Basic technology of ISDB-T. Nobuyuki Sato- JICA Expert

Transcripción

1 Basic technology of ISDB-T Nobuyuki Sato- JICA Expert (C)Copyright NHK 2011

2 Training curriculum contents 1 Summary and characteristic of DTV and ISDB-T(12 th.mar) 2 Basic technology of ISDB-T (19 th.mar) Lecture cancellation(26 th.mar) 3 Basic theory of ISDB-T (2 nd.apr) 4 Channel plan and Radio wave propagation (9 th.apr) Lecture cancellation(16 th 23 th 30 th Apr) 5 NHK and its new technology(7 th.may) 6 Systems of Transmitter and Receiver (14 th.may) (including measurment)

3 DTTB Implementation in Japan 3 Copyright NHK NHK

4 Schedule for DTTB Analog Terrestrial Broadcasting Frequency Change of Analog for Digital ( Analog to Analog Conversion ) Digital Terrestrial Broadcasting Tokyo / Nagoya / Osaka Other areas Osaka Complete transition to Digital Broadcasting (Analog broadcasting ends its service) Tokyo Nagoya 4 Digital to Digital Conversion ( Repacking ) Copyright NHK NHK

5 Frequency Management VHF band MHz (1-3 ch) MHz (4-12 ch) UHF band MHz (13-62 ch) Analog TV Analog TV Analog TV / Digital TV 370MHz (62ch) VHF band from July 25, MHz MHz Mobile broadcasting Independent communication for disaster prevention MHz Mobile broadcasting UHF band from July 25, MHz (13-52 ch) Digital TV MHz ITS MHz Cell phone, etc. 18MHz 32.5MHz 14.5MHz 240MHz (40ch) 10MHz 40MHz VHF/UHF TV band Frequency planning in Japan 5 Copyright NHK NHK

6 Effective Use of Radio Frequency DTTB realizes more effective use of radio frequencies. New services will be introduced by using the reserved spectra. Substantial mobile phone services Realization of a safer road traffic society (ITS) Applications in disasters New service in broadcasting (Multimedia broadcasting) 6 Copyright NHK NHK

7 Analogue channel allocation The number of transmission stations for analogue TV Disuse UHF lower channels (13-32) Digital big-power stations Reallocation of analog channel except big-power stations Reallocation of digital channel (re-packing) Disuse (VHF) Channels (UHF) Effective use of frequency 7 Copyright NHK NHK

8 Frequency Allocation Plan (UHF) until July 2011 after July 2011 after repacking; July MHz 470MHz UHF Analog TV & Digital TV (CH13~62) UHF Digital TV (CH13~62) UHF Digital TV (CH13~52) : 240MHz 710MHz 730MHz ITS 10MHz 770MHz 770MHz Mobile Phone 40MHz Guard Band: Guard Band: 5MHz 5MHz 8 Copyright NHK NHK

9 Schedule for DTTB roll-out Osaka Tokyo Nagoya Expansion of DTTB coverage (number of households) % (12 million) Commencement of DTTB % (18 million) % (28.4 million) % (39.5 million) Commencement in all prefectural capital cities % (43.3 million) 9 Copyright NHK NHK

10 Complete transition to DTTB by 2011 Diffusion of DTTB signals throughout Japan Requires a large number of relay Tx-stations. (NHK: around 4400, Commercial broadcasters: around 7000) 10 Copyright NHK NHK

11 Challenges on DTTB until 2011 Broadcasters must build DTTB main and relay stations until 2010 (only for 8 years) *Analog TV network was constructed spending 30 years DTTB facilities are top priority for capital investment Simulcast Must operate and maintain both analog and digital facilities HD/SD simultaneous production system VTR, Camera, Aspect ratio (Conversion between SD and HD) 11 Copyright NHK NHK

12 Shipment of ISDB-T receivers in Japan (Unit : thousand) More than 158 millions receivers have been shipped (by the end of March 2010) Beijing Olympic World Cup Soccer in Germany 84.6 millons mobile receivers were shipped by the end of March millions fixed receivers were shipped by the end of March Copyright NHK NHK

13 Publicity and notice of analog TV termination For the sake of customer's correct understanding of Analog TV set, the following sticker is put on the analog TV set. Analog service will end by Digital tuner is needed to watch the Digital Service Enhancement of viewers understanding through broadcast programs Analog This service will end by July, Copyright NHK NHK

14 Prestaciones del sistema ISDB-T Especificaciones OFDM Estructura segmentada (Transmisión Jerárquica) Requerimientos para la TVD-T Robustez, SFN Expandible, recepcion parcial Entrelazado en tiempo Recepcion movil, interior TMCC Flexible, versatil OFDM= Multiplexado por División de Frecuencias Ortogonales TMCC= Control de Configuración de Transmisión y Multiplexado 19 (C)Copyright NHK 2011

