Conference PaperPDF Available

DVB-T’de OFDM Performans Analizi

Authors:

Abstract and Figures

Günümüzde kullanılan çatı antenleri analog yayınları almaktadır. Analog yayının dezavantajı bir frekansta sadece bir televizyon kanalının yayın yapmasıdır. DVB-T (Sayısal karasal TV yayını) görüntü ve ses kalitesi analog yayına kıyasla yüksektir. DVB-T sayesinde tek frekansta dört farklı kanalın yayını mümkündür. Kanalların girşimi ve gölgelenme DVB-T sayesinde sona ermiştir. DVB-T’yle interaktif hizmetleri kullanma imkânı da getirilmektedir. Anahtar özelliği, sayısal işaretlerin iletiminde COFDM (Kodlu dik frekans bölmeli çoğullama)’in kullanılmasıdır. Karşılaşılan problemler çoklu yol etkisi, kanallar arası girişimdir. Bunu engellemek için COFDM seçilmiştir. Bu çalışmada, MATLAB kullanılarak, OFDM’in DVB-T sisteminde çalışma performansı incelenmiştir. Performansı artırmaya yönelik DVB-T için belirtilen frekanslar üzerinde OFDM taşıyıcı sayıları ve frekans karşılaştırmalar yapılarak optimum sistemin tasarlanması hedeflenmiş ve benzetimleri gerçekleştirilmiştir.
No caption available
… 
No caption available
… 
Content may be subject to copyright.
DVB-T’de OFDM Performans Analizi
K. Sercan Bayram, M. Ayyüce Kızrak, A. Zafer Zeytinoğlu, Ş. Taha İmeci
Haliç Üniversitesi
Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü
İstanbul
sercanbayram@halic.edu.tr, ayyucekizrak@halic.edu.tr, azzeytinoglu@hotmail.com, tahaimeci@halic.edu.tr
Özet: Günümüzde kullanılan çatı antenleri analog yayınları almaktadır. Analog yayının dezavantajı bir frekansta
sadece bir televizyon kanalının yayın yapmasıdır. DVB-T (Sayısal karasal TV yayını) görüntü ve ses kalitesi analog
yayına kıyasla yüksektir. DVB-T sayesinde tek frekansta dört farklı kanalın yayını mümkündür. Kanalların girşimi
ve gölgelenme DVB-T sayesinde sona ermiştir. DVB-T’yle interaktif hizmetleri kullanma imkânı da getirilmektedir.
Anahtar özelliği, sayısal işaretlerin iletiminde COFDM (Kodlu dik frekans bölmeli çoğullama)’in kullanılmasıdır.
Karşılaşılan problemler çoklu yol etkisi, kanallar arası girişimdir. Bunu engellemek için COFDM seçilmiştir. Bu
çalışmada, MATLAB kullanılarak, OFDM’in DVB-T sisteminde çalışma performansı incelenmiştir. Performansı
artırmaya yönelik DVB-T için belirtilen frekanslar üzerinde OFDM taşıyıcı sayıları ve frekans karşılaştırmalar
yapılarak optimum sistemin tasarlanması hedeflenmiş ve benzetimleri gerçekleştirilmiştir.
1. Giriş
Sayısal teknoloji, temel bant verimliliği, esneklik ve RF başarımı gibi konularda büyük üstünlüklere sahiptir. Bu
nedenden ötürü, televizyon işaretlerinin sayısal olarak iletilmesi yayıncılar için oldukça cazip bir seçenek haline
gelmiştir. Bu gelişmelerin ışığı altında televizyon yayınları sayısal teknolojiye dönüşmüştür. Sayısal yayının
iletildiği bant genişliği içerisinde birden fazla program yayınlanabilmekte ve daha iyi görüntü kalitesine sahip
olabilmektedir.
Özel çok taşıyıcılı modülasyon yöntemi olan COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ile
DVB’nin yolları 1990’ların ortasında, işaret işleme teknolojisinde yaşanan büyük gelişmeler sayesinde kesişti ve
ortaya karasal ortamlarda, sayısal televizyon yayınlarının verimli bir şekilde iletimi için kullanılabilecek bir sistem
çıktı.
