verwendet mehrere Stufen der Forward Error Correction (FEC) für einen sehr robusten Schutz gegen viele Fehlerarten

•HF-Bandbreite kann bis unter 2 MHz reduziert werden

• wird bereits von vielen D-ATV-Gruppen in Europa und in den USA zum Umstieg auf D-ATV eingesetzt.

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DVB-T (terrestrisch) – Europa/Asien/Pazifik

• wurde geplant, um die zerstörerischen Effekte von Mehrwege-Reflektionen zu vermeiden

• verwendet 16QAM-Modulation für eine effektive Nutzung der Bitrate pro Träger

• 1.705 einzelne Träger (verwendet COFDM ...genannt Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) um eine Bandbreite von nur 6 oder 8 MHz zu erzeugen.

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ATSC (terrestrisch) – USA / Kanada

• 8-VSB ist eine 8-stufige Rest-Seitenband-Modulation• verwendet MPEG-2 zur Video-Kompression,

wie bei DVB-S• verwendet den AC3-(Dolby)-Algorithmus für die Audio-Kompression• verwendet mehrere Forward Error Correction (FEC) Stufen

für einen sehr robusten Schutz gegen viele Fehlerarten• ATSC SetTopBoxen sind in den USA sehr preiswert

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Nachteile von D-ATV

• Schwacher Signal-Empfang Wie Henry (AA9XW) im Amateur Television of Central Ohio News (ATCO)

erklärte:

“Ja, digitales ATV ist ‘rauschfrei’, bis es gegen die “blau Wand” prallt. Es tendiert zu unter 1 dB Spanne zwischen “Perfekt” und “Nichts”. Daher sollte man kein allzu großes DX erwarten, da man das Signal im Rauschen ohne Bandpass-Filter (BPF) und Spektrum-Analyzer nicht finden kann.”

• Hohe Kosten der D-ATV Ausrüstung– analoges ATV profitiert derzeit von preiswerten Closed-Circuit

Geraucht-Geräten

– es gibt zur Zeit noch keinen Markt für gebrauchte kommerzielle D-ATV-Sender

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Der heutige Stand von D-ATV

Block-Schaltbild eines typischen Amateur-D-ATV-Senders

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Der heutige Stand von D-ATV – Fortsetzung

Prototyp eines DVB-S D-ATV-Senders ähnlich dem vorigen Block-Schaltbild

(beigestellt von Thomas Sailer (HB9JNX AE4WA), und anderen)

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Der heutige Stand von D-ATV – Fortsetzung

Vergleich von analogen und D-ATV Bildern bei Empfang von schwachen Signalen mit der gleichen Antenne

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Welches Band sollte ich für D-ATV verwenden?

• 440 MHz – sehr überfüllt– scheint ein schwieriges Band für D-ATV zu sein– HF-Verstärker sind sehr preiswert

• 920 MHz – zeigt sich eng für D-ATV – viele Störungen durch “ISM Part 15” Geräte

• 1.200 MHz – mehr Platz für Simplex D-ATV– vermutlich kein Platz für ein D-ATV Umsetzer-Paar – dies ist ein eindeutiges Amateur-Band

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Welches Band sollte ich für D-ATV verwenden? Fortsetzung

• 2,400 MHz – hat wahrscheinlich Platz für einen D-ATV Umsetzer – 2,4 GHz teilt sich den Platz mit diversen kommerziellen Diensten– “ISM Part 15”-Anwendungen teilen sich die QRG mit den Amateuren

•3,400 MHz – hat wahrscheinlich Platz für ein D-ATV Umsetzer-Paar– 3,4 GHz wird ausschließlich mit der U.S. Air Force geteilt

•5,800 MHz – Schmales Band, kein Platz für ein D-ATV Relais-Paar – 5,8 GHz wird mit kommerziellen Diensten & “ISM Part 15” geteilt

•10,000 MHz – HF-Verstärker sind sehr teuer– Ein eindeutiges Amateur-Band, wird nur mit der Regierung geteilt

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Welches Band sollte ich für D-ATV verwenden? Fortsetzung

• Erster Feststations-/-Portabel-Sender auf 1,2 GHz

• Spätere Aufrüstung auf einen D-ATV Umsetzer –

mit Ausgang auf 2,4 GHz oder 3,4 GHz

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ATSC oder DVB-S Modulation ?

