Docstoc

deutsch - Mobilkommunikation

Document Sample
deutsch - Mobilkommunikation Powered By Docstoc
					                Mobilkommunikation
            Kapitel 6: Broadcast-Systeme
                               Unidirektionale Verteilmedien
                               DAB
                                       Architektur
                                 DVB
                                     Container
                                     High-Speed Internet



Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS04   6.1
             Unidirektionale Verteilmedien

   Asymmetrische Kommunikationsumgebungen
       durch Bandbreitenbeschränkungen des Übertragungsmediums
       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
          Rückkanal (upstream)
         Probleme des Rundsendemediums:
             Die zu übertragende Information kann nur für eine einzige virtuelle
              Benutzergruppe optimiert werden
             Hilfsmittel für Zugriff müssen geliefert werden, die eine angemessene
              Berücksichtigung des individuellen Zugriffsverhaltens erlauben


Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS04     6.2
             Unidirektionale Verteilkommunikation

         Dienstgeber                                                            Dienstnehmer

                                                                            A
                                                                    B            Empfänger
                                                            A
                                                                            A
                                                                        B
                                                                A                Empfänger
                             A      B      unidirektionales
             Sender                                                                   .
                                            Verteilmedium
                                                                                      .
                                                                A       B             .
                                                                            A
                                                                                 Empfänger



               Optimiert für erwartetes                             Individuelles
                  Zugriffsverhalten                              Zugriffsverhalten
                aller Dienstnehmer                              eines Dienstnehmers


Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/    MC SS04              6.3
             Strukturierungskonzept

   Sendeseite
       zyklische Wiederholung der Daten
       Verschiedene Sendefolgen der Daten (Wissen über Inhalte notwendig um
        eine Optimierung zu erreichen)

                    flat disk     A       B       C       A     B     C


                skewed disk       A       A       B       C     A     A


                  multi-disk      A       B       A       C     A     B
   Empfängerseite
         Einsatz von Caching-Algorithmen
             kostenbasierte Strategie: Welche Kosten (Wartezeit) entstehen, wenn ein
              Datenobjekt angefordert wird und sich nicht im Cache befindet?
             Anwendung bzw. Cache benötigt Wissen über Art der übertragenen
              Datenobjekte und Zugriffsprofil des Nutzers


Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS04   6.4
             DAB: Technische Spezifikation

   Ausstrahlungsverfahren
       COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex)
       SFN (Single Frequency Network)
       192 bis 1536 Unterträger innerhalb eines 1,5 MHz Frequenzblocks
   Frequenzen
       Erste Bedeckung: einer von 32 Blöcken im Bereich der Fernsehkanäle 5
        bis 12 (174 - 230 MHz, 5A - 12D)
       Zweite Bedeckung: einer von 9 Blöcken im L-Band
        (1452- 1467,5 MHz, LA - LI)
   Sendeleistung: 6,1 kW (VHF, Ø 120 km) bzw.
    4 kW (L-Band, Ø 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)

Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS04   6.5
             Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM)

     Daten parallel auf mehreren parallelen (orthogonalen) Unterträgern
       mit geringerer Rate übertragen
                                       c
                                                                              f
                       k3




                        t

Maximum einer Trägerfrequenz liegt im Frequenzbereich genau auf den
  Nullstellen aller anderen Trägerfrequenzen
        Überlagerung der Frequenzen im selben Frequenzbereich
    Amplitude                                                         Unterträger:
                                                                                       sin(x)
                                                                      SI-Funktion=       x


                                                                                           f

Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS04              6.6
             OFDM II

   Eigenschaften
         Geringere Datenrate auf den Unterträgern  geringere ISI
         Störungen einer Frequenz führen nur zu Störungen auf einem Unterträger
         Kein Schutzabstand notwendig
         Orthogonalität erlaubt Trennung des Signals auf Empfängerseite (IFFT)
         Genaue Synchronisation von Sender und Empfänger notwendig

   Vorteile
       Keine Entzerrer (Equalizer) notwendig
       Keine (steilflankigen) Filter notwendig
       Bessere spektrale Effizienz (im Vergleich zu Codemultiplex)