Bu çalışmada, MATLAB kullanılarak, OFDM’in DVB-T sisteminde çalışma performansı incelenmiştir. Performansı
artırmaya yönelik DVB-T için belirtilen frekanslar üzerinde OFDM taşıyıcı sayıları ve frekans karşılaştırmalar
yapılarak optimum sistemin tasarlanması hedeflenmiş ve benzetimleri gerçekleştirilmiştir.
2. OFDM (Ortogonal Frekans Bölmeli Çoğıllama)
Frekans Bölmeli Çoğullama (FDM), frekans seçimli kanallarda sinyal iletimi için yaygın şekilde kullanılan bir
tekniktir. Temel olarak bu teknikte, kanal band genişliği belli sayıda alt bandlara bölünerek, her bir alt-taşıyıcı için
tahsis edilmiş frekanslarda düşük hızlardaki taşıyıcıların çoğullanması sağlanır. Alıcı tarafta sinyalleri birbirinden
ayırmak için taşıyıcı frekans boşluklarının birbiri üzerine binmemesi gerekmektedir. Bu zorunluluk, frekans
spektrumundan tam olarak verim alınmasını engellemektedir. Band genişliğinden daha fazla yararlanma ihtiyacıyla
birlikte, bu probleme karşı dikgen frekans bölmeli çoğullama tekniği (OFDM) önerilmiştir.
Şekil 1. OFDM Alıcı - Verici Blok Diyagramı
Şekil 1’de de görüldüğü gibi OFDM’de ters hızlı fourier dönüşümü (IFFT) algoritması gerçel örnek vektörlerine
uygulanır. Koruma aralığı vektörün başına vektör sonu bileşenleri tekrarlanarak girilir. İşareti pencereleme
fonksiyonu band genişliğini sınırlamak için gereklidir. En çok kullanılanı artan kosinüs fonksiyonudur.
Daha sonra işaret kanaldan geçirilir kanala eklenecek gauss gürültülü ve c(t) lineer frekans cevaplı olarak
modellenir. Alıcıda işaret tekrar vektörler şeklinde düzenlenir ve koruma aralığı işaretten çıkarılır. Kompleks vektör
sembollerini yeniden elde etmek için hızlı fourier dönüşümü(FFT) uygulanır.
2.1. Sayısal Görüntünün İletilmesi
Standart PAL kalitesinde bir görüntü için 13MHz civarında örnekleme hızları ve renkli resim için örnek başına 23
bit’lik kodlama gerekir. Bu durumda PCM olarak kodlanan bir görüntünün iletilmesi için gerekli veri hızı basit bir
hesapla bulunabilir.
Rn= 13*24 = 312Mb/s
Görüldüğü gibi standart bir resim için bile veri hızı saniyede 300MB’nin üzerine çıkmaktadır. Yüksek çözünürlüklü
televizyon sistemlerinde(HDTV) is veri hızı 1GB/s’ den fazla olacaktır. Bu kadar yüksek bir veri hızında TV
işaretlerinin iletilmesi ve saklanması pratik olarak uygulanabilir değildir. Bu durumda yapılacak tek iş sayısallaşmış
işaretin özel tekliklerle sıkıştırılarak veri hızının makul seviyelere çekilmesidir. Sayısal TV için 3-8MB/s, HDTV
için 18-20MB/s gibi makul hızlara inebilmek için 100:1, 50:1 gibi oranlarda bir sıkıştırmaya gerek vardır.
Elde edilen kodlanmış sayısal işaretin kablo veya uzaydan iletilmesi için bir sayısal modülasyon işlemine tabi
tutulması gerekir. Bu iş için her tür sayısal modülasyon sistemi kullanılabilir olsa da sayısal TV yayını için aşağıdaki
modülasyonlar standart kabul edilmiştir.[3]
DVB-T: Yerel yayınlar için COFDM (Kodlu Dikgen Frekans Bölmeli Çoğullama)
DVB-S: Uydu yayınları için QPSK (Dikgen Faz Ötelemeli Anahtarlama)
DVB-C: Kablo yayınları için QAM (Dikgen Genlik Modülasyonu)
Şekil 2. Sayısal TV işaretlerinin paketlenerek yayınlanması
3. DVB (DIGITAL VIDEO BROADCASTING) PROJESİ
Avrupa’da gelişmiş ve yüksek tanımlı(high–definition) televizyonun kökleri çoğullanmış analog bileşen
(multiplexed analog component- MAC) donanımının geliştirilmesiyle ilgili çalışmaların başladığı, 1980’lerin başına
kadar uzanmaktadır. EU–95 ve D-MAC/D2-MAC sistemlerinin geliştirilmesi için çok büyük bir çaba harcandığı
halde, pazarın durumu ve sayısal işaret işlemede gerçekleşen hızlı gelişmeler Euraka programı, yerini tamamıyla
sayısal yöntemler üzerine kurulu bir televizyon sistemi geliştirmek amacıyla başlatılan DVB projesine bıraktı.[6]
DVB, sayısal yayıncılığı dünya çapında standart hale getirmek için çalışan çok sayıda firma ve kurumun ortaklaşa
kurduğu Avrupa kökenli bir kurumdur. DVB projesinde, EU–95 projesinde kazanılmış olan araştırma sonuçları ve
bilgi birikimi kullanılmış, bunun yanında analog tabanlı donanım kullanımından tamamıyla vazgeçilmiştir.
Değişik ortamlarda sayısal görüntü işareti iletimi için hazırlanan DVB standartlarının temel ilkesi “birlikte
çalışabilirlik” tir. Sistemler, mümkün olduğunca, ortak bloklar kullanılarak tasarlanmakta ve sistemler arası uyum
artmaktadır. Tüm şartnamelerde, ses ve görüntü işaretlerinin kodlanması için MPEG–2 seçilmiştir. İşaretlerin
kodlanmasıyla birlikte, çoğullama, modülasyon, kanal kodlayıcı, şifreleme, veri iletimi, etkileşimli servisler gibi pek
çok nokta standartlarında belirlenmiştir.
3.1. DVB-T Sayısal Karasal Yayın
DVB-T için en karışık DVB iletim sistemi denilebilir. Sistemin anahtar özelliği, sayısal işaretlerin iletiminde
COFDM’in kullanılmasıdır. Standart oluşturulurken, ilgili şartnamede özellikle iletimin ne şekilde olacağı ve iletilen
işaretin nasıl oluşturulması gerektiği üzerinde durulmuş, iletilen servis sayısı ve servislerin kalitesi konusunda bir
sınırlama, ölçü getirilmemiştir.[5,6]
3.1.1 DVB-T Temel Sistem Yapısı
Temel bant televizyon işaretlerini, karasal karakteristiklere uygun hale getirmede kullanılabilecek, DVB tarafından
önerilen sistemin blok diyagramı şekil 4’deki gibidir.
Şekil 4. DVB-T temel sistem yapısı
Sistem, COFDM iletiminde kullanılacak olan taşıyıcı sayısı kullanıcı(operatör) tarafından seçilebilecek şekilde
geliştirilmiştir. Bu amaçla sayısal karasal yayın için iki iletim modu önerilmiştir:
2K modu: Tek vericinin yer aldığı uygulamalarda ve sınırlı verici gücünün söz konusu olduğu küçük tek
frekanslı şebekelerde kullanmak için uygundur. İletimde 1705 adet taşıyıcı kullanılmaktadır.
8K modu: İletimde 6817 adet taşıyıcı kullanılmaktadır. Taşıyıcı aralığı küçük olduğu için 224 μsn’ye varan
koruma aralıklarını desteklemektedir. Bu özelliğinden ötürü, tek vericinin yer aldığı uygulamalarda, küçük ve
özellikle büyük tek frekanslı şebekelerde kullanmak için uygundur.[7]
Sistem, farklı modülasyon şekillerinin (QPSK, 16-QAM, 64-QAM) ve iç kod oranlarının kullanılmasına izin
vermektedir. Bu özellik sayesinde frekans planlamasında esneklik sağlanmış ve değişken kanal şartlarında mümkün
olabilecek en fazla bit iletim hızına ulaşması hedeflenmiştir.
