CAPÍ TULO TULO 7º SISTEMAS DE RADIODIFUSIÓ
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TEMARIO • Panorámica Panorámica general. general. Bandas Bandas de frecuen frecuencias cias • Sistem Sistemas as analó analógico gicoss en LF, LF, MF y HF • Radiodifusión Radiodifusión sonora con modulació modulaciónn de frecuencia frecuencia • Tele Televis visión ión analó analógic gicaa • Planificación Planificación de los sistemas sistemas analógicos analógicos en VHF y UHF • Modulación Modulación COFDM. COFDM. Redes de frecue frecuencia ncia única. única. • Sist Sistem emaa DA DAB. B. • Sist Sistem emaa DVB DVB-T -T • Planificación Planificación de sistemas sistemas terrenale terrenaless (DAB-T (DAB-T y DVB-T) DVB-T) • Planificación Planificación de redes redes de frecuen frecuencia cia única única • Sist Sistem emaa DVB DVB-S -S
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SISTEMAS DE RADIODIFUSIÓ 1. PA AO ORÁ RÁM MICA GE GE ERA RAL L. BADAS DE FRECUECIAS.
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PANORÁMICA GENERAL • Según la UIT un servicio de radiodifusión es un servicio de radiocomunicación cuyas emisiones están destinadas a ser captadas por el público en general. Dichos servicios comprenden emisiones sonoras, de televisión o de otro género. • En los últimos años los servicios de radiodifusión están en transición a la radiodifusión digital. Sin embargo, los sistemas analógicos son todavía mayoritarios, y su sustitución está siendo lenta.
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BANDAS DE FRECUENCIAS BANDAS
UTILIZACIÓN
CARACTERÍSTICAS
LF, MF y HF
Sonora, analógica, AM
Sonido mono calidad media. Estéreo y datos
VHF
UHF
SHF
Futuro: DRM Sonora, analógica, FM. TV analógica (a extinguir). Sonora, digital, DAB. Televisión analógica y digital. Futuro: solo digital (2010).
de
Estéreo de buena calidad. Estéreo y datos. 1 programa por canal RF en analógico y 4 en digital. DAB-T Y DAB-S
Sonora en banda L (1,5 GHz) Televisión por satélite en Transición a digital banda Ku (12 GHz). casi al 100%. 4
SISTEMAS DE RADIODIFUSIÓ 2. SISTEMAS AALÓGICOS E LF, MF Y HF.
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RADIODIFUSIÓN AM • Sistemas más antiguos. Receptores de los años 30 son capaces de recibir las señales actuales. • Transmisores de gran potencia (cientos de kW) y antenas de gran tamaño. • Modulación de amplitud con portadora completa. Banda base hasta 4,5 kHz. Canal RF de 9 kHz. • LF y MF: Propagación por onda de superficie. Interferencias nocturnas a larga distancia por onda ionosférica, especialmente en MF. Casos particulares de transmisores por onda ionosférica con incidencia vertical. • HF: Propagación por onda ionosférica. Algunos sistemas utilizan BLU (Banda Lateral Única). 6
BANDAS DE FRECUENCIAS DE RADIODIFUSIÓN
Banda LF: 118,5 kHz - 283,5 kHz Anchura: 135 kHz Número de canales: 15 Banda MF: 526,5 kHz - 1.606,5 kHz Anchura: 1.080 kHz Número de canales: 120
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Banda HF: 10 sub-bandas – 3.950 - 4.000 kHz (75 m) – 4.850 - 4.995 kHz 5.005 - 5.060 kHz (60 m) – 5.950 - 6.200 kHz (50 m) – 7.100 - 7.300 kHz (42 m) – 9.500 - 9.900 kHz (30 m) – 11.650 - 12.050 kHz (25 m) – 13.600 - 13.800 kHz (21 m) – 17.550 - 17.900 kHz (17 m) – 21.450 - 21.850 kHz (14 m)
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PLANIFICACIÓN DE RADIODIFUSIÓN AM •
El campo mínimo utilizable (Emu) viene condicionado por ruido atmosférico, artificial y térmico. Tanto mayor cuanto menor es la frecuencia. • Las interferencias se combinan con el método de la suma cuadrática. Si Epi = Eii + Rpi es el valor de campo perturbador, el campo utilizable se obtiene como: 2 + ∑ e pi2 eu2 = emu
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EVOLUCIÓN: DRM e IBOC • DRM (Digital Radio Mondiale) es un estándar europeo de radiodifusión digital para estas tres bandas. Utiliza anchos de banda entre 4,5 kHz y 20 kHz. Permite uno o varios flujos de audio, con diferentes grados de calidad, más datos. • Utiliza codificación de audio avanzada (MPEG-4) y OFDM con codificación de canal robusta. • En la banda de HF es el único estándar mundial. • En LF y MF existe también el estándar IBOC (InBand On-Channel), desarrollado en Estados Unidos. • Ambos tienen un nivel de implantación muy reducido por el momento. 10
SISTEMAS DE RADIODIFUSIÓ 3. RADIODIFUSIÓ SOORA CO MODULACIÓ DE FRECUECIA
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SEÑAL EN BANDA BASE • Tres modalidades: • Mono: Señal de audio 0-15 kHz (desde ≅ 40 Hz). • Estéreo: Señales L y R (canales izquierdo y derecho). • L+R en 0-15 kHz (compatible con mono). • L-R en doble banda lateral sobre 38 kHz. • Piloto de 19 kHz. (8-10% de amplitud).
• Estéreo con señales de control y auxiliares. • Señal estéreo completa. (>90% de amplitud). • Señales auxiliares entre 53 y 76 kHz (<10%). • Ej. RDS en 57 kHz.
L-R en DBL
L+R 0
15 19 23
38
RDS 53
12
57
f(kHz)
SEÑAL EN RADIOFRECUENCIA • En todos los casos la señal en banda base modula en frecuencia a la portadora, con ∆f = 75 kHz. • • • •
Mono: BW ≅ 2 (75 + 15) = 180 kHz Estéreo: BW ≅ 2 (75 + 53) = 256 kHz Estéreo con RDS: BW ≅ 2 (75 + 57) = 264 kHz Máximo: BW ≅ 2 (75 + 76) = 302 kHz
• Generalmente el ancho de banda puede ser algo inferior al teórico. Aún así, la interferencia de los canales adyacentes es relevante. • Canales en la banda 87,5 a 108 MHz, cada 100 kHz. Separación mínima de 3 canales en la misma zona geográfica. 13
BANDA DE FM: 87,7 - 108 kHz – n: número de canal 1≤ n≤ 67 – “Raster” 0,1 MHZ – Frecuencias portadoras fp = 87,7 + 0,3·(n -1) MHz
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SISTEMAS DE RADIODIFUSIÓ 4. TELEVISIÓ AALÓGICA
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CANALES En España se han utilizado los siguientes: • Banda I de VHF. 3 canales (2 al 4) de 7 MHz. 47-68 MHz. • Banda III de VHF. 8 canales (5 al 12) de 7 MHz. 174-230 MHz. • Banda IV de UHF. 14 canales (21 al 34) de 8 MHz. 470-582 MHz. • Banda V de UHF. 25 canales (35 al 69) de 8 MHz. 582-862 MHz.
