Eine Seite über DATV(Digital Amateur Television = Digitales Amateurfunk Fernsehen)

Im Gegensatz zu ATV(Amateur Television), dem analogen Amateurfunk Fernsehen, werden bei DATV digitale Modulationsverfahren, hauptsächlich DVB-T(Digital Video Broadcasting Terrestrial), DVB-S(Digital Video Broadcasting over Satellite) und DVBS2(Digital Video Broadcasting over Satellite, Version 2) eingesetzt. Der technische Aufwand für ATV, das heute aufgrund der großen Bandbreite kaum noch verwendet wird und eine recht bescheidene Bildqualität lieferte, war relativ groß, viele Geräte wurden im Eigenbau gefertigt und das zusätzlich nötige Equipment wie Videokamera, Video-Mischpult etc. waren auch nicht gerade günstig.

Gerade in den letzten Jahren wurden PCs, Labtops und Embedded Computer sowie Webcams immer günstiger und stehen fast jedem Funkamateur ohnehin bereits zu Verfügung. Auch bei den SDRs(Software Designed Radios) kam es in den letzten Jahren zu einer enormen Qualitäts und Leistungssteigerung sowie zu einem Preisverfall durch immer leistungsfähigere hochintegrierte Schaltungen, die in großen Stückzahlen sehr günstig produziert werden können.

Eine Einführung in die alten und die heute gebräuchlichen Fernsehnormen:

ATV: (Analog Television) ist ein retronymer Begriff, der sich erst in den letzten Jahren etabliert hat, da es damals ja noch kein digitales Fernsehen gab. Die Ausstrahlung der Signale erfolgte in verschiedenen Standards: 

  • NTSC(National Television Systems Committee): Das NTSC-Verfahren ist ein seit 1951 etablierter Fernsehstandard, der erstmals analoges Farbfernsehen möglich machte und den USA sehr verbreitet war. Die technischen Deteils: 525 Zeilen (davon maximal 486 sichtbar), Interlace, 29,97 Vollbilder pro Sekunde (ursprünglich 30 bei Schwarzweiß), Farbträger ca. 3,58 MHz, Tonträger 4,5 MHz, Kanalabstand 6 MHz, negative Amplitudenmodulation für das Bild, Frequenzmodulation für den Ton, Stereoton (soweit vorhanden) mit dem analogen MTS-Verfahren kodiert. Diese Eigenschaften alle zusammen genommen bezeichnet man vollständig als NTSC-M: 

    Ntsc_channel.svg.png

    Spektrale Aufteilung eines NTSC Signals

  • PAL(Phase Alternating Line): PAL wurde vor allem in Europa benutzt, aber auch in Australien und vielen Ländern in Afrika, Asien und Südamerika. Es wurde entwickelt, um die störenden Farbtonfehler im Vergleich zu NTSC automatisch Ausgleichen zu können.Grundlage des Verfahrens ist der Gedanke, dass zwei aufeinander folgende Bildzeilen mehr Ähnlichkeit als Unterschied aufweisen, weil Bilder aus Flächen bestehen. Der technische Kniff, das rote Farbdifferenzsignal jeder zweiten Bildzeile zur vorhergehenden um 180° phasenverschoben (darum der Name) zu übertragen, ermöglicht es, auf der Empfängerseite durch Verrechnung der beiden Zeilen einen eventuell auftretenden Farbton-Fehler vollständig aufzuheben, lediglich ein kleiner Farbsättigungs-Fehler bleibt.  Dadurch, dass jeweils 2 Bildzeilen zur Farbinformationsgewinnung herangezogen werden, reduziert sich die vertikale Farbauflösung auf die Hälfte.
  • SECAM(Séquentiel couleur à mémoire)
  • NICAM(Near Instantaneous Companded Audio Multiplex (‚fast unmittelbar komprimierter Ton-Multiplex‘)

 

