TRANSMISIÓN DE SEÑALES DE TV DIGITAL EN EL ESTÁNDAR TERRENO DVB-T

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1 ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACIÓN TRANSMISIÓN DE SEÑALES DE TV DIGITAL EN EL ESTÁNDAR TERRENO DVB-T Alejandro Delgado Gutiérrez Departamento de Electromagnetismo y Teoría de Circuitos UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID

2 TV DIGITAL DVB-T DVB-T Rev.00 Oct-02 ÍNDICE 1.- INTRODUCCIÓN CODIFICACIÓN DE CANAL Adaptación y Dispersión de Energía Codificación Externa (Reed-Solomon) y Entrelazado Externo (Forney) Codificación Interna (Convolucional) Entrelazado Interno Entrelazado de bits Entrelazado de símbolos Mapeado de los Símbolos MODULACIÓN OFDM Capacidad del Canal de Transmisión Portadoras Piloto y Estructuración en Tramas de la Señal OFDM Señales de Referencia Localización de las Portadoras Piloto Continuas Localización de las Portadoras Piloto Dispersas Portadoras TPS Transmission Parameter Signalling Formato de transmisión de las portadoras TPS Modulación de las portadoras TPS CARACTERÍSTICAS ESPECTRALES Señal transmitida Máscara espectral Ruido de Fase de Osciladores Locales BIBLIOGRAFÍA E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS

3 DVB-T Rev.00 Oct-02 TV DIGITAL DVB-T 1.- INTRODUCCIÓN El sistema de TV digital denominado DVB-T (Terrestrial Digital Video Broadcasting), y recogido en el estándar ETSI (European Telecommunications Standards Institute) EN , especifica los procesos de codificación de canal y de modulación para un adecuado funcionamiento cuando se usan los canales de transmisión terrestre. Como en el resto de los estándares DVB, la señal de entrada normalizada es la denominada MPEG-2 Transport Stream (TS) o Flujo de transporte MPEG-2". Dicho Flujo de Transporte (TS), obtenido mediante el proceso denominado Codificación de Fuente es una adaptación del estándar MPEG-2 según ISO/IEC , que se estructura multiplexando varios programas y añadiendo la Información del Servicio (SI) correspondiente, según ETS En este documento se describe la secuencia de operaciones denominada Codificación de Canal, mediante la cual se añade suficiente redundancia y protección a la señal para hacerla más robusta con vistas a poder corregir los errores - Forward Error Correction (FEC) - después de pasar por el canal de transmisión. También se describe el Esquema de Modulación usado en la transmisión, que es del tipo modulación multiportadora OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex). El resultado, combinando el potente método de codificación para corrección de errores y la modulación multiportadora, es una transmisión de tipo COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex). El sistema DVB-T es muy flexible, disponiéndose de una serie de opciones: - 2 modos de transmisión: 2k (1.705 portadoras); 8k (6.817 portadoras) - 3 esquemas de modulación: QPSK; 16-QAM; 64-QAM - 5 relaciones de codificación para protección interna de errores: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/ longitudes para el intervalo de guarda: 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 - Modulación jerárquica o no jerárquica con diferentes valores del parámetro α Un aspecto a destacar de la técnica OFDM es que permite la operación, tanto en áreas pequeñas como en grandes, de Redes de Frecuencia Única ( Single Frequency Networks- SFN ). Esto significa que mediante este sistema es posible la recepción cuando se radian idénticos programas desde diferentes transmisores que operan en la misma frecuencia. En estas condiciones se obtiene la máxima eficiencia del espectro, lo cual adquiere especial relevancia cuando se usa en las bandas de UHF asignadas para TV. En la figura 1 se muestra de manera esquemática el diagrama de bloques funcional del sistema DVB-T. E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS 1

4 TV DIGITAL DVB-T DVB-T Rev.00 Oct-02 Figura 1.- Diagrama de Bloques del Sistema DVB-T. Marcados con puntos los bloques funcionales para transmisiones jerárquicas. El sistema DVB-T permite transmisiones jerárquicas. En este caso hay 2 flujos de transporte, uno de ellos denominado de alta prioridad ( HP ) que tiene baja velocidad y por tanto menor calidad de imagen, modula las portadoras con un esquema de modulación muy robusto frente al ruido (QPSK) mientras que el segundo flujo de transporte, denominado de baja prioridad ( LP ) complementa al anterior en cuanto a velocidad y calidad de imagen y combina su información con el anterior de forma que las portadoras son moduladas finalmente con un esquema más exigente en cuanto a relación señal/ruido. En el caso de que este último utilice 4 bits por cada 2 bits del de alta prioridad, se alcanzaría una constelación total para la señal emitida de 64-QAM. En la zona del área de cobertura donde se reciba la señal con buena relación S/N, la imagen recuperada, de alta calidad, corresponderá a la combinación de los dos flujos (alta y baja prioridad) mientras que en caso contrario la calidad de imagen recibida será peor, correspondiendo sólo al flujo de alta prioridad. 2 E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS

5 DVB-T Rev.00 Oct-02 TV DIGITAL DVB-T 2.- CODIFICACIÓN DE CANAL Los Paquetes de Transporte del múltiplex de entrada Transport Stream (TS) en formato MPEG-2, tienen una longitud de 188 bytes, siendo el primer byte el de sincronización, cuyo valor es siempre: 0x47 ( ) Adaptación y Dispersión de Energía. Para asegurar la dispersión de energía del espectro radiado, la señal de entrada debe hacerse cuasi-aleatoria, de forma que se eviten largas series de ceros o de unos. Por esta razón, el múltiplex de entrada debe ser aleatorizado ( randomized ) lo cual se realiza mediante un proceso cuyo esquema se muestra en la figura 2. Figura 2.- Generador PRBS para la dispersión de energía del Flujo de Transporte. En este proceso se trata de obtener una secuencia binaria pseudoaleatoria (PRBS), para lo cual se emplea un generador que usa el polinomio: 1 + x 14 + x 15 Los registros del generador PRBS, que sirve tanto para desordenar como para ordenar, tienen cargada la secuencia , la cual debe iniciarse al comienzo de un conjunto de 8 paquetes de transporte. Los bytes de sincronización no se ven afectados por la aleatorización. Para proporcionar una señal de inicialización en el decodificador del receptor que permita identificar cada conjunto de 8 paquetes de transporte afectados por la aleatorización, el byte de sincronización del primer paquete de cada conjunto de 8 está invertido, pasando de 0x47 ( ) a 0xB8 ( ). Este proceso es el que se conoce por adaptación del flujo de transporte. E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS 3

