DVB-S, DVB-S2 of DVB-T?

Recent zien we naast DVB-S en DVB-S2 ook DVB-T-signalen op de QO-100. Die geostationaire satelliet uit Qatar biedt ongekende mogelijkheden voor zendamateurs om te experimenteren met DATV. Was er in eerste instantie vooral veel DVB-S te zien, nu is dat vooral DVB-S2. Dat komt onder andere door de toegenomen mogelijkheden om DVB-S2-signalen op te wekken met behulp van SDR-zenders. De Adalm Pluto en de LimeSDR bijvoorbeeld maken zenden en ontvangen van deze beelden met gereduceerde bandbreedte relatief eenvoudig. Daar is uiteraard software voor nodig. En die is ook weer ontwikkeld door zendamateurs, zoals onder andere F5OEO, F6DZP, F5UII, IS0GRB en ontwikkelaars van de BATC, met name G8GKQ. Van die laatste club komen nu ook experimenten met DVB-T.

Wat is DVB-S, S2 en DVB-T?

Digitale Amateurtelevisie (DATV) maakt gebruik van internationale standaarden voor digitale televisie. Digital Video Broadcasting (DVB) komt in een aantal varianten met ieder hun eigen specifieke toepassingsgebied. Zo is er onder andere DVB-S en -T voor satelliet en aardse verbindingen. Maar ook -C en -H voor respectievelijk kabel en mobiel (handheld). Het verschil zit hem voornamelijk in  verschillende modulatiemethoden, aangepast aan de technische eisen van het medium en propagatie. Voor ons zijn vooral DVB-S(2) en DVB-T interessant. Beide gebruiken een MPEG(-2) transport stream, waarbij de video met H.262, H.264 of H.265 wordt gecodeerd. Voor het audiosignaal zijn weer andere codecs beschikbaar (bijvoorbeeld AAC of MP2).

DATV: Digitale Amateur Televisie

DVB-S en S2: Digital Video Broadcasting – Satellites

DVB-T: Digital Video Broadcasting – Terrestrial

QO-100: Qatar-Oscar-100, de eerste geostationaire amateursatelliet aan boord van de Es’hail2

Overeenkomsten tussen DVB-S, S2 en DVB-T

Er zijn een aantal overeenkomsten tussen de verschillende DVB-standaarden. Ze maken bijvoorbeeld gebruik van een transport stream (TS) in MPEG(-2) (MPEG-TS). Ook gebruiken DVB-S en DVB-T Phase Shift Keying, met name QPSK. DVB-S2 gebruikt daarnaast ook nog 8PSK en 16- of 32APSK. DVB-T gebruikt juist 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation) en 64QAM om meer informatie in dezelfde bandbreedte te stoppen. Maar voor niets gaat de zon op. Om meer informatie in dezelfde bandbreedte te stoppen is een sterker signaal nodig om het goed te kunnen decoderen. Ook gebruiken deze standaarden Forward Error Correction (FEC) om transmissiefouten op te sporen en te verhelpen. Dat gaat uiteraard ten koste van de beschikbare ruimte voor de over te dragen informatie. Kijk maar eens naar een bitrate-calculator om te zien hoeveel signaal nodig is voor de verschillende modulatieschema’s.

Wat zijn de verschillen?

Een belangrijk verschil tussen DVB-T en DVB-S is de modulatiemethode. DVB-S is een single carrier modulatie met een vorm van Phase Shift Keying (PSK). DVB-T daarentegen gebruikt coded orthogonal frequency-division multiplexing (COFDM), ook met PSK. Daarbij is het signaal opgedeeld in allemaal kleine subcarriers, gescheiden door het guard interval. De subcarriers worden met lage symbol rate gemoduleerd en naastliggende banden zijn orthogonaal, ofwel 90 graden in fase gedraaid. Grote voordeel is dat deze modulatie beter bestand is tegen multi-pad-effecten. Ook kunnen meerdere zenders op dezelfde frequentie uitzenden in een netwerk. Voor aards werk dus beter geschikt. Maar in dezelfde bandbreedte past bij DVB-T effectief minder data. DVB-T is dus minder efficient in dataoverdracht dan DVB-s(2). Een ander punt van aandacht is, dat voor DVB-T de lineariteit van de zendketen van nog meer belang is dan bij DVB-S(2).

 

DVB-S versus DVB-S2

DVB-S2 is een nieuwe generatie van DVB-S. Door verbeterde compressietechnieken en door het gebruik van een MPEG4-TS is deze standaard zo’n 30% efficiënter. Dat vertaalt zich voor zendamateurs in mooiere beelden en betere audio in dezelfde bandbreedte. Op de QO-100 zag je in het begin nog veel stations die in DVB-S uitzonden. Dat is inmiddels een zeldzaamheid, vrijwel iedereen zendt nu in DVB-S2. Dat komt ook omdat DVB-S2 zo’n 3 dB winst geeft ten opzichte van een vergelijkbaar signaal in DVB-S. Overigens is er ook een DVB-T2 met vergelijkbare verbetering ten opzichte van DVB-T. Maar daar heb ik nog geen amateurtoepassing van gezien.