Los canales de televisión de VHF están en desuso. En UHF se mantiene la misma canalización de 8 MHz en la introducción de la televisión digital terrenal.
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SEÑAL TRANSMITIDA EN UHF La anchura del canal de RF es de 8 MHz. En la representación las frecuencias se indican a partir de la portadora del vídeo (fV). El gráfico no está a escala. fv fC
-1,25
fS
fNICAM
MHz 4,43 5 5,5 5,85 6,75
0 17
SEÑAL TRANSMITIDA EN UHF (2) Se transmiten cinco componentes: • La señal de luminancia modula en banda lateral vestigial a la portadora de vídeo. • Las dos señales de crominancia modulan en QAM la portadora fc, con modulación analógica. Se transmite un piloto de portadora. • La señal de audio monoaural modula en FM a la portadora de sonido (fs), con una desviación de frecuencia de cresta de 50 KHz. • La señal digital NICAM codifica el estéreo (o sonido dual), transmitiendo 728 kbit/s, con modulación QPSK.
La frecuencia de cuadro es de 50 Hz, con entrelazado, por lo que se transmiten 25 imágenes completas por segundo. La frecuencia de línea es 15,625 kHz. El ancho de banda de audio es de 15 kHz. 18
BANDAS IV Y V DE TV – n: número de canal
Banda IV: 17 Canales – Frecuencia portadoras video fv = 471,25 + 8·(n -21) 21≤ n ≤ 37
Banda V: 32 Canales – Frecuencias portadoras fp = 607,25 + 8·(n -38) 38 ≤ n ≤ 69
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SISTEMAS DE RADIODIFUSIÓ 5. PLAIFICACIÓ DE SISTEMAS AALÓGICOS E VHF Y UHF
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PLANIFICACIÓN DE FM Y TV ANALÓGICA La planificación a gran escala utiliza principios muy parecidos: • En el límite de la zona de cobertura se garantiza el servicio en el 50% de localizaciones, durante el 99% del tiempo. • Se calcula la interferencia estable (50% del tiempo) y troposférica (1% del tiempo), obteniendo en ambos casos la intensidad de campo Ei de las señales interferentes (cocanal o de canal adyacente). Para ello puede utilizarse la Rec. 1546 del UIT-R. • Sumando la relación de protección correspondiente en cada caso, se obtiene la intensidad de campo perturbador Epi para cada señal interferente (la mayor de las dos, estable o troposférica). En algunos casos se tiene en cuenta la directividad de la antena receptora. • El campo utilizable Eu se calcula a partir de los valores de E pi con un modelo estadístico, como el de la multiplicación simplificada. 21
PLANIFICACIÓN DE FM Y TV ANALÓGICA (2) • La zona de cobertura viene determinada por la superficie en la que la señal deseada supera el campo utilizable Ed > Eu. La señal deseada se evalúa para el 50% del tiempo y 50% de localizaciones, usando la Rec. 1546 o modelos de difracción. • En la planificación a gran escala se han utilizado modelos de redes regulares o reticulares. • Si el campo utilizable resultara inferior al campo mínimo utilizable Emu, se aplicaría este último, según los siguientes valores: FM mono Zona rural Zona urbana Gran ciudad
48 dBu 60 dBu 70 dBu
FM estéreo 54 dBu 66 dBu 74 dBu 22
TV Banda I TV Banda III TV Banda IV TV Banda V
47 dBu 53 dBu 64 dBu 69 dBu
RELACIONES DE PROTECCIÓN • Las principales relaciones de protección se muestran en las siguientes tablas: Servicio Interferencia Cocanal Adyacente a ±100 KHz Adyacente a ±200 KHz Adyacente a ±300 KHz
FM Mono Const. Tropos. 36 dB 28 dB 12 dB 12 dB 6 dB 6 dB -7 dB -7 dB
Servicio Interferencia Cocanal Cocanal 0P, 4P, 8P Adyacente
TV Const. Tropos. 52 dB 45 dB 27 dB 22 dB - 6 dB - 6 dB 23
FM Estéreo Const. Tropos. 45 dB 37 dB 33 dB 25 dB 7 dB 7 dB -7 dB -7 dB
• Cocanal 0P, 4P, 8P: Transmisores de alta estabilidad, con frecuencia separada en tercios de la frecuencia de línea.
REDES REGULARES O RETICULARES Herramienta teórica de planificación, a fin de evaluar los mejores parámetros técnicos de la red. Asumen que el terreno es homogéneo e ilimitado, y que todos los transmisores tienen las mismas características en cuanto a potencia y diagrama de antena. Se han utilizado en sistemas analógicos, y en el Acuerdo de Chester de planificación de DVB-T en Europa.
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MÉTODO DE LA MULTIPLICACIÓN SIMPLIFICADA Método basado en la variación lognormal de las señales interferentes, supuestas incorreladas. Considera que, en los porcentajes pequeños de tiempo en que no hay cobertura en un punto dado, domina una de las señales interferentes sobre todas las demás: 1) Para cada señal interferente se calcula el campo perturbador Epi, como se ha explicado. 2) Dada una cierta probabilidad de cobertura en emplazamientos Pc, el campo utilizable Eu será el que se derive de la siguiente ecuación. Habitualmente Pc = 0,5 (50%). n
P c =
∏ i =1
E u − E pi σ 2 L
F
3) Donde F(x) es la función de distribución gaussiana y σL la desviación típica de E, tanto para el deseado como para el interferente. 2 ⋅ σ es la desviación típica de Ed – Ei. L
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SISTEMAS DE RADIODIFUSIÓ 6. MODULACIÓ COFDM REDES DE FRECUECIA ÚICA
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MODULACIÓN COFDM Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex
Formato común a DAB y DVB-T Evita degradación por multitrayecto Reduce necesidad de ecualización Los fundamentos se han estudiado en el capítulo 5. En radiodifusión: • Centenares o miles de portadoras • Tiempo de guarda de centenares de µs • Uso en redes de frecuencia única 27
MODULACIÓN COFDM (2) Estructura temporal: El periodo de símbolo (T s) se estructura en tiempo de guarda (T g) y tiempo útil (Tu) . El receptor utiliza la información transmitida en el tiempo útil. En el tiempo de guarda se transmite la información correspondiente al símbolo siguiente. La recepción de componentes retrasadas no supone interferencia entre símbolos, siempre que el retardo no supere el tiempo de guarda. Tg
Tu
Tg 28
Tu
MODULACIÓN COFDM (3) Las portadoras están separadas en la inversa de T u ... frecuencia
1/Tu
Por efecto de la modulación las señales están solapadas. La forma del espectro es:
frecuencia 29
MODULACIÓN COFDM (4) Si dos sinusoides están separadas en frecuencia en múltiplos de 1/Tu, se cumple la siguiente propiedad (m,n enteros diferentes):
∫
j ((ω c +2π m/T u )t +θ m )
e
⋅ e− j((ω +2π n/T )t +θ ) = 0 c
u
n
T u
La señal que se transmite es la combinación de sinusoides, separadas en múltiplos de 1/T u, con índice k, con amplitud Ak y fase θk. Generalmente A0 = 0. s (t ) = Re[e
jω c t
K / 2
∑
⋅
Ak ⋅ e
j 2π kt / T u
e
]=
jθ k
k = − K / 2 K / 2
∑ A ⋅ cos[(ω + 2π k / T ) ⋅ t + θ k
c
u
k = − K / 2
30
k
]
MODULACIÓN COFDM (5) Gracias a la ortogonalidad, puede extraerse la información transmitida en cada subportadora, sin interferencia entre canales.