6 TV DIGITAL DVB-T DVB-T Rev.00 Oct-02 El funcionamiento es como sigue: el primer bit en la salida del generador PRBS se aplica al primer bit (el MSB) del primer byte que sigue al byte de sincronización invertido del TS (el 0xB8) y así sucesivamente con los demás bits. Para ayudar al resto de funciones de la sincronización, durante los bytes de sincronismo de los otros 7 paquetes, la generación PRBS continúa, pero está deshabilitada, dejando a estos bytes intactos. Así, el periodo de la secuencia PRBS es de bytes (188 x 8 1). El proceso descrito debe permanecer activo incluso cuando no exista flujo de transporte a la entrada o cuando éste no cumpla con el formato del estándar MPEG-2. El resultado del proceso de Adaptación y Dispersión de Energía del Flujo de Transporte se indica esquemáticamente en la figura 3. Figura 3.- Resultado de la adaptación y dispersión de energía del TS MPEG Codificación Externa (Reed-Solomon) y Entrelazado Externo (Forney). Para permitir la corrección de errores (FEC) en la recepción, se introduce una cierta redundancia en la estructura de los paquetes de transporte, procedimiento que se conoce como codificación. La codificación llamada externa se emplea en todos los estándares DVB y se complementa con otra llamada interna en el caso de los estándares de transmisión vía satélite y terrestre. La codificación externa usada es de tipo Reed-Solomon RS (204, 188, t=8), que es una versión acortada de la codificación original RS (255, 239, t=8), mediante la cual se añaden 16 bytes de paridad a los iniciales 188 de cada paquete de transporte, resultando un total de 204 bytes. 4 E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS

7 DVB-T Rev.00 Oct-02 TV DIGITAL DVB-T En estas condiciones pueden corregirse hasta un total de 8 bytes erróneos, de ahí la denominación del código: RS (204, 188, t=8). La forma acortada se realiza añadiendo primeramente 51 bytes nulos delante de los 188 bytes de información, con lo que se completan 239 bytes. Al pasar por el codificador RS (255, 239, t=8) se añaden los 16 bytes de paridad: total 255 bytes; finalmente se eliminan los 51 bytes nulos con lo que resultan los 204 bytes para cada paquete de transporte afectado por la Codificación Externa. En la figura 4 se muestra la estructura de los paquetes de transporte después de la Codificación y Entrelazado Externos. Esta combinación favorece la corrección de errores de tipo ráfaga introducidos por el canal de transmisión. Figura 4.- Resultado de la Codificación Externa (Reed-Solomon) y Entrelazado Convolucional Externo (Forney) La figura 5 muestra el esquema de concepto del entrelazado convolucional, relativo al byte y con profundidad I=12, a que se someten los datos que han sido previamente protegidos mediante la codificación externa Reed-Solomon. El proceso de entrelazado convolucional se basa en la aproximación de Forney, compatible con la aproximación de Ramsey tipo III, con I=12. Los bytes de datos entrelazados, pertenecientes a los paquetes de transporte protegidos, están delimitados por los bytes de sincronización MPEG-2 invertidos y no invertidos, que no sufren alteración alguna. El entrelazado preserva, por tanto, la periodicidad de 204 bytes de los paquetes de transporte. El entrelazador se compone de I=12 ramas, cíclicamente conectadas al flujo de datos de entrada mediante el conmutador de entrada. Cada rama j constituye un registro de desplazamiento FIFO (First-In, First-Out) con profundidad jxm células, donde: M = 17 = N/I ; siendo: N = 204 E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS 5

8 TV DIGITAL DVB-T DVB-T Rev.00 Oct-02 Los conmutadores de entrada y salida, que avanzan 1 paso por cada byte de datos, obviamente deben estar sincronizados. Los bytes SYNC invertidos y no invertidos, para poder ser localizados, deben rutarse siempre por la rama 0 del entrelazador, la cual corresponde a retardo nulo. Figura 5.- Diagrama conceptual del Entrelazado y Desentrelazado Convolucional Externo (Forney) El resultado del proceso de entrelazado es que cada byte de los paquetes de transporte se encuentra desplazado en el tiempo un número de posiciones igual a jx17, con lo que los bytes originales de un paquete de transporte quedarán repartidos entre dos paquetes consecutivos. El desentrelazador tiene un principio similar al entrelazador, salvo que los índices de las ramas están invertidos, es decir: j=0 se corresponde con el máximo retardo. La sincronización se obtiene rutando el primer byte SYNC reconocido (invertido o no) hacia la rama 0. En estas condiciones, en el desentrelazador cada byte se retarda (11-j)x17 posiciones, con lo que el retardo total entre emisión y recepción es de (j+11-j)x17 = 187, valor que por ser idéntico para todos los bytes permite recuperar en la recepción el orden original. Todo este proceso reduce los errores por ráfagas introducidos por el canal de transmisión (errores que afectan a varios bytes consecutivos), ya que después de la reordenación de los datos en el receptor, estos errores se habrán distribuido entre paquetes sucesivos, lo que favorecerá que no se excedan los límites en los que la codificación Reed-Solomon puede recuperar la información original. 6 E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS

9 DVB-T Rev.00 Oct-02 TV DIGITAL DVB-T Codificación Interna (Convolucional). Después de la codificación y entrelazado externos, los datos se someten a un nuevo proceso de codificación y entrelazado, denominados internos (figura 6). La codificación interna es de tipo convolucional y se complementa con un proceso llamado de perforado, obteniéndose diferentes modos de transmisión dependiendo del esquema de perforado elegido. Figura 6.- Codificación Interna (Convolucional + Perforado) y Entrelazado Interno. La figura 7 muestra el esquema de principio del codificador convolucional de relación 1/2 con 64 estados (K=7 tomas), en que se basa el mecanismo Figura 7.- Codificador convolucional de relación 1/2. Este codificador, con frecuencia llamado erróneamente de Viterbi debido al algoritmo usado en recepción para la decodificación, está orientado al bit y distribuye en dos salidas (X e Y) el flujo de datos original a base de combinar (sumas módulo-2) los datos de entrada con los obtenidos en las tomas situadas detrás de una serie de registros de desplazamiento. Los polinomios generadores son: G 1 = 171 (octal) para la salida X, y G 2 = 133 (octal) para la salida Y. Esto significa que se suma a los datos de entrada el dato de la toma correspondiente cuando el valor del polinomio generador (expresado en binario) en la toma en cuestión corresponde a 1 y no se usa el dato de la toma cuando el valor es 0. E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS 7

