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INFORME INTERNO DVB/DAB.
1. BIBLIOGRAFIA
2. PROBLEMAS ACTUALES Congestión del espectro: Hoy en día no hay sitio para todos en el espectro radioeléctrico existente para broadcast de TV ( antes bandas VHF/UHF à ahora solo UHF dado que hacía falta más espacio para telefonía móvil analógica y digital ). La señal es muy vulnerable a ciertos efectos y acusa de manera muy notoria ( por ser de modulación VSB,que es "parecida" a AM)el efecto doppler de movimiento(de cualquiera de las dos estaciones). El consumo eléctrico de red 220Vac de una estación transmisora es considerable, i en cierto grado se puede reducir cambiando la modulación utilizada. Falta de versatilidad y capacidad en bits por segundo para añadir servicios como la transmisión de dados, que precisan de un canal con poco ruido e interferencias, o de una codificación de protección muy robusta para proteger la información, lo que obliga otra vez a subir la velocidad para mantener el flujo real de información útil sobre mínimos, con lo que la demanda de espectro crece. A grosso modo, cuanto más rápidamente se quiere "hablar" más espectro se consume. 3. CONCEPTOS GENERALES Cada canal actual de TV analógica pasará a llamarse multiplex. En cada multiplex cabrán varios de los actuales canales TV analógicos.
4. DESGLOSE TÉCNICO Generalidades DVB-S: ETS 300 421 . Diciembre 94
Todas aplican el procesado en banda base según MPEG2 (ISO 13818). Las de interés para Televisión digital terrena son las marcadas en negrita. Itelco se ocupa de los bloques Modulador COFDM ( que es el llamado Excitador o Transmisor digital, con salida de RF a 1Wrms ) i de les etapas de potencia de ataque de las antenas ( etapas previas i amplificadores de potencia. Diagrama de bloques de nuestro excitador:
Características de la señal de entrada: Caraterización del multicamino Dado que las pérdidas por reflexiones que entran en contrafase son apreciables en un alto porcentaje de los escenarios a tener en cuenta, y que tal efecto se agrava con varianza temporal si la recepción se efectúa sobre una plataforma móvil, es de importancia vital caracterizar correctamente el canal. El ancho de banda del canal es aproximadamente 1/Tb. Frecuencia Doppler fd=v/l , v: velocidad del móvil. El eco del canal acostumbra a ser una delta distorsionado de 0.6m s y un máximo de 30 dB en el origen ( con un apr de máximos menores ). El estudio del canal se realiza mediante gráficos 3D donde X = posición espacial ( múltiplos de l /8 ) -144 -, Y = Retardo (m s) y Z es la potencia relativa en dB ( de 0 a –30dB ). Aparte de degradar la forma y fase de los símbolos enviados por el canal, se producen cancelaciones severas y de banda estrecha a ciertas frecuencias – y dependiendo de la situación física del receptor -, que se pueden apreciar haciendo la transformada de Fourier 2D del anterior gráfico. Trabajando en SFN ( Single Frequency Network ) y conociendo la ubicación física de los transmisores, se pueden calcular los retardos máximos de los multicaminos para todas las situaciones posibles de un receptor ( tarea de Retevisión y CTGC ). El sistema dispone de unas guardas entre símbolos de canal. Este espacio de guarda puede ser como máximo el mismo Tb intervalo de símbolo ( símbolo OFDM, más complicado que el símbolo convencional QPSK o QAM ) o llegar a una 32ª parte del mismo en situaciones geográficas donde los problemas por multicamino sean mínimos, pudiendo así aumentar la capacidad de transmisión de información del sistema por menor tiempo requerido para la cancelación de ecos. Del estudio del canal se sacará la duración del intervalo de guarda a interponer entre símbolos COFDM consecutivos. A la vez, tal intervalo establecerá la distancia máxima a la que se pueden situar estaciones transmisoras vecinas para que todos los ecos no deseados caigan dentro de tal intervalo y sean cancelados automáticamente por el sistema. A todo esto hay que añadirle las amenazas más que conocidas de interferencias de otras señales, atenuaciones varias, ruido gaussiano, ruido impulsivo, curvatura tierra, factor atmosférico, y causas aleatorias. Resumiendo, los parámetros que los operadores se concentran en determinar para cada zona geográfica a cubrir por un sistema radiante son los siguientes:
Codificación de fuente La idea general de protección ( = codificación ) consiste en añadir bits que protejan a la información que hay que pasar de un lado a otro. Pero para hacerlo más eficiente, conviene no proteger dos veces lo mismo, por lo que hay que eliminar tanta redundancia como se pueda. El segundo procedimiento se llama codificación de fuente, y el primero, la protección propiamente dicha se llama técnicamente codificación de canal. Para proteger contra todos los fenómenos mencionados en el apartado anterior, se hace lo siguiente: Audio: Sistema MUSICAM ( que es lo mismo que la capa II de MPEG ). Decisión tomada por Eureka 147 DAB, Astra Digital Radio y DirectTV. Codificación PCM con frecuencias de muestreo fijadas a 32, 44.1 y 48kHz, iguales que en MiniDisc y DVD. Velocidades de bits entre 32 y 192kbps para señal mono y entre 64 y 384kbps por canal estéreo. 32 Bandas escaladas logarítmicamente. Recordar que Audio se trabaja a 75W . La digitalización del audio sigue la norma MUSICAM-MPEG Audio layer II ( = ISO 11172 ). Para tener un orden de magnitud de compresión, se puede pasar de 1.4Mbps de la salida de un reproductor CD a 190kbps. Dada la alta capacidad, se asignan varios canales TDM dentro de la trama DAB, a saber:
La cadena empieza en el codificador DABà CA ( Conditional Access, - la encriptación o cifrado – cypher , opcional ) à Dispersión de energia à codificación convolucional à Time Interleaving à al multiplexor ( Main Service Multiplexer ). Luego se juntan el FIC y los sincronismos, que no son "encriptados" para ser procesables de manera rápida ( y barata ). La salida del multiplexor sigue la norma G703. Se puede incluso codificar vídeo a 256kbps. Vídeo: Se pasa de YUV ( formato PAL actual ) a RGB formato digital. fmuestreo Y a 13.5MHz (13.5 millones de muestras por segundo de luminancia ). fmuestreo B-Y ( U ponderada ) 6.75MHz y fmuestreo G-Y ( V ponderada ). Esto son 270Mbits/segundo ( a 10bits/muestra ). En PCM haría falta BW=135MHz. Recordar que en Vídeo, a escepción de las instalaciones colectivas y del receptor convencional final, se trabaja a 50W . El proceso base de digitalización del vídeo sigue la norma ITU-R 601. Se eliminan redundancias innecesarias de las señales de Audio y Vídeo. La segunda generación MPEG ha demostrado dar buenos resultados en la compresión de imagen ( MPEG2 = ISO 13818 . Otros sistemas parecidos a diferenciar, JPEG: compresión de imágenes estáticas, radiografías. H261, H263 vídeo conferencia de baja calidad. MPEG1 CDROMs 1.5Mbps equivalente en calidad a una grabación de vídeo VHS. ANSI T1.802 Contribución y distribución de señales. DVC/DVC-Pro Sistema de consumo, centrado en la optimización del formato ( aplicaciones ENG). MPEG4 codificación por objetos a muy baja velocidad, para aplicaciones interactivas ). Se pasa de 4:2:2 a 4:2:0 + tamaño pixelado el preciso Compresión Intraframe o Espacial: 8x8 à DCT à run-length o zig-zag à quantificación. Diferentes plantillas Compresión Entrópica o Estadística: los valores más probables tienen longitudes de bits más cortas, como en el morse: Variable Length Coding (VLC). Después de la codificación entrópica hace falta un buffer para aguantar los picos de información causados por el anterior paso. El puntero del buffer viene controlado por el bloque de cuantificación. Esta compresión da una imagen comprimida tipo I ( I de intraframe ). Compresión Interframe: Cada 9 imágenes ( de cada una salen luego los dos campos equivalentes desdoblando líneas en analógico ) se repite una imagen de tipo I. Las tres siguientes tramas por delante y detrás de cualquier tipo I, son de tipo B ( Bidirectional: necesitan información anterior y posterior para ser visualizadas correctamente. No son de acceso directo ). La cuarta desde cualquier tipo I por delante y por detrás es de tipo P ( Predicted: se han codificado diferencialmente con la anterior trama I, por lo que no depende de las tipo B ). Además existe el vector de movimiento para compensación de movimientos leves.
