1. שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים
שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים
אינגר משה 4Z1PF
ספטמבר

2. שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?
יציבות באיכות התמונה
ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי (פי 4 עד 6)
זול יותר יחסית לשידורי כבלים, שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים.
פשוט וזול (ממיר ספרתי ואנטנה קטנה) לעומת קליטה מלווין.
יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד:
אינטראקטיביות
HDTV
טלוויזיה ניידת
לוח שידורים אלקטרוני

3. רשתות של תדר בודד
שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDM שמאפשרת עבודה של רשת משדרים על תדר בודד.
תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול.
ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים
מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי.
דרישות מ-SFN (Single Frequency Networks)
כל משדר חייב לשדר
על אותו התדר
באותו הזמן
באותו קצב שידור
כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן (GPS)
בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני משדרים.

4. מושגים אות אנלוגי אות ספרתי (דיגיטלי) ביט bite בית Byte
אות ספרתי מרובה רמות

5. Asynchronous Digital Subscriber Line
ADSL
Asynchronous Digital Subscriber Line

6. מה זה ADSL ? (Asynchronous Digital Subscriber Line ).
טכנולוגיית ADSL משתמשת ברוחב פס של 1.1MHz המחולק לשלושה נתחים באמצעות מסננים. הנתח האחד מ- KHz0 עד KHz4, משמש את ערוץ הטלפוניה. הנתח השני מ- KHz20 עד KHz160 משמש עבור ה-upstream והנתח הגדול ביותר –KHz 240 עד 1.1MHz, משמש עבור ה- downstream.

7. ADSL המשך
על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי, ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג את הקצב הנדרש. כדי לעמוד בדרישות אלה, משתמשים בשיטת קידוד
Quadrature Amplitude Modulation) QAM). שיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.

8. ADSL המשך
האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" DMT (Discrete Multiton)
הערוץ היורד (downstream) מחולק ל- 256 תדרי נושא (tones) כל אחד ברוחב פס של 4KHz
הערוץ העולה (upstream) מחולק ל- 32 תת נושאים.
נושא 64 מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה במקלט.

9. Standard & High- definition TV

10. Standard vs. High-definition
Wondering what the difference is between standard and high definition? Standard definition (SD) uses 625 lines of pixels from top to bottom. High definition (HD) uses up to 1125 lines. Not all of these lines are visible on the screen, but they're included as part of the signal.

11. Standard vs. High-definition
high-definition television)) HDTV
digital television))DTV
DTV משודר בתחום ה- UHF ברוחב פס של 8MHz כמו שידורי הטלוויזיה האנלוגיים.
יתרונות DTV
תומך ברזולוציה גבוהה יותר.
ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה interlaced או סריקה מלאה progressive.
תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות בו-זמנית.
ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר, כמו מידע מהאינטרנט.
תומך בשידורי HDTV.

12. HDTV קיימים 18 תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.
יחס ממדים 4:3 באנלוגי, 16:9 בדיגיטלי.
הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית 720X576 פיקסלים.
הרזולוציה המרבית היא של HDTV 1920X1080 פיקסלים.
מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות "i" עבור interlaced ו - "p" עבור progressive
ב – DTV מספר התמונות משתנה בין 60P ל- 20P

13. HDTV
תקן "1080i" HDTV אומר שהרזולוציה היא 1920X1080 פיקסלים, סריקה שלובה, 60 תמונות בשנייה.
הערה: הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי .

14. תקנים
MPEG-2
DTV מקודד את המידע ב – MPEG-2. מקודד שימושי ברוב מכשירי ה- DVD. מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של 55:1. הוא מעלים חלק גדול מהמידע שעין האדם לא יכולה להבחין.
בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של 16X16 פיקסלים. .
H.264 / MPEG-4
H.264 הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו. התקן זהה לחלק 10 של התקן MPEG-4 של ISO וידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדם" – AVC
H.264/AVC מאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוס וידאו ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.
ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה" עם בלוקים בגדלים 16X16ועד 4X4 המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים. חלוקה רבה מדי לתת-בלוקים עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר, שכן המקודד נדרש לציין מספר גדול יותר של בלוקים, ולכן מתמקדים מקודדי H.264 בבעיית הבחירה של החלוקה האופטימאלית של בלוק 16X16.

15. HDTV לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.
ניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים sub-channels
כל ערוץ יכול לשדר Mbpsשל מידע דיגיטלי.
תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות, לדוגמה:
ערוץ אחד של Mbps
ארבעה תת-ערוצים של 4.85 Mbps
ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות, אך לאחד את הערוצים לאיכות גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.
נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב- 1- 2Mbps . מידע זה יכול לכלול דפי אינטרנט או מידע דיגיטלי אחר.

