Sändningsstandarder

I det svenska marknätet sker TV-utsändningar digitalt enligt DVB-T eller DVB-T2 standard. När det gäller radio finns analoga utsändningar på FM-bandet men det finns även digitala radioutsändningar enligt DAB standard. I kabel-TV nät används vanligtvis den digitala standarden DVB-C, det finns även en nyare variant som heter DVB-C2 men vad jag vet så har inte något svenskt kabelTV-företag infört DVB-C2 ännu (hösten 2012).

Det finns även andra digitala system för marksänd TV tex ATSC (USA, Canada), ISDB-T (Brasilien, Japan) och DTMB (Kina) men ingen av dessa standarder används i Europa. För att se vilka digitala sändningstandarder som används för marksänd TV i olika länder över hela världen finns en bra karta DVB Worldwide utgiven av The Digital Video Broadcasting Project (DVB) vilket är ett industrilett konsortium vars uppgift är att skapa och utveckla standarder för bla digital-TV.

Från satellit sker vanligtvis radio- och TV- utsändningar digitalt enligt DVB-S eller DVB-S2 standard.

För att inte bild och ljud störningar ska uppstå vid minsta lilla fel i signalen har samtliga digitala utsändningar någon form av felkorrigering.
När det gäller mottagning av digitala utsändningar enligt DVB-T och DVB-S standard sker felrättning i två steg, först via en felrättningskrets som heter Viterbi och därefter via Reed-Solomon.

Viterbi felrättningen är utvecklad av professor Andrew J. Viterbi vars felrättande kodning skyddar och rättar digitala bitar i en digital signal då den utsätts för brus. Vid kodning av en digital transportström (TS) läggs det till ett antal extra bitar som används av mottagaren för att rätta eventuellt uppkomna fel i signalen orsakade av brus. Viterbikodningen kan anpassas för hantering av olika mängder brus i signalen genom att öka eller minska antalet felskyddande bitar. I den mest felskyddande varianten av Viterbi läggs det till en extra bit för varje inkommande bit vilket gör att mängden data i transportströmmen (TS) blir dubbelt så stor jämfört med om ingen felrättande kod använts. Denna variant benämns FEC 1/2 där FEC står för "Forward Error Correction", och 1/2 syftar på en bit in, två bitar ut. FEC 1/2 hanterar brusstörningar mycket effektivt men samtidigt upptar de extra felkorrigerande bitarna stor del (50 %) av mängden data i utsändningen vilket gör att det blir mindre plats för TV-kanalerna. Den minst felskyddande varianten av Viterbi benämns FEC 7/8 vilket betyder sju bitar in , åtta bitar ut. FEC 7/8 kräver en relativt brusfri signal för att erhålla störningsfri mottagning men fördelen är att de extra felkorrigerande bitarna utgör en mindre del (12,5%) av mängden data i utsändingen vilket gör att det blir mer plats för TV-kanalerna. Följande varianter av Viterbi används: FEC 1/2, FEC 2/3, FEC 3/4, FEC 5/6 och FEC 7/8.

Efter Viterbi har en stor del av felen rättats men inte alla. De fel som återstår ska *Reed-Solomon ta hand om och målet är att alla fel ska rättas för att i slutändan erhålla en perfekt bild. För att Reed-Solomon ska klara av att rätta alla kvarstående bitfel får det maximalt vara 2 fel på 10000 bitar, dvs *BER = 2E-4, efter Viterbi. Denna gräns då BER = 2E-4 efter Viterbi benämns QEF (Quasi Error Free) och innebär att TV-tittaren upplever perfekt bildkvalité. Det är dock mycket viktigt att ha färre bitfel dvs lägre BER-värde än vad som anges vid QEF-gränsen eftersom minsta signalförsämring vid denna brytpunkt gör att bildkvalitén försämras, börjar pixla sig och försämras signalen ytterligare fryser bilden och mottagningen uteblir helt.

*Reed-Solomon felrättning uppfanns av Irving S. Reed och Gustave Solomon år 1960 och används i flera olika utrustningar som hanterar digitala dataflöden tex CD och DVD.

*Enheten BER (Bit Error Ratio) används för att mäta antalet bitfel i en digital signal, är förhållandet mellan felaktigt mottagna ettor och nollor och utsända ettor och nollor (bitar), för bästa möjliga mottagning ska BER-värdet vara så litet som möjligt.

När det gäller mottagning av digitala utsändningar enligt DVB-T2 och DVB-S2 sker också felrättning i två steg men felrättningskretsarna är utbytta till LDPC ( Low Density Parity Checkcodes) och BCH (Bose Chaudhuri Hocquenghem).

LDPC uppfanns redan på 1960-talet men har inte kunnat användas förrän på senare tid eftersom hög processhastighet krävs, kräver betydligt högre processhastighet jämfört med Viterbi. LDPC kallas ibland "turbo-kodning" och bygger på att prova sig fram så många gånger det behövs tills alla fel är rättade. Efter LDPC kommer BCH som utför en checksummeberäkning, om den är fel beordrar BCH till LDCP att försöka på nytt och när alla fel är rättade meddelar BCH att det är klart varefter LDPC slutar med sina rättningsförsök. Varje felrättningsförsök benämns iteration och för att erhålla god mottagning ska antalet iterationer vara så få som möjligt. Om LDPC bara behöver ett försök, dvs antal iterationer = 1, innebär att signalen är bra.