Posibilidades de salida ( entrada al excitador Itelco ) MPEG2 tiene un flujo variable de 1 a 15Mbps. Codificación de canal La codificación convolución es el paso del flujo de información por un pseudo-aleatorizador que "esparce" los bits de manera que parezcan ruido. El propósito es parecido al del Interleaving aunque después de la codificación convolucional la información es mucho más difícil de "pinchar". El tamaño de la memoria del receptor dedicada a recuperar la codificación convolucional es un parámetro de calidad del mismo. Ejemplo de la letra añadida detrás del DNI. Se divide número por cifra prima. El resto se pasa por una tabla que da una letra, la cual se añade al final del DNI. Básicamente un código Reed-Solomon procede de manera similar. Se llama codificación sistemática de bloques porque por cada bloque se añade una etiqueta. La relación k/n define el grado de protección. En definitiva, la codificación de canal:
DVB/DAB utilizan RS ( Reed-Solomon ) K=239,N=255, T=8 .Dado que N=2M-1. RS es capaz de corregir en cada bloque hasta int[N-K)/2] ( donde int[] es la parte entera ). T=8 es el máximo número de errores en la misma trama que pueden ser corregidos por esta codificación. Conceptos básicos de la modulación COFDM Coded Orthogonal frequency Division Multiplexed. Básicamente consiste en repartir el flujo de bits en una gran cantidad de portadoras, de manera redundante, y con una modulación DQPSK ( DAB, por eso no hace falta estimación de canal ) o QAM ( DVB, hará falta ecualización ) implementada en cada una de ellas. El símbolo COFDM se define como el estado de las portadoras para un intervalo de símbolo determinado. Esto significa que la misma portadora forma parte de diferentes símbolos según el instante de tiempo en que se observe. La duración del símbolo OFDM DAB está entre 156 y 1246m s. Estos valores salen de la estimación del tiempo de coherencia del canal: el intervalo de tiempo durante el cual la función de transferencia del canal puede ser considerada constante respecto el tiempo. Acostumbra a ser mayor que la dirección de símbolo OFDM ( de lo contrario mal vamos ). El receptor mide ciertas portadoras de referencia del conjunto total de portadoras OFDM, las cuales están tan solo para poder medir la varianza temporal del canal. La duración del símbolo OFDM DVB va de 131 a 1120m s. Análogamente, si la separación entre portadoras es lo suficientemente reducida, la coherencia espectral ( lo "arrugado" que pueda estar la función de transferencia del canal ) podrá ser medida adecuadamente. Se ha establecido una separación entre portadoras de 13 a 53kHz. La modulación COFDM necesita gran precisión de los osciladores base. De fallar estos, el escalado sobre la frecuencia base lleva a no "enganchar" gran número de portadoras en recepción. Cuanto mas rápido se trabaje, mas se acusa la necesidad de disponer de una sincronización adecuada y mas precisa para evitar ráfagas de errores o pérdida de relojes. El concepto SFN ( Single Frequency Network ) consiste en que en el instante d t, todos los receptores tienen el mismo estado de reloj dado que todos están sincronizados por GPS. Esto no significa que en una zona en concreto, mediante reflectores y una agrupación de antenas dedicadas a su cobertura, se utilice un sincronismo diferente, no obstante, también estarán enlazados a GPS por los tics de reloj estarán más adelante o atrás del momento del resto de la red pero será un múltiplo concreto. DVB-T tiene dos modos de transmisión según el número de portadoras: 8k y 2k 8k: 6817 de las cuales 769 son para uso propio del sistema. 6048 portadoras 2k: 1705 de las cuales 193 son de uso propio del sistema. 1512 portadoras libres Espaciamiento entre portadoras: 8k: 1116Hz, 2k: 4465Hz. Precisión esperada absoluta de las portadoras: 8k:10Hz, 2k: 40Hz. Parámetros consecuencia del intervalo de guarda: Nº de símbolos COFDM por trama: 8k y 2k: 68. Ninguno usado exclusivamente por el sistema. Duración útil del símbolo COFDM: 8k: 896m s guarda de 28·(1..4)m s. 2k: 224m s guarda de 7·(1..4) DAB-T tiene cuatro modos de transmisión según el número de portadoras usadas: I:1536 portadoras, IV:768, II:384, III:192. En DAB no hay portadoras de uso exclusivo del sistema. Espaciamiento entre portadoras: I: 1kHz, IV: 2kHz, II: 4kHz, III: 8kHz. Precisión esperada absoluta de las portadoras: I:10Hz, IV: 20Hz, II: 40Hz, III: 80Hz, f0=2048MHz. T = 1/ f0. Nº de símbolos COFDM por trama: I:78 ,IV:78 ,II:78 ,III:155 . En los cuatro modos hay dos símbolos COFDM usados exclusivamente por el sistema. Otras consideraciones DAB-T De momento hay dos bandas habilitadas de radiofrecuencia para DAB-T:
DVB-T Se desea aprovechar las antenas UHF ya instaladas. Cada canal UHF analógico actual pasará a tener de 4 a 6 canales digitales. El actual canal analógico de TV pasará a llamarse multiplex dado que será el conjunto de varios canales TV multiplexados. Las bandas habilitadas para DVB-T son tres: III. IV y V, aunque todavia no se han hecho públicos datos más concretos. |
APUNTES GENERALES DAB.