1
∫
T u T u
jω ct
[e
⋅ ∑ Ak ⋅ e j 2π kt /T e jθ ]⋅ e− j(ω t +2π nt /T ) ⋅ dt = An ⋅ e jθ u
k
c
u
Para extraer la información de todas las subportadoras, habría que repetir esta operación con cada una. Se realiza de una sola vez en el dominio discreto mediante una transformada rápida de Fourier (FFT). Igualmente, en transmisión se genera la señal mediante una IFFT. 31
n
MODULACIÓN COFDM (6) Si se pierde la ortogonalidad, aparece interferencia entre canales (del resto de subportadoras sobre una dada). Dado el gran número de portadoras, la interferencia entre canales puede ser muy destructiva. Causas posibles: - Ruido de fase. - Errores en el sincronismo de subportadora. - Errores en el sincronismo de símbolo. - Cambios (no controlados) en la modulación, dentro del tiempo de integración. Pueden aparecer por interferencia entre símbolos. - Dispersión Doppler (fuera de ciertos límites). 32
REDES DE FRECUENCIA ÚNICA SFN (Single Frequency Networks ): transmisores sincronizados que emiten exactamente la misma señal. Si un receptor recibe señal de dos transmisores en SFN, la situación es similar a la recepción de dos señales procedentes del mismo transmisor, por multitrayecto. El tiempo de guarda necesario para absorber el multitrayecto natural (ecos pasivos ) puede ser del orden de 20 µs. Para absorber las contribuciones de red SFN (ecos activos ) es preciso aumentarlos hasta el orden de 100-200 µs, ya que depende de la diferencia de distancias a los dos transmisores. Por otra parte T u >> Tg Periodo de símbolo de décimas de milisegundo o más. 33
REDES DE FRECUENCIA ÚNICA (2) Necesidad de sincronismo muy estricto en frecuencia y en tiempo: Uso de GPS. La diferencia de trayectos es máxima en la situación prevista en la figura. El tiempo de guarda se elige de acuerdo con la distancia entre transmisores.
Tx1 Tx2 Rx d(Tx1-Rx) - d(Tx2-Rx) ≤ d(Tx1-Tx2) Se representa el caso peor, en que se da igualdad 34
REDES DE FRECUENCIA ÚNICA (3) • Redes regulares, con transmisores similares. • Coverage extenders , transmisores secundarios o reemisores que extienden la cobertura. • Gap-fillers , que cubren zonas de sombra dentro de la cobertura de un transmisor principal. Conceptos: • Emisión distribuida frente a emisión centralizada. • Interferencia propia de la red. Causada por transmisores situados a gran distancia, con lo que se pierde la protección por tiempo de guarda.
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SISTEMAS DE RADIODIFUSIÓ 7. SISTEMA DAB
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SISTEMA EUROPEO DE RADIODIFUSIÓN DAB Denominaciones: - Eureka 147 - UIT-R sistema digital A. (Digital Sound Broadcasting DSB) - EN 300 401 Estándar de: EBU European Broadcasting Union (UER) ETSI European Telecommunication Standards Institute (Digital Audio Broadcasting DAB)
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SISTEMA EUROPEO DE RADIODIFUSIÓN DAB (2) • Codificación de audio con el sistema MUSICAM (conocido como MPEG-2 ó MP2, aunque ya se definió en MPEG-1), que permite velocidades binarias muy variadas, con diferentes niveles de calidad. (8 a 384 kb/s) • Multiplexación de un gran número de servicios de audio y datos que se transmiten en conjunto en un bloque DAB de 1,5 MHz de ancho de banda. • Codificación convolucional con niveles de protección configurables para cada servicio. • Entrelazado temporal y en frecuencia. • Modulación COFDM con cuatro modos de transmisión. • Diseñado para redes de frecuencia única o multifrecuencia, terrenales, por satélite o híbridas, por cable, en las bandas de VHF y UHF (30-3000 MHz). • Receptores fijos, portátiles o móviles. 38
DIGITALIZACIÓN AUDIO
Señal fuerte Broadcast fs = 48 kHz
→
Codificación 16 bit/muestra
→
R = 768 kb/s
Señal estéreo: Rs = 2 x 768 = 1.536 kbits COMPRESIÓN: 4 MODOS
Monocanal: 32 - 192 kb/s Estéreo: 64 - 384 kb/s (L y R) Dual: 64 - 384 kb/s (2 monoaurales indep.) Estéreo combinado: 64 - 384 kb/s (L y R) 39
ESTRUCTURA DE LA TRAMA DE TRANSMISIÓN
CANAL FAST INFORMATION SINCRONIZACION CHANNEL (FIC)
MAIN SERVICE CHANNEL (MSC)
24, 48 ó 96 ms (según el modo de transmisión)
4 modos de transmisión, todos ellos con la misma velocidad binaria en el MSC.
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SYNCHRONIZATION CHANNEL (SYNC) Dos símbolos: - Símbolo nulo. Marca el comienzo de la trama de transmisión. No se transmite señal, o solo un número reducido de portadoras, como identificación del transmisor - Símbolo de referencia de fase. Permite establecer una referencia de fase de todas las portadoras para la demodulación de los siguientes símbolos. La duración del símbolo nulo es ligeramente superior a la del resto de los símbolos, a fin de ajustar los 24, 48 ó 96 ms de duración de trama. 41
FAST INFORMATION CHANNEL (FIC) No lleva entrelazado temporal, lo que permite acceder más rápidamente a la información. Transporta la configuración del múltiplex del MSC y, opcionalmente, algunos servicios de datos. Se estructura en bloques de información rápida (FIB) de 256 bits. Hay 3, 4, 6 ó 12 FIB en el FIC, en función del modo de transmisión
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ESTRUCTURA DEL MSC (MAIN SERVICE CHANNEL) El MSC transporta 1, 2 ó 4 CIF (Common Interleaved Frames). Cada CIF está constituida por 55296 bits, que constituyen una unidad común, ligada entre sí por el entrelazado temporal y frecuencial. La unidad básica de información la constituyen bloques de 64 bits, que constituyen una unidad de capacidad (CU). Esta equivale a una velocidad binaria de 2,6 kbit/s (64 bits en 24 ms, duración de la CIF). Cada CIF consta de 864 CU’s. Estos deben distribuirse entre los subcanales, que corresponderán a cada componente de servicio. A cada subcanal se le asigna un cierto número entero de CU’s, en función de la velocidad requerida. El número máximo de subcanales es 64, identificados por la CU en que empiezan y su longitud. Esta información viaja en el FIC.
