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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.1 Mobilkommunikation Kapitel 6: Broadcast-Systeme Unidirektionale Verteilmedien DAB Architektur DVB Container High-Speed Internet

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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.2 Unidirektionale Verteilmedien Asymmetrische Kommunikationsumgebungen durch Bandbreitenbeschrnkungen des bertragungsmediums durch Art der Informationen oder Einsatzgebiet Beispiele: Drahtlose Netzwerke mit Basistation und Mobilteilnehmern Client-Server Umgebungen (Diskless Terminal) Kabelfernsehen mit Set-Top-Box Informationsdienste (Pager, SMS) Extremfall: Unidirektionalen Verteilmedien hohe Bandbreite vom Server zum Client (downstream), aber kein Rckkanal (upstream) Probleme des Rundsendemediums: Die zu bertragende Information kann nur fr eine einzige virtuelle Benutzergruppe optimiert werden Hilfsmittel fr Zugriff mssen geliefert werden, die eine angemessene Bercksichtigung des individuellen Zugriffsverhaltens erlauben

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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.3 Unidirektionale Verteilkommunikation DienstgeberDienstnehmer Sender Empfnger...... unidirektionales Verteilmedium A A A A A A AB B B B Optimiert fr erwartetes Zugriffsverhalten aller Dienstnehmer Individuelles Zugriffsverhalten eines Dienstnehmers

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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.4 Sendeseite zyklische Wiederholung der Daten Verschiedene Sendefolgen der Daten (Wissen ber Inhalte notwendig um eine Optimierung zu erreichen) Empfngerseite Einsatz von Caching-Algorithmen kostenbasierte Strategie: Welche Kosten (Wartezeit) entstehen, wenn ein Datenobjekt angefordert wird und sich nicht im Cache befindet? Anwendung bzw. Cache bentigt Wissen ber Art der bertragenen Datenobjekte und Zugriffsprofil des Nutzers Strukturierungskonzept ABCABC flat disk AABCAA skewed disk ABACAB multi-disk

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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.5 DAB: Technische Spezifikation Ausstrahlungsverfahren COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex) SFN (Single Frequency Network) 192 bis 1536 Untertrger innerhalb eines 1,5 MHz Frequenzblocks Frequenzen Erste Bedeckung: einer von 32 Blcken im Bereich der Fernsehkanle 5 bis 12 (174 - 230 MHz, 5A - 12D) Zweite Bedeckung: einer von 9 Blcken im L-Band (1452- 1467,5 MHz, LA - LI) Sendeleistung: 6,1 kW (VHF, 120 km) bzw. 4 kW (L-Band, 30 km) pro Gleichwellennetz Datenrate: 2,304 MBit/s (netto 1,2 bis 1,536 MBit/s) Modulation: Differentielle 4-Phasenmodulation (QPSK) Audio-Programme pro Frequenzblock: typisch 6, max. 192 kbit/s Digitale Dienste: 0,6 - 16 kbit/s (PAD), 24 kbit/s (NPAD)

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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.6 Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) Daten parallel auf mehreren parallelen (orthogonalen) Untertrgern mit geringerer Rate bertragen Maximum einer Trgerfrequenz liegt im Frequenzbereich genau auf den Nullstellen aller anderen Trgerfrequenzen berlagerung der Frequenzen im selben Frequenzbereich k3k3 f t c Amplitude f Untertrger: sin(x) x SI-Funktion=

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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.7 OFDM II Eigenschaften Geringere Datenrate auf den Untertrgern geringere ISI Strungen einer Frequenz fhren nur zu Strungen auf einem Untertrger Kein Schutzabstand notwendig Orthogonalitt erlaubt Trennung des Signals auf Empfngerseite (IFFT) Genaue Synchronisation von Sender und Empfnger notwendig Vorteile Keine Entzerrer (Equalizer) notwendig Keine (steilflankigen) Filter notwendig Bessere spektrale Effizienz (im Vergleich zu Codemultiplex) Anwendung 802.11a, HiperLAN2, DAB, DVB, ADSL

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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.8 Reale Umgebungen ISI aufeinanderfolgernder Symbole durch Mehrwegeausbreitung Symbol muss whrend der Analyse fr T nutz konstant sein Guard-Intervall (T G ) wird jedem Symbol vorangestellt (HIPERLAN/2: T G = 0,8 s; T nutz = 3,2 s; 52 Untertrger) (DAB: T nutz = 1 ms; bis 1536 Untertrger) OFDM-Symbol Ausschwingen OFDM-Symbol Einschwingen Impulsantwort OFDM-Symbol t Analysefenster T nutz OFDM-Symbol TGTG TGTG TGTG T nutz

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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.9 Flchendeckung von DAB