   Anwendung
         802.11a, HiperLAN2, DAB, DVB, ADSL




Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS04   6.7
             Reale Umgebungen

  ISI aufeinanderfolgernder Symbole durch Mehrwegeausbreitung
  Symbol muss während der Analyse für Tnutz konstant sein
   Guard-Intervall (TG) wird jedem Symbol vorangestellt
     (HIPERLAN/2: TG= 0,8 s; Tnutz= 3,2 s; 52 Unterträger)
     (DAB:                        Tnutz= 1 ms;  bis 1536 Unterträger)
 Impulsantwort

 Ausschwingen        OFDM-Symbol

 Einschwingen                           OFDM-Symbol
                                               OFDM-Symbol


                     OFDM-Symbol               OFDM-Symbol             OFDM-Symbol
                                               Analysefenster                          t

                TG          Tnutz         TG          Tnutz       TG

Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS04          6.8
             Flächendeckung von DAB




Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS04   6.9
             DAB-Transportmechanismen

MSC (Main Service Channel)
       übertragt alle Nutzdaten (Audio, Multimedia, ...)
       besteht aus mehreren CIF (Common Interleaved Frames)
       jeder CIF ist 55296 bit groß und wird alle 24 ms übertragen (je nach
        Übertragungsmodus unterschiedlich)a
       CIF enthält CU (Capacity Units) von 64 bit Größe
FIC (Fast Information Channel)
       überträgt alle Steuerdaten
       besteht aus FIB (Fast Information Block)
       jeder FIB ist 256 bit groß (inkl. 16 bit Prüfsumme)
       beschreibt Konfiguration und Inhalt des MSC
Stream-Modus
         transparente Datenübertragung mit einer festen Datenrate
Paket-Modus
         Übertragung einzeln adressierbarer Datenpakete

Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS04   6.10
             Übertragungsrahmen

                                                Rahmendauer TF
                          Schritt      Ts
                                             Schutzzeit Td
                           Symbol      Tu



   L            0             1             2          ......         L-1           L            1
                                                                                             0




     Null-          Referenz-           Daten-                        Daten-            Daten-
    symbol           symbol             symbol                        symbol            symbol

       Synchronisation              FIC
                                      Fast Information                      Main Service
 SC       Channel                   FIC Channel                 MSC          Channel




Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS04              6.11
             DAB-Signalerzeugung

                                                                                      DAB-Signal
                          Dienst-
                          information       FIC
                          Multiplex-
                          Information                                                              Träger

                                                        Trans-
                                                        mission
                                                         Multi-                 Trans-
                                                                     OFDM
                                                        plexer                  mitter                      f
                                                                                                 1,5 MHz
 Audio-       Audio        Channel
 dienste     Encoder        Coder
                                         MSC
                                         Multi-                               Trägerfrequenz
                                         plexer
 Daten-       Packet      Channel
                                                       FIC: Fast Information Channel
 dienste       Mux         Coder
                                                       MSC: Main Service Channel
                                                       OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing




Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/     MC SS04            6.12
             DAB-Empfänger


                                                  (partial)
                                                   MSC
                               OFDM-                            Channel      Audio           Audio-
            Tuner                                                                            dienst
                             Demodulator                        Decoder     Decoder


                                     FIC
                                                                                             Unabhängiger
                                                                                             Datendienst
                                                                          Packet
                                                                          Demux
               Control Bus
                                        Steuerung




                                                      Benutzerschnittstelle



Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/     MC SS04             6.13
             Audiocodierung
        Ziel:
            Audioübertragung in (annähernd) CD-Qualität
            weitgehende Immunität gegen Mehrwegeausbreitung
            minimale Verzerrung der Tonsignale bei schwächer werdendem
             Empfang
        Wird erreicht durch:
              Tonsignale digital abgetastet (PCM, 16 Bit, 48 kHz, stereo)
              Kompression nach MPEG-Standard, Kompressionsrate 1:10
              Einfügen von Schutzbits zur Fehlererkennung und Korrektur
              häufig Bündelfehler in der Funkübertragung, daher wird das Signal
               vor der Übertragung nach festem Schema verwürfelt. Bündelfehler
               werden so beim Empfänger zu korrigierbaren Einzelfehlern
              Geringe Schrittgeschwindigkeit, großer Symbolvorrat:
                  Übertragung der digitalen Daten als Folge von langen Symbolen,
                   getrennt durch Schutzintervalle.
                  Durch Reflexionen verzögerte Symbole fallen in die Schutzintervalle



Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS04    6.14
             Bitratenmanagement

        DAB-Ensemble vereinigt Audioprogramme und Datendienste mit
         unterschiedlichen Ansprüchen an die Übertragungsqualität und
         die benötigen Datenraten.
        Der Standard ermöglicht es, den DAB-Multiplex dynamisch, also
         während des laufenden Programmbetriebes, zu rekonfigurieren.
        Datenraten können im Diensteensemble variabel gehalten
         werden. Freiwerdende Kapazitäten können dann für andere
         Angebote genutzt werden.
        Da das Bitratenmanagement technisch im Multiplexer
         vorgenommen wird, können zusätzlichen Angebote von
         unterschiedlichen Anbietern kommen.




Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS04   6.15
             Beispiel einer Rekonfiguration

     DAB - Multiplex
        Audio 1           Audio 2           Audio 3            Audio 4           Audio 5             Audio 6
       192 Kbit/s        192 Kbit/s        192 Kbit/s         160 Kbit/s        160 Kbit/s          128 Kbit/s

         PAD               PAD               PAD                PAD               PAD                 PAD


       D1           D2        D3           D4           D5        D6        D7           D8            D9

     DAB - Multiplex - vorübergehend rekonfiguriert
        Audio 1       Audio 2          Audio 3      Audio 4         Audio 5        Audio 7          Audio 8
       192 Kbit/s    192 Kbit/s       128 Kbit/s   160 Kbit/s      160 Kbit/s      96 Kbit/s        96 Kbit/s
                                    PAD
         PAD            PAD       D10 D11               PAD           PAD            PAD              PAD


       D1           D2        D3           D4           D5        D6        D7           D8            D9


Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/       MC SS04                  6.16
             Multimedia Object Transfer Protocol (MOT)

Probleme:
        Empfangsgeräte mit stark unterschiedlichen Leistungsmerkmalen
         (Audio-Only-Gerät mit ein- bzw. mehrzeiligem LCD, Geräte mit
         angeschlossenem Schwarzweiß- oder Farbmonitor, PC-Karten).
        Unterschiedlichen Empfängertypen sollen alle Arten von
         programmbegleitenden wie programmunabhängige Datendiensten
         verarbeiten oder wenigstens erkennen können.
Lösung: Einheitlicher Standard für die Datenübertragung.

   Ein wesentlicher Aspekt bei der Definition des MOT-Protokolls ist, dass
    damit Datenformate unterstützt 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 über DAB
    ausstrahlen.


Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS04   6.17
             MOT-Struktur

     MOT-Formate
               MHEG, Java, JPEG, ASCII, MPEG, HTML, HTTP, BMP, GIF, ...
     Header core
               Länge von header und body, Inhaltsformat
     Header extension
             Angaben über die Bearbeitung des Inhalts (Abstand von
              Wiederholungen, Segmentierung, Priorität etc.)
             Information unterstützt Caching-Mechanismen
     Body
               beliebige Nutzdaten
                                 7 byte
                                 header            header
                                                                    body
                                  core            extension

     DAB erlaubt vielfältige Wiederholungsmuster
               Objekte, Segmente, Paketköpfe

Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS04    6.18
              Digital Video Broadcasting

    1991 Gründung der ELG (European Launching Group)
     Ziel: Entwicklung des digitalen Fernsehens in Europa
    1993 Umbenennung in DVB (Digital Video Broadcasting)
     Ziel: Einführung des digitalen Fernsehens auf Basis von
           Satellitenübertragungstechnik
           Kabelübertragungstechnik
           zu einem späteren Zeitpunkt: Terrestrische Übertragung

  DVB-S Satelliten                                                           SDTV
                                                                             EDTV
         Multipoint                       Integrated                         HDTV
         Distribution                  Receiver-Decoder
           System
 DVB-C Kabel

   Terrestrischer                                                      Multimedia PC
   Empfang
DVB-T                    B-ISDN, ADSL,etc. DVD, etc. DVTR, etc.