DVB-T: (Digital Video Broadcasting Terrestrial):  Diese Variante von DVB wird bzw. wurde hauptsächlich in Europa, Afrika und Australien zur Ausstrahlung von terrestrischen Programmen verwendet und hat das analoge Fernsehen defacto abgelöst. Da die Bandbreite der Signale ebenso 7 MHz(VHF) bzw. 8MHz(UHF) beträgt, hat man das alte Raster der Fernsehkanäle auch hierfür übernommen. Bei der digitalen Ausstrahlung lassen sich diese Funkkanäle effizienter ausnutzen als bei analoger Fernsehtechnik, da mehrere Fernsehprogramme pro Funkkanal in Form eines Multiplex (MUX) übertragen werden können. Als Modulationsarten kommen dabei QPSK(Quadature Phase Shift Keý), 16-QAM(Quadatur Amplituden Modulation mit 16 Symbolen) und 64-QAM(Quadratur Amplituden Modulation mit 64 Symbolen) zum Einsatz. Die eigentlichen Bilddaten werden dabei nach dem COFDM Verfahren(Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ditalisiert und als Stream übertragen. COFDM hat eine integrierte Vorwärtsfehlerkorrektur und ist relativ unempfindlich gegenüber Gleichwellenbetrieb bzw. Mehrwegempfang. Ein Guard-Intervall (Schutzintervall) von 1/32-1/4 Symboldauer verhindert dabei ein Symbolübersprechen, was wiederum die Empfangsqualität bei mehreren Sender in der Nähe positiv beeinflusst. Mathematisch betrachtet handelt es sich dabei um DFT(Discrete Fast Fourier Transformation) , wobeit ein zeitdiskretes endliches Signal, das periodisch fortgesetzt wird, auf ein diskretes, periodisches Frequenzspektrum abgebildet wird.  Als Standards haben sich dabei 2K und 8K etabliert. Die Geschwindigkeit der Datenübertragung wird durch den Guard-Intervall, die Coderate (1/2-7/8) und die Modulationsart bestimmt. Die Geschwindigkeiten liegen bei QPSK zwischen 4976-10556 kBps, bei 16-Quam zwischen 9953-21112 kBps und bei 64-Quam zwischen 14929-31668 kBps.

DVB-T2: (Digital Video Broadcasting  Terrestrial 2nd Generation): Der DVB-T Standard wurde inzwischen nochmal verbessert, DVB-T2 bietet gegenüber dem DVB-T-Standard folgende Vorteile:

  • Die Fehlerkorrektur und damit die Robustheit des Signals wurde verbessert
  • In Gleichwellennetzen(Mehrere Sender strahlen das Signal synchron auf der selben Frequenz aus, je höher die Dichte an Sendern, desto mehr Datenfehler aufgrund von Interferenzen) können noch mehr Sender auf gleicher Fläche aussenden
  • Effizientere Frequenzausnutzung pro Kanal, mehr Sender Pro Kanal können ausgesendet werden
  • Steigerung der Bildqualität bis zu HDTV(High Definition Television)
  • Verbesserung der Spektra der Aussendungen durch steileren Abfall

Die Bilddaten werden weiterin im COFDM Verfahren übertragen, neben den von DVB-T bekannten 2K und 8K FFT Modi (Fast Furier Transformation) werden nun auch 16k und 32K Modi unterstützt, bei gleicher Dichte der Sender pro Fläche in Gleichwellennetzen kann das Guard-Intervall verkürzt werden(1/4, 19/128, 1/8, 19/256, 1/16, 1/32, 1/128), was zu höheren Datenraten führt.
Bei den Modulationsarten ist 256-QAM(Quadratur Amplituden Modulation mit 256 Symbolen) hinzugekommen und ermöglicht ebenfalls eine größere Datenrate, die jedoch teilweise mittels höherer Feldstärken erkauft werden muss, falls die FEC (Forward Error Correction in Form des  LDPC-Codes (Low-Density-Parity-Check-Code) dazu nicht ausreicht.