10 TV DIGITAL DVB-T DVB-T Rev.00 Oct-02 En efecto: 171 octal se escribe en binario , mientras que 133 octal es en binario lo que se corresponde con la secuencia de tomas usadas y no usadas en el diagrama de la figura 7. La gran redundancia obtenida mediante el codificador de relación 1/2 descrito (el 100%) hace muy potente la corrección de errores cuando éstos son aleatorios, generalmente asociados a una baja relación señal/ruido del canal de transmisión utilizado, pero reduce a la mitad la capacidad del canal. Para no limitar tanto la capacidad del canal, el sistema permite seleccionar para la transmisión sólo algunos de los datos obtenidos en las salidas X e Y, los cuales son posteriormente convertidos a secuencia en serie; es el proceso denominado perforado o picado ( puncturing ) recogido esquemáticamente en la figura 8. Y3 X5 Figura 8.- Codificación interna. Esquema de perforado y secuencia transmitida en la salida serie. Así, dependiendo del esquema de perforado elegido: - 1xM datos de entrada se convierten en 2xM datos de salida en caso de relación 1/2. - 2xM datos de entrada en 3xM de salida cuando la relación de codificación es 2/3. - y así sucesivamente hasta la relación de codificación 7/8. Naturalmente la protección contra errores es menor para valores más altos de la relación de codificación, pero la capacidad del canal aumenta. El valor más adecuado para un caso práctico dependerá del área de cobertura deseada para una potencia dada de emisión. En el caso de transmisiones vía satélite (estándar DVB-S), en que el esquema de modulación usado es QPSK, se aplica la codificación interna ( inner coder ) incluyendo el proceso de perforado (ver figuras 1 y 6), pero no se usa el entrelazado interno ( inner interleaver ), y además se mantienen en paralelo las dos salidas del codificador interno, las cuales van directamente al modulador QPSK, en lugar de pasarlas a formato serie. 8 E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS

11 DVB-T Rev.00 Oct-02 TV DIGITAL DVB-T En cambio, en las transmisiones vía cable (estándar DVB-C), en que el esquema de modulación usado es 64-QAM, no existe codificación ni entrelazado interno, y los datos de salida del codificador y entrelazado externo ( outer coder + outer interleaver ), previa conversión del tren de bits en serie a 2 señales I y Q en paralelo (proceso de mapeado ), van directamente al modulador Entrelazado Interno. El entrelazado interno se compone de un primer proceso de entrelazado relativo al bit que va seguido de un entrelazado de símbolos. Ambos, el relativo al bit y el entrelazado de símbolos están basados en bloques. En la figura 9 se muestra el esquema de principio para el caso no jerárquico y esquema de modulación con constelación 64-QAM. Figura 9.- Entrelazado interno y mapeado para modo no jerárquico con constelación 64-QAM Desde el principio, el proceso de entrelazado se orienta al tamaño de los símbolos, que es función de la constelación. Así, los símbolos tienen 2 bits en QPSK, tienen 4 bits en 16-QAM y finalmente 6 bits en 64-QAM. Ver las figuras 10 y 11. En el caso de modos no jerárquicos el único flujo de transporte de entrada, compuesto por bits x i se demultiplexa en v sub-flujos, siendo v el número de bits por símbolo, resultando en cada vía los bits b i,j. La figura 9 ilustra la aplicación al caso 64-QAM, por tanto con v = 6. E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS 9

12 TV DIGITAL DVB-T DVB-T Rev.00 Oct-02 Figura 10.- Diagramas de Constelación: QPSK, 16-QAM y 64-QAM (No jerárquico y jerárquico con α = 1) Figura 11.- Diagramas de Constelación 16-QAM y 64-QAM (Jerárquico con α = 2) 10 E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS

13 DVB-T Rev.00 Oct-02 TV DIGITAL DVB-T En cambio, en el caso de modos jerárquicos el flujo de transporte de entrada de alta prioridad, compuesto por los bits x i se demultiplexa en 2 sub-flujos, a la vez que el de baja prioridad, bits x i, lo hace en v-2 sub-flujos, siendo v el número de bits por símbolo en la constelación resultante final. Los sub-flujos de las distintas vías llevan los bits b i,j. La figura 12 ilustra la aplicación al caso 64-QAM, que corresponde a v = 6. Figura 12.- Entrelazado interno y mapeado para modo jerárquico con constelación 64-QAM El esquema de demultiplexado de los bits x i (x i y x i en el caso jerárquico) en los resultantes d i,j para el caso 64-QAM es el siguiente: Transmisión no jerárquica Transmisión jerárquica x 0 b 0,0 x 0 b 0,0 x 1 b 2,0 x 1 b 1,0 x 2 b 4,0 x 0 b 2,0 x 3 b 1,0 x 1 b 4,0 x 4 b 3,0 x 2 b 3,0 x 5 b 5,0 x 3 b 5,0 Después del demultiplexado, cada sub-flujo se procesa por separado en un entrelazador de bits. Hay por tanto v entrelazadores de bits (hasta 6) que se numeran desde I0 hasta I5. Los entrelazadores I0 e I1 se usan para QPSK, I0 a I3 para 16-QAM, I0 a I5 para 64-QAM. E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS 11

14 TV DIGITAL DVB-T DVB-T Rev.00 Oct Entrelazado de bits El entrelazado de bits se realiza por bloques y sólo actúa sobre los datos útiles. El tamaño de estos bloques es de 126 bits para todos los entrelazadores, aunque la secuencia de entrelazado es diferente de unos a otros. El citado tamaño para los bloques implica que este proceso se repite un número exacto de veces por cada símbolo OFDM tanto si se usa el estándar 2k como si se usa el 8k: Estándar 2k Estándar 8k * Nº de portadoras activas para datos: * Bits totales por símbolo OFDM: v x v x * Nº de entrelazadores de bit: v v * Repetición del entrelazado (nº de veces por símbolo OFDM): (vx1.512)/(vx126) = 12 (vx6.048)/(vx126) = 48 Así, los bloques de bits de entrada a cada entrelazador están compuestos por: B(e) = (b e,0 b e,1 b e,2... b e,125 ) donde e va desde 0 hasta v-1 Los bloques de bits de salida de cada entrelazador están compuestos por: A(e) = (a e,0 a e,1 a e,2... a e,125 ) La relación entre los bits de ambos bloques, de entrada y salida, es la siguiente: a e,w = b e,he(w) donde w va desde 0 hasta 125 otros: Y siendo H e (w) una función de permutación, que es diferente de unos entrelazadores a Entrelazador I0: H 0 (w) = w I1: H 1 (w) = (w + 63) mod 126 I2: H 2 (w) = (w + 105) mod 126 I3: H 3 (w) = (w + 42) mod 126 I4: H 4 (w) = (w + 21) mod 126 I5: H 5 (w) = (w + 84) mod 126 Las salidas de los v entrelazadores se agrupan para formar palabras (y w ) de v bits, de manera que se toma cada vez un único bit de la salida de cada entrelazador, correspondiendo el bit más significativo a la salida de I0, es decir: y w = (a 0,w a 1,w a 2,w... a v-1,w ) 12 E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS

15 DVB-T Rev.00 Oct-02 TV DIGITAL DVB-T Entrelazado de símbolos El entrelazado de símbolos se realiza sobre las anteriores palabras y w conteniendo cada una de ellas v bits, de forma que a la salida del entrelazador queden agrupadas en bloques cuyo tamaño está calculado para que los datos se puedan distribuir directamente entre las (modo 2k) ó (modo 8k) portadoras activas que tiene cada símbolo OFDM. Para ello, las palabras y w se agrupan para formar unos vectores Y de la siguiente forma, dependiendo del estándar (modo) de transmisión: Estándar 2k Estándar 8k 12 conjuntos de 126 palabras 48 conjuntos de 126 palabras Y = (y 0 y 1 y 2... y 1511 ) Y = (y 0 y 1 y 2... y 6047 ) Estos vectores Y a la entrada del entrelazador de símbolos se convierten en los vectores entrelazados Y a su salida: Y = (y 0 y 1 y 2... y Nmax-1 ) siendo: N max = en modo 2k N max = en modo 8k Donde: y q = y H(q) desde q = 0 hasta q = N max -1 para símbolos OFDM impares y H(q) = y q desde q = 0 hasta q = N max -1 para símbolos OFDM pares H(q) es una función de permutación que se puede generar mediante el algoritmo cuyo diagrama de bloques esquemático se muestra en la figura 13a para el modo 2k y en la figura 13b para el modo 8k. Figura 13a.- Algoritmo generador de la función de permutación H(q) para modo 2k. E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS 13

16 TV DIGITAL DVB-T DVB-T Rev.00 Oct-02 Figura 13b.- Algoritmo generador de la función de permutación H(q) para modo 8k. En los diagramas de bloques de las figuras 13a y 13b, R i son palabras binarias compuestas por 10 bits en el modo 2k y 12 bits en el modo 8k, que toman los siguientes valores: Modo 2k: R 0 [9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0] = R 1 [9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0] = R 2 [9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0] = <i<2048 R i [8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0] = R i-1 [9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1] R i [9] = R i-1 [0] + R i-1 [3] Modo 8k: R 0 [11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0] = R 1 [11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0] = R 2 [11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0] = <i<8192 R i [10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0] = R i-1 [11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1] R i [11] = R i-1 [0] + R i-1 [1] + R i-1 [4] + R i-1 [6] R i son vectores derivados de los R i mediante las permutaciones de bits que recogen las siguientes tablas: Modo 2k: Posiciones de bits de R i Posiciones de bits de R i Modo 8k: Posiciones de bits de R i Posiciones de bits de R i E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS

17 DVB-T Rev.00 Oct-02 TV DIGITAL DVB-T Mapeado de los Símbolos. Cada palabra y q perteneciente al vector Y de salida del entrelazador de símbolos, tiene v bits: y q = (y 0,q y 1,q y 2,q... y v-1,q ) siendo: 0 q en modo 2k 0 q en modo 8k Estos v bits de la palabra número q modulan con un esquema de modulación correspondiente al valor de v, la portadora número q de las (modo 2k) ó (modo 8k) portadoras activas para datos que tiene cada símbolo OFDM. Para ello es necesario distribuir ( mapear ) en dos señales I y Q el flujo serie de datos presente a la salida del entrelazador de símbolos. La figura 14 ilustra una situación similar que convierte bytes (compuestos por 8 bits), pasando por símbolos de v = 6 bits, en las 2 señales I y Q necesarias para obtener una constelación de 64-QAM. Nótese que la duración inicial de cada bit se duplica en las salidas I y Q. 1er Byte 2º Byte 3er Byte b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 b9 b10 b11 b12 b13 b14 b15 b16 b17 b18 b19 b20 b21 b22 b23 b24 1er Símbolo 2º Símbolo 3er Símbolo 4º Símbolo Modulación 64QAM : 3 Bytes sucesivos forman 4 Símbolos de 6 bits sucesivos 1er Símbolo 2º Símbolo 3er Símbolo 4º Símbolo I b1 b3 b5 b7 b9 b11 b13 b15 b17 b19 b21 b23 Q b2 b4 b6 b8 b10 b12 b14 b16 b18 b20 b22 b24 Los Símbolos de 6 bits se convierten en dos señales I y Q de 3 bits cada una Figura 14.- Mapeado para modulación 64-QAM. E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS 15

18 TV DIGITAL DVB-T DVB-T Rev.00 Oct-02 El resultado de la modulación de cada portadora puede verse en las figuras 10 y 11, para lo cual la distribución de los bits entre las señales I y Q se hace con el siguiente orden: Constelación Bits del flujo de datos serie Bits en la salida I Bits en la salida Q QPSK y 0,q y 1,q y 0,q y 1,q 16-QAM y 0,q y 1,q y 2,q y 3,q y 0,q y 2,q y 1,q y 3,q 64-QAM y 0,q y 1,q y 2,q y 3,q y 4,q y 5,q y 0,q y 2,q y 4,q y 1,q y 3,q y 5,q En el caso de modos jerárquicos (figura 11) los bits de alta prioridad son los y 0,q y 1,q siendo los restantes los de baja prioridad. Con la distribución de bits anterior entre las señales I y Q, en caso de que la constelación se decodifique como QPSK (un solo punto de la constelación identificado en cada cuadrante) solamente se recuperarán los bits de alta prioridad y 0,q y 1,q mientras que la recuperación de todos los bits exigirá la correcta identificación de la constelación completa. La distancia entre los puntos de la constelación está determinada por el parámetro de modulación α que se define como la relación de la distancia entre dos puntos de la constelación pertenecientes a cuadrantes adyacentes y la distancia entre puntos del mismo cuadrante (ver figura 11). El estándar DVB-T especifica 3 valores para este parámetro: Modulaciones uniformes con α = 1 y modulaciones no uniformes con α = 2 y α = E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS

19 DVB-T Rev.00 Oct-02 TV DIGITAL DVB-T 3.- MODULACIÓN OFDM El principio de la modulación OFDM consiste en distribuir el flujo binario de información entre un gran número de portadoras de forma que cada una maneje una velocidad de datos reducida con respecto a la del flujo total. En consecuencia, la duración T U de los símbolos aumenta respecto al caso de modular una sola portadora, haciendo de esta forma a la señal muy robusta frente a interferencias por trayectos múltiples (ecos) ya que el retardo de éstos resulta ser muy pequeño comparado con la duración citada. Por otra parte, la separación en frecuencia entre las portadoras se hace igual al inverso de la duración T U de los símbolos, con lo que la posición de las portadoras en el espectro de frecuencias (figura 15) coincide con los nulos del espectro de las portadoras adyacentes (condición de portadoras ortogonales). En estas condiciones se consigue mínima interferencia intersímbolos. 1/T U Figura 15.- Espectro de portadoras adyacentes en la modulación OFDM Para fortalecer todavía más a la señal transmitida frente a los ecos, se amplía la duración de los símbolos añadiendo un tiempo denominado intervalo de guarda a la duración útil T U con lo que la duración total del símbolo pasa a ser: T S = + T U El intervalo de guarda es una continuación cíclica de la parte útil del símbolo, el cual se inserta delante de él. En estas condiciones, si la señal se recibe por 2 caminos diferentes con un retardo relativo entre ellas, siempre que este retardo no supere el intervalo de guarda, coincidirá en las dos la información contenida dentro del tiempo útil del símbolo de la señal principal. La figura 16 ilustra esta situación. Como los receptores ignoran la señal recibida durante el intervalo de guarda de la señal principal, el resultado es que no habrá interferencia intersímbolos. Sin embargo, la inserción de este intervalo de guarda supone una pérdida en la capacidad de transmisión del canal. E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS 17

20 TV DIGITAL DVB-T DVB-T Rev.00 Oct-02 Figura 16.- Multitrayecto con retardo inferior al intervalo de guarda. El tiempo del intervalo de guarda se mide en fracciones de la duración útil T U del símbolo, disponiéndose de 4 posibles valores: / T U = 1/4 1/8 1/16 1/32 Las tablas siguientes muestran los valores numéricos que toman los parámetros descritos para los dos sistemas: 8k (6.817 portadoras) y 2k (1.705 portadoras). 18 E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS

21 DVB-T Rev.00 Oct-02 TV DIGITAL DVB-T En la tabla anterior, T es el Periodo de tiempo elemental : T = 7/64µseg Las figuras 17 y 18 ilustran la disposición de las portadoras en tiempo y frecuencia antes y después de la inserción del intervalo de guarda. Figura 17.- Distribución de las portadoras en tiempo y frecuencia. Figura 18.- Inserción del intervalo de guarda. E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS 19

22 TV DIGITAL DVB-T DVB-T Rev.00 Oct Capacidad del Canal de Transmisión. El estándar 2k tiene portadoras totales en cada símbolo OFDM mientras que el estándar 8k tiene portadoras. Ahora bien, no todas las portadoras están moduladas por los datos procedentes de la Codificación de Canal. Como se ha indicado al describir el mapeado de los símbolos, sólo portadoras en modo 2k ó portadoras en modo 8k son útiles para datos. Llamando F T al flujo binario total transportado por las portadoras útiles para datos, éste vendrá dado por: Siendo F T = f S. v. L (bits/seg) f S : Frecuencia de los símbolos (símbolos/seg) f S = 1/T S T S : Duración del símbolo. v : nº de bits/portadora (función del esquema de modulación). L : nº de portadoras activas para datos. La capacidad del canal o flujo binario útil F U resultará de descontar del flujo binario total las redundancias incluidas en la codificación interna y en la codificación Reed-Solomon; es decir: Siendo ahora F U = F T. r. 188/204 (bits/seg) r: Relación de codificación interna. A modo de ejemplo, en el caso de transmisión en modo 8k, relación de codificación 2/3, intervalo de guarda 1/4 y constelación 64QAM, para canales de 8MHz, se tendrá: * Duración del símbolo T S = + T U = 1.120µs * Frecuencia de los símbolos f S = 1/T S = 892,857 símbolos/seg * Nº de bits/portadora v = 6 * Nº de portadoras activas L = Flujo Binario Total: F T = 32,4 Mbps * Relación de codificación r = 2/3 Capacidad del Canal: F U = 32,4. 2/3. 188/204 = 19,90588 Mbps 20 E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS

23 DVB-T Rev.00 Oct-02 TV DIGITAL DVB-T En la tabla siguiente se muestra la capacidad del canal para sistemas no jerárquicos en todos los casos de constelación, intervalo de guarda y relación de codificación interna, para transmisiones en canales radioeléctricos de 8 MHz. La tabla anterior es común para los estándares 2k y 8k, lo que significa que la capacidad del canal es idéntica para ambos modos, a pesar de emplear diferente número de portadoras. E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS 21

