情報通信システム論Ⅰ －デジタル放送奈良先端科学技術大学院大学情報科学研究科情報コミュニケーション講座岡田実 1 デジタル放送  衛星     CATV   DVB-S ISDB-S モバイル放送 DVB-C 地上波    ATSC DVB-T ISDB-T 2 デジタルTV放送  サービス      HDTV SDTV Data インターネット, etc 固定受信，携帯受信，移動受信  階層伝送 3 MPEG圧縮効率 <0.384Mbps <1.5Mbps 1-2Mbps 2-3Mbps 4-6Mbps 8-10Mbps 12-20Mbps 27.5-40Mbps 32-40Mbps 168Mbps 216Mbps 1-1.5Gbps Video Conference Video in a window VHS quality Broadcast NTSC Broadcast PAL Professional PAL Broadcast HDTV DVB satellite multiplex Professional HDTV Raw NTSC Raw PAL Raw HDTV MPEG-4 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-2 MPEG-2 MPEG-2 MPEG-2 MPEG-2 MPEG-2 4 ディジタル衛星放送  ISDB-S  BSデジタル   DVB-S   日本のみ日本ではCS放送用規格として採用モバイル放送  衛星を利用した移動体向けラジオ 5 BS/CSデジタル放送スカイサービスパーフェクTVサービス 110度CSディジタル JCSAT-4A JCSAT-3 N-SAT-110 124E BSアナログ BSAT-1a 128E BSデジタル BSAT-1b (BSAT-2a) 110E CSアンテナ CSディジタル BS/CS共用アンテナ CS H偏波 12.2 12.75 V偏波 BS: 1-15ch GHz 110 CS: 1-24 右旋円偏波 11.7 12 38.36MHz step 左旋円偏波 GHz 12.2 40MHz step 12.75 6 ISDB-S  BSデジタル放送の標準 BW=34.5MHz   Rs=28.86Mbaud, a=0.35 情報伝送速度最大約52Mbps BPSK/ QPSK/ TC8PSK RS (204, 188) + 畳み込み符号 Block interleaving 階層伝送 Q      1 00 01 Q 0 I 010 I 10 11 BPSK Q 011 001 110 000 110 101 111 QPSK 8PSK 7 I DVB-S  Digital Video Broadcasting for 11/12GHz Satellite Services     EN 300 421 RS 符号＋畳み込み符号 QPSK変調方式シンボルレート規定無し 8 Block Diagram of DVB-S Tx Video coder 1 2 Transport MUX Data coder Program MUX Audio coder MUX Adaptation & Energy Disersal Outer Coder Conv. Interleaver Inner Coder Baseband Shaping QPSK modulator n MPEG-2 Source Coding and multiplexing FEC and Modulator 9 地上波アナログTVからデジタルTVへ  新たなスペクトル割り当て無し   アナログTVへの干渉を減らす   アナログTVの隙間(taboo channel)の利用デジタルTV送信電力を下げるアナログTVと同程度のサービスエリア  低C/Nで動作デジタルTVはアナログTVからの干渉に強くかつ低C/Nで動作する必要あり 10 地上ディジタル放送の要求条件        HDTV 伝送速度: ~19Mbps チャネル間隔: 6MHz (日本，US) 7MHz (Australia…) 8MHz (Europe, Asia…) 現行アナログTV放送と同一V/UHF周波数を共用高伝送品質(BER) 複数プログラム・サービス/1carrier データ伝送低コスト 11 要求を満たすために…  強力な誤り訂正符号の利用    連接符号内符号：畳み込み符号外符号：Reed-Solomon 符号 (RS) 12 地上波デジタルテレビ放送 2003年12月1日東京，名古屋，大阪でサービス開始 2006年末各県庁所在地のサービス開始 2011年アナログ放送終了予定 http://www.soumu.go.jp/s-news/2003/pdf/030416_7_02.pdf 13 地上波ディジタル放送  VSB  ATSC (米国）   Advanced Television Systems Committee OFDM  DVB-T (欧州）   ISDB-T (日本)   Digital Video Broadcasting for Terrestrial Integrated Services Digital Broadcasting for Terrestrial DMB-T (中国)  Digital Multimedia Broadcasting for Terrestrial 14 COFDMを用いたDTV   