Der 70 cm DVB-S Sender mit:
1,3 MHz Bandbreite und HD1 Qualität!
oder
1,7 MHz Bandbreite und D1 Qualität
Die Historie:
Schon seit fast 10 Jahren befasse ich mich mit DATV. Seit dem besteht auch der Wunsch, in dieser Betriebsart senden zu können.
Wir erinnern uns eventuell noch daran, das anfänglich das 70cm Band für
DATV-Versuche ausgesucht wurde. Der Grundgedanke war das allmählich in die Jahre gekommene AM-TV durch eine innovativere Betriebsart zu ersetzen.
Es gab die unterschiedlichsten Versuche, die alle mehr oder weniger erfolgreich waren.
Die Ersten, für Funkamateure bezahlbaren kommerziellen Sender waren für 23cm und 13cm ausgelegt.
Sie wurden von von OM Stefan Reiman DG8FAC gebaut und vertrieben.
Diese Geräte arbeiten seit Jahren zuverlässig in vielen Relaisfunkstellen.
Vor kurzem wurde von OM Stefan ein neuer Modulator auf den Markt gebracht, der unter Anderem auch auf 70cm funktioniert.
Das Projekt:
Aufbau eines 70cm DVB-S Senders von SR-Systems unter der kritischen Betrachtung der Bandbreite in Bezug auf die nutzbare Bitrate.
Die Theorie:
1. Was wollen wir übertragen?
Ich möchte bei den folgenden Betrachtung nicht zu weit in die Tiefe gehen, sondern mich mehr Allgemeinverständlich ausdrücken.
Das Videosignal:
Der hier verwendete ältere Encoder (Typ: 2.3 der neue ist 2.4) hat einen S-Video (YCbCr)- und einen Composite-Eingang. Es ist egal welcher Eingang gewählt wird. Der Composite-Eingang arbeitet bei dem älteren, hier genutzten Decoder bis 3,5 MHz Videobandbreite. Der S-Video (YCbCr) bis 5,5 MHz
Die Audiosignale:
Die beiden Audioeingänge können unterschiedlich genutzt werden. Man kann im Menü auswählen ob Mono, Stereo oder Zweikanal übertragen werden soll. .
Die Digitalisierung und Kompression:
Das Video- und die zwei Audiosignale werden digitalisiert und komprimiert, das heisst, in MPEG2 umgewandelt. Die angewandten Verfahren sind zu aufwändig und zu kompliziert um sie an dieser Stelle zu beschreiben. Wer möchte kann aber unter www.DVB.org die nötigen Informationen bekommen.
Am Ausgang des Encoders stehen die Daten dann als Transportstrom (TS) zur Verfügung
2. Welche Einstellung für was?
Die Bitrate:
Die Grösse des Video- und Audiodatenstromes ist im Encoder einstellbar.
Wie wirkt sich das aus?
Zum Verständnis ist wichtig zu wissen, dass mit abnehmenden Datenmengen (kleinerer Datenstrom) auch die Qualität des Videosignals sinkt.
Hier wird nicht das Bild unschärfer oder verrauscht, sondern es kommt zu Bildung von sogenannten Artefakten - die Klötzchenbildung!
Ausserdem ist die Bildung von Artefakten vom Bildinhalt abhängig. Je schneller die Veränderung im Bild sind desto eher kommt es zu dem Bildfehler.
Fazit:
Je schneller der Bildinhalt wechselt, desto grösser muss die gewählte Bitrate sein um Artefakte zu verhindern.
Nun müssen wir einen Ausflug in die digitale Videowelt machen:
Als weiteres sollte man die wichtigsten Standart Videoauflösungen kennen:
1. D1 = 720 * 576 Pixel
2. HD1 = 352 * 576 Pixel
3. SIF = 352 * 288 Pixel
Deutlich wird das an Hand von Beispielen. Die D1
(full D1)Auflösung ist die bekannte “normale” TV oder DVD Qualität. (kein Breitwand)
Unter einer HD1 (half D1) können wir in etwa mit einer Video 8 Aufnahme vergleichen, also noch durchaus akzeptabel.
Die SIF
(Standart Interchange Format) Qualität ist wie ich meine für eine ordentliche Videoübertragung nicht akzeptabel.