15 OFDM (Multiplexado por División en Frecuencias Ortogonales) Señal OFDM en el campo tiempo Señal OFDM en el campo frecuencia (espectro) = portadora 1 portadora 2 portadora k Señal transmitida f1 f = fk f1, f2, f3, fk El multiplexado OFDM es: Modulacion multi-portadoras Mas de 5,000 portadoras en un canal de TV Permite símbolos de mayor duración que la transmisión con portadora simple Modulacion que evita multi-via Símbolos de larga duración Intervalo de Guarda GI Tiempo Símbolo activo Magnitud Símbolo OFDM GI: Intervalo de Guarda Frecuencia 20 (C)Copyright NHK 2011

16 Transmisión Jerárquica por OFDM segmentados (1) El ISDB-T adopta la técnica de transmisión jerárquica por OFDM 6MHz 1 Segmento 429 khz 13 Segmentos Frequency 21 (C)Copyright NHK 2011

17 Transmisión Jerárquica por OFDM segmentados (2) 6MHz(13 segmentos) 1 Grupo 2 Grupos 3 Grupos 22 (C)Copyright NHK 2011

18 Transmisión Jerárquica por OFDM segmentados (3) La transmisión jerárquica se crea modificando los parámetros según los requerimientos de cada usuario. Modulación : QPSK, 16QAM, 64QAM, (DQPSK) QPSK 16QAM 64QAM Mayor robustez Mayor capacidad Corrección de errores : Indice de codificación convolucional (1/2-7/8) 1/2 2/3 3/4 5/6 7/8 Mayor robustez Mayor capacidad QPSK: modulación por desplazamiento de fase en cuadratura. QAM: modulación de amplitud en cuadratura 23 (C)Copyright NHK 2011

19 Transmisión Jerárquica por OFDM segmentados (4) Ejemplo (transmisión en 2 capas) 1 canal (13 segmentos) frecuencia Capa A LDTV, Audio, Datos Capa A Recepción portatil (servicio One-Seg ) QPSK FEC=2/3 Para receptores portátiles Transmisión robusta Capa B Capa B Recepción fija, recepcion movil (HDTV,etc) Para recepción HDTV o Multi-SDTV QPSK: modulación por desplazamiento de fase en cuadratura QAM: modulación de amplitud en cuadratura FEC: corrección de errores en avance HDTV o Multi-SDTV programas con datos HDTV 64QAM FEC=3/4 Transmisión de alta capacidad (C)Copyright NHK

20 Técnica del Entrelazado (1) Estación transmisora TV Trayectoria Receptores Sin entrelazado Errores por radiofrecuencias Dificultad para corregir errores continuos Imagen original Entrelazado Reordenado según una secuencia Errores por radiofrecuencias Reconstruccion de los datos Datos erroneos corregidos 25 (C)Copyright NHK 2011

21 Técnica del entrelazado (2) efectos - El entrelazado es una técnica fundamental en el sistema de transmisión. La corrección de errores es efectiva cuando la característica del ruido es aleatorio. El entrelazado busca aleatorizar la ráfaga de errores generada en la trayectoria. Ante rafagas de errores, la correccion FEC no funciona Ante errores Random, la correccion FEC funciona Transmision antes del Entrelazado Entrelazado Transmision despues del Entrelazado Burst error occurs at transmission path Recepcion despues del Des-entrelazado Des-entrelazado Recepcion antes del Des-entrelazado FEC: corrección de errores en avance 26 (C)Copyright NHK 2011

22 Técnica de entrelazado (3) tipos y efectos Codificador RS Entrelazado de Byte Codificador convolucional Entrelazado de Bit Mapping Entrelazado en tiempo Entrelazado en frecuencia Entrelazado de Byte Está ubicado entre el codificador externo y el codificador interno. Aleatoriza los errores por ráfagas de la salida del decodificador Viterbi. Entrelazado de Bit Está ubicado entre el codificador convolucional y el Mapping. Aleatoriza los errores de simbolos antes del decodificador Viterbi. Entrelazado en el Tiempo Está ubicado a la salida del Mapping (modulación). Aleatoriza los errores por ráfagas en el campo tiempo, causados principalmente por ruidos por impulsos, desvanecimiento de la recepción de unidades móviles etc. Entrelazado de Frecuencia Está ubicado a la salida del entrelazado en tiempo. Aleatoriza los errores por ráfaga en el Campo de frecuencia, causados principalmente por la transmisión multi-via, interferencias etc. 27 (C)Copyright NHK 2011

23 Intervalo de Guarda (1) Señal OFDM: forma de onda en el tiempo y espectrograma Forma de Onda de la OFDM Espectrograma de la OFDM portadora = portadora 2 portadora k Señal transmitida = GI Tiempo efectivo símbolo Símbolo OFDM Frecuencia Aplicación del Intervalo de Guarda Intervalo guarda Datos de salida IFFT Simbolo efectivo Intervalo guarda Datos de salida IFFT Simbolo efectivo IFFT: Transformada Rápida de Fourier Inversa 29 (C)Copyright NHK 2011

