Het versturen van digitale audio data via een draadloze omroep (broadcast) in combinatie met mobiele ontvangst kan nooit zonder enige transmissiefout gebeuren. Daarvoor zijn de ontvangstcondities van de autoradio, bij het rijden, te onstabiel. Het ontvangen signaal van de bewegende autoantenne is veel te veel onderhevig aan grote signaalvariaties. Zelfs met de perfecte foutcorrectie zal men er nooit in slagen om een foutvrije mobiel digitale transmisssie te realiseren.
Het is juist dit fenomeen dat het ontvangstgebied zal vastleggen voor een DAB+ zender. Naarmate men zich beweegt naar de rand van het zendgebied, zullen bitfouten meer en meer gaan toenemen. Eens het moment bereikt is waar de foutcorrectie de bitfouten onvoldoende kan corrigeren, wordt het signaal onbruikbaar en de ontvangst valt weg. De reikwijdte van een DAB+ zender wordt dus niet enkel bepaald door het vermogen van de zender, maar dus ook door de toegepaste audiocodering en de toegepaste foutcorrectie.
Waarom speelt ook de audiocodering een rol?
In DAB+ is de toegepaste foutcorrectie code (error correction code = ECC) afhankelijk van de toegepaste audio codering. Voor de versie DAB met MP2 codering wordt gebruik gemaakt van “Unequal Error Protection (UEP)”. Bij DAB+ is men overgestapt naar een “Equal Error Protection (EEP)”. Testen tonen ook aan dat de HE-AAC v2 codering met EEP (DAB+) beter presteert (verder te ontvangen is) dan de MP2-codering met UEP(DAB). We moeten hieruit concluderen dat de keuze van de audio-encoder en de daarbij gebruikte foutcorrectie code, een rol zal spelen in het plannen van het zendvermogen voor een bepaald zendbereik. Het wordt dus allemaal iets complexer dan de huidige FM problematiek.
UEP versus EEP
UEP (DAB) wordt gebruikt voor data waar bepaalde bits belangrijker zijn dan andere, dit komt goed overeen met de manier waarop MPEG-2 audio gecodeerd wordt. Men gaat hier gebruik maken van de “LDPC-error correctie” (Low-Density Parity-Check).
EEP (DAB+) wordt gebruikt voor data waar alle bits evenwaardig belangrijk zijn, dit komt goed overeen met de manier waarop HE AAC v2 gecodeerd wordt. Bij EEP gebruikt men “RS error Correctie Code” (RS-code), genaamd naar de personen die deze code ontwikkelden namelijk Irving Stoy Reed en Gustave Solomon.
RS foutcorrectie wordt ook toegepast bij CD’s. Het is die code die ervoor zorgt dat een kras (fout) op het CD plaatje soms geen invloed heeft op de geluidskwaliteit. De foutcorrectie gebeurt gewoon terwijl je naar de muziek luistert. Het hele proces van foutcorrectie moet dus heel snel gaan. Daarom gebruikt men ook geen software algorithmen maar hardware (poorten en schuifregisters) om de codering en decodering tegen hoge snelheid te kunnen realiseren bij audio- en videostreams.
DAB+ is dus wel degelijk een evolutie van DAB. Buiten het gebruik van een andere audio codec, wordt er dus ook een andere en beter foutcorrectie toegepast bij een DAB+ systeem.
Beide manieren van foutcorrecties zijn puur wiskundige aangelegenheden en wie daar eventueel toch dieper wil op ingaan raden wij een zoektocht op internet aan (zoek naar BCH -Bose-Chaudhuri-Hocquenghem- codes, finite fields, Langlois fields en syndroom calculatie).
Wat wel heel belangrijk om weten is, is dat je een foutcorrectie-code niet mag zien als iets dat de data opsplitst in twee verschillende delen (een deel databits en een deel foutcorrectie-bits). Je moet het zien als een groep databits waar databits en foutcorrectie bits door elkaar verweven zijn. Deze groepen met vaste layout volgen elkaar op. De foutcorrectie-bits zitten dus verweven tussen de audiodata.
In onze DAB+ info over foutcorrectie gebruiken we het idee dat men 2 of 3 maal dezelfde informatie zou uitzenden. De reden hiervoor was om de uitleg van het principe eenvoudig te houden, maar het is zeker niet zo dat eenzelfde signaal twee of drie keer uitgezonden wordt.
Een aantal opeenvolgende bits moet men bekijken als afgelijnde blokken van een bepaalde lengte met een bepaalde hoeveelheid bits. Deze opeenvolgende bits worden in een tabel opgesplitst: een tabel van kolommen en rijen. Bepaalde posities in de tabel gaat men vrij houden voor foutcorrectie-bits. Naargelang de hoeveelheid posities voor foutcorrectie-bits, kan men meer fouten herstellen in de tabel. Vergelijk het met een kruiswoordraadsel waar je soms het woord vindt door de letters te gebruiken van andere woorden. Door de pariteit van de kolommen en rijen te testen, kan je zo fouten ontdekken en herstellen in de tabel.
De werking van een foutcorrectie kan verbeterd worden door de data niet mooi achter elkaar te sturen, maar door ze te spreiden. Bij DAB+ gebeurt dit door de data te spreiden in de tijd en in het frequentiespectrum. Tijd (time interleaving), ook wel concatenated coding genoemd, gebeurt door door een lading data te versturen in 4 achtereenvolgende uitzendframes. Een DAB-uitzendframe duurt 96ms waardoor men al kan vermoeden dat de audio 4 x 96ms = 384 ms vertraagd zal zijn in de ontvanger. Na de tijd-interleaving gaat men de bits nog eens volgens een bepaald patroon verdelen over de 1536 draaggolven. Dit noemt men frequentie-interleaving. Deze methode van time-interleaving en frequentie-interleaving maakt, samen met de RS-error correctie, het signaal heel robuust tegen storingen.
Hoe groter de tijdsduur van de tijd-interleaving, hoe robuuster het signaal wordt tegen bitfouten in de ontvangst. Uiteraard kan men voor radio geen te lange vertragingen gebruiken. De methode werd echter door de NASA geadopteerd, weliswaar met veel grotere vertragingen, voor “deep space” data-communicatie (doorsturen van foto’s). Het toont aan hoe geavanceerd een DAB+ systeem is.