Als Erfahrungswert einer D1 Übertragung hat sich eine minimale Bitrate von 2-3 Mbit herausgestellt
Wenn man die Pixel (Bildpunkte) mal multipliziert und miteinander vergleicht, so stellt man fest das eine HD1 nur ca. 50% der Pixel einer D1 hat.
Im gleichen Verhältnis steht auch die benötigte Bitrate. Also
mindestens 1-1,5 Mbit für eine HD1.
Die SIF-Auflösung wurde wegen ihrer schlechten Bildauflösung hier nicht berücksichtigt.
Die Symbolrate:
Nun muss man wissen das bei der hier gebräuchlichen QPSK-Modulation (es gibt auch andere) ein Symbol zwei Bit hat.
Allerdings wird noch ein Teil der Bitrate für einen Fehlerschutz verwandt.
Die maximal zu übertragende Bitrate eines QPSK-Signals nach DVB-S Norm (Satelitenfernsehn) lässt sich leicht berechnen:
BR = 2 * SR * Rinner * Router
SR = Symbolrate in MSym
Rinner = Inner FEC Rate (z.B. 1/2; 2/3; 3/4; 5/6; 7/8)
Router = Outer FEC Rate, fixed bei 188 / 204
(FEC = Forward Error Correction)
Beispiel:
2000 MSym. * 2 * 7/8 * 188/204 = 3,23Mbit
Komfortabel geht die Berechnung mit dem Exeltool
Der Test:
Bis lang gab es eine Schwachstelle. Ich habe irrtümlicher weise angenommen, das alle Empfänger Probleme mit Signalen unter
2 MSymbole haben. Zwar konnte man bei vielen
Empfängern Symbolraten bis runter zu 1 MSymb. einstellen, jedoch vermochten Sie keine zufriedenstellende Bilder wiederzugeben. Meine Versuche mit dem älteren 4TS-Board und dem Medion RX FTA300 bestätigten das noch einmal. Bei
einer 1 MSymbol Übertragung kam es immer wieder zum einfrieren des Bildes.
Den gleichen Versuchen machte ich mit mit dem neuen Minimodulator.
Überraschender Weise stellte sich heraus, das problemlos die Symbolrate bis auf 1 MSymbol reduziert werden konnte.
4. Welche HF-Bandbreite ergibt sich daraus?
Die Bandbreite:
Hierbei handelt es sich um einen relativenWert. Es gibt hier ja keine Angabe wie der Wert zu messen ist.
Zur Erinnerung die BNetz A definiert die Bandbreite in der AFuV im §2 Absatz 10
Diese Definition ist für uns Funkamateure günstig, aber schwer zu messen, da selten ein moderner Spektrumanalyser vorhanden ist .
Errechnet wird sie wie folgt:
Bandbreite = 4/3 * Symbolrate
Das ist die Kurzform! Wer es genau wissen will, kann es z.B. bei Satsig nachlesen.
Achtet also darauf, das die Symbolrate nur so gross wie umbedingt nötig gewählt wird.
!!! Das spart Bandbreite !!!
5. Vorschläge für die Sendereinstellung!
Auf Grund der weitreichenden Einstellmöglichkeiten des neuen Minimods, kann jeder seinen eigenen Wünschen verwirklichen oder einfach mal experimentieren. Grundlegend sollte aber jeder sorgsam mit den uns zugeteilten
Frequenzbereichen umgehen. Nur weil man einen Genehmigung hat muss man nicht zwingend ein zu breites Spektrum belegen, vor Allem nicht wenn es technisch nicht nötig ist!
Bei Relaisausgaben sollte man berücksichtigen das eine verlustfreie Weiterleitung eines Transportstromes z.B. durch die Verwendung eine DVB-S Frontendes am Multiplexer
möglich ist. Das setzt aber voraus das der empfangende TS sich von der Grösse her in den eigenen TS einfügen lässt.
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Wichtig:
Achtet darauf das, die Symbolrate der benötigten Bitrate angepasst wird, damit nicht unnötig HF-Bandbreite belegt wird!
Hier seht Ihr die Spektren der verschiedenen Symbolraten:
