BAB II TEKNOLOGI DIGITAL VIDEO BROADCASTING-TERRESTRIAL (DVB-T) 2.1 Umum Saat ini salah satu pengembangan DVB yang menarik adalah penggunaan standar DVB dalam penyiaran televisi digital terrestrial (DVB-T) dan hand-held (DVB-H). DVB-T merupakan DVB standar konsorsium Eropa untuk transmisi penyiaran televisi terestrial digital yang pertama kali dipublikasikan pada tahun 1997 dan penyiaran pertama kali pada tahun 1998 di Inggris. Sistem ini mentransmisikan suara, video dan data digital lain yang terkompresi menggunakan modulasi OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) [2]. Dengan teknologi digital, DVB-T dapat memanfaatkan penggunaan bandwidth secara lebih efisien. Satu transponder satelit yang biasanya hanya dapat digunakan untuk satu program TV analog, dengan menggunakan DVB-T dapat digunakan untuk menyiarkan 8 kanal TV digital. Selain penambahan kapasitas kanal TV, pada media transmisi terestrial dapat diperoleh kualitas gambar yang lebih baik. 2.2 Transport Stream (TS) Transport Stream menurut ITU-T Rec. H.262 ISO / IEC 13818-2 dan ISO / IEC 13818-3 adalah aturan aliran yang disesuaikan untuk berkomunikasi atau menyimpan
satu atau lebih program dari data yang dikodekan dan data lainnya dalam lingkungan dimana kesalahan signifikan mungkin terjadi. Kesalahan tersebut dapat dimanifestasikan sebagai kesalahan bit atau kehilangan paket [3]. Sinyal baseband yang ditransmisikan adalah MPEG-2 TS. Transport Stream (TS) adalah deret kontinu dari paket TS. Setiap paket memiliki panjang 188 byte. Pada 4 byte pertama mengandung header dari paket TS dan 184 byte berikutnya digunakan untuk payload. Komponen yang paling penting dari header adalah byte sinkronisasi (sync) dan paket ID (PID) [3]. 2.3 Sistem Tranceiver DVB-T dan receiver. Blok sistem transceiver DVB-T dibagi menjadi 3 bagian yaitu transmitter, kanal 2.3.1 Transmitter Gambar 2.1 merupakan skema dari pemancar DVB-T [3]. Proses transmisi paket MPEG-2 pada DVB-T terdiri dari 6 tahapan,yaitu [4]: 1. Outer coding (penyandian Reed-Solomon) 2. Outer interleaving (convolutional interleaving) 3. Inner coding (penyandian punctured convolutional) 4. Inner interleaving 5. Pemetaan dan modulasi
6. Transmisi OFDM MPEG 2 Source Coding & Multiplexing Video Coder Program MUX Transport MUX Audio Coder Data Coder 2 n Splitter Mux Adaptation Energy Dispersal Outer Coder Outer interleaver Inner Coder Inner interleaver Ke Antena Mux Adaptation Energy Dispersal Outer Coder Outer interleaver Inner Coder Channel Coding Front End D/A OFDM Pilot & TPS Signal Frame Adaptation Mapper Modulation Gambar 2.1 Blok Transmitter DVB-T Penjelasan setiap blok pada bagian transmitter DVB-T diberikan di bawah ini. 2.3.1.1 Source Coding dan Multipleksing Proses pentransmisian pada system DVB-T dimulai dari proses pengkodean sumber dan pemultipleksian MPEG-2 (MUX). Video terkompresi, audio terkompresi, dan aliran data dimultipleks ke dalam MPEG Program Stream (MPEG-PS). Satu atau
lebih MPEG-PS yang bergabung bersama-sama menjadi transport stream MPEG (MPEG-TS), ini adalah aliran digital dasar yang sedang dikirim dan diterima oleh TV atau Set Top Box rumah (STB). 2.3.1.2 Splitter Setelah proses pengkodean sumber dan pemultipleksian MPEG-2 (MUX), MPEG TS masuk ke splitter. Dua MPEG TS berbeda dapat ditransmisikan pada saat yang sama menggunakan teknik yang disebut transmisi hirarki. Ini dapat digunakan untuk mengirim, misalnya sinyal SDTV dan sinyal HDTV pada pembawa yang sama. Secara umum, sinyal SDTV lebih kuat dari sinyal HDTV. Pada penerima, tergantung pada kualitas sinyal yang diterima, STB mungkin dapat men-decode aliran HDTV atau, jika tidak memiliki kekuatan sinyal, dapat beralih ke sinyal SDTV (dengan cara ini, semua penerima yang dekat dengan lokasi transmisi dapat mengunci sinyal HDTV, sedangkan yang lain, bahkan yang terjauh, mungkin masih dapat menerima dan decode sinyal SDTV). MPEG-TS diidentifikasi sebagai urutan paket data dengan panjang yang tetap (188 bytes). Dengan teknik yang disebut penyebaran energi, urutan byte dipisahkan. 2.3.1.3 Outer coding Outer coding merupakan koreksi kesalahan tingkat pertama pada outer coder menggunakan kode blok non-biner, menggunakan kode Reed-Solomon sehingga memungkinkan koreksi hingga maksimal 8 byte kesalahan untuk setiap paket 188 byte.
