Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT

Transcripción

1 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT Presentación de Víctor Rosa Branco SITEL 2007 Universidad de Los Andes Escuela de Ingeniería Eléctrica Abril /04/2007

2 Sistemas VSAT VSAT: Very Small Aperture Terminal Son estaciones satelitales de bajo costo, utilizadas en redes punto a punto, punto a multipunto o interactivas. La configuración de la red puede ser en estrella, malla o una combinación de ambas. 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 2

3 Red VSAT en estrella 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 3

4 Red VSAT en malla 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 4

5 Esquema de una VSAT típica 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 5

6 Esquema de un HUB típico 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 6

7 Estándares para comunicaciones por satélite DVB Familia de estándares abiertos desarrollados por el European Telecommunications Standard Institute (ETSI) DOCSIS Estándar propietario ideado originalmente por CableLabs para los modem de cable y adaptado posteriormente a la transmisión por satélite IP over satellite Estándar propietario de la empresa Hughes Networks Systems. 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 7

8 Desventajas de los estándares propietarios Una vez instalada una red, solo se puede expandir con equipos del mismo suplidor original. De hecho, el cliente está amarrado al fabricante durante toda la vida útil del sistema. El comprador debe aceptar las condiciones técnicas, legales y económicas del vendedor. No existe interoperabilidad entre las diferentes marcas de equipos. 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 8

9 Ventajas de los estándares abiertos Interoperabilidad entre diferentes terminales y sistemas. Cesa la dependencia con el suplidor Necesidad de una organización independiente que certifique la interoperabilidad Creación de procesos de certificación y planes de pruebas 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 9

10 Ventajas de los estándares abiertos (cont.) Reducción de costos Costos de los terminales Al adoptarse universalmente el estándar, se incrementan los volúmenes de producción y consecuentemente, se reducen los costos. Se identifican los componentes críticos y se desarrollan especificaciones comunes para todos los fabricantes. Costos de instalación Al normalizarse las diferentes arquitecturas de los equipos, las herramientas y los procedimientos, se reducen los costos de instalación. Se requiere menor inversión en la preparación del personal calificado, lo que representa un ahorro en costos. 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 10

11 Digital Video Broadcasting (DVB) El proyecto del estándar DVB se lanzó en 1993, con la firma de un memorando de entendimiento (MoU). El objetivo inicial era el desarrollo de un conjunto de tecnologías digitales para la transmisión de TV por: Satélite Cable Aire 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 11

12 Principales estándares DVB (cont.) DVB-S: Transmisión digital de TV por satélite. DVB-DSNG: Transmisión de TV digital vía satélite, por parte de agencias noticiosas. DVB-C: Transmisión de TV digital sobre redes de cables. DVB-T: Transmisión de TV por aire. DVB-RCS: Canal de retorno para la transmisión vía satélite DVB-S2: Segunda versión de DVB-S DVB-H: Transmisión de TV por aire, destinada a receptores de mano. 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 12

13 Estándares DVB utilizados en comunicaciones vía satélite DVB-S DVB-RCS DVB-S2 DVB-DSNG 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 13

14 DVB-S Estándar abierto, para el enlace saliente. Emitido en Diciembre 1993 por el European Telecommunications Standard Institute (ETSI) EN Originalmente pensado para la transmisión de TV digital a través de los satélites. Describe diferentes herramientas para la codificación de los canales y la protección contra errores. Adoptado luego para la transmisión de otros tipos de información, dada su sencillez y flexibilidad. 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 14

15 DVB-S / Aspectos técnicos Sistema de modulación: QPSK Corrección de errores: (Quaternary Phase Shift Keying) Código interno convolucional (Viterbi): Relaciones de código: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 y 7/8 Código externo Reed-Solomon: R-S (204,188,T=8) Formato de datos: MPEG-2 Reed-Solomon 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 15

16 DVB-S / Aspectos técnicos (cont.) Filtro de banda base Tipo square-root raised cosine ) Factor de descenso (roll-off) igual o menor a 0,35 Eficiencia espectral de 1,6 bits/seg/hz Filtro QEF = Quasi Error Free Casi libre de errores 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 16

17 DVB-S2 / Aspectos técnicos Estándar abierto para el enlace saliente Sistemas de modulación QPSK (Quaternary Phase Shift Keying) 8PSK (8-ario Phase Shift Keying) 16APSK (16-ario Amplitude and Phase Shift Keying) 32APSK (32-ario Amplitude and Phase Shift Keying) Corrección de errores Código interno: LDPC (Low Density Parity Check) Código externo: BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem) Esto permite un comportamiento típico solo de 0,6 ~ 1,2 db por debajo del límite de Shannon. Shannon 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 17

18 DVB-S2 / Aspectos técnicos (cont.) Relaciones de código QPSK: 1/4, 1/3, 2/5, 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6, 8/9 y 9/10. 8PSK: 3/5, 2/3, 3/4, 5/6, 8/9 y 9/10. 16APSK: 2/3, 3/4, 4/5, 5/6, 8/9 y 9/10. 32APSK: 3/4, 4/5, 5/6, 8/9 y 9/10. Filtro de banda base Factores de descenso: 0,20; 0,25 y 0,35. 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 18

19 DVB-S2 / Aspectos técnicos (cont.) La trama de banda base (BBFRAME), se codifica primero con BCH y luego con LDPC El resultado es una trama de FEC (FECFRAME), que puede ser: Normal = bits Corta = bits La longitud de la trama de FEC es fija y el overhead generado por las codificaciones es variable, dependiendo del código FEC seleccionado, lo que da por resultado una determinada eficiencia, en cada caso. 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 19

20 DVB-S2 / Aspectos técnicos (cont.) Modulación y codificación Constante (CCM) Adaptable (ACM) Eficiencia espectral > 0,5~4,5 bits/seg/hz Formatos de la data: MPEG-2 y MPEG-4 Todo esto se traduce en: 30 ~35% más de capacidad que el estándar DVB-S. Recepción 2~2,5 db más robusta. 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 20

21 DVB-S2 / Servicios Emisión de programas de TV TV digital multi-programa TV de alta definición Servicios interactivos Transmisión de datos Internet Servicios de agencias de noticias TV digital No para el público Head-ends de TV por cable 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 21

22 DVB-RCS / Aspectos técnicos RCS: Return Channel via Satellite Estándar abierto para el enlace entrante o de retorno. Sistema de modulación: QPSK Corrección de errores Código concatenado Código interno (Viterbi) Relaciones de código: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 y 7/8 Código externo Reed-Solomon Código Turbo: CRSC (Circular Recursive Systematic Convolutional) con un valor de 2/3. 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 22

23 DVB-RCS / Aspectos técnicos (cont.) Filtro de banda base Tipo square-root raised cosine ) Factor de descenso (roll-off) igual o menor a 0,35 Esquema de acceso múltiple MF-TDMA (Multiple Frequency Time Division Multiple Access) 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 23

24 DVB-DSNG DSNG: Digital Satellite News Gathering Estándar abierto para la transmisión temporal y ocasional de TV digital de las agencias de noticias. Utilizan estaciones terminales de alta portabilidad o transportables. Opcionalmente, debe ser capaz de proveer circuitos de comunicación bi-direccionales, para efectos de coordinación. Este servicio no está dirigido al público. 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 24

25 DVB-DSNG / Aspectos técnicos Sistemas de modulación: QPSK (Quaternary Phase Shift Keying) 8PSK (8ario-Phase Shift Keying) 16 QAM (16 Quadrature Amplitude Modulation) Corrección de errores: Código interno convolucional (Viterbi): Relaciones de código: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 y 7/8 Código externo Reed-Solomon: R-S (204,188,T=8) Formato de datos: MPEG-2 Reed-Solomon 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 25

26 DVB-DSNG / Aspectos técnicos (cont.) Filtro de banda base Tipo square-root raised cosine ) Factor de descenso (roll-off) igual o menor a: 0,35 para QPSK, 8PSK y 16QAM 0,25 (opcional) para 8PSK y 16QAM QEF = Quasi Error Free Casi libre de errores 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 26

27 SatLabs Group Asociación internacional, sin fines de lucro. Objetivos principales Divulgación mundial de los estándares DVB Asegurar la interoperabilidad entre los terminales y sistemas bajo el estándar DVB Lograr soluciones de bajo costo Las pruebas se realizan a través de un laboratorio independiente (CETECOM ICT Services). 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 27

28 Miembros de SatLabs AASKI Technology Advantech Satellite Networks Avanti Broadband European Space Agency Eutelsat Gilat Hellas SAT Hughes Network Systems Integrasys Jsat ND Satcom New Skies Newtec Pentamedia Satlynx SES Astra Skyware STM Norway Thales Alenia Space VeriSat ViaSat 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 28

