DVB-H Il livello fisico e aspetti di rete. Maria Missiroli

Transcript

1 DVB-H Il livello fisico e aspetti di rete Maria Missiroli

2 Cos è il DVB-H? Digital Television for Handheld terminals Il DVB-H non è solo TV, ma è data broadcasting per molti utenti con un singolo servizio. Rende possibile l offerta di film, notiziari, musica, previsioni del tempo e altri servizi pubblici. Secondo la legislazione UE corrente, l IP datacasting è un servizio che può utilizzare le infrastrutture di broadcast esistenti. Scopo del DVB-H è rendere possibile la trasmissione in un transport stream DVB di componenti DVB-H e DVB-T in modo che i ricevitori DVB-T esistenti che non possono ricevere la componente DVB-H non siano disturbati dalla componente DVB-H

3 Il DVB-H in breve Deriva da ed è compatibile (all indietro) con il DVB-T Comprende funzionalità addizionali per ottemperare ai requisiti della ricezione portatile e mobile da parte di terminali palmari E rivolto a servizi IP tramite MPE (Multi Protocol Encapsulation) ma può condividere un multiplex DVB-T con servizi MPEG2

4 DVB-T/H vs TV analogica Sono progettati specificatamente per co-esistere con trasmissioni analogiche Possono usare canali adiacenti e tabù per ulteriori trasmissioni analogiche Utilizzano livelli di potenza inferiori che causano interferenza molto ridotta ai canali analogici Necessitano di un dialogo specifico tra industria e regolamentazione

5 Caratteristiche DVB-H: pros Distribuzione cost-efficient di contenuti broadcast a un utenza molto ampia Tempi brevi per l immissione sul mercato Complessità molto contenuta Non è particolarmente sensibile ai picchi di utenti (es.: eventi speciali) Flessibilità di condivisione transport-stream con DVB-T senza effetti negativi sul DVB-T Modifiche minime rispetto al DVB-T Soddisfa ai principali requisiti commerciali Permette l hand-over Il protocollo IP permette la criptazione

6 Caratteristiche DVB-H: cons Sono permessi solo servizi basati su IP Il risparmio di potenza è ridotto quando la bit-rate totale del servizio è molto bassa (non sono possibili grandi burst)

7

8 Livello fisico DVB-T Sviluppato per stream MPEG-2 ma può trasportare qualsiasi tipo di dati Molto flessibile grazie ai molteplici modi di trasmissione ( Mbit/s ) Modulazione multiportante COFDM con modalità 2k and 8k Un canale DVB è ~8MHz 1705 sottoportanti (spaziatura: 4464 Hz) - 2k mode 6817 sottoportanti (spaziatura: 1116 Hz) - 8k mode Modulazioni: QPSK, 16 QAM or 64 QAM Codifiche: codici convoluzionali e Reed-Salomon Possibilità di trasmissione gerarchica - Due flussi a diversa priorità sullo stesso stream

9 Schema di base del DVB-T Sorgente Codificatore esterno a blocco Interlacciatore Codificatore interno convoluzionale Modulatore Canale Utilizzatore Decodificatore esterno a blocco Deinterlacciatore Decodificatore interno convoluzionale Demodulatore

10

11 Parametri DVB-T Code-rate: rapporto tra la bit-rate utile e bit-rate nominale (valori: 1/2,2/3,3/4,5/6,7/8) Modulazione: QPSK, 16 QAM, 64 QAM Intervallo di guardia: estende la durata di ogni simbolo per salvaguardare il simbolo successivo (valori: 1/4,1/8,1/16,1/32 della durata totale del tempo di simbolo) Numero di portanti: modo 2k (1705 portanti) e 8k (6817 portanti)

12 Codifica di canale (OFDM) Multiplazione di frequenza BANDA BANDA DURATA POTENZA Multiplazione ortogonale di frequenza BANDA BANDA DURATA POTENZA

13 Struttura del frame DVB-T Il segnale trasmesso è organizzato in frame da 68 simboli OFDM 4 frame costituiscono un super-frame Ogni simbolo è costituito da K = (1705) portanti nel 8K (2k) mode Il tempo di simbolo TS è composto da due parti: una parte utile TU e un intervallo di guardia L intervallo di guardia consiste in una ripetizione ciclica della parte utile ed è inserita all inizio del simbolo Oltre ai dati un frame contiene: portanti pilota (usate per la sincronizzazione); portanti TPS (Transmission Parameter Signalling)

14 Parametri DVB-T Modo 8k 2k FFT Portanti attive Durata parte utile 896 µs 224 µs Spaziatura tra portanti 1116 Hz 4464 Hz Banda utile 7,61 MHz 7,61MHz Portanti dati

15 Bit-rate [Mb/s] Modi SFN Modi MFN GuardTime=1/4 GuardTime=1/8 GuardTime=1/32 code rate QAM QAM QAM QAM QAM QAM QAM QAM QAM 1/2 4,98 9,95 14,93 5,53 11,06 16,59 6,03 12,06 18,10 2/3 6,64 13,27 19,91 7,37 14,75 22,12 8,04 16,09 24,13 3/4 7,46 14,93 22,39 8,29 16,59 24,88 9,05 18,10 27,14 5/6 8,29 16,59 24,88 9,22 18,43 27,65 10,05 20,11 30,16 7/8 8,71 17,42 26,13 9,68 19,35 29,03 10,56 21,11 31,67