DVB-S• QPSK Modulation• die Video Kompression ist MPEG-2• die Audio Kompression ist MPEG-2

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DVB-S – Fortsetzung

Block-Schaltbild eines DVB-S-Senders für D-ATV

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ATSC oder DVB-S Modulation ? geschätzte Kosten für einen DVB-S Sender

Teil Gerät Hersteller Modell Geschätzte Kosten

Low End

Geschätzte Kosten

High End1 MPEG Encoder

BaugruppeSR-Systems MPEG Encoder $290 $360

2 1.2 GHz FEC & IQ Modulator für DVB-S

SR-Systems DVB-S 1xTS MiniMOD

$470 $540

3 HF-Treiber-Verstärker ?? (cirka 50 mW) $25 $50

4 30Watt HF-Leistungs-Verstärker (sehr linear)

Down East Microwave

Part Number 2330PA

$240 $240

TOTAL $1.025 $1.190

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ATSC• verwendet 8-VSB Modulation• benutzt die MPEG-2 Video Kompression• benutzt die AC3 (Dolby) Audio Kompression• das SR-Systems ATSC-Board verwendet wegen

der hohen Lizenz-Kosten kein AC3 (Dolby) Audio

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ATSC – Fortsetzung

Block-Schaltbild für einen D-ATV-ATSC-Sender



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ATSC – Fortsetzung• das SR-Systems ATSC-Board verwendet wegen der hohen

Lizenz-Kosten kein AC3 (Dolby) Audio

• bislang war kein Amateur in den USA erfolgreich bei der Verwendung von MPEG-2-Audio beim Einsatz einer terrestrischen ATSC SetTopBox

• N6QQQ berichtet über einen erfolgreichen Einsatz eines kabeltauglichen Digital-TV-Empfängers

• N6QQQ berichtet über einen erfolgreichen Einsatz eines USB- oder PCI-ATSC-Tuners

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Mögliche D-ATV-Empfangs-Alternativen ATSC

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Mögliche D-ATV-Empfangs-Alternativen

DVB-S

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die Wahl unserer D-ATV-Station • wir entschieden uns für die DVB-S-Sender-Technologie

• ATSC würde ein “Versuch-und-Irrtums-Szenario”

wegen der MPEG-2 “Audio-Problematik” herauf beschwören

• die DVB-S-Auswahl profitiert von der weitgestreuten

Erfahrung und dem Wissen der europäischen Amateure

• Robbie’s Empfängerwahl ist die Alternative 5 (TV)

• Ken’s Empfängerwahl ist die Alternative 9 (Notebook)

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Verständnis von Symbol-Rate, FEC, & BW für DVB-S QPSK Modulation:

• Video-Signalstrom Daten-Bit-Rate• Symbol-Rate• Forward-Error-Correction “Inflation” der Daten-Rate

haben alle Einfluss auf die HF Bandbreite

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Video Daten-Rate und Kompression

das D-ATV Block-Schaltbild zeigt verschiedene Daten-und Symbol-Raten für DVB-S QPSK-Modulation

(für 2,25 Msymbols-pro-Sekunde beträgt die Bandbreite 3 MHz)

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Video Daten-Rate und Kompression– Fortsetzung

Kamera-Video-Datenrate und MPEG-2 Daten-Strom

Video-Quelle Daten-Rate AnmerkungAnalog NTSC Kamera 168 Mbits/sec A/D digitalisiert

unkomprimiertNTSC MPEG-2 2-3 Mbits/sec komprimiertVHS MPEG-2 1-2 Mbits/sec komprimiert

Analoge PAL Kamera 216 Mbits/sec A/D digitialisiert unkomprimiert

PAL MPEG-2 2.5-6 Mbits/sec komprimiert

HDTV Kamera 1-1.5 Gbits/sec unkomprimiert

HDTV MPEG-2 12-20 Mbits/sec komprimiert

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Symbol pro Bit Packungsdichte für verschiedene digitale Modulations-Technologien

Mo dulatio ns -ArtDate n-Bits

pro S ymbo l

BPSK 1QPSK 28-VSB 3QAM16 4QAM256 8

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benötigte Symbol-Rate für eine Netto-Daten-Bitrate

benötigte Symbol-Rate =

Bedeutung:

CRrs CRv Me

NDBR

NDBR = Netto-Daten-Bit-Rate (genannt: die Informations-Rate)

die gleiche wie die MPEG-2-Ausgangs-Rate, aufgeführt in Tabelle 2

Me = Modulations Effizienz (der Wert ist 2 für QPSK siehe Tabelle 3)

CRv = Korrektur-Einstellung für den Viterbi Algorithmus (1/2, 3/4, usw.)