24 TV DIGITAL DVB-T DVB-T Rev.00 Oct Portadoras Piloto y Estructuración en Tramas de la Señal OFDM. Un Símbolo OFDM está compuesto por conjuntos de K elementos o celdas, correspondiendo cada uno de ellos a una portadora (figura 17): K= elementos (portadoras totales) en el modo 2k K= elementos (portadoras totales) en el modo 8k. Sin embargo, como se ha indicado anteriormente, los datos procedentes de la Codificación de Canal modulan solamente portadoras en modo 2k ó portadoras en modo 8k, que son las portadoras activas para datos contenidas en cada símbolo OFDM. Esto significa que, además de las portadoras para datos, la señal transmitida incluye otras portadoras o celdas cuya utilidad es la siguiente: * Portadoras Piloto Continuas Continual Pilots, para sincronización del receptor en frecuencia y fase. * Portadoras Piloto Dispersas Scattered Pilots, para regeneración del canal en amplitud y fase en el receptor. * Portadoras TPS Transmission Parameter Signalling con información del modo transmitido. La incorporación de estas portadoras piloto en número y distribución adecuados exige organizar la señal transmitida en Tramas. * Cada trama, con duración T F, consiste en 68 símbolos OFDM, que se numeran de 0 a 67. En consecuencia: T F = 68 T S. * Una Super-Trama está formada por 4 Tramas tanto en modos 2k como 8k. * En cambio, una Mega-Trama está formada por: - 32 Tramas en el estándar 2k - 8 Tramas en el estándar 8k La figura 19 ilustra la estructura en tramas de la señal OFDM, donde puede verse la distribución de las portadoras piloto dispersas, continuas y TPS, cuyo número es el siguiente: Modo 2k Modo 8k Continuas Dispersas TPS Portadoras de datos TOTAL Portadoras 22 E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS

25 DVB-T Rev.00 Oct-02 TV DIGITAL DVB-T Figura 19.- Estructura de las tramas en la señal DVB-T Las portadoras que contienen datos se transmiten con nivel de potencia normalizado, de manera que cumplen: E[c.c*] = 1, correspondiendo c a los distintos puntos c m,l,k de la constelación de la portadora k (0 a en modo 8k) del símbolo número l (0 a 67) en la trama número m. En cambio, las celdas que contienen las portadoras Piloto Continuas y Piloto Dispersas cuyo esquema de modulación es siempre BPSK con Im (c m,l,k ) = 0, se transmiten con nivel de potencia reforzado ( boosted ), cumpliendo: E[c.c*] = 16/9. Finalmente, las portadoras TPS que también emplean un esquema de modulación tipo BPSK con Im (c m,l,k ) = 0, se transmiten con el nivel de potencia normalizado, es decir, cumpliendo: E[c.c*] = 1. Los factores de normalización para los puntos z de las diferentes constelaciones (Ver figura 20, para 64QAM con α= 1) que conducen al cumplimiento de la condición E[c.c*]=1 vienen dados en la tabla siguiente: E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS 23

26 TV DIGITAL DVB-T DVB-T Rev.00 Oct-02 Con estos valores para la condición de nivel de potencia normalizado de los puntos de la constelación, las Portadoras Piloto Continuas y Dispersas, que se transmiten con nivel reforzado ocuparán las posiciones en el eje real de la constelación: ± 4/3 x Z/C (Ejemplo: ± 4/3 x 42 = 8,64 en 64QAM con α= 1) mientras que las Portadoras TPS, cuyo nivel de potencia es el normalizado, ocuparán: ± Z/C (Ejemplo: ± 42 = 6,48 en 64QAM con α= 1) En la figura 20 se muestran las posiciones ocupadas por las Portadoras Piloto Continuas, Dispersas y TPS en una constelación tipo 64QAM uniforme (α= 1). Portadoras TPS Portadoras TPS Portadoras Piloto Continuas y Dispersas Portadoras Piloto Continuas y Dispersas Figura 20.- Constelación 64QAM uniforme (α=1), con Portadoras Piloto y TPS. 24 E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS

27 DVB-T Rev.00 Oct-02 TV DIGITAL DVB-T Señales de Referencia Las Portadoras Piloto Continuas y las portadoras Piloto Dispersas se modulan con la denominada Información de Referencia. Cada portadora Piloto Continua coincide con una portadora Piloto Dispersa cada 4 símbolos (ver figura 19), y la información transmitida por ambos tipos de portadoras se deriva de una Secuencia Binaria Pseudoaleatoria ( Pseudo Random Binary Sequence PRBS) que se genera de acuerdo con el esquema mostrado en la figura 21. Figura 21.- Generador PRBS para las portadoras piloto El polinomio generador de la secuencia PRBS es: x 11 + x El PRBS se inicializa de forma que el primer bit de salida coincide con la primera portadora activa. Con cada portadora, ya sea piloto o no, se genera un nuevo valor. El resultado del generador PRBS, denominado w k, aplicable a la portadora número k, modula las Portadoras tanto Continuas como Dispersas con el siguiente esquema: Re(c m,l,k ) = 4/3 x 2(1/2 w k ) Im(c m,l,k ) = 0 El cual corresponde, como se ha indicado anteriormente, a un nivel de potencia reforzado ( boosted ), que cumple: E[c.c*] = 16/9. E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS 25

28 TV DIGITAL DVB-T DVB-T Rev.00 Oct Localización de las Portadoras Piloto Continuas El estándar 8k contiene 177 portadoras Piloto Continuas del total de portadoras que tiene cada símbolo OFDM. En el estándar 2k hay 45 portadoras Piloto Continuas de un total de portadoras por cada símbolo OFDM. A diferencia de lo que ocurre con las Portadoras Piloto Dispersas, las posiciones que ocupan dichas portadoras Piloto Continuas en cada símbolo OFDM son siempre las mismas (ver figura 19) y están recogidas en la siguiente tabla: Obsérvese que todas las portadoras del estándar 2k coinciden en posición con las primeras 45 del estándar 8k. 26 E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS

29 DVB-T Rev.00 Oct-02 TV DIGITAL DVB-T Localización de las Portadoras Piloto Dispersas Llamando m : Número de la trama. l : Número del símbolo dentro de cada trama. 0 l 67 k : Índice de la portadora dentro de cada símbolo OFDM. 0 k k max k max = en modo 8k k max = en modo 2k Para el símbolo número l de una determinada trama, los índices k que corresponden al subconjunto de Portadoras Dispersas vienen dados por: k = 3 x (l mod 4) + 12 p Siendo p un número entero p 0 que debe cumplir la condición de que el valor resultante para k no exceda el valor de k max correspondiente al estándar de que se trate. De acuerdo con la expresión anterior, es evidente que las portadoras dispersas están separadas entre sí 12 posiciones y que ocupan la posición 0 (compartida con portadoras continuas) en todos los símbolos numerados 0, 4, 8, 12, etc. que tienen: l mod 4 = 0. En el caso citado (Símbolos OFDM con l mod 4 = 0 ) hay 569 portadoras dispersas por símbolo en modo 8k, de las cuales 45 coinciden con pilotos continuas y 143 portadoras dispersas por símbolo en modo 2k, de las que 12 coinciden en posición con las continuas. El resto de símbolos contienen 568 portadoras piloto dispersas en modo 8k, de las cuales 44 coinciden con las continuas, mientras que en modo 2k hay 142 portadoras dispersas por símbolo de las que 11 coinciden con las continuas Portadoras TPS Transmission Parameter Signalling Las portadoras TPS sirven para señalizar los parámetros correspondientes al esquema de transmisión empleado, es decir, para informar de todo lo relativo a la Codificación de Canal y a la Modulación usadas en la transmisión. Estas portadoras TPS se transmiten en paralelo, ocupando 17 posiciones de cada símbolo OFDM en el estándar 2k y 68 posiciones en el estándar 8k (ver figura 19). La tabla siguiente recoge los índices de las posiciones que ocupan las portadoras TPS en cada símbolo para ambos estándares. E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS 27