Hoe ontvang je DVB-T en DVB-S(2)

Er is niet veel consumentenapparatuur beschikbaar waarmee je de lage SR’s kunt ontvangen. Moderne satellietontvangers kunnen vaak nog wel 800 kS/s ontvangen en een enkele (zoals de Octagon 8008) kunnen nog lager. Maar verder zijn we aangewezen op door amateurs ontwikkelde ontvangers, te verkrijgen als zelfbouw-kits of afgebouwde tuners. Voor DVB-S(2) is dat de Minitiouner, die in verschillende versies verkrijgbaar is. Onder andere bij de BATC, de REF en datv-express. Hiervoor is speciale software ontwikkeld door Jean-Pierre, F6DZP. Die heet heel origineel Minitioune en kun je na aanmelden downloaden op vivadatv.org. De Minitiouner kan signalen van 20 kS/s tot 2 Ms/s en meer ontvangen tussen 140 Mhz en 2.4 GHz. Daarmee is dit apparaat ook goed bruikbaar voor de ontvangst van DATV op de amateurbanden 2 m, 70 cm en de GHz-banden.

Voor DVB-T is er het recent door de BATC ontwikkelde Knucker-board. In combinatie met een Raspberry Pi 4 en de Ryde software van de BATC kun je hiermee signalen van 150 kHz tot 2 MHz ontvangen. Ook de Portsdown 4 van de BATC kan met een Knucker DVB-T ontvangen. Maar het kan ook in software.

SDR-ontvangers

Met een goedkope SDR-stick of de duurdere SDR-ontvangers is het ook goed mogelijk DATV te ontvangen. Daarvoor zijn door meerdere amateurs oplossingen in software gemaakt. Allereerst is er de DATV-module voor SDRAngel. Als tweede is er DVB-S-gui, ontwikkeld door Marcel, Markro92 . Verder zijn er meerdere softwarevarianten van een ontvanger met GNU-radio. Onder andere YO3IUU, HB9DUG, SV1DBS, F4FDW hebben allemaal een programma (door-)ontwikkeld voor DVB-T met GNU-Radio. Op basis daarvan heeft Frank, DD0CW een versie gemaakt waardoor nu ook 333 kHz en 125 kHz 16QAM ontvangen kan worden. Met niet meer dan een schotel, een LNB, een RTLSDR-dongle, wat software en een PC heb je dus al een compleet DATV-ontvangststation.

Zenden van DVB-S, -S2 en -T

Voor digitale ATV heb je een digitale modulator nodig. Allereerst moet je een MPEG-Transport Stream maken. Dat kan op vele manieren, maar veelgebruikt zijn videoprogramma’s zoals OBS en vMix. Daarin maak je makkelijk de plaatjes, video’s, camerabeelden en audio die je wilt uitzenden. Van daaruit kan het op verschillende manieren naar een modulator gaan. Het programma ffmpeg komt er vaak nog aan te pas als tussenstap, omdat je hierin allerlei bewerkingen kunt doen. Denk met name aan aanpassingen van het formaat, de overdrachtssnelheid (bit rate), buffergroottes en timing. De modulator kan het DATV-Expressboard of een SDR-apparaat zijn. Eerstgenoemde is vrijwel verdrongen door de goedkopere en meer veelzijdige Adalm Pluto of LimeSDR mini. De Portsdown, ontwikkeld door de BATC is een op een Raspberry Pi gebaseerde zendontvanger voor DATV. Met een modulator aan de zendkant en een Minitiouner aan de ontvangstkant is het een compleet DATV-station, waar alleen nog een antenne en een eindversterker aan ontbreekt.

Lineaire eindtrap

Uit deze modulatoren komt één tot enkele miliwatts, dus er is nog wel wat versterking noodzakelijk. Daarbij moet aangetekend dat voor DATV behoorlijk lineaire versterkers, werkend in klasse A of AB noodzakelijk zijn. Een klasse AB-versterker, die 100 W CW kan leveren komt niet verder dan zo’n 20 W voor DATV in DVB-S(2). Voor DVB-T is nog meer lineariteit nodig en kom je niet verder dan 10% van het maximale CW-vermogen.

Dus DVB-S, DVB-S2 of DVB-T?

De efficiency van DVB-S2 is zeker een punt in het voordeel van deze mode. Dit geeft de mooiste beelden met de minste bandbreedte en vermogen, zeker op de satelliet. DVB-S lijkt langzaam te verdwijnen. DVB-S en DVB-S2 zijn overigens de geadviseerde modes voor de VERON Reduced Bandwidth Contest. Dat komt vooral door de eenvoud van ontvangst met een SDR-dongle en SDRAngel. Maar voor aardse toepassingen in de lagere VHF-banden kan DVB-T een aanwinst zijn. Vooral multi-pad-bestendigheid is hier een voordeel. Maar efficiency is natuurlijk niet alles. Radioamateurs hebben een ongebreidelde nieuwsgierigheid en experimenteerdrift. Daarom is het zo plezierig om een geostationaire satelliet te hebben, waar je altijd wel een tegenstation vindt voor je experimenten.

Pushing the envelope

Hoewel grenzen verleggen al dagelijks werk is voor radioamateurs zie je in DATV-land de laatste jaren grote stappen genomen worden. Zo is de grens van minimale bandbreedte en symbol rate in DVB-S2 verlegd van 66 kS/s via 35 en 25 naar inmiddels 20 kS/s, neerkomend op een bandbreedte van 23-28 kHz. Daarmee zijn nog TV-beelden van 5-7 fps in 768×432 pixels goed over te dragen. Ook hier zijn de inspanning, kennis en kunde van een radioamateur (in dit geval Evariste, F5OEO en Jean-Pierre, F6DZP) en de niet aflatende experimenteerdrift van onder andere DD0CW en SV8RV doorslaggevend geweest. En in DVB-T is iets dergelijks aan de gang, waarbij inmiddels 125 kHz de onderste limiet is. Voor hoelang? Dat gaan we zien!