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MODOS DE TRANSMISIÓN EN DAB T (µs) Tu (µs) Tg (µs) Nº de portadoras Separación ∆f(KHz) Ancho de banda (KHz) Bits/símbolo
Modo I 1.246 1.000 246 1536 1 1536 3072
Modo II 312 250 62 384 4 1536 768
Modo III 156 125 31 192 8 1536 384
Modo IV 623 500 123 768 2 1536 1536
La velocidad binaria global es del orden de 2,4 Mbit/s, lo que incluye los canales de servicio y la codificación de canal. Uso preferido: Modo I y IV en redes de VHF. Modo II en redes híbridas en banda L (1,5 GHz). Modo III en redes de satélite y cable. 44
MODO I La trama de transmisión dura 96 ms. Está formada por: - Dos símbolos del canal de sincronismo. - 12 FIB en el canal FIC. Es decir, 3072 bits. Tras la codificación convolucional de tasa 1/3, se obtienen 9216 bits, que se transmiten en tres símbolos OFDM, con 1536 portadoras en QPSK. La velocidad binaria útil es de 32 kbit/s. - 4 CIF, cada una con 55296 bits. En total 221184 bits. Esto equivale a 72 símbolos OFDM. La velocidad binaria es 2,304 Mbit/s El periodo de símbolo es 1,246 ms. Es decir, se transmiten aproximadamente 800 símbolos por segundo. Las 1536 portadoras están separadas entre sí en 1 KHz (1/Tu) por lo que el ancho de banda es 1,536 MHz. 45
ESTRUCTURA DE TRAMA
Tiempo de referencia: T = 1/204.800 (seg) Periodo de trama: Tt = 196.608 T = 96 ms Periodo de símbolo: Tsimb = 2.552 T = 1.246 µs Tiempo útil: Tu = 2.048 T = 1.000 µs Tiempo de guarda: Tg = 504 T = 246 µs Tiempo símbolo nulo: Tn = 2.656 T Tiempo sincronización: Tsin = 2.552 T
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SÍMBOLOS TIEMPOS Y BITS Canal NULL SYN FIC MSC TOTAL TRAMA
Símbolos 1 1 3 72 77
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Duración 2.656 T 2.552 T 7.656 T 183.774 T 196.608 T
Bits 3.072 9.216 221.184 233.472
MODO II La trama de transmisión dura 24 ms. Está formada por: - Dos símbolos del canal de sincronismo. - 3 FIB en el canal FIC. Es decir, 768 bits. Con la codificación de tasa 1/3 se obtienen 2304 bits, que se transmiten en 3 símbolos OFDM, con 384 portadoras en QPSK. La velocidad binaria útil es de 32 kbit/s. - 1 CIF con 55296 bits. Esto equivale a 72 símbolos OFDM. La velocidad binaria es 2,304 Mbit/s El periodo de símbolo es 312 µs. Es decir, se transmiten aproximadamente 3200 símbolos por segundo. Las 384 portadoras están separadas entre sí en 4 KHz (1/Tu) por lo que el ancho de banda es 1,536 MHz.
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MODO III La trama de transmisión dura 24 ms. Está formada por: - Dos símbolos del canal de sincronismo. - 4 FIB en el canal FIC. Es decir, 1024 bits. Con la codificación de tasa 1/3 se transforman en 3072. Estos se transmiten en 8 símbolos OFDM, con 192 portadoras en QPSK. La velocidad binaria útil es de 42,67 kbit/s. - 1 CIF con 55296 bits. Esto equivale a 144 símbolos OFDM. La velocidad binaria es 2,304 Mbit/s El periodo de símbolo es 156 µs. Es decir, se transmiten aproximadamente 6400 símbolos por segundo. Las 192 portadoras están separadas entre sí en 8 KHz (1/Tu) por lo que el ancho de banda es 1,536 MHz.
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MODO IV La trama de transmisión dura 48 ms. Está formada por: - Dos símbolos del canal de sincronismo. - 6 FIB en el canal FIC. Es decir, 1036 bits. Tras la codificación convolucional de tasa 1/3, se obtienen 4608 bits, que se transmiten en tres símbolos OFDM, con 768 portadoras en QPSK. La velocidad binaria útil es de 32 kbit/s. - 2 CIF, cada una con 55296 bits. En total 110592 bits. Esto equivale a 72 símbolos OFDM. La velocidad binaria es 2,304 Mbit/s El periodo de símbolo es 623 µs. Es decir, se transmiten aproximadamente 1600 símbolos por segundo. Las 768 portadoras están separadas entre sí en 2 KHz (1/Tu) por lo que el ancho de banda es 1,536 MHz.
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SERVICIOS DE AUDIO Y DATOS Servicios de audio y de datos en modo flujo o paquete. Procesos por cada subcanal (del MSC) por separado: • Aleatorización para acceso condicional (opcional). • Aleatorización para dispersión de energía. • Codificación convolucional, a partir de código madre 1/4: - Audio. Cinco perfiles de protección desigual. - Datos. Perfiles de protección igual. • Entrelazado temporal. Procesos sobre el conjunto de la trama: • Formación de trama, combinando los canales y subcanales. • Entrelazado en frecuencia. • Generación de modulación. 51
EJEMPLO DE SERVICIO DE AUDIO
Un servicio estéreo con datos asociados puede codificarse a 192 kbit/s en el modo “joint stereo” con calidad subjetiva similar al CD de audio: • Codificación de fuente: 192 kbit/s. • Codificación de canal: Perfil 3, con protección desigual entre 1/3 y 8/14 (según la parte de la trama de audio). Tasa promedio aproximada ½. Velocidad resultante 384 kbit/s. • Nº de bits en CIF: 24 ms x 384 kbit/s = 9216 • Nº de CU’s en la CIF: 9216/64 = 144 CU/servicio. • Nº de servicios posibles: 864/144 = 6 servicios/CIF. • El mencionado servicio ocuparía siempre las mismas posiciones en la CIF (p.ej. De la CU 0 a la 143) hasta que se produjera una reconfiguración de la trama. Puede hacerse en cualquier momento, por cambiar el número de servicios o su velocidad binaria. Se señaliza con algunos segundos de antelación. 52
SISTEMAS DE RADIODIFUSIÓ 8. SISTEMA DVB-T
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ESTÁNDAR DVB-T
Principales sistemas de televisión digital terrenal: – ATSC. Definido en EE. UU. por el “Advanced Television Systems Committee”. Formado por fabricantes y operadores. – DVB-T. Definido en Europa por el ETSI. Norma EN 300 744 (97)
ATSC utiliza MPEG-2 para vídeo, AC-3 para el audio y modulación 8-VSB (Vestigial Side Band ). DVB-T usa MPEG-2 para audio y video, y modulación COFDM.mbos. Tienen suficientes cosas en común como para facilitar el intercambio de programas. 54
ASPECTOS RELEVANTES DE DVB-T
Codificación de vídeo y audio MPEG. Transmisión COFDM con dos modos: 2-k y 8-k Flexibilidad en la modulación de las portadoras y en la definición del tiempo de guarda. Codificación y entrelazado en dos niveles: Exterior e interior, con flexibilidad en la selección del nivel de protección de los datos. Compatibilidad (en cierto grado) con los sistemas de satélite DVB-S (EN 300 421 de 1994) y de cable DVB-C (EN 300 429 de 1994) Previsión para la utilización de redes isofrecuenciales, locales o de gran área. 55
DIAGRAMA FUNCIONAL DE DVB-T VIDEO AUDIO
MUX Programa
DATOS
Entrelazado exterior
1 MUX 2 Transporte n
Codificación interior
Adaptación del múltiplex y dispersión de energía
Entrelazado interior
Convolucional
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Codificación exterior RS(204,188)
Generación de modulación
Formación de trama Inserción de pilotos
Generación de OFDM e intervalos de guarda
ADAPTACIÓN DEL MÚLTIPLEX Y DISPERSIÓN DE ENERGÍA • Adaptación del múltiplex: El múltiplex de transporte MPEG-2 (TS-MPEG) entrega paquetes con 1 byte de sincronismo (47H, 01000111) y 187 de datos. Se forman bloques de ocho paquetes de 188 bytes. En el primero se invierte el byte de sincronismo (B8H, 10111000). • Dispersión de energía. Para evitar periodicidades de la señal digital o secuencias largas de 1’s ó 0’s, los bytes de datos se combinan con una secuencia seudoaleatoria de polinomio generador 1 + x14 + x15. . Esta secuencia se inicializa inmediatamente después de detectar un byte de sincronismo invertido. Los bytes de sincronismo no se aleatorizan. 57
DISPOSITIVO ALEATORIZADOR FIGURA 2 Diagrama esquemático del dispositivo aleatorizador/desaleatorizador
Secuencia de inicialización 1
0
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0 0 0 0 0 0 1 1 ...
