Neue Sendernetze DVB-T2-Empfänger zuverlässig testen

Seit seiner Einführung vor rund zehn Jahren hat sich DVB-T zum weltweit am weitesten verbreiteten digitalen Fernsehrundfunksystem entwickelt. Mit DVB-T2 wurde 2009 die zweite Generation dieses erfolgreichen Standards veröffentlicht, und rechtzeitig zur Fußballweltmeisterschaft dieses Jahr nehmen die ersten DVB-T2- Sendernetze den Betrieb auf. Mit dem steigenden Bedarf an DVB-T2-Empfängern stellt sich die Frage, wie diese effizient getestet werden können.

In den letzten Jahren haben Flachbildfernseher die Bildröhrengeräte endgültig aus den Wohnzimmern und damit vom Markt verdrängt. Gleichzeitig setzt sich der Trend zu immer größeren Bildschirmen ungebremst fort. Die größten Geräte haben heute bereits eine Bildschirmdiagonale von 150 cm, und weder die Bildschirmtechnik noch das Interesse der Käufer scheint bereits an die Grenzen zu stoßen. Begrenzt ist aber die Auflösung des gesendeten Fernsehsignals.

Die bei DVB-T (Digital Video Broadcasting – Terrestrial) heute üblichen 720 Bildpunkte × 576 Zeilen sehen auf den großen Bildschirmen grob und „pixelig“ aus und nutzen deren 720 oder gar 1080 Zeilen nicht optimal aus. Eine höhere Bildauflösung (HDTV, High Definition Television) ist also gefragt – und zwar nicht nur über Kabel oder Satellit, sondern endlich auch über die terrestrischen Fernsehkanäle. Mit DVB-T2 wurde nun erstmals ein Übertragungssystem standardisiert, das genau darauf zugeschnitten ist.

HDTV über terrestrische Fernsehkanäle

Die Definition von DVB-T2 begann mit einer Studie der DVB-Organisation im Jahr 2006. Sie legte als wesentliche Anforderungen eine mindestens 30 % höhere Übertragungskapazität im Vergleich zu DVB-T und einen programmspezifischen Fehlerschutzmechanismus fest. Zudem sollten die vorhandenen DVB-T-Hausantennen und die Senderstandorte weiter verwendet werden können. Das Ergebnis der Spezifikation von DVB-T2 wurde 2008 veröffentlicht und inzwischen vom europäischen Institut für Telekommunikationsnormen ETSI (European Telecommunications Standards Institute, [1]) als EN 302755 [2, 3] formell standardisiert.

Bild 1 zeigt die Blockschaltung eines DVBT2- Modulators. Die zu übertragenden Fernsehprogramme werden als Transportströme zugeführt. Im Block „Mode Adaptation and Stream Adaptation“ erfolgen eine Vorverarbeitung der Bilddaten und die zeitliche Anordnung der Datenpakete, bevor sie dann über das „Modulator- Interface“ (T2-MI) zum eigentlichen Modulator gelangen. Die Funktionseinheit „Bit Interleaved Coding and Modulation“ fügt den Fehlerschutz hinzu. Der Block „Frame Builder and OFDM Generation“ erzeugt schließlich die OFDM-Symbole und setzt das Signal auf die Sendefrequenz um.

Kombination bewährter und innovativer Techniken

Die bei DVB-T2 verwendeten Techniken lassen sich in drei Kategorien einteilen. Zum einen wurde die Technik von DVB-T konsequent weiterentwickelt. So verwendet DVB-T2, wie fast alle digitalen terrestrischen Fernsehrundfunksysteme, eine OFDM-Modulation (Orthogonal Frequency Division Multiplex). Gegenüber DVB-T wurden zusätzlich eine 256-QAMKonstellation (Quadraturamplitudenmodulation) und die längeren FFTModi 16k und 32k für höhere Datenraten eingeführt. Neben bewährten Konzepten aus DVB-T verwendet DVB-T2 auch Techniken aus anderen DVB-Standards, z.B. den ursprünglich für DVB-S2 (Digital Video Broadcasting – Satellite) spezifizierten Fehlerschutz mittels LDPC-Codierung (Low Density Parity Check).