 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS04         6.19
               DVB Container
     DVB überträgt MPEG-2 Container
             Hohe Flexibilität bei der Übertragung digitaler Daten
             Keine Einschränkungen bzgl. der Art der Informationen
             DVB Service Information spezifiziert den Container-Inhalt
                     NIT (Network Information Table): Fasst die Dienste eines Providers
                      zusammen. Beinhaltet Zusatzinformationen für Set-Top-Boxen
                     SDT (Service Description Table): Liste der Namen und Parameter für
                      jeden Dienst in einem MPEG-Mux-Kanal
                     EIT (Event Information Table): Statusinformationen der aktuellen
                      Übertragung. Optional Zusatzinformationen für die Set-Top-Box
                     TDT (Time and Date Table): Updateinformationen für die Set-Top-Box


     MPEG-2/DVB                  MPEG-2/DVB                      MPEG-2/DVB             MPEG-2/DVB
      container                   container                       container              container
 HDTV
                                                                     SDTV
                                     EDTV


  Einzelner Kanal              Mehrere Kanäle               Mehrere Kanäle              Multimedia
 high definition television     enhanced definition             standard definition    data broadcasting


Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/       MC SS04           6.20
             Beispiel: High-Speed Internet

Asymmetrischer Datenaustausch
        Downlink: DVB-Empfänger, Datenrate pro Anwender: 6-38 Mbit/s
        Rückkanal 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/MPEG2 - Multiplex
Satellitenempfänger                                                            parallel zum digitalen TV



                                                                                          Satelliten-
                                                                Standleitung              betreiber
                           PC
                                                Internet

       DVB-S-Karte
                                   TCP/IP
                                                                                          Informations-
        Dienst-                                                                              anbieter
        anbieter


Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS04            6.21
             Aktuelle „Verbreitung“ der DVB-Standards




Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS04   6.22
             Konvergenz von Rundfunk und Mobilkommunikation

Definition von Interaktionskanälen
 Interaktion mit/Steuerung von Rundfunk via GSM, UMTS, DECT,
   PSTN, …
Beispiel: mobile Internet Dienste mit IP über GSM/GPRS oder UMTS als
   Interaktionskanäle für DAB/DVB
                                                                      DVB-T, DAB
                                                                      (TV plus IP-Daten)
                         TV
   TV/Rundfunk                     MUX
                        Daten
                                                                      Kanäle

                              Internet                                              mobiles
                                                                                    Endgerät
         ISP                                                         GSM/GPRS,
                                                                     UMTS
                      Mobilnetzbetreiber                             (IP-Daten)


Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS04          6.23
             Vergleich von UMTS, DAB and DVB
                                UMTS                      DAB                 DVB
    Frequenzen [MHz]            2000 (terrestrial),       1140-1504,          130-260,
    (abhängig von               2500 (satellite)          220-228 (UK)        430-862 (UK)
    nationalen
    Regelungen)
    Regulierung                 Telekom.,                 Rundfunk,           Rundfunk,
                                lizenziert                lizenziert          lizenziert
    Bandbreite                  5 MHz                     1,5 MHz             8 MHz
    Effektiver                  30-300 kbit/s             1,5 Mbit/s          5-30 Mbit/s
    Durchsatz                   (pro Nutzer)              (geteilt)           (geteilt)
    Mobilität                   Niedrig bis hoch          Sehr hoch           Niedrig bis hoch
    Anwendung                   Sprache, Daten            Audio, push         Hochwertiges Video,
                                                          Internet, Bilder,   Audio, push Internet
                                                          einfaches Video
    Abdeckung                   Lokal bis regional regional/national regional/national
    Installationskosten Sehr hoch                         Niedrig             Niedrig
    für Flächendeckung

Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS04           6.24

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Stats:
views:7
posted:6/9/2010
language:German
pages:24