O EXCLUSIVA
Y O EXCLUSIVA
Habilitación Entrada de datos (primero el bit más significativo): Secuencia binaria pseudoaleatoria (P RBS):
Salida de datos aleatorizados/ desaleatorizados
Anulación/entrada de datos aleatorizados 1 0 1 | 1 1 0 0 0 x x x | x x x x x ... | 1 0 1 | 1 1 0 0 0 0 0 0 | 0 0 0 1 1 ... |
58
D02
RESULTADO DE LA DISPERSIÓN DE ENERGÍA
Sinc. 187 bytes de datos Paquete MUX de transporte MPEG-2 (188 bytes) Sinc. 1 187 bytes aleat. Sinc. 2 187 bytes aleat.
Sinc. 8 187 bytes aleat. Sinc. 1
Periodo de la PRBS (Pseudo Random Binary Sequence) = 1503 bytes Grupo de 8 paquetes MPEG-2 con datos aleatorizados 59
CODIFICADOR EXTERIOR • Se utiliza un código Reed-Solomon (255,239,8) que opera sobre los bytes. Se anteponen 51 bytes puestos a 0 a los 188 de cada paquete de transporte. A los 239 resultantes se les aplica el código RS, obtieniendo 16 adicionales. A continuación se descartan los 51 iniciales. • El resultado es un código RS (204, 188, 8). Por cada paquete del TS-MPEG se añaden 16 bytes de código: Sinc. 1 ó Sinc. n
187 bytes aleat. 60
16 bytes de código RS
ENTRELAZADO EXTERIOR • Para mitigar el efecto de ráfagas de errores se utliliza entrelazado convolucional con profundidad 12. • El entrelazado no se aplica a los bytes de sincronismo. Por tanto solamente se aplica a los 203 bytes restantes de los paquetes obtenidos en el codificador RS. • Los paquetes resultantes son: Sinc. 1 ó Sinc. n
203 bytes con entrelazado temporal
61
CODIFICACION INTERIOR • Se utiliza un codificador convolucional de tasa 1/2 para obtener dos secuencias X e Y con la misma velocidad binaria que la secuencia original. Es decir, la velocidad binaria se duplica: + mod.2
Datos 1
2
3
4
5
6
X
7 + mod.2
62
Y
PERFORADO DEL CODIGO • Si se desea el máximo nivel de protección se transmiten todos los bits X e Y intercalados. Para niveles inferiores el código se perfora. Para ello se forman grupos de 2, 4, 6, 10 ó 14 bits X e Y pero no se transmiten todos sino solo los siguientes: • Tasa 1/2: Secuencia X1 Y1 (se transmiten todos) • Tasa 2/3: X1 Y1 Y2 (se descarta X2, uno de cada 4) • Tasa 3/4: X1 Y1 Y2 X3 (se descartan 2 de cada 6) • Tasa 5/6: Secuencia X1 Y1 Y2 X3 Y4 X5 • Tasa 7/8: Secuencia X1 Y1 Y2 Y3 Y4 X5 X6 X7 • La velocidad binaria se incrementa en proporción inversa a la tasa seleccionada. 63
ENTRELAZADO INTERIOR • Se realiza en dos fases: A nivel de bit y a nivel de símbolo. • Del codificador convolucional y tras el perforado se obtiene una única cadena binaria. En función de la modulación que vaya a aplicarse (QPSK, 16-QAM ó 64-QAM) la cadena original se subdivide en 2, 4 ó 6 cadenas mediante conversión serie-paralelo. • A cada cadena elemental se le aplica un entrelazado con profundidad 126. El algoritmo de entrelazado es diferente para cada cadena (entrelazado de bit). 64
ENTRELAZADO DE BIT Entrelazado
S/P
Entrelazado
Símbolo QPSK (2 bits) Entrelazado
Entrelazado Entrelazado
Entrelazado
S/P
Entrelazado
S/P
Símbolo 64-QAM (6 bits) Entrelazado
Símbolo 16-QAM (4 bits) Entrelazado
Entrelazado
Entrelazado
Entrelazado 65
ENTRELAZADO DE SIMBOLO • Una vez formados los símbolos QPSK, 16-QAM ó 64-QAM con que van a modularse las subportadoras COFDM, éstos se agrupan: – En el modo 2-k existen 1512 portadoras activas. Se corresponden con 12 grupos de 126 símbolos. – En el modo 8-k existen 6048 portadoras activas. Se corresponden con 48 grupos de 126 símbolos.
• Sobre cada grupo de 1512/6048 símbolos de 2/4/6 bits se aplica una nueva permutación a nivel de símbolo para generar la secuencia que se utilizará para modular las subportadoras. Equivale a un entrelazado en frecuencia. 66
TRANSMISION JERARQUICA • Si se utiliza 16-QAM ó 64-QAM, el múltiplex de transporte puede opcionalmente dividirse en dos cadenas binarias, una de alta prioridad y otra de baja prioridad. La primera puede decodificarse en condiciones peores de relación señal/ruido. • Los bits de mayor prioridad se utilizan en una modulación QPSK. Es decir, definen el cuadrante. Los bits de menor prioridad definen el símbolo concreto dentro del cuadrante. • En este caso la secuencia binaria se divide en las dos cadenas, y sobre ellas se realizan de manera independiente todos los procesos previos al entrelazado interior. 67
MODULACION UNIFORME
QPSK 16-QAM
64-QAM 68
MODULACIÓN NO UNIFORME Se utiliza con transmisión jerárquica. La separación entre símbolos de diferente cuadrante es α veces la separación entre símbolos del mismo cuadrante. Se permite α = 1 (modulación uniforme), 2 y 4. Incrementa el grado de protección de la cadena de alta prioridad. 64-QAM con α = 2 69
FORMACION DE SIMBOLOS OFDM • En el modo 2k se transmiten 1705 portadoras (numeradas de 0 a 1704) espaciadas 4464 Hz. El tiempo útil del símbolo es 224 µs. 1512 portadoras corresponden a los datos. • En el modo 8k se transmiten 6817 portadoras (numeradas de 0 a 6816) espaciadas 1116 Hz. El tiempo útil del símbolo es 896 µs. 6048 portadoras corresponden a los datos. • La capacidad binaria de transmisión es la misma. El ancho de banda es 7,66 MHz. • En canales de 7 MHz el ancho de banda se reduce en 7/8, y lo mismo ocurre con la capacidad binaria, pero el número de portadoras se mantiene. 70
TIEMPO DE GUARDA Y APLICACION
El tiempo de guarda puede escogerse de manera que sea igual a 1/4, 1/8, 1/16 ó 1/32 veces el tiempo útil de símbolo. En el modo 2k el tiempo de guarda varía entre 7 y 56 µs, y la duración del símbolo total está entre 231 y 280 µs. Su principal aplicación son transmisores aislados o con “gap-fillers” ó “coverage extenders”. En el modo 8k el tiempo de guarda varía entre 28 y 224 µs. La duración del símbolo va de 924 a 1120 µs. Se aplicará en grandes redes isofrecuencia o en zonas muy montañosas en que el “delay-spread” sea muy grande. 71
TRAMAS Y SEÑALES AUXILIARES • Se definen tramas de duración 68 símbolos OFDM, y supertramas de cuatro tramas. • Además de los datos se transmiten: – Señales piloto continuas: 45 subportadoras en el modo 2k y 177 en el modo 8k se transmiten moduladas por una señal de referencia que se obtiene de un generador seudoaleatorio. – Señales piloto dispersas: Un cierto número de subportadoras de posición no fija, moduladas por la citada señal de referencia. – Señales TPS: 17 ó 68 portadoras (modos 2k y 8k) transmiten información del sistema.