1. ASPECTOS DE COVERTURA EN EL DISEÑO DE REDES DAB EN BANDA L EN MODOS II Y IV Concepto GIZ ( Guard Interval Zone ): Allí donde las señales de diferentes transmisores no entran en conflicto por retardos excesivos desde algunos de los transmisores.
Interferéncia Intra-SFN (ISFNI): Bajo la hipótesis C/(I+N) à C/I , Aumentar C no siempre mejoraran la recepción ya que pueden molestar fuera de su GIZ. Por definición C/I es CIR ( Carrier to Interference Relation ), no confundir con CIRR ( -en francés – Comité Internacional para Recomendaciones de Radio ) Esparcimiento Doppler: El movimiento del receptor significa que desde el mismo se percibe un desviación en frecuencia llamada Doppler que depende del velocidad instantánea . En COFDM este fenómeno se generaliza a un esparcimiento Doppler en toda la banda ocupada causado por el elevado número de portadoras. El factor clave es el espaciamiento entre portadoras asignado por diseño. El modo IV DAB es mas sensible a este efecto que el modo II por el separación entre portadoras. Tal sensibilidad a la velocidad del receptor se agrava por TSYMBOL(mode IV) > TSYMBOL(mode II) Optimitzación de una red SFN: Si se usan demasiado pocos transmisores ( alejados entre ellos ), las zonas potencialmente afectadas por ISFNI son potencialmente mayores. El CIR cobra importancia donde hay dificultades para hacer llegar la señal ). Maneras de mejorar el CIR:
Separación experimental entre estaciones transmisoras DAB modo II:
Esparcimiento Doppler en DAB modo II: La situación mas destructiva se da cuando el móvil se aleja de un centro transmisor y se acerca directamente a otro. En tal caso hay que considerar atenuaciones suplementarias de hasta 4dB para VER = 10-4 En otras palabras, SNR ha de aumentar en 4dB para mantener la calidad del canal. Aunque teóricamente deberíamos considerar desde diseño velocidades de hasta 200Km/h se han detectado los siguientes límites con L< 4dB:
Simulaciones por ordenador en Canadá han dado que :
Por lo tanto, se considera la velocidad máxima para disponer de calidad en recepción de 150Km/h en modo II DAB ( UK ). El nuevo modo IV:
Simulaciones por ordenador. Toronto, Montreal, Vancouver: Ver coberturas usando modos II y modos IV del artículo. Se detectó que el modo óptimo tenia una mezcla de parámetros de los modos I y II. 2. LA NUEVA MODULACIÓN COFDM ( Coded Orthogonal Frequency Multiplexing Division )
Asignación de bloques del ITU para DAB: 12 bloques VHF(II) [ 88
– 108 ] MHz Formato de entrada al excitador: MUSICAM es formato de audio digital DAB de entrada de entrada al excitador COFDM. Acepta de 4 a 6 canales de calidad CD los cuales pueden ser transmitidos por el mismo bloque DAB. Lo que ahora se llama bloque es el equivalente analógico de canal. Variación dinámica de capacidad de información: Dado el aumento espectacular de la capacidad de información debidamente multiplexada, además se pueden cambiar en tiempo real el BER i el número de programas por bloque de manera dinámica. FIC: Aparte de los canales de reducida capacidad que se puedan multiplexar con toda la información, existe un canal adicional no cambiable llamado Fast Information Channel al que todos los receptores pueden acceder. El FIC sirve generalmente para información de tráfico, paging, periódicos electrónicos. Para mas detalles sobre la modulación COFDM ver los apuntes de DVB. |
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( DTX º Distancia entre transmisores )
metropolitanas&semi-urbanas
y rurales respectivamente.