30 TV DIGITAL DVB-T DVB-T Rev.00 Oct-02 Todas las portadoras TPS de un mismo símbolo OFDM transportan el mismo bit de información, y se agrupan en bloques de 68 símbolos consecutivos coincidentes con una trama. Así pues, cada bloque de portadoras TPS contiene 68 bits, los cuales se distribuyen de la forma siguiente: - 1 bit de inicialización bits de sincronización bits de información bits redundantes para protección contra errores. De los 37 bits de información, por el momento sólo se usan 23; los restantes 14 bits están reservados para usos futuros y deben estar puestos a cero. Las portadoras TPS transportan la siguiente información: a). Tipo de constelación QAM, incluyendo el valor del parámetro α (modulaciones uniformes y no uniformes). b). Información sobre el tipo de transmisión: jerárquica o no jerárquica. c). Intervalo de guarda. d). Relación de codificación interna. e). Modo de transmisión: 2k u 8k. f). Número de la trama dentro de la super-trama correspondiente (una super-trama contiene 4 tramas). 28 E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS

31 DVB-T Rev.00 Oct-02 TV DIGITAL DVB-T Formato de transmisión de las portadoras TPS La tabla siguiente indica la manera en que la información relativa a la Codificación de Canal y a la Modulación se distribuye entre los 68 bits correspondientes a cada bloque de portadoras TPS coincidentes con una trama: s 0 Bit número Formato Función s 1 s Tramas 1ª y 3ª Tramas 2ª y 4ª s 17 s (número 23 en binario) s 23 s Trama 2ª en la super-trama 10 Trama 3ª en la super-trama 00 Trama 1ª en la super-trama 11 Trama 4ª en la super-trama s 25 s QPSK QAM QAM s 27 s 28 s α = α = Transmisión No Jerárquica 011 α = 4 s 30 s 31 s 32 s 33 s 34 s 35 s 36 s 37 s 38 s Relación 1/2 001 Relación 2/3 010 Relación 3/4 011 Relación 5/6 100 Relación 7/8 000 Relación 1/2 001 Relación 2/3 010 Relación 3/4 011 Relación 5/6 100 Relación 7/8 00 1/ / /8 11 1/4 00 Modo 2k 01 Modo 8k Bit de inicialización Palabra de sincronización Indicador de longitud de los bits de información usados Número de Trama Constelación Información Jerárquica Relación de Codificación Flujo HP Relación de Codificación Flujo LP Intervalo de Guarda ( /T U ) Estándar de Transmisión s 40 s 53 Todos a 0 Reservados para uso futuro s 54 s 67 Código BCH Protección de Errores E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS 29

32 TV DIGITAL DVB-T DVB-T Rev.00 Oct Modulación de las portadoras TPS Cada portadora TPS está modulada con un esquema tipo 2-PSK diferencial (DBPSK). Esta modulación se inicializa al principio de cada bloque TPS, es decir, al principio de cada trama, para lo cual, las portadoras TPS pertenecientes al primer símbolo OFDM (símbolo l=0 ) de una trama llevan el bit s 0 de inicialización. La modulación absoluta de este bit s 0 de inicialización se deriva de la secuencia de referencia w k obtenida del generador PRBS (figura 21) usado para suministrar la Información de Referencia a las Portadoras Piloto, y es como sigue: Re(c m,l,k ) = 2(1/2 w k ) Im(c m,l,k ) = 0 Para la modulación diferencial del resto de portadoras TPS, se aplica la siguiente regla a la portadora de índice k del símbolo l (l>0) en la trama m : Si el bit s l = 0: Re(c m,l,k ) = Re(c m,l-1,k ) Si el bit s l = 1: Re(c m,l,k ) = - Re(c m,l-1,k ) En cualquier caso: Im(c m,l,k ) = 0 Como puede verse, las celdas TPS se transmiten con nivel de potencia normalizado, es decir, con una energía igual al de la media de todas las celdas de datos, cumpliéndose E[c.c*] = E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS

33 DVB-T Rev.00 Oct-02 TV DIGITAL DVB-T 4.- CARACTERÍSTICAS ESPECTRALES Como se ha visto anteriormente (figuras 15 y 17), los símbolos OFDM constituyen una yuxtaposición de portadoras ortogonales equi-espaciadas. Las amplitudes y las fases de las portadoras de datos varían de un símbolo a otro de acuerdo con el proceso de Mapeado descrito en el apartado 2.5. Obviamente, el espectro resultante de todas las portadoras es la suma de los espectros particulares de cada una de ellas. La figura 22 ilustra el espectro teórico para los estándares 2k y 8k con intervalo de guarda = T U / 4 en canales de 8MHz de anchura de banda. Figura 22.- Espectro DVB-T teórico para = T U / 4 (Canales de 8 MHz). En la forma del espectro interviene el hecho de que, debido a la inserción del intervalo de guarda (figura 18), la duración T S del símbolo es mayor que el inverso de la separación entre portadoras T U, por lo que el lóbulo principal del espectro de cada portadora es más estrecho que el doble de la separación entre ellas, dando lugar a una densidad espectral no constante dentro de la anchura de banda nominal asignada a la transmisión, que es de 7,61MHz aproximadamente. E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS 31