2.3.1.4 Outer Interleaver Pada outer interleaver, interleaving konvolusi digunakan untuk mengatur ulang urutan data yang ditransmisikan. Hal ini berfungsi untuk memudahkan koreksi deret kesalahan pada data yang panjang. 2.3.1.5 Inner Coding Inner coding adalah koreksi kesalahan tingkat kedua untuk koreksi kesalahan bit, yang sering dilambangkan dalam menu STB sebagai FEC (Forward Error Correction). 2.4.1.6 Inner Interleaving Tujuan dari dilakukannya inner interleaving adalah untuk mengatasi efek frekuensi selektif saluran yang mungkin misalnya hasil dari gema pada jalur transmisi. Inner interleaver dilakukan untuk memberikan performa optimal pada kompleksitas dan ukuran memori. Ini terdiri dari kombinasi dari interleaver bit dan simbol. Dalam interleaver bit, 126 bit berurutan pertama digabungkan menjadi satu blok dan kemudian disisipkan di dalam blok ini. Selanjutnya interleaver simbol yang merupakan interleaver deret pseudorandom yang mengubah deret dari simbol tersebut. Hasil penyisipan ini pada sinyal DVB-T adalah frekuensi interleaving di dalam satu simbol DVB-T.
2.3.1.7 Pemetaan dan Modulasi Proses inner interleaving diikuti oleh pemetaan simbol. Pada proses ini tiap-tiap carrier dari sinyal OFDM dimodulasi secara terpisah dengan pilihan teknik modulasi QPSK, 16-QAM and 64-QAM. 2.3.1.8 Frame Adaptation Setelah simbol-simbol dipetakan, frame adaptation mengelompokkan simbol-simbol yang kompleks dalam blok-blok panjang yang konstan (1512, 3024, atau 6048 simbol per blok). Sebuah frame dibangkitkan dengan panjang 68 blok dan sebuah superframe dibangun oleh 4 frame. 2.3.1.9 Penyisipan Sinyal Pilot dan Sinyal TPS (Transmission Parameter Signalling) Untuk menyederhanakan penerimaan sinyal yang ditransmisikan pada saluran radio terestrial, sinyal tambahan dimasukkan ke dalam setiap blok. Sinyal pilot digunakan selama fase sinkronisasi dan ekualisasi, sementara sinyal TPS (Transmission Parameter Signalling) mengirim parameter dari sinyal yang ditransmisikan dan untuk mengidentifikasi sel transmisi. Penerima harus mampu menyinkronkan, menyamakan, dan mendekodekan sinyal untuk mendapatkan akses ke informasi yang dipegang oleh pilot TPS. Jadi, penerima harus tahu informasi ini terlebih dahulu, dan data TPS hanya digunakan dalam kasus khusus, seperti perubahan dalam parameter, sinkronisasi ulang, dan lain-lain.