29 SatLabs Lista de productos verificados Empresa Producto Fecha STM Norway AS SatLink /08/05 STM Norway AS SatLink /08/05 Gilat SkyEdge DVB-RCS 10/10/05 SatNet Serie /10/05 Newtec NTC/ /01/06 PentaMedia ORCS /02/06 ViaSat LinkStar IV 12/04/06 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 29

30 Cálculo de enlaces Existen excelentes aplicaciones de software, tanto comerciales (Satmaster Pro o Satmaster+) como creadas por los operadores de satélites (Intelsat LST5). Dada la complejidad de los estándares DVB, algunos de los datos de entrada para el cálculo del enlace, requieren de cálculos previos, aún cuando se utilicen aplicaciones como el Satmaster. Existen herramientas que permiten realizar estos cálculos, como la creada por el fabricante Newtec, en Excel. 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 30

31 Caso 1 Escenario Un usuario envía una señal de video sobre una parte de un transpondedor (9 MHz de un total de 36 MHz) La C/N o que puede utilizar, según el operador del satélite, es de 78,6 db, para esta portadora. Pregunta: Qué es posible lograr con DVB-S2 y DVB-S? 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 31

32 Caso 1 (cont.) Generic Inputs Transponder = Multi Carrier per Transponder Choose Carrier = Allocated Bandwidth Value in KHz = 9,000 DVB-S2 Inputs IP encapsulator = None Roll-Off Factor = 0.2 S2 Frame Type = Normal Pilot Mode = No Pilot Resultados C/N o = db Info Rate = 19,779 Kbps Margen C/N o = = 0.25 DVB-S/DSNG Inputs IP encapsulator = None Roll-Off Factor = 0.25 Resultados C/N o = db Info Rate = 13,269 Kbps Margen C/N o = = 0.25 DVB-S2 es 49% más eficiente que DVB-S/DSNG 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 32

33 Caso 1 (cont.) 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 33

34 Caso 2 Escenario Un usuario debe enviar un enlace de video de 8 Mbps sobre una parte de un transpondedor. La E s /N o que puede utilizar, es de 10,0 db para esta portadora. Pregunta: Cuál es el mínimo ancho de banda que puede alquilar con DVB-S2 y DVB-S? 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 34

35 Caso 2 (cont.) Generic Inputs Transponder = Multi Carrier per Transponder Choose Carrier = Info Rate Value in Kbps = 8,000 DVB-S2 Inputs IP encapsulator = None Roll-Off Factor = 0.2 S2 Frame Type = Normal Pilot Mode = No Pilot Resultados E s /N o = 9.60 db Margen E s /N o = = 0.40 Channel Bandwidth = 3.64 MHz DVB-S/DSNG Inputs IP encapsulator = None Roll-Off Factor = 0.25 Resultados E s /N o = 8.96 db Margen E s /N o = = 1.04 Channel Bandwidth = 5.43 MHz DVB-S2 utiliza 33% menos ancho de banda que DVB-S/DSNG 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 35

36 Caso 2 (cont.) 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 36

37 Cualquier tecnología suficientemente avanzada, es indistinguible de la magia." Arthur C. Clarke (Inventor del concepto de los satélites geo-estacionarios) 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 37

38 Gracias por su atención! Victor Rosa Branco Asesor en Telecomunicaciones 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 38

39 Código Reed-Solomon Cada palabra de código tiene 204 bytes, de los cuales 188 son de datos y 16 de paridad. N= 204 K= 188 2T= 16 => T= 8 (El código puede corregir 8 errores de símbolos) Por lo tanto, la denominación: R-S (204, 188, T=8) 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 39

40 Filtro tipo square-root raised cosine f Δ se mide desde el punto donde comienza el descenso (roll-off) hasta el borde del filtro ideal. El factor de descenso (roll-off factor): α = f Δ / f 0 f 0 = ancho de banda correspondiente a 6 db El ancho de banda absoluto (B), a nivel de banda base: B = f 0 + f Δ = f 0 + α f 0 = f 0 (1+ α) Ejemplos: α = 0 => B = f 0 = R b / 2 α = 0,5 => B = 3R b / 4 α = 1 => B = R b 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 40

41 Ley de Shannon En 1949, el matemático Claude Shannon publicó un papel en el cual estableció un objetivo para los teóricos de la codificación. Shannon demostró que para un nivel dado de ruido, existe un límite superior de la relación de la información a la redundancia, requerida para la transmisión precisa. Límite: E b /N o = -1,6 db 26/04/2007 Uso de los estándares DVB en sistemas VSAT 41