Nedan en tabell som visar skillnader mellan DVB-T, DVB-T2, DVB-S och DVB-S2.

Standard	Modulation	Valbara FEC	Variabel kodning	Fast kodning	Användningsområde
DVB-S	QPSK	1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8	Viterbi	Reed-Solomon	satellit
DVB-S2	QPSK	1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6, 8/9, 9/10	LDPC	BCH	satellit
DVB-S2	8PSK	3/5, 2/3, 4/5, 5/6, 8/9, 9/10	LDPC	BCH	satellit
DVB-T	COFDM	1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8	Viterbi	Reed-Solomon	marksänt
DVB-T2	COFDM	1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6	LDPC	BCH	marksänt

QPSK = Quadrature Phase Shift Keying
8PSK = 8 Phase Shift Keying
16APSK = 16 Amplitude and Phase Shift Keying (används i professionella sammanhang)
32APSK = 32 Amplitude and Phase Shift Keying (används i professionella sammanhang)

COFDM = Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex, är en modulations standard för marksänd digital TV som finns i flera olika varianter enligt nedanstående tabell.

	DVB-T (EN 300 744)	DVB-T2 (EN 302 755)
FEC, felkorrektion	1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 (Viterbi + Reed-Solomon)	1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6 (LDPC + BCH)
Modulation	QPSK, 16-QAM, 64-QAM	QPSK, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM
Skyddsintervall	1/4, 1/8, 1/16, 1/32	1/4, 19/128, 1/8, 19/256, 1/16, 1/32, 1/128 (vid FFT storlek 32k är största skyddsintervall 1/8)
FFT storlek	2k, 8k	1k, 2k, 4k, 8k, 16k, 32k
Spridda pilotbärvågor	8% av totalt antal bärvågor	1%, 2%, 4%, 8% av totalt antal bärvågor
Kontinuerliga pilotbärvågor	2% av totalt antal bärvågor	0,4% - 2,4% (0,4%-0,8% för FFT storlek 8k - 32k) av totalt antal bärvågor
Bandbredd	6 MHz, 7 MHz, 8 MHz	1,7 MHz, 5 MHz, 6 MHz, 7 MHz, 8 MHz, 10 MHz
Maximal datahastighet vid C/N = 20 dB	31,7 MBit/s	45,5 MBit/s
Minsta C/N för datahastighet = 24MBit/s	16,7 dB	10,8 dB

QPSK = 4-QAM, 4-state Quadrature Amplitude Modulation, 2 bitar / symbol.
16-QAM, 16-state Quadrature Amplitude Modulation, 4 bitar / symbol.
64-QAM, 64-state Quadrature Amplitude Modulation, 6 bitar / symbol.
256-QAM, 256-state Quadrature Amplitude Modulation, 8 bitar / symbol.
FFT = Fast Fourier Transform.
C/N = Carrier to Noise ratio. Den modulerade signalens signal-brusförhållande.

DVB-T2 kan erbjuda betydligt högre datahastighet jämfört med DVB-T eller så kan utsändningarna konfigureras för att ge en betydligt mera robust signal vilket framgår av de två nedersta raderna i ovanstående tabell där skillnaderna exemplifieras. I Sverige har Teracom valt att prioritera hög datahastighet framför robust signal när det gäller DVB-T2 utsändningar.

I Sverige moduleras Teracoms DVB-T och DVB-T2 utsändningar enligt nedanstående tabell.

COFDM	FFT	Modulation	FEC	Skyddsintervall	Sändningsstandard
U11 ("långa moden")	8k	64-QAM	3/4	1/4	DVB-T (UHF, bandbredd 8 MHz)
U12 ("korta moden")	8k	64-QAM	2/3	1/8	DVB-T (UHF, bandbredd 8 MHz)
U13 ("24Mbit moden")	8k	64-QAM	2/3	1/32	DVB-T (UHF, bandbredd 8 MHz)
U21	32k	256-QAM (PP4)	3/5	19/256	DVB-T2 (UHF, bandbredd 8 MHz)
U22	32k	256-QAM (PP4)	2/3	1/16	DVB-T2 (UHF, bandbredd 8 MHz)
U23	32k	256-QAM (PP2)	3/4	1/8	DVB-T2 (UHF, bandbredd 8 MHz)
V21	32k	256-QAM (PP4)	2/3	19/256	DVB-T2 (VHF, bandbredd 7 MHz)
V22	32k	256-QAM (PP2)	3/4	1/8	DVB-T2 (VHF, bandbredd 7 MHz)

PP = Pilot Pattern.

Till skillnad mot de gamla analoga TV-utsändningarna kan digitala TV-utsändningar enligt DVB-T och DVB-T2 standard sända samma signal från flera närliggande sändare samtidigt på samma frekvens utan att störningar uppstår. Metoden att sända samma signal från flera närliggande sändare samtidigt på samma frekvens kallas SFN, Single Frequency Network.

Länkar

DVB
NorDig