DVB-T- Stand der Empfängertechnik

Inhalt

1. Einführung

2. Stand der Empfängertechnik
2.1 Grundlagen der Quellen- und Kanalcodierung
2.2 Empfängerseitige Technik
2.2.1 Stationärer Empfang
2.2.2 Portabler Empfang
2.2.3 Mobiler Empfang
2.3 Der MHP-Standard
2.4 Integrationsstand und Nutzen für den Konsumenten

3. Empfangsgeräte und Funktionen
3.1 Antennen
3.2 Set-Top-Boxen
3.2.1 Zapping-Boxen
3.2.2 STBs mit Common Interface
3.2.3 Proprietäre STBs
3.2.4 Twin-Tuner/ Twin-Decoder STBs
3.2.5 STBs mit integrierter Festplatte
3.2.6 Kombinierte TV/ PC-STBs
3.2.7 Internet-STBs
3.3 Nachrüstmodule für TV-Geräte
3.4 DVB-T-Karten für den PC
3.5 Portabler Empfang
3.5.1 Portable STBs
3.5.2 Portable Komplettgeräte

4. Zusammenspiel mit anderen Home-Systemen
4.1 Videorecorder / DVD-Recorder
4.2 Stereoanlage/ Dolby
4.3 PC/ Laptop
4.4 Monitore/ Projektoren
4.5 Videokamera/ Digitale Fotokamera/ DVD-Player

5. Zukünftige Entwicklungen
5.1 Multimedia und Interaktivität
5.1.1 Verschmelzung von Internet und Fernsehen
5.1.2 Die CI-Schnittstelle
5.1.3 Personalisierung/ Personal Videorecorder
5.2 DVB-T für mobile Kleinstgeräte
5.2.1 Nokia Mediascreen
5.2.2 DVB-X als DVB-T fürs Handy
5.3 Mobiler Empfang im Auto
5.3.1 TV-Empfang im Auto
5.3.2 Das Auto als Multimedia-Zentrale
5.4 Content Angebote

6. Prognose

7. Literaturverzeichnis

1. Einführung

Schon seit Oktober 2002 läuft in Berlin/ Brandenburg die Übergangsphase von analoger zu digitaler terrestrischer TV-Distribution.

Bis zum Sommer 2003 werden im sogenannten Simulcast Fernsehprogramme sowohl analog als auch digital über Antenne verbreitet, danach soll es in der Region nur noch digitales Antennenfernsehen geben.

Ähnliche Projekte sind in Norddeutschland, NRW, Baden-Württemberg, Bayern und Mitteldeutschland für 2004 geplant, bis 2010 soll das analoge Antennenfernsehen bundesweit beerdigt werden.^[1]

Der vom einem Konsortium aus Industrie, Rundfunkanbietern, Wissenschaftlern und Herstellern eingeführte Standard für das digitale Antennenfernsehen heißt DVB-T (Digital Video Broadcast- Terrestrial). Als Vorteile der Technik werden vor allem eine größere Anzahl empfangbarer Programme, multimediale Zusatzdienste und bessere Bild- und Tonqualität propagiert.^[2]

Handelt es sich bei DVB-T nun um eine Renaissance des Antennenfernsehens?

Weniger als 8% oder 3 Millionen Fernsehhaushalte empfangen heute ihr Fernsehen über Antenne.^[3] Die Tatsache allein, dass die analoge Distribution schrittweise eingestellt wird, dürfte die wenigsten Konsumenten davon überzeugen, auf digitales Antennenfernsehen umzustellen geschweige denn, von Kabel oder Satellit dorthin zurückzuwechseln.

Der aktuell vergleichsweise geringe Stellenwert der terrestrischen Distribution einerseits und die aus Konsumentensicht einer „Zwangsumstellung“ gleichende Einführung der Digitaltechnik andererseits wirft die Frage auf, was den Konsumenten von DVB-T überzeugen soll.