16. HDTV
הבסיס לתקני HDTV הוא של (Advanced Television Standards Committee) ATSC.עבור HDTV קיימים שני פורמטים: 720P ו- 1080i. מדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב- 60Hz ואשר שניהם רחבי מסך (כלומר ביחס מסך 16:9). 720P הוא תקן פרוגרסיבי (כלומר, משודרות שורות ברצף) אשר כולל 720 שורות של 1280 פיקסלים בכל שורה.
1080i הוא תקן INTERLACED (כלומר, משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות האי זוגיות וחוזר חלילה) אשר כולל 1080 שורות של 1920 פיקסלים בכל אחת.
התקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי, ולכן הוגדרו ב-60Hz בלבד. לאחר מספר שנים, אירופה התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:
PAL PROGRESSIVE - 576P אשר משודר במסך רחב או רגיל (4:3)
720P50 - תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר ב- 50Hz
1080i50 (לעתים מכונה גם 1080i25) - גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב- 50Hz

17. HDTV
HD READY
לגבי רזולוציה, המסך חייב לתמוך בלפחות 720 שורות עבור מצב 16:9. התנאים: 1. כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 720 שורות פיזיות (דיסקרטיות) במצב יחס רחב. 2. על המסך לתמוך בכניסות HDTV דרך הכניסות הבאות:
YPBPR אנלוגי
DVI או HDMI
3. בכל הכניסות הללו, המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:
1280 על 720 פרוגרסיבי ב- 50Hz וגם 60Hz
1920 על 1080 שזור ב- 50Hz וגם 60Hz
4. על חיבורי ה-DVI וה-HDMI לתמוך בהצפנת HDCP.

18. QAM אפנון ניצב Quadrature Amplitude Modulation

19. Quadrature Amplitude Modulation - QAM אפנון ניצב
הגדרה: שני גלים נושאים, באותו התדר נמצאים ב- 90 מעלות האחד ביחס לשני (ניצבים). ניתן לראות זאת כשווה ערך, לגל נושא יחיד המאופנן מופע ואמפליטודה.
תמונת ווקטור-סקופ של אפנון
מידע הצבע במשדרי טלוויזיה

20. Quadrature Amplitude Modulation - QAM אפנון ניצב
I - In phase Q – Quadrature
בתקשורת ספרתית נהוג לעבוד
ב- QAM

21. Quadrature Amplitude Modulation - QAM אפנון ניצב
הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:
ההספק הממוצע המשודר
מורכבות מעגלי השידור והקליטה
חסינות לרעש
BER (Bit Error Rate)
התאבכות בין גלי הנושא השונים.

22. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

23. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) זהה עקרונית ל- Coded OFDM (COFDM) ול- Discrete multi-tone modulation (DMT).
בכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר frequency-division multiplexing (FDM). מספר רב של תדרי תת נושא ניצבים, הקרובים זה לזה, נושאים את המידע. המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים, כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר תת-נושא אחר.
האפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו QAM או PSK. המידע המאופנן נשלח בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.

24. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
מרווח ביטחון (שומר מרווח)Guard interval
מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים, הדהוד והחזרים מגופים שונים כמו הר או בית. נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .
ב- COFDM בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון". כל עוד ה"הד" נופל בתחום מרווח זה. הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע יופיע אחרי זמן "מרווח הביטחון"
ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר. אבל הגדלת המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור. לדוגמה בשידור DVB-T ארבע מרווחי ביטחון שימושיים (ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול) 1/32 ; 1/16 ; 1/8 ; 1/4
1/32 נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר. 1/4 מאפשר הגנה טובה ביותר אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.

25. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
דוגמה:
אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור סימבול יהיה מיקרו-שנייה. במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם התאבכויות ממסלולים שונים (multipath interference).
אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל סימבול יכול להיות ארוך פי 1000 ז"א מילישנייה אחת (במקום מיקרו-שנייה). אם נוסיף "מרווח ביטחון" בערך של 1/8 סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול, אזי נוכל להתגבר על בעיית ההתאבכות. זמן "מרווח הביטחון" יהיה 125 מיקרו-שניות שמייצג הפרש מרבי של 37.5 קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.

26. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Example of applications
Cable
ADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.
Power line communication (PLC).
Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.
ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines, phone lines and coaxial cables)
Wireless
The wireless LAN radio interfaces IEEE a, g, n and HIPERLAN/2.
The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDB-TSB.
The terrestrial digital TV system DVB-T.
The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.
The cellular communication systems Flash-OFDM
The mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access (HSOPA)
The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE (or WiMAX).
The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE , IEEE e (Mobile WiMAX) and WiBro.
The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE a implementation suggested by WiMedia Alliance.

27. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Transmitter
An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phase-shift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.
s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation (QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than others.
An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed to give the transmission signal, s(t).

29. DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)
DVB-T הינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVB לשידורי טלוויזיה קרקעיים. השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע, וידאו ונתונים נוספים בשיטת MPEG ובשימוש באפנון COFDM.
תכונות בסיסיות:
שלש אפשרויות לאפנון (QPSK, 16QAM, 64QAM)
FEC (forward error correction) חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על קידוד קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים של 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 בהתאם לדרישות המערכת.
ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון 1/32 1/16 1/8 1/4.
רוחב פס של ערוץ שידור 6, 7 או 8MHz
תדר תמונות 50 או 60 הרץ.

30. DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)

31. DVB-T בארץ במרכז UHF CH 26 514MHz בצפון ובדרום UHF CH 29 538MHz

33. הסבר: Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264 SD-Standard Definition
Dolby Digital Plus מבוסס על מערכת קודקים של AC-3 שמאפשר שידור בקצב עד Mbit/s ותומך במספר ערוצים עד הוא אינו תואם אחורנית עם AC-3.
Audio .HE .AAC + V2 & Dolby Pulse
HE-High Efficincy
AAC-Advanced Audio Coding סוג של קודק
Pulse -- Plus
MPEG-2TS הוא פורמט לשידור תקן MPEG (1,2או 4) אשר מרובב עם מידע נוסף. שימושי כמידע זורם בטלוויזיה ספרתית, רשתות כולל אינטרנט.
MPEG 2 – TS
TS – Transport Stream
Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדרים
SFN - Single Frequency Networks

35. הסבר:
EIT – based EPG & 7 day EPG
EIT – Event Information Table
EPG – Electronic Program Guide
HDMI – 1.3 output
HDMI - High-Definition Multimedia Interface
S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly known as Sony Philips Digital InterFace)
S/PDIF מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שונים, דרך מוליך אופטי או כבל קואקסילי. תקן זה מבוסס על תקן AES/EBU עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרה.

36. הסבר: S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace
BMC-biphase mark code
בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי (biphase) המקודד מידע זורם בינארי. כל ביט של המידע הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד. כל כל רמה לוגית "1" במבוא מיוצגת על ידי שני ביטים שונים 10 או 01. כניסה לוגית 0 מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 00 או 11 במוצא.

39. דוגמה – ממיר APEX תכונות: תומך EPG רשימת ערוצים ועריכת תוכניות
בקרת הורים
טיימר לתחילת תוכנית
בחירת שפת הכתוביות
השהיית תיאום שפתיים (במילישניות)
הגדרת מדיית ה- USB (MP3, JPEG….)
קביעת זמני הקלטה על מדיית ה- USB
ועוד.....

40. ממיר APEX

41. ממיר APEX

42. בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל

43. בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל

44. בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל

45. בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל

46. בדיקת הערוצים הנקלטים בישראל

47. הסבר: BER – Bit Error Rate PV BER – Post VITARBI Bit Error Rate
NM – Noise Margin
MER – Modulation Error Rate
CSI – Channel Status Information
Cell – identify code of the transmitting operator
CFO – carrier Frequency offset
PWR index – signal level status
RU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.

48. סופ
סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומר

49. OFDM
שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים (בתדרי גל נושא) להעברת המידע.
LPF
LPF
DEMULTIPLEX
MULTIPLEX
data
data
LPF

50. תדרים אורתוגונליים
המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ השידור למספר תדרים בלתי תלויים.

51. תדרים אורתוגונליים 2

52. תדרים אורתוגונליים 3
כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש אחד לשני

53. שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות
DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות
DVB-H שידור וידאו למטרות ניידות (כף יד)
יש צורך לחסוך באנרגיה
סנכרון מעבר בין תחנות שידור
שימוש בדחיסה חזקה H264 ולא בmpeg- 2
אפקט דופלר

54. בעיית Multi Path

55. Guard Interval Tg -"שמירת מרחק"
OFDM symbol(1/f0) Tg
Copy signal
By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality Tg
OFDM symbol (1/f0)
Direct
Delayed
Sampling Period

56. CDMA -ו. OFDMב השהיה ותזוזת תדר
בעיית Multi-path נפתרת ע"י GI
רגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים
CDMA
כמעט ואין השפעה על הקודים ב Multi-path
אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות בתדר

57. מיזוג שיטות הקידוד
 ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה OFDM יוכפל בקוד ה-CDMA
Multi-carrier code division multiple access (MC-CDMA)

58. סיכום הוצגו שיטות קידוד שונות לשידור: CDMA וOFDM
לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם ביחד במספר אפליקציות.
נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי למערכות ניידות בשתי השיטות.
נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות ה Multi Path, ואפקט דופלר

59. References 1
Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P., "DVB-H: Digital Broadcast Services to Handheld Devices," Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp , Jan. 2006 
Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ. of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc
“Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research Centre Anna University Chennai

60. References 2