34 TV DIGITAL DVB-T DVB-T Rev.00 Oct Señal transmitida. La figura 23 representa el diagrama de bloques completo de un transmisor DVB-T donde están representados, además de los bloques correspondientes a la codificación de canal y modulación OFDM, el convertidor al canal de salida y el amplificador de potencia necesario para alcanzar el nivel de señal requerido para la transmisión. Figura 23.- Diagrama de bloques de un transmisor DVB-T Pues bien, el paso de la señal OFDM a través del amplificador de potencia del transmisor, que es un dispositivo con algún grado de distorsión de tipo no lineal, genera productos de intermodulación los cuales, además de la degradación intrínseca que para la señal OFDM supone su presencia dentro del canal transmitido, extienden el espectro radiado a ambos lados del canal dando lugar a las llamadas hombreras ( shoulders ). Estas hombreras, cuyo nivel con relación al de la señal nominal dentro del canal dependerá de la mayor o menor linealidad de los pasos amplificadores de potencia, pueden perturbar otros servicios existentes en los canales adyacentes al transmitido. Estos servicios, tratándose normalmente de emisiones en la banda de UHF para TV, consistirán en programas de TV analógica o TV digital. Debido a ello es preciso limitar el nivel de las hombreras que invaden dichos canales adyacentes a unos valores que dependerán del tipo de servicio incorporado en ellos, siendo la limitación más exigente en el caso de emisiones de TV digital que en el de TV analógica. 32 E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS

35 DVB-T Rev.00 Oct-02 TV DIGITAL DVB-T Máscara espectral. Normalmente la señal radiada por los transmisores se procesa de forma que las hombreras queden reducidas a un nivel mínimo. Las técnicas para conseguirlo suelen consistir en la utilización de amplificadores de potencia razonablemente lineales, y en la aplicación de precorrecciones analógicas o digitales a la señal OFDM para compensar las distorsiones de los pasos de potencia. Sin embargo, los resultados obtenidos con estos métodos sólo consiguen valores de hombreras comprendidos entre 35 y 40dB por debajo del nivel nominal de la señal dentro de banda, lo que resulta insuficiente para que los canales adyacentes no resulten afectados. Es necesario por lo tanto emplear filtros en la salida de los transmisores cuya curva de respuesta reduzca a valores suficientemente bajos el nivel de las componentes del espectro de la señal situadas fuera de la banda nominal asignada. El espectro resultante de la señal con sus hombreras seguida del filtrado descrito deberá cumplir con un perfil que se especifica mediante una máscara. 10 Log (7,61MHz/4kHz) = 32,8dB (*) 40dB con máscara no crítica 50dB (*) Figura 24.- Máscara Crítica para la señal DVB-T en canales de 8 MHz. La figura 24 recoge las características de la denominada Máscara Crítica que es la requerida en el caso de presencia de canales adyacentes de TV digital. También en dicha figura se expresa el valor aproximado para los puntos más conflictivos situados a ±4,2MHz respecto a la frecuencia central, en el caso de máscara estándar o no crítica, aplicable en el caso de canales adyacentes de TV analógica. E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS 33

36 TV DIGITAL DVB-T DVB-T Rev.00 Oct-02 La curva representada en la figura 24 debe interpretarse como un gálibo al que debe ajustarse el espectro transmitido, que se supone presentado en la pantalla de un analizador de espectros que utiliza un filtro de resolución de 4kHz. En estas condiciones, considerando que el espectro útil de la señal OFDM ocupa una anchura de banda de 7,61MHz en canales de 8MHz, el nivel dentro de banda mostrado por el analizador de espectros para la citada señal OFDM estará situado 32,8dB por debajo de la referencia de 0dB asociada a la potencia RMS total radiada. En efecto: 10 Log (7,61MHz/4kHz) = 32,8dB Esto significa que, de acuerdo con la figura 24, en los puntos separados ±4,2MHz de la frecuencia central, el nivel del espectro deberá estar a unos 50dB por debajo del nivel de la señal dentro de banda. En un caso típico de transmisor en que las hombreras generadas estén a -37dB, el filtro colocado a la salida del paso de potencia debería aportar los 13dB restantes para el cumplimiento de la máscara crítica. No es fácil conseguir filtros con este grado de selectividad entre banda de paso y banda atenuada. La tabla siguiente muestra las características reales de un filtro para DVB-T basado en arquitectura coaxial con 8 resonadores, que estaría sobrado para el cumplimiento de la máscara estándar pero que no permitiría alcanzar la máscara crítica: En cualquier caso, el cumplimiento de las máscaras citadas aseguran la protección de los canales adyacentes en las condiciones siguientes: - No hay discriminación por polarización entre canales adyacentes y transmitido. - La potencia radiada en el canal adyacente es la misma que en el principal (potencia de pico de sincronismo en el adyacente analógico igual a la potencia RMS del digital radiado) Si no son aplicables, deberán introducirse las correcciones oportunas. 34 E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS

37 DVB-T Rev.00 Oct-02 TV DIGITAL DVB-T Ruido de Fase de Osciladores Locales. La calidad de la señal OFDM se degrada rápidamente si las portadoras se ven afectadas por ruido de fase. Este ruido de fase puede ser introducido por el Oscilador Local (O.L.) del convertidor al canal de salida de los transmisores (up-converter en la figura 23). Por esta razón, en los transmisores para DVB-T este parámetro de calidad del O.L. debe cuidarse especialmente. El ruido de fase del O.L. suele medirse con Analizadores de Espectros y se expresa normalmente en dbc/hz para un cierto offset de frecuencia con relación a su frecuencia nominal. La figura 25 muestra la máscara recomendada para especificar el ruido de fase de los citados Osciladores Locales. Los puntos A, B y C que expresan los niveles de ruido máximos a determinados offset de frecuencia están pendientes de especificación oficial en cuanto a nivel. Sistemas de 8k: f a = 1,1 khz f b = 2,2 khz f c = 3,4 khz Figura 25.- Máscara para el ruido de fase de Osciladores Locales. Como el ruido de fase del O.L. del up-converter se traslada a todas las portadoras de la señal OFDM, se presta especial atención al nivel de dicho ruido en las posiciones de frecuencia que corresponden a las portadoras adyacentes. Es por ello que las posiciones fa, fb y fc marcadas en el gálibo de la figura 25 son múltiplos de 1,116kHz en sistemas de 8k y de 4,464kHz en sistemas de 2k. En la práctica, 1,1kHz es un valor adecuado para sistemas de 8k. E.T.S.I.T.M. DEPARTAMENTO DE ELECTROMAGNETISMO Y TEORÍA DE CIRCUITOS 35