Was bietet DVB-T heute? Welche Anwendungsmöglichkeiten werden in Zukunft realisiert? Zu diesen Fragen soll die vorliegende Seminararbeit Antworten liefern.

2. Stand der Empfängertechnik

2.1 Grundlagen der Quellen- und Kanalcodierung

Beim digitalen terrestrischen Fernsehen werden die Video- und Audio-Signale, genau wie bei den Übertragungsarten DVB-C (Kabel) und DVB-S (Satellit), nach dem MPEG-2-Standard komprimiert. Video- und Audiosignale sowie Daten werden in paketierter Form nach dem Containerprinzip in einem gemeinsamen Bitstrom innerhalb eines Transport-Multiplexes gesendet.^[4]

Der Gesamtdatenstrom wird bei der Übertragung durch Einsatz des Mehrträgerverfahrens OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) auf viele einzelne Träger verteilt. Einbrüche im Übertragungsverfahren betreffen somit nur einzelne Träger. In Verbindung mit den Fehlerschutzmaßnahmen bei der Kanalcodierung spricht man von COFDM (Coded OFDM).

Für die Übertragung eines Fernsehprogramms in einer Qualität, die dem heutigen, analogen PAL-Standard gleichwertig ist, werden nun 3-5Mbit/s an Übertragungskapazität benötigt. Bei den heute verwendeten Übertragungsparametern 16-QAM (Quadraturamplitudenmodulation), Gleichwellenbetrieb, COFDM 8k (6048 Träger) können bei einer Netto-Datenrate von 14,75 Mbit/s somit 4 TV-Programme à 3,5 Mbit/s in einem Kanal übertragen werden.

Unterschiedliche Anforderungen durch unterschiedliche Empfangsarten können durch die Auswahl des Modulationsverfahren - QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), 16-QAM (Quadraturamplitudenmodulation) oder 64-QAM - und des Fehlerschutzes erfüllt werden.

Ferner kann die Distribution von DVB-T im Gleichwellenbetrieb erfolgen. Dabei nutzen alle Sender dieselbe Frequenz für die ausgestrahlten Programme. Der Vorteil liegt hierbei in der effektiveren Frequenznutzung und in verbesserten Empfangsbedingungen.^[5] Bei gleichem Versorgungsradius wird eine geringere Sendeleistung benötigt, durch den Beitrag benachbarter Sender entsteht zusätzlicher Gewinn.^[6]

2.2 Empfängerseitige Technik

DVB-T wird bei der Einführung in Berlin als „Überall Fernsehen“ vermarktet. Es lässt sich stationär, portabel und mobil empfangen^[7]. Die Grundaufgabe der Empfangsgeräte besteht in Empfang und Decodierung des DVB-T-Signals, um daraus die einzelnen TV-Programme und Zusatzdienste wiederzugewinnen.

2.2.1 Stationärer Empfang

Die bis dato am weitesten fortgeschrittene Empfangsart ist der stationäre Empfang. Hierbei handelt es sich um den Empfang und die Wiedergabe auf einem fest stationierten Fernsehgerät, beispielsweise im heimischen Wohnzimmer.

Um das Signal zu Hause empfangen und vor allem verwerten zu können Bedarf es einer zusätzlichen technischen Komponente, einer Set-Top-Box (STB). Damit ist es möglich, den bisherigen Analog-Fernseher und darüber hinaus die bestehenden Dach- oder Zimmerantennen weiterzunutzen. Ferner ist der Empfang auch über kleine Stabantennen möglich.

Weitere Empfangsmöglichkeiten sind PC-Karten, Nachrüstmodule zum Einbau in TV-Geräte und iDTVs (integrated Digital Television), also digitale Fernsehgeräte.

Im folgenden möchte ich näher auf die Funktionsweise einer STB eingehen.