• En todas ellas la modulación es BPSK. Además los pilotos se transmiten con mayor potencia. 72
FUNCION DE LAS SEÑALES AUXILIARES • Pilotos: – Adquisición de sincronismos de frecuencia y de reloj. – Sincronismo de trama – Seguimiento del ruido de fase
• Señales TPS (Transmission Parameter Signalling) – Información de modulación, incluyendo el parámetro α.
– – – –
Información de transmisión jerárquica. Duración del intervalo de guarda Tasa del código convolucional empleado. Numeración de trama.
73
CAPACIDAD BINARIA DEL SISTEMA • Depende del tipo de modulación (QPSK, 16-QAM ó 64-QAM), tasa del código (1/2, 2/3, 3/4, 5/6 ó 7/8) y tiempo de guarda (1/4, 1/8, 1/16 ó 1/32): – En QPSK, varía entre 5 y 10 Mbit/s, lo que permitiría sólo un programa con calidad SDTV más alguno con LDTV. – En 16-QAM varía entre 10 y 21 Mbit/s, con lo que podrían transmitirse hasta 3 programas SDTV, o bien 2 SDTV más otros con baja definición. – En 64-QAM varía entre 15 y 31 Mbit/s, lo que permite acomodar 4 ó 5 programas SDTV como máximo.
• Estos números se dan para un canal de 8 MHz. Deben multiplicarse por 7/8 para canales de 7 MHz. 74
NECESIDADES DE C/N
El nivel de referencia es la condición QEF (Quasierror free) en la que se produce por término medio un error por hora. Equivale a tasa de 2 ⋅10-4 antes de la decodificación de Viterbi. La relación C/N necesaria depende del tipo de modulación, tasa de código y tipo de canal (AWGN, Rayleigh o Rice) – Con 5-6 Mb/s (un canal SDTV) es suficiente 3-5 dB. – Con 15-20 Mb/s (2-3 canales) es preciso 10-20 dB – Para llegar a 31 Mb/s (4-5 canales) es necesario 2028 dB
En cualquier caso, hay un efecto umbral muy marcado, de forma que se pasa de la condición QEF a perder la señal sin apenas transición. 75
COMPATIBILIDAD CON DVB-S Y DVB-C
Para facilitar la adaptación entre los tres sistemas, todos ellos comparten todos los procesos hasta el codificador interior. El perforado del código y el tipo de modulación son ya propios de cada sistema. El sistema DVB-S utiliza modulación QPSK. La velocidad binaria depende del ancho de banda disponible en el transpondedor. El sistema DVB-C utiliza QPSK y QAM, con una única portadora por canal. Precisa para su funcionamiento el uso de ecualizadores adaptativos en los receptores.
76
REVISIÓN DE LA NORMA DVB-T • La última revisión incorpora: – Un modo adicional 4k para incorporar opciones suplementarias para redes DVB-H (Handheld ) con las que se ofrece televisión para recepción en móvil. – Un modo adicional de entrelazado interior profundo, que puede utilizarse con los modos 2k y 4k. Previsto para DVB-H, con mayores niveles de ruido artificial. En el estándar original, el entrelazado interior de símbolo actúa sobre un único símbolo OFDM. El nuevo entrelazado actúa sobre dos símbolos (modo 4k) o sobre cuatro símbolos (modo 2k). – Cambios en la señalización TPS para incorporar DVB-H 77
PARÁMETROS DEL MODO 4k • Para un canal de 8 MHz: – En el modo 4k se transmiten 3409 portadoras (numeradas de 0 a 3408) espaciadas 2232 Hz. El tiempo útil del símbolo es 448 µs. 3024 portadoras corresponden a los datos. – La duración del tiempo de guarda es entre 14 µs y 112 µs. El periodo de símbolo varía en función de este parámetro entre 462 µs y 560 µs.
78
SISTEMAS DE RADIODIFUSIÓ 8. PLAIFICACIÓ DE SISTEMAS TERREALES DAB-T Y DVB-T
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SISTEMA DAB • La norma que define el sistema es la EN 300 401 del ETSI. • La planificación en Europa se ha hecho en el marco de las conferencias de la CEPT que dieron lugar a los Acuerdos: – Acuerdo de Wiesbaden 1995 – Acuerdo de Maastricht 2002 • El UIT-R recoge algunos elementos del Acuerdo de Wiesbaden en su Recomendación: – Rec. BS 1660 (2003). Technical basis for T-DAB planning in VHF band.
80
INTRODUCCIÓN DE DAB EN ESPAÑA
Plan Técnico Nacional de 1999. Asignaciones en 2000. Bloques 8A al 11D (195-223 MHz). Red FU-E de frecuencia única nacional (11B, Canarias 11D) Redes multifrecuencia MF-I y MF-II nacionales, de frecuencia única a nivel provincial. Redes FU y MF autonómicas. Previsión para locales en banda III y banda L (14521492 MHz).