16 Requisiti di protezione C/N (db) Ricean Channel Rayleigh Channel code rate QAM QAM QAM QAM QAM QAM 1/2 6,6 12,6 17,7 8,4 14,2 19,0 2/3 8,7 14,6 20,1 11,4 17,2 22,3 3/4 9,8 16,0 21,6 13,7 19,7 24,7 5/6 11,0 17,4 23,0 16,1 22,3 28,3 7/8 11,7 18,0 24,0 19,3 25,8 30,9

17 Requisiti di campo (dbµv/m) Banda Segnale III IV V Analogico C/N= C/N= C/N= C/N= C/N=

18 Modalità di trasmissione gerarchica Consente la trasmissione sullo stesso canale di 2 multiplex a diversa priorità Lo stream a priorità più alta può essere destinato a situazioni di ricezione più difficili Es: QPSK in 64-QAM Uno stream 64 QAM può essere visto come la combinazione di uno stream QPSK e uno stream 16-QAM, mantenendo la stessa bit-rate complessiva

19 Modulazione gerarchica: esempio di prestazioni

20 Ricezione mobile DVB-T Il DVB-T è molto flessibile e prevede un ampio range di parametri, ma non può promettere: Consumo di potenza al terminale inferiore a 100 mw e data-rate di 15 Mb/s e ricezione da parte di terminali mobili ad alta velocità e hand-over con un singolo Front-End Velocità massima per la ricezione DVB-T: 8k 64 QAM: < 50 km/h - 2k QPSK: > 400 km/h

21 Livello fisico DVB-H Requisiti addizionali per la ricezione mobile da parte di terminali palmari: risparmio sul consumo della batteria alta velocità di utente ricezione con antenna singola di dimensioni ridotte tolleranza all impulse noise e al Doppler shift maggiore robustezza hand-over seamless Funzionalità ulteriori introdotte specificamente per il DVB-H: Time-slicing per il risparmio di potenza MPE-FEC per maggiore robustezza specialmente in mobilità 4K mode per mobilità e pianificazione di reti SFN modifiche minori, ad esempio sulla segnalazione TPS

22 Funzionalità specifiche DVB-H Time slicing per ridurre il consumo di potenza e facilitare l hand-over (obbligatorio) Gli off-time tra burst successivi consentono una maggiore durata delle batterie del terminale MPE-FEC: codifica RS ulteriore sui pacchetti IP (opzionale) 4k mode come miglior compromesso tra mobilità e dimensione delle celle nelle reti SFN (opzionale) Segnalazione TPS estesa e segnalazione di Cell-Id obbligatori per facilitare l acquisizione e facilitare l hand-over (In-depth interleaver nelle modalità 2k e 4k)

23

24 DVB-T and DVB-H coexistence DVB-T RF in DVB-T ETS k, 2k, 4k, TPS Time Slicing MPE FEC IP-out DVB-H CODEC

25 Time-Slicing Consiste nell inviare dati in burst usando una bit-rate istantanea molto maggiore rispetto a quella richiesta Il tempo (delta_t) fino all inizio del burst successivo viene indicato nel burst corrente Il tempo tra burst successivi è impiegato per trasmettere altri stream Il terminale ricevente può rimanere attivo solo durante la ricezione dei burst, mentre il trasmettitore è sempre attivo Durante gli intervalli off, il ricevitore può monitorare i trasmettitori vicini Passando da uno stream all altro durante un periodo off si può realizzare l hand-over (tra celle o tra servizi)

26 Time slicing L implementazione del Time Slicing nel terminale non è necessaria per ricevere servizi Time Sliced Si può ottenere un risparmio di potenza notevole, fino al 90% Servizi Time Sliced e non-time Sliced possono coesistere sullo stesso multiplex

27 Time slicing: Risparmio potenza

28 MPE-FEC Obiettivo: incrementare la robustezza su C/N, Doppler e rumore impulsivo Codifica Reed-Solomon addizionale sullo strato MPE (datagrammi) Sacrificando il 25% della capacità, i datagrammi sono protetti dagli errori Come compensazione, si può adottare una code-rate più debole, ottenendo prestazioni migliori rispetto al DVB-T a parità di bit-rate netta Ricevitori ignoranti di MPE-FEC possono comunque ricevere ignorando i bit di parità (se riconoscono la modalità)

29 Dati IP organizzati in colonne eventualmente con padding Bit di parità RS calcolati in direzione orizzontale e organizzati in colonne Dati complessivi trasmessi verticalmente come sezioni MPE e sezioni FEC (virtual time interleaving) Numero di colonne K selezionabile, max 1024 Robustezza del codice selezionabile tramite punturazione e accorciamento Riuso del buffer del Time slicing (2 Mbit)