CRrs = Korrektur-Einstellung für den Reed-Solomon-Algorithmus (188/204)

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Symbol-Raten und HF-Bandbreite

für QPSK, bei einem MPEG-2-Ausgang von 2 Mbits/sec und 1/2 FECviterbi:

benötigte Symbol-Rate =

benötigte Symbol-Rate = 2,17 Msymbols/sec

HF-Bandbreite = 1,33 x Symbol-Rate

HF-Bandbreite = 1,33 x 2,17 Msymbols/sec = 2,9 MHz

188/2041/2bit/symbol 2

Mbit/sec 2.0

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2,0 MHz(SR = 1,5 MS/sec)






1/2 1,38 1,73 2,07 2,76 3,46 4,152/3 1,84 2,30 2,76 3,69 4,61 5,533/4 2,07 2,59 3,11 4,15 5,18 6,225/6 2,30 2,88 3,46 4,61 5,76 6,917/8 2,42 3,02 3,63 4,84 6,05 7,26

DVB-S HF BANDBREITE für D-ATV(HF BW = SymbolRate x 1,33)

Mo

du

lati

on

FE

C

Co

der

ate

(ANMERKUNG-3: Die in der Tabelle durchgestrichenen und in "ROT" dargestellten Netto-Daten-Raten unterstützen nicht den geforderten Video-Daten-Strom.)

(ANMERKUNG-1: eine analoge NTSC-Kamera erzeugt eine MPEG-2-Datenrate von etwa 2,4 bis 2,5 Mbits-pro-Sekunde am Ausgang für typische Amateurfunk-Übertragungen)(ANMERKUNG-2: Die Netto-Daten-Rate in der Tabelle sollte 2,4 Mbps oder größer sein, um die vom MPEG-2-Encoder kommende Kamera-Datenrate zu unterstützen.)

Q

PS

K

von DVB-S unterstützte Netto-Daten-Bit-Rate bei:– einer bestimmten FEC Einstellung– resultierenden HF Bandbreiten– einer bestimmten Symbol-Rate

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Zusammenfassung und Pläne • Diese Papier versucht einige D-ATV-Konzepte zu erklären und Amateuren ein Verständnis zu geben, worum es geht.

• Es ist unsere Hoffnung, damit den Übergang vom analog-ATV zum digital-ATV ein wenig einfacher zu gestalten.

• Wir planen zunächst die DVB-S Boards von SR-Systems zu bestellen, um damit

– zunächst zu Hause zu testen und erste Messungen durchzuführen– praktische Feld-Tests hinsichtlich der Bild-Qualität durchzuführen, bei der Übertragung zum EOC (Emergency Operation Center).

• Informationen über D-ATV zu verbreiten – um weitere Personen zu überzeugen, sich mit D-ATV zu beschäftigen

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Nützliche Links: • Advanced Television Systems Committee (ATSC)

www.ATSC.org• Digital Video Broadcasting organization (DVB)

www.DVB.org• Amateur Television of Central Ohio

www.ATCO.TV • British ATV Club - Digital Forum

www.BATC.org.UK/forum/• Nick Sayer-N6QQQ blog on “putting together an ATSC DATV station” http://nsayer.blogspot.com/search/label/ham• OCARC newsletter DATV Introduction article on “ATV – the Digital Fork in the Road” www.W6ZE.org/DATV/TechTalk74-DATV.pdf• OCARC newsletter DATV article “Planning a Digital-ATV Station”www.W6ZE.org/DATV/TechTalk75-DATV.pdf• OCARC newsletter DATV article “Understanding Symbol-rates, FEC, and RF Bandwidth for DVB-S”

www.W6ZE.org/DATV/TechTalk76-DATV.pdf• PE1JOK and PE1OBW on “The Ultimate Resource for Digital Amateur Television”

www.D-ATV.com• AGAF D-ATV components (Boards)

www.datv-agaf.de and www.AGAF.de• SR-Systems D-ATV components (Boards)

www.SR-systems.de

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Erste Tests: 1 mWatt D-ATV-Station Test-Aufbau

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Erste Tests: das erste D-ATV-Bild zeigt Ken (W6HHC)

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Erste Tests: Robbie (KB6CJZ) überprüft die Signal-Qualität

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