DVB-S: (Digital Video Broadcasting- Satellite) ist wie DVB-T und DVB-T2 ein digitaler Standard zur Übertragng von Fernsehsignalen in digitaler Form. Durch die Übertragung über Satelliten ergeben sich einige Vorteile:

  • Der Empfang ist auch in entlegenen Gebieten möglich, die bisher von DVB-T o. DVB-T2 nicht versorgt werden konnten
  • Durch die höheren Frequenzen sind auch breitere Frequenzbereiche für die Ausstrahlung von noch mehr Programmen über einen Transponder(TV, Radio und Datendienste wie Internet) mit zumeist 8 SDTV(Standard Definition Television) oder 4 HDTV (High Television Standard Television) möglich. Es werden   sowohl SCPC(Single Carrier per Channel) und MCPC(Multiple  Carrier per Channel) übertragen. Teilweise liegen d)ie Symbolraten bei über 10.000 kSym/s.
  • Durch die über Satellit bedingte Ausstrahlung auf zwei Polarisationsebenen sind noch mehr Programme möglich, da bei leichter Frequenzverschiebung der unterschiedlich polarisierten Aussendungen kein Übersprechen stattfinden kann
  • Keine Mehrwegausbreitung der Signale, da auch keine Gleichwellennetze nötig sind 

Als Modulation kommt bei DVB-S hauptsächlich 4PSK mit einem niedrigerem Crest-Faktor(Elektrotechnik: das Verhältnis von Scheitelwert zu Effektivwert einer Wechselgröße) im Vergleich zu QAModer 2PSK zum Einsatz, es erfordert deshalb auch eine stärkere FEC. 

 

DVB-S2: (Digital Video Broadcasting - Satellite, 2nd Generation): DVB-S2 ist eine Weiterentwicklung des DVB-S-Standards. Durch Verwendung verbesserter Kodierungs-, Modulations- und Fehlerkorrekturverfahren wird die Datenrate um bis zu 30 % gesteigert. Anstelle von DBD-S verwendet DVB-S2 die Modulationsarten 8PSK(Phase Shift Key mit 8 Symbolen), 16APSK( Amplitude Phase Shift Key mit 16 Symbolen) oder 32APSK (Amplitude  Phase Shift Key mit 32 Symbolen). Bei gleicher Bitfehlerhäufigkeit (BER) erfordert 8PSK ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) von etwa 4 bis 4,5 dB. Gleichzeitig wird meistens die effizientere Fehlerkorrektur-Code LDPC( Low Density Parity Check Code) eingesetzt, der etwa 1,5 dB weniger Rauschabstand als DVB-S benötigt. Der Einsatz besserer Algorithmen zur Bilddatenreduktion (beispielsweise H.264 bzw. MPEG-4 AVC statt H.262 bzw. MPEG-2-Video) und besserer Auflösung (HDTV) ist nicht notwendigerweise an DVB-S2 gekoppelt, steigert aber durch die bessere Verbreitung der Empfangsgeräte weiter due Bildqualität und den Datendursatz..

DVB-S2X: DVB-S2X ist eine Weiterentwicklung des DVB-S2-Standards. Die Verbesserungen sind geringer als die beim Wechsel von DVB-S auf DVB-S2. Die physikalisch möglichen Grenzen machen sich auch hier bemerkbar... Die wesentlichen Änderungen sind:

  • Übertragungen bei geringen Carrier to Noise Ratio (CNR) von −10 dBc bis −3 dBc sind möglich.
  • Die eingesetzte Amplitudenphasenmodulation kann mit hoher Symbolanzahl bei hohen CNR (+15 dBc bis +20 dBc) betrieben werden und erlaubt so pro Symbol eine größere Informationsmenge zu übertragen.
  • Eine feinere granulare Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC)
  • Einsatz von hierarchischen Modulationsverfahren möglich