2.3.1.10 OFDM Urutan blok dimodulasi menurut teknik OFDM. Peningkatan jumlah carrier tidak mengubah payload bit rate yang tetap konstan. Dalam proses ini disisipkan guard interval yangbertujuan untuk menghindari Intersymbol Interference (ISI) akibat lintas jamak pada sinyal yang ditransmisikan. Lebar guard interval tersebut dapat 1/32, 1/16, 1/8, atau 1/4 dari FFT. Siklik awalan diperlukan untuk mengoperasikan jaringan frekuensi tunggal, dimana mungkin ada interferensi ineliminable datang dari beberapa lokasi yang mentransmisikan program yang sama pada frekuensi carrier yang sama. 2.3.1.11 Konversi Digital ke Analog Sinyal digital diubah menjadi sinyal analog, dengan konverter digital-ke-analog (DAC), dan kemudian dimodulasikan ke frekuensi radio (VHF, UHF) oleh front-end RF. Bandwidth yang ditempati dirancang untuk mengakomodasi setiap sinyal DVB-T tunggal menjadi saluran lebar 5, 6, 7, atau 8 MHz. Kecepatan sampel baseband yang diberikan pada input DAC tergantung pada bandwidth saluran dengan 8 f s = 7 B sampel/s, di mana B adalah bandwidth saluran dinyatakan dalam Hz (Hertz). 2.3.2 Kanal Kanal adalah media elektromagnetik di antara pemancar (transmitter) dan penerima (receiver). Bentuk umum dari kanal adalah kanal Gaussian yang secara umum
disebut sebagai kanal Additive White Gaussian Noise. Gambar 2.2 mengilustrasikan sebuah kanal dengan dengan respon impuls h(t) dan noise additive. u(t) x(t) h(t) y(t) Gambar 2.2 Bentuk Umum Kanal Ketika jumlah subcarrier (N) adalah besar, fungsi transfer kontinu dari respon kanal H(f) dapat digambarkan sebagai kurva diskrit persegi empat seperti diilustrasikan pada Gambar 2.3 H ( f ) H 3 H 0. Gambar 2.3 Kanal dan Respon Kanal dari Dekomposisi Multicarrier
Masing-masing persegi empat memiliki lebar band frekuensi 1 T Hz. Semakin s besar N; lebar band frekuensi persegi empat akan semakin besar dan secara matematika dapat ditulis sebagai: Y [ k] H X [ k] u [ k], = untuk i= 1,2,3, N i i i + i Dimana adalah output kompleks dari N-titik FFT dan adalah noise. 2.3.3 Receiver Gambar 2.4 menunjukan blok diagram penerima DVB-T yang terdiri atas tiga blok utama yaitu blok syncronozation dan channel estimation blok channel decoding dan source decoding dan demultiplexing [3].
Dari Antena Analog Front End A/D I & Q Gen OFDM Demod (2K/8K FFT) Channel Decoding Mapping FFT window amplitude Reference Symbols Extraction Frequency Deinterleaving Sinkronisasi frame & waktu Sinkronisasi frekuensi Reference Symbols Extraction Synconization & Channel Estimation Viterbi Decoder Byte Deinterleaving Reed-Solomon Decoder MPEG Video Decoder MPEG Audio Decoder Transport Demux (MPEG) Source Decoding & Demultiplexing Gambar 2.4 Blok Receiver DVB-T Secara garis besar pada sistem penerima DVB-T akan terjadi proses sebagai berikut: 1. Front-end dan ADC: sinyal RF analog dikonversi ke base band dan diubah menjadi sinyal digital, menggunakan konverter analog-ke-digital (ADC). 2. Sinkronisasi waktu dan frekuensi: sinyal base band digital dicari untuk mengidentifikasi awal frame dan blok. Jika ada masalah dengan frekuensi dari komponen sinyal juga dikoreksi. Guard interval pada akhir simbol yang ditempatkan juga di awal dimanfaatkan untuk menemukan awal dari sebuah simbol OFDM yang baru. 3. pembuangan guard interval: cyclic prefix dihapus