24 Intervalo de Guarda (2) -Efectos (a) Simbolo OFDM transmitido GI Símbolo Efectivo GI Eje del tiempo Símbolo Efectivo (b) td GI Símbolo Efectivo GI Símbolo Efectivo (c) Ventana FFT (a) : Onda directa del TX, (b) : Onda reflejada (onda multi-vía) GI: Intervalo de guarda, td: Retardo de onda multi-vía, (c) Ventana FFT del receptor La Ventana FFT del receptor recorta la señal en tramos de longitud Ts (símbolo efectivo). Esta señal entra a la FFT para demodular la señal OFDM. Si la Ventana FFT se ajusta de modo que queda dentro del intervalo del símbolo OFDM transmitido, no se producirán interferencias Inter-Símbolos (ICI). Por ello, si el retardo de las ondas multi-vía no exceden el Intervalo de Guarda (GI), las interferencias por multi-vía prácticamente se anulan. 30 (C)Copyright NHK 2011

25 Intervalo de Guarda (3) Red de Frecuencia Unica RFU- Estacion X Transmisión Estación X (requerida) Punto de recepción Estación Y Transmisión Estación Y (no requerida) Retardo en recepción Tiempo Sincronía Datos digitales (audio, video) Conformación de una Red de Frecuencia Única Racionalización del uso de las radio-frecuencias Intervalo de Guarda En el Japón, sobre un total de estaciones se conformaron unos 40 canales. A Ch Estacion X A Ch A Ch Periodo de recepción Estacion Z B Ch Referencia: Red de Multi-Frecuencia Estación X A Ch Tiempo C Ch Estacion Z Estacion Y Estacion Y (C)Copyright NHK

26 Diagrama Funcional en bloque del ISDB-T TS TS RE-MUX Codific. RS Division jerarquica Dispersion Energia Adjuste retardo Entrelaz. Byte Codificado Convolucional Entrelaz. Bit Mapeo Combinac. jerarquica Entrelaz. tiempo Entrelaz. frecuencia Encuadre OFDM Piloto/TMCC/AC IFFT Adicion Interv.Guarda Modulac cuadratura Convert. D/A Señal OFDM 32 (C)Copyright NHK 2011

27 Parametros del ISDB-T (AB: 6MHz) Modo ISDB-T Cant. segmentos OFDM Ancho de banda utilizable Espaciado portadoras Total portadoras Modulación Nro simbolos / cuadro Duracion simbolo activo Intervalo de Guarda Codificacion interna Codificacion externa Entrelazado en tiempo Tasa de bits utilizable Mode 1 (2k) Mode 2 (4k) Mode 3 (8k) MHz 5.573MHz 5.572MHz 3.968kHz 1.984kHz 0.992kHz QPSK, 16QAM, 64QAM, DQPSK μ s 504μ s 1.008ms 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 del t. simbolo activo Codif. Convolucional (1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8) RS (204,188) 0 0.5s 3.651Mbps Mbps 33 (C)Copyright NHK 2011

28 Tecnologia de RFU La tecnología de RFU es una de las prestaciones del ISDB-T. La tecnología de RFU se aplica para ahorrar frecuencias. RFU: Red de Frecuencia Unica La red de transmisión puede construirse con RFU o con multiples frecuencias. La red RFU es particularmente ventajosa cuando escasean las frecuencias libres. 37 (C)Copyright Copyright NHK NHK

29 Qué es una red RFU? Sistema Analogico Sistema Digital Red Frecuencia Unica f1 Red analogica f2 Estacion master f3 f1 Estación repetidora f1 Estacion master f1 Estación repetidora Estación repetidora Estación repetidora SFN and MFN Network f1 f1 f2 Estacion master f1, f2, f3 Canales de frecuencia Estación repetidora Estación repetidora 40 (C)Copyright Copyright NHK NHK

30 Condiciones para conformar una RFU Sincronización de la red de transmisión En el punto de recepción, los retardos entre 2 o mas señales deben ser igual o menores al Intervalo de Guarda. (GI ). Onda de transmision T1 Hogar T2 Estacion Master Repetidora Estudio T2-T1 <GI 41 (C)Copyright Copyright NHK NHK

31 Condiciones para conformar una RFU Si: T2-T1 GI D/U tasa de protección OK D/U< tasa de protección (X) T1 Hogar T2 Estacion master Repetidora Estudio (C)Copyright Copyright NHK NHK

38 Homework1 1 Explain the difference between ISDB-T and ISDB-Tb (Reference ARIB-Standard B-31,ABNT-NBR15601) 2 In Mode3, how many carriers per one segment. 49

39 Homework2 3When transmitting at the same frequency from the location of the three different(a,b,c),interference occurs at the point D. The transmission time between studio an A,B,C are 300us, 500us, 800us. The distance between D and A,B,C are 60km,27km,9km. How do you eliminate the interference? 4What do you expect to Digital television in Uruguay?

40 Muchisimas gracias Next lecture 2 nd April