DVB-T(欧州)，ISDB-T(日本)，〔DMB-T(中国)〕長所      マルチパスフェージングに強い移動受信 SFN (Single Frequency Network) 階層伝送短所   位相雑音に弱い PAPR (Peak-to-Average Power Ratio)高い 15 ISDB-T    DVB-Tとほとんど同じ 2k, 4k, or 8k mode 帯域 13セグメントに分割     セグメント毎に異なる変調方式を選択可 DQPSK modeあり時間インターリーブ情報伝送速度: 3.6-23.2Mbps (BW=6MHz) 16 ISDB-Tの送受信機構成 OuterCode ・・・ MUX RS InnerCode インターリーブ Comvolutional coding インターリーブ QAM OFDM インターリーブ QAM OFDM 多重化送信機・・・ MUX RS インターリーブ Comvolutional coding 受信機 17 移動受信    マルチパスフェージング＋ドップラー分散 ATSC:移動は考慮していない DVB-T/ ISDB-T:   2k/ 4k mode 符号化率1/2 or 2/3 QPSK or 16QAM   情報伝送速度は小さくなる HDTVの移動受信NG 18 Single Frequency Network: SFN f1 f1 f1 f1 SFN (Single Frequency Network) 19 SFNの構成 Feedback HPA Amp. Delay (Phase) 廻り込みキャンセル (option) 光ファイバによりOFDM信号を伝送非再生中継 20 DVB-T   2k or 8k mode QPSK/16QAM/64QAMのいずれか   ガード区間: 1/4, 1/8, 1/16, 1/32      階層変調あり 28msから224ms (8k mode) 7msから56ms (2k mode) Pilot: 54 CP, 1/12 SP RS (204, 188) + conv. Code (1/2,2/3,3/4,5/6,7/8) 情報伝送速度：5-32Mbps (BW=8MHz) 21 階層変調とサービスエリア SDTV fixed HDTV fixed HDTV fixed SDTV mobile 22 DVB-Tの諸元       ETSI EN 300 744  http://www.etsi.org/ BW=7.61MHz (8MHzチャネル)  4.98Mbps@QPSK, r=1/2, GI=1/4  31.67Mbps@64QAM, r=7/8, GI=1/32 GI = 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 QPSK/ 16QAM / 64QAM （階層変調 2k mode (FFT size = 2048)  1705 carriers  4.464 kHz / carrier 8k mode (FFT size = 8192)  6817 carriers  1.116 kHz / carrier 23 Block Diagram of DVB-T Tx MPEG-2 MUX MUX Adaptation & Energy Disersal MUX Adaptation & Energy Disersal Outer Coder Outer Coder Outer Interleaver Outer Interleaver Inner Coder Inner Coder Inner Interleaver Frame Adaptation OFDM GI Insert Pilot TPS 階層伝送時 24 ISDB-Tの諸元 Mode Mode 1 Mode 2 帯域 6000/14 = 428.57kHz キャリア間隔 Number of Carriers Mode 3 6000/(14*108)=4kHz 6000/(14*216)=2kHz 6000/(14*432)=1kHz 13 Seg. 1405 1405 2809 2809 5617 5617 Total 108 108 216 216 432 432 Data 96 96 192 192 384 384 SP 9 0 18 0 36 0 CP 0 1 0 1 0 1 TMCC 1 5 2 10 4 20 AC1 2 2 4 4 8 8 AC2 0 4 0 9 0 19 QPSK/16QAM/6 4QAM DQPSK QPSK/16QAM/6 4QAM DQPSK QPSK/16QAM/64 QAM DQPSK Modulation Symbol per frame 204 Symbol duration 252us 504us 1008us Guard Interval 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 FFT Sample Clock 512/63=8.127..MHz Inner Code Convolutional Code (1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8) Outer Code RS (204,188) 25 ISDB-T  DiBEG-HP   http://www.dibeg.org/ 英語版資料 ARIB  