4. OFDM demodulasi 5. Ekualisasi frekuensi: sinyal pilot menyamakan sinyal yang diterima 6. Demapping 7. Internal deinterleaving 8. Internal decoding: menggunakan algoritma Viterbi. 9. eksternal deinterleaving 10. eksternal decoding 11. MUX adaptasi 12. MPEG-2 demultiplexing dan pendekodean sumber 2.4 Mode Carrier Pada spesifikasi DVB-T, terdapat dua mode carrier yang dapat digunakan dengan jumlah carrier yang berbeda, yaitu mode 2K dengan 2048 point FFT dan mode 8K dengan 8192 point FFT. Ukuran FFT diberikan sebagai pangkat dari 2. Pada mode 2K, pangkatnya adalah 11 sehingga menghasilkan 2048 point FFT, sedangkan pada mode 8K pangkatnya adalah 13 sehingga hasilnya 8192 point FFT. Jumlah carrier untuk 8K adalah 6817 dan untuk 2K adalah 1705 [4]. 2.5 Modulasi dan Demodulasi QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) Modulasi digital merupakan proses penumpangan sinyal digital (bit stream)ke dalam sinyal carrier. Phase Shift Keying merupakan salah satu teknik modulasi digital
dimana sinyal informasi digital yang akan dikirimkan ditumpangkan pada fasa dari sinyal pembawa. Modulasi sinyal digital multilevel, dalam prosesnya akan menyebabkan terjadinya simbolisasi kelompok-kelompok bit (dibit, tribit,.) sehingga bit stream data disimbolkan dalam kelompok n-bit, maka akan diperlukan 2 n symbol untuk mempresentasikannya. Selanjutnya symbol-simbol akan memodulasi kelakuan sinyal pembawa (amplitude, frekuensi, fasa, atau kombinasinya). Tujuannya adalah untuk menghemat penggunaan bandwidth. Pada modulasi QPSK sinyal pembawa mempresentasikan empat keadaan fasa untuk menyatakan empat simbol. Satu simbol QPSK dipetakan oleh dua bit (dibit) yaitu 00, 01, 11, 10. Setiap dua bit akan mengalami perubahan fasa sebesar 90 0 sedangkan kecepatan bit informasinya sebesar dua kali kecepatan simbolnya. 2.5.1 Modulasi QPSK Gambar 2.5 adalah gambar modulator QPSK. Dari diagram blok modulator QPSK tersebut, data awal masukan diproses oleh bit splitter sehingga diperoleh dua buah aliran data yang terdiri dari aliran data ganjil (In Phase) dan aliran data genap (Quadrature).
Kemudian masing-masing aliran data akan memodulasi sinyal carrier yang beda fasa antara keduanya sebesar π 2 cos 2π. Sinyal carrier untuk data ganjil memiliki persamaan f c t,sedangkan sinyal carrier untuk data genap memiliki persamaan sin 2π f c t. BPSK-I Cos 2πfct X(t) Q I -90 0 S (t) QPSK sin 2πfct BPSK-Q Gambar 2.5 Blok Diagram Modulator QPSK Perkalian antara data masukan dengan sinyal carrier akan menghasilkan sinyal BPSK. Sinyal BPSK-I akan dihasilkan dari perkalian sinyal carrier cos 2π f c t dengan aliran data ganjil. Sedangkan sinyal BPSK-Q akan dihasilkan dari perkalian sinyal carrier sin 2π f c t dengan aliran data genap. Persamaan matematisnya dalam persamaan 2.3 dan 2.4 berikut: S BPSK Q ( t) d ( t) sinω t V sin( ω + φ) Q c c (2.3)
dengan d = '0' φ = 0 Q d Q = '1'1 φ = ρ S BPSK I ( t) d ( t) sinω t V sin( ω + φ) I c c (2.4) Dengan d I = '0' φ = 0 d I = '1' φ = π S QPSK ( t) S ( t) S ( t) BPSK Q + BPSK I (2.5) Kemudian sinyal QPSK didapatkan dengan menjumlahkan antara sinyal BPSK-I dengan sinyal BPSK-Q pada blok rangkaian adder. Secara umum persamaan sinyal QPSK dapat ditunjukkan oleh persamaan 2.6 : ( ) = 2 E cos 2 + ( 1) π S SQPSK t πf ct i T 2 (2.6) S 0 T ; i = 1,2,3,4 t s E s = Energi per simbol modulasi T s = Durasi simbol modulasi 2.5.2 Demodulasi QPSK Proses pengambilan data yang dikirim transmitter dimulai dari diterimanya sinyal oleh antena receiver ditunjukkan seperti pada Gambar 2.6