Eine STB besteht aus den einem Empfangsmodul (front-end), einem MPEG-Modul, optional einem Conditional-Access (CA)-Modul oder Common Interfaces (CI) und einem Prozessormodul.^[8]

Dem Eingang des Empfangsmodul wird das hochfrequente DVB-Signal zugeführt, am Ausgang erhält man den MPEG-Transportstrom. Die COFDM muss demoduliert und der die Kanalcodierung rückgängig gemacht werden. Ein Viterbi- und Reed-Solomon-Decoder leisten Kanaldecodierung, Fehlererkennung und Fehlerkorrektur.^[9]

Im MPEG- Modul leistet ein Demultiplexer (Demux) die Aufteilung des Datenstroms in Video-, Audio- und Datenbitströme sowie die Rückgewinnung des Systemtaktes nach Frequenz und Phasenlage. Video- und Audioströme werden dann entsprechenden MPEG-2-Decodern zugeführt, welche die Quellencodierung rückgängig machen.

Am Ausgang erhält man dann Video- und Audiosignale in digitaler Form. Um ein analoges TV-Gerät anzuschließen (bspw. über SCART) sind noch eine Digital-Analog-Wandlung und eine PAL-Codierung notwendig. Der „alte“ Fernseher übernimmt dann nur noch die Funktion des Bildschirms.^[10]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.1: Empfangs- und MPEG2-Modul einer STB^[11]

Das Herzstück einer STB bildet das Prozessor-Modul. Die im MPEG-2-Transportstrom mitübertragenen Service-Informationen (SI), die Auskunft über das übertragene und die weiteren verfügbaren Programme enthalten, werden hier verarbeitet.

Die Vielzahl der übertragenen Programme und Dienste pro Kanal macht eine elektronische Benutzerführung notwendig. Die einfachste Form wird über den sogenannten Basis-Navigator realisiert. Dieser wird von der STB durch Auswertung der SIs erstellt und ermöglicht die Navigation zwischen den übertragenen Programmen.^[12]

Umfangreicher sind die von TV-Programmanbietern mitübertragenen Electronic Program Guides (EPG). Ein solcher EPG basiert auf den SIs und ist in der optischen Wiedergabe auf dem Fernseher häufig an die Menüführung bei Mobiltelefonen oder PC-Software angelehnt. Er gleicht einer „elektronischen Programmzeitschrift“. Der Zuschauer soll durch den EPG navigieren und die relevanten Programme oder Dienste auswählen können.^[13]

Die Systemsoftware, das Betriebssystem einer STB, kann über eine serielle Schnittstelle (RS 232) aktualisiert werden.

Anbieter von Pay-TV aber auch Anbieter von Zusatzdiensten wie Wirtschaftsnachrichten bieten ihre Inhalte nur der zahlenden Kundschaft an. Die Inhalte werden verschlüsselt übertragen und müssen beim Empfänger entschlüsselt werden. Für diese Art des bedingten Zugangs/ Conditional Access (CA) ist eine spezielle Decodierungseinheit, ein CA-Modul, notwendig.

Um proprietäre STBs wie etwa die d-box von Premiere zu vermeiden, wurde ein standardisierte Schnittstelle zwischen CA-Modul und Decoder festgelegt, das Common Interface (CI). Verschiedenartig CA-verschlüsselte Programminhalte können durch Einsatz einer Smartcard des jeweiligen Anbieters in das CI entschlüsselt werden.^[14]

2.2.2 Portabler Empfang

Bei portablem Empfang unterscheidet man zwischen Indoor- und Outdoor-Empfang. Während beim stationären Empfang der Empfänger und die Antenne immer am selben Ort in Haus oder Wohnung installiert sind, bezeichnet der portable Indoor-Empfang etwa die Möglichkeit, das Fernsehgerät vorübergehend im Hobbykeller oder in der Küche zu nutzen. Der Outdoor-Empfang erlaubt die Mitnahme des Geräts bspw. an den Badesee, in Parks oder in den Schrebergarten.

STBs, die auf 12V- oder 15V-Betrieb ausgelegt sind, erlauben bereits portablen Empfang.^[15]

2.2.3 Mobiler Empfang

Mobiler Empfang soll in Zukunft während der Fahrt mit dem Auto, mit Bus und Bahn oder unterwegs mit dem Mobiltelefon oder dem Organizer stattfinden.