81
PARÁMETROS DE PLANIFICACIÓN • Campo mínimo utilizable: 35 dBu (banda III) y 43 dBu (banda L). Objetivo de cobertura: 99% L y 99% T. Planificación para recepción exterior con h r = 1,5 m. • Margen por 99% L: 13 dB (2,33 x 5,5 dB) • Para altura de referencia 10 m: 10 dB • Campo de planificación: 35 + 13 + 10 = 58 dBu (banda III) y 64 dBu (banda L), para el 50% L con altura de referencia 10 metros. • Relación de protección cocanal 10 dB. Márgen de 18 dB (2,33 x 2 x 5,5 dB) para el 99%. Total 28 dB. • Nivel máximo de interferencia cocanal el 1% del tiempo igual a 30 dBu (33 dBu si es red de frecuencia única). 82
SISTEMA DVB-T • La norma que define el sistema es la EN 300 744 del ETSI. • El ETSI ha publicado “Implementation Guidelines” en el documento TR 101 190 • La planificación en Europa se ha hecho en el marco de la conferencia de la CEPT que dio lugar al Acuerdo de Chester de 1997. Plan técnico (UIT) de Ginebra 2006. • La UIT recoge: – Conceptos muy básicos de planificación en la Recomendación BT 1125 (94) – Aspectos detallados en la BT 1368-4, de 2004, sobre Planning criteria for DTTV in VHF/UHF bands 83
INTRODUCCIÓN DE DVB-T EN ESPAÑA • Plan Técnico Nacional de 1998. Utilización de modo “8-k” en banda UHF. Compartición con TV analógica hasta “apagón analógico” (abril 2010). Nuevo Plan Técnico en 2005. • Red FU de ámbito nacional: Canales 66-69 (830-862 MHz). Total de 16 canales sin desconexiones territoriales. 1 TVE y 15 privados. • Red nacional con desconexiones autonómicas: 1 canal de RF (múltiplex). RTVE. • Redes autonómicas y locales. Plan Técnico Nacional de Televisión Digital Local en 2004. Revisión en 2005. • Previsión de ampliación tras el apagón analógico. 84
DEFINICIÓN DE COBERTURA • El informe TR 101 190 especifica tres tipos de recepción: – Fija. Utilizando una antena directiva fija situada en el tejado. – Portátil tipo A. Receptor portátil con antena incorporada, situado en el exterior, con una altura de 1,5 m. – Portátil tipo B. Receptor portátil con antena incorporada, situado en el interior, en habitación en planta baja con ventana a la calle, con una altura de 1,5 m.
• Ubicación de recepción: – Área de 0,5 x 0,5 m. Se entiende que la antena puede moverse en ese espacio para buscar una posición óptima. – Se considera cubierta si los valores de C/N y C/I superan los umbrales mínimos el 99% del tiempo. 85
DEFINICIÓN DE COBERTURA (2) • Área pequeña: – De dimensiones similares al pixel de los modelos digitales del terreno. Se fija como referencia 100 x 100 metros. – La cobertura de esta área se califica como “buena” si más del 95% de las ubicaciones están cubiertas. Es “aceptable” si están cubiertas más del 70% de las ubicaciones. – Estos criterios se traducen en niveles de intensidad de campo que deben garantizarse.
• Zona de cobertura de un transmisor o red: – Es la combinación de todas las áreas pequeñas en que se obtiene un determinado nivel de cobertura. – Debe especificarse el tipo de recepción y el nivel de cobertura. 86
DEFINICIÓN DE COBERTURA (3) • Repr Repres esent entac ación ión gráf gráfic icaa de de los los tipo tiposs de de rec recep epció ción: n:
87
DEFINICIÓN DE COBERTURA (4) • Repr Repres esent entac ación ión gráf gráfic icaa de de los los conc concept eptos os de ubicac ubicación ión,, área pequeña y zona de cobertura:
Ubicación “Area pequeña”
88
RELACIÓN SEÑAL A RUIDO NECESARIA • Se espe especif cific ican an tres tres tipo tiposs de de can canale ales. s. La rela relació ciónn C/N C/N depende del canal, de la modulación y de la codificación de canal. Para 64-QAM y tasa 2/3 se tiene: – Canal Canal Rice (recepc (recepción ión fija). fija). – Cana Canall Rayl Raylei eigh gh (por (portá tátitil) l).. – En cana canall Gaus Gaussi sian anoo (ide (ideal al))
C/N = 17,1 17,1 dB C/N C/ N = 19,3 19,3 dB C/N C/ N = 16,5 16,5 dB. dB.
• En rece recepci pción ón fija fija se consi consider deraa can canal al Rice, Rice, con con alg algoo de de multitrayecto pero señal directa dominante. • En rece recepci pción ón port portát átilil se consi consider deraa can canal al Raylei Rayleigh gh,, con con multitrayecto más intenso y sin señal directa. 89
MÁRGENES • Para tener un porcentaje del 70% o del 95% es necesario que el campo mediano sea superior al mínimo. La diferencia es el margen: gauss
Cobertura 70% de localizaciones “Aceptable” Se usa en zonas rurales
Cobertura 95% de localizaciones “Buena” Se usa en zonas urbanas 90
EJEMPLOS DE RESULTADOS
Para garantizar una cobertura del 95% L (“buena”), los valores medianos de intensidad de campo resultan: R e c e p c ió n F ija P o r t á t il A P o r t á t il B
B a n d a IV 3 5 -5 9 d B u 5 4 -7 8 d B u 6 6 -9 0 d B u
B anda V 3 9 -6 3 d B u 5 8 -8 2 d B u 7 0 -9 4 d B u
Los intervalos mostrados dependen de la modulación y codificación. Los valores indicados se evalúan en el tejado (antena situada sobre los edificios u obstáculos). 91
CONSIDERACIONES
Cuestiones a tener en cuenta: – Se recomienda en cada caso realizar los cálculos completos según el informe ETSI TR 101 190. – Los niveles de campo de planificación se evalúan en el nivel de los tejados y son valores medianos (50%). – Las pérdidas por altura (consideradas en la recepción portátil) son adecuadas para viviendas unifamiliares. En bloques de mayor altura habría que aplicar otro procedimiento (p.ej. La Rec. UIT-R P.1546). – En cualquier caso la cobertura de interiores es problemática, por el nivel requerido. Solución: “gap-fillers” de interiores. – Para un mismo transmisor, las distancias de cobertura son muy diferentes en función de la modalidad elegida. 92
INTERFERENCIAS
Las relaciones de protección cocanal dependen del tipo de canal pero son del orden de 5-8 dB para QPSK, 13-20 dB para 16-QAM y 18-22 dB para 64QAM. Esta última es la que se emplea en España. Para canal adyacente es de -40 dB, lo que permite la utilización de canales contiguos. Por ejemplo, los canales 66 al 69 se emplean en toda España, en red de frecuencia única. En los sistemas analógicos generalmente había que utilizar canales alternos.
93
SISTEMAS DE RADIODIFUSIÓ 9. PLAIFICACIÓ DE REDES DE FRECUECIA ÚICA (IDEAS GEERALES)
94
CONCEPTOS BÁSICOS En las redes de frecuencia única aparecen dos tipos de interferencia: - Interferencia externa, originada en otras redes. - Interferencia interna, originada en transmisores de la propia red. La externa se evalúa con métodos similares a las redes analógicas. Suele utilizarse la suma cuadrática para interferencia múltiple. En la interferencia interna, el proceso es más complejo, siendo necesario en primer lugar determinar si una señal es o no interferente (según su retardo), y en segundo lugar calcular la medida en que interfiere. 95
SITUACIÓN EJEMPLO 1 Si se reciben varias señales procedentes de diferentes transmisores de la red SFN, se tiene una situación como la representada en la figura.
Tg
Tu
Tg
Tg
Tu Tg
Tu
Tg Tu
Tu Tg
Tu
Se ha representado en rojo la interferencia sobre la ventana de recepción del segundo símbolo, suponiendo que la recepción se sincroniza con la primera señal. Para que existe interferencia el retardo debe superar el tiempo de guarda. 96
SITUACIÓN EJEMPLO 2 Si la sincronización de la ventana de recepción no se realiza con la primera señal sino con otra, se produce interferencia por la más adelantada. Se denominan “pre-ecos”.