LPF Decision Circuit S (t) QPSK Carrier Recovery P/S Converter Data Biner -90 0 LPF Decision Circuit Gambar 2.6 Blok Diagram Demodulator QPSK Persamaan matematis dari sinyal tersebut dapat diekspresikan dalam persamaan 2.7 berikut: ( t).cos( 2πf t + φ) S ( t).sin( 2πf t) S' = S + (2.7) i c q c Kemudian untuk mendapatkan data genap dan data ganjil, sinyal dengan persamaan di atas masing-masing dikalikan dengan sinyal carrier yang sama pada saat diproses pada modulator. Pada blok diagram sinyal carrier akan dihasilkan kembali setelah sinyal penerimaan diproses melalui carrier recovery. Dari hasil perkalian tersebut akan didapatkan pada lengan in phase sinyal, dengan persamaan 2.8 sebagai berikut: i 1 QPSK i c (2.8) 2 ( t) = s' ( t). c( t) = A. s ( t).cos[ 2π ( 2 f ) t + 2ϕ ]
Sedangkan pada lengan quadrature persamaan sinyalnya akan didapat persamaan 2.9 berikut: q 1 1 QPSK q q c (2.9) 2 2 ( t) = s' ( t). c( t) = A. s ( t) + A. s ( t).sin[ 2π ( 2 f ) t + 2ϕ ] Sinyal pada persamaan di atas selanjutnya akan difilter menggunakan filter LPF dengan tujuan untuk meredam komponen frekuensi tinggi dari sinyal tersebut sehingga pada kedua lengan tersebut hanya tersisa komponen frekuensi rendahnya saja. Sehingga persamaan sinyal pada lengan in phase menjadi persamaan 2.10: 1 si '( t) = A. si ( t) (2.10) 2 Sedangkan persamaan sinyal pada lengan quadrature menjadi persamaan 2.11: 1 sq '= A. sq ( t) (2.11) 2 2.6 Standar DVB-T Standar terrestrial untuk transmisi program TV digital ditentukan dalam ETS 300744 yang berhubungan dengan proyek DVB-T. Kanal DVB-T bisa berada pada bandwidth 6, 7 atau 8 MHz. Ada dua mode operasi yang berbeda pada sistem ini yaitu mode 2K dan mode 8K dimana mode 2K untuk IFFT dengan 2046 titik dan mode 8K untuk IFFT dengan 8192 titik. Pada DVB-T ditentukan untuk menggunakan simbol dengan panjang sekitar 250 µs (mode 2K) atau 1 ms (mode 8K). Tergantung pada
persyaratan, mode yang satu atau mode yang lain bisa dipilih. Mode 2K mempunyai subcarrier spacing yang lebih besar sekitar 4 KHz tetapi symbol period-nya lebih pendek. Mode 8K hanya memiliki subcarrier spacing sekitar 1 KHz [5]. Berbeda dengan panjang simbol, guard interval bisa disesuaikan dalam rentang 1 4 sampai dengan 1 32 dari panjang simbol FFT-IFFT. Hal ini memungkinkan untuk memilih tipe modulasi (QPSK, 16QAM atau 64QAM). Proteksi kesalahan (FEC) pada transmisi DVB-T dapat disesuaikan pada persyaratan dengan menyesuaikan code rate dengan pilihan 1 2, 2 3, 3 4, 5 6 dan 7 8. Standar DVB-T menyediakan pengkodean hirarki sebagai pilihan. Dalam pengkodean hirarki ada dua masukan transport stream dan dua kofigurasi bebas tapi memiliki FEC yang identik. Tujuannya adalah untuk mengaplikasikan sejumlah besar koreksi kesalahan pada sebuah transport stream dengan kecepatan data yang rendah dan kemudian mentransmisikannya. Jalur transport stream ini disebut jalur High Priority (HP). Transport stream yang kedua memiliki kecepatan data yang lebih tinggi dan ditransmisikan dengan koreksi kesalahan yang rendah. Ini disebut jalur Low Priority (LP). 2.7 Karakteristik Sistem Penyiaran TV Digital Terestrial Sistem penyiaran televisi digital yang ada di Indonesia dibagi berdasarkan kualitas penyiaran, manfaat, dan keunggulan TV Digital tersebut. TV Digital dalam perkembangannya memiliki karakteristik yang berbeda di tiap area penyiaran.