Eine Problematik stellt beim Mobilempfang die mögliche Geschwindigkeit des Fahrzeugs, von welchem aus empfangen werden soll. Vorgesehen im DVB-T-Standard sind die Modi 8k und 2k, die sich in der Trägerzahl unterscheiden. Besser geeignet für den mobilen Empfang ist der 2k-Modus, der eine 4mal höhere Höchstgeschwindigkeit erlaubt. In Deutschland gehen die Entwicklungen allerdings in Richtung 8k-Modus, bei dem größere Senderabstände erlaubt sind.^[16]

Der Empfangsproblematik soll durch 2-Tuner Lösungen mit Empfangsdiversity begegnet werden. Ein zweiter Tuner verstärkt das empfangene Signal des ersten Tuners und liefert so auch bei Bewegung des Empfängers ein stabiles Bild.^[17] Beim Antennendiversity werden ferner die Signale von zwei oder mehr räumlich voneinander entfernten Antennen empfangen. Der Empfänger hat dann die Wahl zwischen mehreren Signalen, aus denen er das stabilste auswählen kann. Ebenfalls möglich ist die Fehlerkorrektur auf Transportstromebene. Ein Diversity-Prozessor leistet die Überprüfung des Transportstroms auf Fehlerhaftigkeit und ersetzt gegebenenfalls ein fehlendes oder fehlerhaftes MPEG-2-Paket durch das eines anderen Diversity-Signals.^[18]

Tests mit mobilen Empfängern mit Diversity-Konzept haben ergeben, dass Mobilempfang auch bei hohen Geschwindigkeiten möglich ist. Die Höchstgeschwindigkeit lag dabei allerdings fahrzeugbedingt bei 160km/h.

Der Einsatz von Antennen-Diversity und aktiven Antennen mit Vorverstärker bietet eine Steigerung der Empfangsqualität im mobilen Bereich.^[19]

[...]

^[1] http://www.digitalfernsehen.de/Home/14000/1040215974/1040216615; Stand 30.04.03

^[2] http://www.digitalfernsehen.de/Home/14000; Stand 30.04.03

^[3] o.V., DVB-T: Neue Aufgaben für Dach- und Zimmerantennen; FKT 07/2002, S.395

^[4] http://www.ueberall-tv.de/3content/tech/technik.htm; Stand 30.04.03

^[5] ebenda.

^[6] Dambacher, Paul; Digitale Technik für den Fernsehrundfunk, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1997; S.200

^[7] http://www.digitalfernsehen.de/Home/14000; Stand 30.04.03

^[8] Freyer, U.: DVB Digitales Fernsehen, Verlag Technik Berlin, 1997; S.121ff.

^[9] ebenda.

^[10] Freyer, U.: DVB Digitales Fernsehen, Verlag Technik Berlin, 1997; S.121ff.

^[11] eigene Darstellung nach Freyer, S. 119 u. S. 125

^[12] Schiffler, Wolfgang; FH Wiesbaden, Skript Medientechnik I, SoSe 2003

^[13] Freyer, U.

^[14] Kaufmann, Martin; DVB Common Interface, FKT 1-2/2002, S. 56f.

^[15] Bücken, Rainer; DVB-T in Berlin-Brandenburg, FKT 12/2002, S. 715

^[16] Liss, Claudia; Diversity-Empfang für mobile DVB-T-Systeme, FKT 1-2/2002, S.18ff.

^[17] Bücken, Rainer; DVB-T in Berlin-Brandenburg, FKT 12/2002, S. 715f.

^[18] Liss, Claudia; Diversity-Empfang für mobile DVB-T-Systeme, FKT 1-2/2002, S.18ff.

^[19] Roy, Alexander et al.; Mobilempfang von DVB-T-Signalen; FKT 3/2002 S.112ff.