地上波デジタルテレビジョン放送の伝送方式   標準規格STD-B31 地上波デジタル音声放送の伝送方式  標準規格STD-B29 26 ATSC 8VSB DTV      情報伝送速度： 19.39Mbps 伝送帯域： 6MHz シンボルレート: 10.76Mbaud RS (207, 187) + トレリス符号 NTSCからの干渉除去容易   Digital comb-filter digital notch filter 27 ATSC DTV Standard        Doc. A/53: 1995年9月16日 BW=6MHz Rs=10.76Mbaud Ru=19.39Mbps (8VSB mode) 外符号：RS (207,187) 内符号：畳み込み符号 8 VSB/ 16VSB 28 VSB送信機構成 RS (207, 187, T=8) Data Randomizer Trellis Encoder & Mapper ReedSolomon Encoder MUX convolutional Data Interleaver Pilot Insertion VSB Modulator RF UpConverter +2.5 segment sync field sync 29 VSBスペクトル 1 Suppressed Carrier 0.7 0 0 -0.31 5.38 5.38MHz 0.31 5.69 (MHz) 0.31 6MHz 30 8VSB Data Segment seg. sync. 1 segment = 832 symbols seg. sync. Data+FEC +7 +5 +3 +1 -1 -3 -5 -7 4symbols 828 symbols = 207 bytes 4symbols Field Sync 832 symbols 312 segments 31 8VSB Field Sync precode seg. sync. 1 segment = 832 symbols seg. sync. Data+FEC +7 +5 +3 +1 -1 -3 -5 -7 PN511 PN PN 63 63 PN VSB Reserved 63 mode 4symbols 4symbols Field Sync 832 symbols 312 segments 32 VSB方式の長所・欠点  長所     所要CNR小 PAPR小位相雑音に強い短所   マルチパスに弱い SFN不可 33 VSB vs COFDM パラメータ VSB Peak-to-Average Ratio ○ C/N ○ COFDM マルチパス ○ 移動受信 ○ 位相雑音 ○ 周波数利用効率 MFN 同一周波数干渉 ○ 階層伝送 SFN ○ 34 DVB-C  デジタルCATV標準地上波TV VHF Low 70 VHF High 108 170 1-3ch UHF 220 770 MHz 470 4-12ch 13-62ch CATV 上り帯域 10 55 VHF Low 70 midband 108 VHF High 170 1-3ch superhighband 220 470 770 MHz 4-12ch C13-C22ch C23-C63ch+デジタル放送 29.162Mbps / 6MHz 35 Block Diagram of DVB-C Tx Video coder 1 2 Transport MUX Data coder Program MUX Audio coder MUX Adaptation & Energy Disersal Outer Coder Conv. Interleaver Byte to m-tuple Diff. Encoder QAM Mod. n MPEG-2 Source Coding and multiplexing FEC and Modulator 36 Byte to m-tuple conversion Byte V Byte V+1 Byte V+2 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 b5 b4 b3 b2 b1 b0 b5 b4 b3 b2 b1 b0 b5 b4 b3 b2 b1 b0 b5 b4 b3 b2 b1 b0 Symbol Z 8bits Symbol Z+1 Byte to m-tuple conversion Symbol Z+2 Symbol Z+3 m=4: 16QAM m=5: 32QAM m=6: 64QAM 37 Differential encoding & QAM m-2 bits Byte to m-tuple conversion 8bits Differential encoding QAM Mapping Qk I to RCF a=0.15 (日本a=0.13) Q Ik Q Q IkQk=10 Q IkQk=00 I IkQk=11 I I IkQk=01 16QAM 32QAM 64QAM 38 CATVによる地上波デジタル放送再送信 ISDB-T 地上波デジタル受信機他のチャネル多重化処理 64QAM FDM デジタル set-top box 64QAMへの変換方式他のチャネル ISDB-T 周波数変換 FDM 地上波デジタル受信機 OFDM再送信 39 まとめ    衛星放送地上デジタル放送ケーブルデジタルテレビ放送 40