Schließlich kommen außer bekannten und weiterentwickelten Techniken auch einige in der Rundfunktechnik ganz neue Konzepte zum Einsatz. So ermöglicht DVB-T2 erstmals einen programmspezifischen Fehlerschutz. Ein Betreiber kann für jedes zu übertragende Programm individuell zwischen Datenrate und Übertragungssicherheit abwägen. Der Encoder ordnet dazu die Programme so genannten „Physical Layer Pipes“ (PLP) zu, deren Codierungsparameter individuell festgelegt werden können. Damit lassen sich zum Beispiel zur Grundversorgung Programme in niedriger Auflösung (SDTV, Standard Definition Television) mit einem starken Fehlerschutz versehen.

HDTV-Programme mit hoher Datenrate können im selben Kanal mit schwächerem Fehlerschutz gesendet werden (Bild 2). Der Empfänger decodiert nur den Inhalt des gewünschten PLP und ignoriert die übrigen.

OFDM-Signale haben normalerweise einen hohen Crestfaktor. Das verringert den Wirkungsgrad des Senders, der auf die Spitzenleistung des Signals ausgelegt sein muss. Der DVBT2- Standard definiert zwei Techniken, um den Crestfaktor des Sendesignals zu verringern. Dazu kann der Modulator entweder durch geeignete Modulation nicht verwendeter OFDM-Träger (Reserved Tones) oder durch Verschieben der Punkte des Konstellationsdiagramms (Adaptive Constellation Extension) das Signal so verändern, dass geringere Spitzenwerte auftreten

DVB-T2 verwendet als erster Fernsehrundfunkstandard so genannte gedrehte Konstellationen (Rotated Constellations). Der Modulator dreht dabei das Konstellationsdiagramm um einen bestimmten Winkel gegenüber dem I/Q-Koordinatensystem (Bild 3). Dadurch bildet sich ein Teil der I-Information auch auf die Q-Achse ab und umgekehrt. Die zu übertragende Q-Information wird zudem um einige Symbollängen gegenüber der I-Information verzögert, so dass zusammengehörende I- und Q-Werte nicht im selben Symbol und damit nicht auf dem selben OFDM-Träger liegen.

Die Kombination dieser beiden Maßnahmen (Qdelayed Rotated Constellation) ermöglicht die Rekonstruktion eines Symbols, auch wenn der zugehörige OFDM-Träger vollständig gestört ist. Damit erhöht sich die Übertragungssicherheit im Kanal deutlich.

In England startete Anfang des Jahres der weltweit erste DVB-T2-Regelbetrieb mit einem Multiplex mit drei HDTV-Programmen. In der Tabelle sind die in Großbritannien verwendeten Codierungsparameter für DVB-T und DVBT2 zusammengefasst, die konsequent auf hohe Datenrate ausgelegt sind. Damit erreicht DVB-T2 eine beeindruckende Steigerung des Datendurchsatzes von fast 50 % im Vergleich zu DVB-T. Der Einsatz einer leistungsfähigen Quellcodierung mit H.264 und HE-AAC (High Efficiency Advanced Audio Coding) erhöht die Nutzdatenrate sogar noch weiter.

 Parameter DVB-T DVB-T2
Modulation64QAM256QAM
FFT-Modus2k32k
Schutzintervall1/321/128
Vorwärtsfehlerkorrektur2/3 CC & RS (Convolutional Code & Reed Solomon)3/5 LDPC & BCH (Low Density Parity Check & Bose Chaudhuri Hocquenghem)
Anteil scattered pilots8,3 %1,0 %
Anteil continual pilots2,0 %0,53 %
Anteil Signalisierungs- informationen L1 (physikalische Schicht)1,0 %0,53 %
Träger-ModusStandardErweitert
Datenrate24,1 Mbit/s36,1 Mbit/s
Die in Großbritannien gewählten Codierungsparameter für DVB-T und DVB-T2 zeigen, dass mit DVB-T2 eine Steigerung der Datenrate um 50 % möglich ist.