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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.10 DAB-Transportmechanismen MSC (Main Service Channel) bertragt alle Nutzdaten (Audio, Multimedia,...) besteht aus mehreren CIF (Common Interleaved Frames) jeder CIF ist 55296 bit gro und wird alle 24 ms bertragen (je nach bertragungsmodus unterschiedlich)a CIF enthlt CU (Capacity Units) von 64 bit Gre FIC (Fast Information Channel) bertrgt alle Steuerdaten besteht aus FIB (Fast Information Block) jeder FIB ist 256 bit gro (inkl. 16 bit Prfsumme) beschreibt Konfiguration und Inhalt des MSC Stream-Modus transparente Datenbertragung mit einer festen Datenrate Paket-Modus bertragung einzeln adressierbarer Datenpakete

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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.11 bertragungsrahmen Synchronisation Channel SC Main Service Channel FIC MSC Null- symbol Referenz- symbol Daten- symbol Daten- symbol Daten- symbol... Symbol SchrittTsTs TuTu Rahmendauer T F Schutzzeit T d L0 0 12L-11L Fast Information Channel FIC

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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.12 DAB-Signalerzeugung Trans- mitter Trans- mission Multi- plexer MSC Multi- plexer OFDM Packet Mux Channel Coder Audio Encoder Channel Coder DAB-Signal Dienst- information FIC Multiplex- Information Daten- dienste Audio- dienste Trgerfrequenz FIC: Fast Information Channel MSC: Main Service Channel OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing 1,5 MHz f Trger

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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.13 DAB-Empfnger Packet Demux Audio Decoder Channel Decoder Unabhngiger Datendienst Audio- dienst Steuerung Tuner OFDM- Demodulator Benutzerschnittstelle FIC Control Bus (partial) MSC

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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.14 Audiocodierung Ziel: Audiobertragung in (annhernd) CD-Qualitt weitgehende Immunitt gegen Mehrwegeausbreitung minimale Verzerrung der Tonsignale bei schwcher werdendem Empfang Wird erreicht durch: Tonsignale digital abgetastet (PCM, 16 Bit, 48 kHz, stereo) Kompression nach MPEG-Standard, Kompressionsrate 1:10 Einfgen von Schutzbits zur Fehlererkennung und Korrektur hufig Bndelfehler in der Funkbertragung, daher wird das Signal vor der bertragung nach festem Schema verwrfelt. Bndelfehler werden so beim Empfnger zu korrigierbaren Einzelfehlern Geringe Schrittgeschwindigkeit, groer Symbolvorrat: bertragung der digitalen Daten als Folge von langen Symbolen, getrennt durch Schutzintervalle. Durch Reflexionen verzgerte Symbole fallen in die Schutzintervalle

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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.15 Bitratenmanagement DAB-Ensemble vereinigt Audioprogramme und Datendienste mit unterschiedlichen Ansprchen an die bertragungsqualitt und die bentigen Datenraten. Der Standard ermglicht es, den DAB-Multiplex dynamisch, also whrend des laufenden Programmbetriebes, zu rekonfigurieren. Datenraten knnen im Diensteensemble variabel gehalten werden. Freiwerdende Kapazitten knnen dann fr andere Angebote genutzt werden. Da das Bitratenmanagement technisch im Multiplexer vorgenommen wird, knnen zustzlichen Angebote von unterschiedlichen Anbietern kommen.

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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.16 Beispiel einer Rekonfiguration D1D2D3D4D5D6D7D8D9 Audio 1 192 Kbit/s PAD Audio 2 192 Kbit/s PAD Audio 3 192 Kbit/s PAD Audio 4 160 Kbit/s PAD Audio 5 160 Kbit/s PAD Audio 6 128 Kbit/s PAD DAB - Multiplex D1D2D3D4D5D6D7D8D9 Audio 1 192 Kbit/s PAD Audio 2 192 Kbit/s PAD Audio 3 128 Kbit/s PAD Audio 4 160 Kbit/s PAD Audio 5 160 Kbit/s PAD Audio 7 96 Kbit/s PAD DAB - Multiplex - vorbergehend rekonfiguriert Audio 8 96 Kbit/s PAD D10D11

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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.17 Multimedia Object Transfer Protocol (MOT) Probleme: Empfangsgerte mit stark unterschiedlichen Leistungsmerkmalen (Audio-Only-Gert mit ein- bzw. mehrzeiligem LCD, Gerte mit angeschlossenem Schwarzwei- oder Farbmonitor, PC-Karten). Unterschiedlichen Empfngertypen sollen alle Arten von programmbegleitenden wie programmunabhngige Datendiensten verarbeiten oder wenigstens erkennen knnen. Lsung: Einheitlicher Standard fr die Datenbertragung. Ein wesentlicher Aspekt bei der Definition des MOT-Protokolls ist, dass damit Datenformate untersttzt werden, die auch in anderen multimedialen Systemen (Online-Dienste, Internet, CD-ROM) benutzt werden. So lassen sich etwa HTML-Dokumente aus dem WorldWideWeb mit relativ geringem Aufwand auch ber DAB ausstrahlen.