30

31

32

33 4k mode e in-depth interleaver Modo 8k: possibilità di realizzare reti SFN di grandi dimensioni Modo 2k: reti SFN di dimensioni limitate ma consente alte velocità (maggiore resistenza Doppler) Il modo 4k è una soluzione intermedia (compromesso velocità - dimensione celle) ritenuta adatta a reti dedicate DVB-H Non richiede sostanziali modifiche nei dispositivi I modi 2k e 4k possono utilizzare la memoria dell interleaver 8k (in-depth interleaver) migliorando la resistenza al fading e al rumore impulsivo

34

35 4k Mode e in-depth interleaver Vantaggi: Mobilità doppia rispetto a 8k Dimensione SFN doppia rispetto a 2k Tolleranza a fading e rumore impulsivo Compatibilità: Previsto come opzione dallo standard DVB-T (EN ) DVB-H su reti DVB-T esistenti: non può usare queste funzionalità

36 In-depth interleaver, resistenza a rumore impulsivo prossimo a 8k

37 Hand-over Il DVB-T richiederebbe due Front End nel terminale per effettuare l hand-over Il Time Slicing offre l opportunità di monitorare celle adiacenti durante i periodi off L hand-over senza interruzione di servizio apparente è possibile con un singolo ricevitore Con un opportuna sincronizzazione dei burst dello stream IP tra celle adiacenti il ricevitore si può collegare ad una nuova cella senza perdere dati Nel caso di SFN l hand-over si ha solo quando si cambia rete: i trasmettitori di una rete SFN formano una cella unica!

38 Hand-over

39 Segnalazione TPS La segnalazione (Transmitter Parameter Signalling) prevista dal DVB-T è particolarmente robusta (valori di C/N molto bassi, rapidità di demodulare l informazione) 1 bit per simbolo OFDM => 68 bit per blocco TPS, basato sul frame, di cui 37 di informazione (6 non usati nel DVB-T) Per il DVB-H è necessaria una segnalazione aggiuntiva per indicare: modo 4k in-depth interleaver Cell-Id (obbligatorio) Time-slicing MPE-FEC su almeno un servizio

40 Prestazioni

41 Modelli di rete DVB-T Singola Frequenza I trasmettitori irradiano in modo sincrono lo stesso segnale alla stessa frequenza su base nazionale Multipla Singola Frequenza I trasmettitori irradiano in modo sincrono lo stesso segnale alla stessa frequenza su base regionale Multifrequenza I trasmettitori irradiano programmi indipendenti e a frequenze diverse. Per coprire vaste regioni sono necessarie più frequenze

42 Reti SFN I segnali trasmessi sono identici e usano lo stesso canale I segnali provenienti dai vari trasmettitori si combinano costruttivamente al ricevitore se i ritardi relativi sono inferiori al tempo di guardia (in caso contrario producono self-interference); la dimensione massima è determinata dal tempo di guardia (quindi massima nel modo 8k) Offrono una maggiore efficienza spettrale In caso di ricezione mobile la rete SFN riduce la variabilità del segnale ricevuto (network gain) e consente di operare con potenze più basse rispetto alle reti MFN Trasmettitori addizionali e gap-filler facilmente inseribili

43 Configurazioni di rete DVB-H Rete condivisa Rete gerarchica Rete dedicata Multiplex condiviso con DVB-T Transport stream unico Multiplex condiviso con DVB-T Modulazione gerarchica: DVB-H nello stream HP Uso esclusivo di DVB-H Scelta della migliore modalità trasmissiva

44 Configurazioni di rete DVB-H I trasmettitori broadcast esistenti potrebbero non poter trasmettere al livello di potenza necessario, in modo particolare per la copertura indoor (sono dimensionati per antenne sui tetti degli edifici) per problemi di costi e di esposizione elettromagnetica L introduzione di trasmettitori addizionali specialmente in ambiente urbano si rivela necessaria Per risparmiare si possono riutilizzare le strutture cellulari esistenti (compromessi tra numero di siti e potenza trasmessa sono necessari ) La configurazione di rete dedicata è la soluzione migliore per ottimizzare capacità e copertura DVB-H

45

46

47

48 Flessibilità del design di rete DVB-H Operatori broadcast e operatori cellulari Più trasmettitori delle normali reti broadcast, ma meno di quelli delle reti cellulari Le reti cellulari potrebbero essere utilizzate per i pagamenti e gli aspetti amministrativi Reti cellulari e broadcast potrebbero condividere la stessa core network

49 Antenne per ricevitori DVB-H Aspetti principali: dimensioni ampiezza della banda ( MHz) interoperabilità con 900 MHz

50 Antenne Le antenne integrate DVB-H avranno verosimilmente guadagni piuttosto bassi L uso della diversità di antenna (sia in ricezione che in trasmissione) potrebbe migliorare notevolmente la ricezione mobile e indoor La banda III non è praticabile per il DVB-H mentre è ben adatta per DVB-T anche con ricezione portatile Frequenze più alte di 700 MHz non sono ammesse per problemi di interoperabilià con il GSM

51 Standard ETSI per il DVB-H ETSI TR (linee-guida implementazione DVB-H) ETSI TR (Validation Task Force) ETSI EN (DVB-H) ETSI EN (livello fisico DVB-T)