2.7.1 Kualitas penyiaran TV digital TV Digital memiliki hasil siaran dengan kualitas gambar dan warna yang jauh lebih baik dari yang dihasilkan televisi analog. Sistem televisi digital menghasilkan pengiriman gambar yang jernih dan stabil meski alat penerima siaran berada dalam kondisi bergerak dengan kecepatan tinggi. TV Digital memiliki kualitas siaran berakurasi dan resolusi tinggi. Teknologi digital memerlukan kanal siaran dengan laju sangat tinggi mencapai Mbps untuk pengiriman informasi berkualitas tinggi. 2.7.2 Manfaat penyiaran TV digital Ada beberapa manfaat penyiaran TV digital berdasarkan keunggulan-keunggulan yang dimilikinya dalam pengolahan sinyal digital, diantaranya: 1. TV Digital digunakan untuk siaran interaktif. Masyarakat dapat membandingkan keunggulan kualitas siaran digital dengan siaran analog serta dapat berinteraksi dengan TV Digital. 2. Teknologi siaran digital menawarkan integrasi dengan layanan interaktif dimana TV Digital memiliki layanan komunikasi dua arah layaknya internet. 3. Siaran televisi digital terestrial dapat diterima oleh sistem penerimaan televisi tidak bergerak maupun sistem penerimaan televisi bergerak. Kebutuhan daya pancar televisi digital yang lebih kecil menyebabkan siaran dapat diterima dengan baik meski alat penerima siaran bergerak dalam kecepatan tinggi seperti di dalam mobil dan kereta.
4. TV Digital memungkinkan penyiaran saluran dan layanan yang lebih banyak daripada televisi analog. Penyelenggara siaran dapat menyiarkan program mereka secara digital dan memberi kesempatan terhadap peluang bisnis pertelevisian dengan konten yang lebih kreatif, menarik, dan bervariasi. 2.7.3 Keunggulan frekuensi TV digital Siaran menggunakan sistem digital memiliki ketahanan terhadap gangguan dan mudah untuk diperbaiki kode digitalnya melalui kode koreksi error. Akibatnya adalah kualitas gambar dan suara yang jauh lebih akurat dan beresolusi tinggi dibandingkan siaran televisi analog. Selain itu siaran televisi digital dapat menggunakan daya yang rendah. Transmisi pada TV Digital menggunakan lebar pita yang lebih efisien sehingga saluran dapat dipadatkan. Sistem penyiaran TV Digital menggunakan OFDM yang bersifat kuat dalam lalu lintas yang padat. Transisi dari teknologi analog menuju teknologi digital memiliki konsekuensi berupa tersedianya saluran siaran televisi yang lebih banyak. Siaran berteknologi digital yang tidak memungkinkan adanya keterbatasan frekuensi menghasilkan saluran-saluran televisi baru. Penyelenggara televisi digital berperan sebagai operator penyelenggara jaringan televisi digital sementara program siaran disediakan oleh operator lain. Bentuk penyelenggaraan sistem penyiaran televisi digital mengalami perubahan dari segi pemanfaatan kanal ataupun teknologi jasa pelayanannya. Terjadi efisiensi penggunaan kanal frekuensi berupa pemakaian satu kanal frekuensi untuk 4 hingga 6 program.
Siaran televisi digital terestrial dapat diterima oleh sistem penerimaan televisi analog dan sistem penerimaan televisi bergerak. TV Digital memiliki fungsi interaktif dimana pengguna dapat menggunakannya seperti internet. Sistem siaran televisi digital DVB mempunyai kemampuan untuk memanfaatkan jalur kembali antara IRD dan operator melalui modul Sistem Manajemen Subscriber. Jalur tersebut memerlukan modem, jaringan telepon atau jalur kembali televisi kabel, maupun satelit untuk mengirimkan sinyal balik kepada pengguna seperti pada aplikasi penghitungan suara melalui televisi. Ada beberapa spesifikasi yang telah dikembangkan, antara lain melalui jaringan telepon tetap (PSTN) dan jaringan berlayanan digital terintegrasi (ISDN).