Sistem ayrıca, iki seviyeli hiyerarşik kanal kodlama ve modülasyonuna izin vermektedir. Hiyerarşik iletim
durumunda şekil 4’de gösterilen sistem blok diyagramında, kesikli çizgi ile çizilmiş bloklar da sisteme dahil
edilmektedir.
4. BENZETİMLER
OFDM modülasyon tekniği çoğunlukla kablosuz iletişim için tercih edilmektedir. Bu teknik radyo kanal
bozunmalarına karşı yeterli dayanıklılıkla yüksek veri hızlarını sağlayabilmektedir. Amaç DVB-T sistemi
standartlarında OFDM işareti üretilmesi ve alışını benzetimler yardımı ile göstererek işaretin çeşitli adımlardaki
durumunu ortaya koymaktır. Ayrıca OFDM’in DVB-T sisteminde çalışma performansını göstermek amacıyla
iletilen işaretin SNR-SER performans grafiği elde edilmiştir.
Şekil 6. OFDM Spektrumu
Şekil 7. DVB-T’de OFDM Performans Analizi için
SER-SNR Grafiği
Şekil 8. DVB-T’de OFDM Performans Analiz Sonucu.
5. BENZETİM SONUÇLARI
Benzetim sonucunda elde edilen 801.11n tabanlı OFDM spekrum iletimi şekil6’da gösterildiği gibidir. SER-SNR
(sembol hata oranı/işaret gürültü oranı) uygulama sonuçları Şekil 7.’de gösterilmiştir. SNR=8 dB’den sonraki
değerler için benzetim SER sonuçları sıfır değerine ulaşmıştır. Bu durumun nedeni benzetimde giriş verisi olarak bir
OFDM çerçevesi kullanılmış olmasıdır. Eğer daha fazla giriş verisi kullanılırsa SER-SNR grafiğinde 8dB sonrasının
durumu daha net olarak görülebilir. Uygulanan çeşiti OFDM çerçevelerine gore elde edilen SER-SNR sonuçları
şekil 8’de verilmiştir. Böylece OFDM çerçevesini çeşitli frekans aralıklarında hata oranları karşılaştırılmış ve
performans analizi gerçekleştirilmiştir.
KAYNAKLAR
[1] Van Kliniken N., Renirie W. (2000) “ Receiving DVB-T: Technical Challenge”.Proceedings of the International
Broadcasting Convention, Amsterdam.
[2] Reimers U.(2005) “The Family of International Standards for Digital Video Broadcasting”Berlin,Germany
[3] Yalçın A.(2001) “DVB-T Modellemesi ve Simülasyonu”, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik
Üniversitesi,İstanbul
[4] Sensoy A.(2007) “DVB-T Sisteminde OFDM Performans Analizi”, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik
Üniversitesi, İstanbul.
ResearchGate has not been able to resolve any citations for this publication.
Article
This paper presents an overview of the fields of technology addressed by technical specifications created by the DVB Project (DVB). It serves as an introduction to the section of the special issue of the Proceedings of the IEEE in which a number of very recent DVB technologies will be explained in detail. The overview starts with an explanation of the wide field of application which the members of the DVB Project decided to address over the years. It then discusses the base band processing required for DVB services and looks into the specifications provided for the broadcasting over cable, satellite, and terrestrial transmitters. The concept of broadcasting generic data is explained and the interaction channels supported by DVB will be introduced. Multimedia Home Platform (MHP) facilitates a horizontal market of receivers able to run software programs (applications in DVB terminology)in a well defined way. After a short introduction into the specifications addressing the delivery of broadcast-type content over broad-band IP networks,the concept of broadcasting to handheld devices is introduced. The paper closes with a description of the newest areas of development DVB has decided to tackle.