Tg
Tu
Tg
Tg
Tu Tg
Tu
Tg Tu
Tg
Tu Tg
Tu
La protección por tiempo de guarda se aplica a señales que llegan retardadas con relación a la “principal”, no a las adelantadas. 97
CONSIDERACIONES SOBRE PLANIFICACI ÓN SFN • Todas las señales que se reciban respetando la protección por tiempo de guarda contribuyen positivamente a la recepción. Se suman en potencia, obteniendo una ganancia estadística adicional por red de frecuencia única ó ganancia SFN. • Para las señales adelantadas (pre-ecos) o retrasadas en más del tiempo de guarda, puede repartirse parte de la potencia como deseada y parte interferente. Sobre la parte interferente se aplica la relación de protección. • La estrategia de sincronización del receptor es relevante, pero no está estandarizada, sino que depende de los fabricantes. 98
CONSIDERACIONES (2) • Los transmisores situados en puntos especialmente elevados son susceptibles de causar interferencia interna, por el gran alcance que pueden tener. • Puede ajustarse el retardo de los transmisores, pero con precaución. En una red amplia, las mejoras que pueden conseguirse en algunas zonas pueden suponer desventajas en otras. • El mejor funcionamiento se obtiene para redes homogéneas y densas. En redes poco densas o incompletas, con transmisores de diferentes categorías, es previsible la aparición de problemas.
99
SISTEMAS DE RADIODIFUSIÓ 10. SISTEMA DVB-S
100
SISTEMAS DE TV DIGITAL POR SATÉLITE • El primer sistema especificado es el sistema europeo definido en la norma ETS 300 421 (1994), conocido como DVB-S, orientado a la banda Ku: • Basado en el sistema MPEG-2 de codificación de vídeo y audio. Utiliza su múltiplex de transporte (TS). Permite diferentes grados de calidad desde LDTV hasta HDTV. • La modulación es QPSK, con doble codificación (bloques y convolucional). El número de canales por portadora depende del ancho de banda del transpondedor, la velocidad binaria de los canales y la tasa de codificación convolucional. 101
OTROS SISTEMAS Además del sistema europeo, hay dos sistemas importantes: • Sistema americano. Desarrollado por el ATSC. Utiliza la codificación de vídeo MPEG-2, pero un sistema diferente de codificación de audio: AC-3. En todo lo demás es incompatible con el sistema DVB-S. • Sistema japonés. Desarrollo independiente, adaptado a las características del mercado japonés. Se ha publicado la especificación DVB-S2, con cambios sustanciales, orientado a frecuencias más altas (b. Ka). 102
DIAGRAMA FUNCIONAL FIGURA 1 Diagrama de bloques funcional del Sistema
Codificador de vídeo
Codificador de audio
a m X a r U g o M r p e d
1 RS (204,188)
Codificador de datos Componentes de servicio
Código convolucional
2
e t r o X p s U n a r M t e d
Adaptación del múltiplex y dispersión de energía
Codificador exterior
Entrelazador convolucional
3
Conformación en banda base
Modulador MDP-4
Canal de satélite de RF
n
Servicios MPEG-2 Codificación en la fuente y multiplexación
Codificador interior
Adaptador del canal de satélite
103
D01
PERFORADO DEL CÓDIGO Todos los bloques anteriores son idénticos a DVB-T. El perforado del código es similar. Si se desea el máximo nivel de protección, se utiliza el código madre de tasa 1/2, asignando las componentes I y Q de la modulación a las señales X e Y obtenidas del codificador (I = X Q = Y). Para obtener las tasas 2/3, 3/4, 5/6 ó 7/8, se perfora el código 1/2, transmitiendo solo parte de los bits X e Y. La tasa 2/3 se obtiene agrupando 8 bits y transmitiendo solamente 6: I = X1Y2Y3 Se transmiten todos los bits Y pero Q=Y1X3Y4 solamente los X impares 104
PERFORADO DEL CÓDIGO (2)
La tasa 3/4 se obtiene tomando 6 bits (3 X y 3 Y) y transmitiendo solo 4: I = X1Y2 Q = Y1X3 La tasa 5/6 se obtiene tomando 10 bits (5 X y 5 Y) y transmitiendo solo 6: I = X1Y2Y4 Q = Y1X3X5 La tasa 7/8 se obtiene tomando 14 bits (7 X y 7 Y) y transmitiendo solo 8: I = X1Y2Y4Y6 Q = Y1Y3X5X7 105
CONFORMACIÓN Y MODULACIÓN Una vez obtenidas las señales I y Q por el proceso descrito anteriormente, se les aplica un filtrado en raíz cuadrada de coseno alzado, con factor α = 0,35. Tren de bit serie
FIGURA 5 Constelación MD P-4
Codificador convolucional
X
I Perforado
Y
Q
Conformación en banda base
Modulador MDP-4
Q
Las señales así filtradas modulan directamente a la portadora. No existe por tanto codificación diferencial.
I = 1 Q=0
I = 0 Q=0
I
I = 1 Q=1
I = 0 Q=1 D05
106
OBJETIVOS DE CALIDAD El objetivo es garantizar una transmisión QEF (Quasi Error Free) durante un elevado porcentaje de tiempo. Los requisitos de energía por bit sobre densidad espectral de ruido dependen de la tasa del codificador convolucional: Tasa 1/2 Tasa 2/3 Tasa 3/4 Tasa 5/6 Tasa 7/8
Eb /N0 = 4,5 dB Eb /N0 = 5,0 dB Eb /N0 = 5,5 dB Eb /N0 = 6,0 dB Eb /N0 = 6,4 dB
NOTA: La energía por bit se refiere a la tasa binaria útil, sin codificación.
107
RELACIÓN DE Eb/N0 CON C/N La potencia de ruido es el producto de la densidad espectral de potencia por el ancho de banda en unidades naturales: N = N0 BW. La potencia C es igual a la energía por bit dividida por el periodo de bit, o la energia por bit multiplicada por la tasa binaria Ru. Recuérdese que en la definición de Eb se hace referencia a la tasa binaria neta (útil), medida en la salida del Múltiplex de transporte. Si llamamos rcc a la tasa del código (1/2, 2/3, etc...) la tasa binaria bruta resulta: Rb = Ru ⋅
204 1
⋅
188 r cc
Y la tasa de símbolo es la mitad Rs = Rb /2, por ser modulación QPSK. La relación entre BW y Rs depende de la degradación que se tolere en el transpondedor. 108
VALORES NECESARIOS DE C/N Combinando las expresiones anteriores se obtiene: C
=
E b ⋅ Ru
=
E b
0 ⋅ BW 0 C
(dB) =
E b 0
⋅ 2⋅
R s
⋅
188
BW 204
(dB) + 10⋅ log(2 ⋅
⋅ r cc
R s
⋅
188
BW 204
⋅ r cc )
Un posible valor de ancho de banda es 1,28 veces la velocidad de símbolo. Con ello se tiene: Tasa 1/2 Tasa 2/3 Tasa 3/4 Tasa 5/6 Tasa 7/8
C/N = 3,1 dB C/N = 4,8 dB C/N = 5,8 dB C/N = 6,8 dB C/N = 7,4 dB 109
A estos valores teóricos debería sumarse al menos 1 dB por degradación en los filtros y en el módem.