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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.18 MOT-Formate MHEG, Java, JPEG, ASCII, MPEG, HTML, HTTP, BMP, GIF,... Header core Lnge von header und body, Inhaltsformat Header extension Angaben ber die Bearbeitung des Inhalts (Abstand von Wiederholungen, Segmentierung, Prioritt etc.) Information untersttzt Caching-Mechanismen Body beliebige Nutzdaten DAB erlaubt vielfltige Wiederholungsmuster Objekte, Segmente, Paketkpfe MOT-Struktur header core header extension body 7 byte

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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.19 Digital Video Broadcasting 1991 Grndung der ELG (European Launching Group) Ziel: Entwicklung des digitalen Fernsehens in Europa 1993 Umbenennung in DVB (Digital Video Broadcasting) Ziel: Einfhrung des digitalen Fernsehens auf Basis von Satellitenbertragungstechnik Kabelbertragungstechnik zu einem spteren Zeitpunkt: Terrestrische bertragung SDTV EDTV HDTV Multimedia PC B-ISDN, ADSL,etc. DVD, etc.DVTR, etc. Terrestrischer Empfang Kabel Multipoint Distribution System Satelliten DVB Digital Video Broadcasting Integrated Receiver-Decoder DVB-S DVB-C DVB-T

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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.20 DVB Container DVB bertrgt MPEG-2 Container Hohe Flexibilitt bei der bertragung digitaler Daten Keine Einschrnkungen bzgl. der Art der Informationen DVB Service Information spezifiziert den Container-Inhalt NIT (Network Information Table): Fasst die Dienste eines Providers zusammen. Beinhaltet Zusatzinformationen fr Set-Top-Boxen SDT (Service Description Table): Liste der Namen und Parameter fr jeden Dienst in einem MPEG-Mux-Kanal EIT (Event Information Table): Statusinformationen der aktuellen bertragung. Optional Zusatzinformationen fr die Set-Top-Box TDT (Time and Date Table): Updateinformationen fr die Set-Top-Box Multimedia data broadcasting MPEG-2/DVB container Einzelner Kanal high definition television MPEG-2/DVB container HDTV Mehrere Kanle standard definition MPEG-2/DVB container SDTV Mehrere Kanle enhanced definition MPEG-2/DVB container EDTV

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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.21 Beispiel: High-Speed Internet Asymmetrischer Datenaustausch Downlink: DVB-Empfnger, Datenrate pro Anwender: 6-38 Mbit/s Rckkanal vom Anwender zum Dienstanbieter: z.B. Modem mit 9,6-56 kbit/s, ISDN mit 64 kbit/s, DSL mit einigen 100 kbit/s etc. DVB-S-Karte PC Internet TCP/IP Standleitung Dienst- anbieter Informations- anbieter Satelliten- betreiber Satellitenempfnger DVB/MPEG2 - Multiplex parallel zum digitalen TV

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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.22 Aktuelle Verbreitung der DVB-Standards

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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.23 Konvergenz von Rundfunk und Mobilkommunikation Definition von Interaktionskanlen Interaktion mit/Steuerung von Rundfunk via GSM, UMTS, DECT, PSTN, Beispiel: mobile Internet Dienste mit IP ber GSM/GPRS oder UMTS als Interaktionskanle fr DAB/DVB mobiles Endgert DVB-T, DAB (TV plus IP-Daten) GSM/GPRS, UMTS (IP-Daten) MUX Internet TV/Rundfunk ISP Mobilnetzbetreiber TV Daten Rundfunk Interaktion Kanle

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Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/MC SS046.24 Vergleich von UMTS, DAB and DVB UMTS DAB DVB Frequenzen [MHz] (abhngig von nationalen Regelungen) 2000 (terrestrial), 2500 (satellite) 1140-1504, 220-228 (UK) 130-260, 430-862 (UK) Regulierung Telekom., lizenziert Rundfunk, lizenziert Rundfunk, lizenziert Bandbreite 5 MHz 1,5 MHz 8 MHz Effektiver Durchsatz 30-300 kbit/s (pro Nutzer) 1,5 Mbit/s (geteilt) 5-30 Mbit/s (geteilt) Mobilitt Niedrig bis hoch Sehr hoch Niedrig bis hoch Anwendung Sprache, Daten Audio, push Internet, Bilder, einfaches Video Hochwertiges Video, Audio, push Internet Abdeckung Lokal bis regional regional/national Installationskosten fr Flchendeckung Sehr hoch Niedrig