DISTRIBUCION DE VIDEO POR SATELITE (SISTEMAS DVB-S/S2)

Transcripción

1 tema 6 DISTRIBUCION DE VIDEO POR SATELITE (SISTEMAS DVB-S/S2) 1

2 MODELO DE REFERENCIA ARQUITECTURA DE RED PILAS DE PROTOCOLOS NORMATIVA TECNICA: DVB-S/DVB-S2, SMATV, y DVB-RCS EJEMPLOS DE DIMENSIONADO 2

3 MODELO DE REFERENCIA ARQUITECTURA DE RED PILAS DE PROTOCOLOS NORMATIVA TECNICA: DVB-S/DVB-S2, SMATV, y DVB-RCS EJEMPLOS DE DIMENSIONADO 3

4 video por satélite: modelo de referencia /1 SUPUESTO UN SERVICIO VoD (VIDEO on DEMAND), EL USUARIO PUEDE NAVEGAR, BUSCAR (SEARCH ), Y BAJAR EN TIEMPO REAL (STREAMING ) UN CONTENIDO AUDIOVISUAL. EXISTE UN CANAL INTERACTIVO PARA FACILIDADES-VCR (VIDEO CASSETTE RECORDER). SE AYUDA A LA NAVEGACION MEDIANTE INDEXACION DE CONTENIDOS Y GENERACION DE METADATOS:.- tipo DESCRIPTIVO ( tipo CATALOGO ): Por Título, Director, Actores,...- tipo CONTENIDO: Canales Mosáico (tomas, escenas,...).- tipo ESTRUCTURAL ( por elementos SEMANTICOS ): tomas de un mismo Actor, de un mismo Entorno,... 4

5 video por satélite: modelo de referencia /2 EL SERVICIO VoD (VIDEO on DEMAND) SE SUSTENTA SOBRE UN MODE- LO CLIENTE-SERVIDOR SERVIDOR, CON LAS CUATRO ETAPAS BÁSICAS SIGUIEN- TES: 1_ UN USUARIO ABRE UN CANAL DE BUSQUEDA ( SEARCH, vía WebTV, OpenTV, EPG,..) CONTRA UN SERVIDOR SITO EN EL NODO DE ACCE- SO ( CAP ). 2_ EL SERVIDOR DISPONE DE UNA BASE DE DATOS ( BROWSING DATA- BASE ), QUE PERMITE AL USUARIO REALIZAR QUERIES, AUXILIADO POR CIERTA INDEXACION DE CONTENIDOS. 5

6 video por satélite: modelo de referencia /3 3_ TRAS ENCONTRAR EL CONTENIDO DESEADO, EL USUSARIO ABRE UN CANAL INTERACTIVO CON EL SERVIDOR DE VIDEO ( VIDEO SER- VER o VIDEO PUMP ), COMO SI FUERA UN VCR, GENERANDOSE UNA DESCARGA EN TIEMPO REAL ( STREAMING ). 4_ SI EL CONTENIDO DESEADO NO RESIDIESE EN EL CAP, ESTE ABRE OTRA SESION CONTRA OTRO SERVIDOR, VIA UN SERVIDOR INTER- MEDIO ( BROKER ), QUE SE ENTIENDE CON BASES DE DATOS HETE- ROGENEAS. 6

7 video por satélite: modelo de referencia /4 Content ProviderArchive Server Application Open Interactive channel Video Pump Search Browsing database Open IC Search 4 Update Search CAP Broker Browsing database Search Content ProviderArchive Server Application Search Browsing database Open Interactive channel Video Pump Search Open IC Interactive Interactive channel channel Server Application Open Interactive channel 1 2 Search and Open I C (if appropriate) Search and Open I C Video Pump 4 Update Client Application Video Stream Control Interactive channel 3 Interactive channel 3 Client Application Video Stream Control Viewer Customer Viewer Customer 7

8 MODELO DE REFERENCIA ARQUITECTURA DE RED PILAS DE PROTOCOLOS NORMATIVA TECNICA: DVB-S/DVB-S2, SMATV, y DVB-RCS EJEMPLOS DE DIMENSIONADO 8

9 video por satélite: arquitectura de red /1 interfaces independientes para cada canal podrían ser la misma Red 9

10 video por satélite: arquitectura de red /2 ARCHIVO PROVEEDOR DE CONTENIDOS CAP ( Common Access Point ) USUARIO NODO DE ACCESO RED DE TRANSPORTE NODO DE ACCESO RED DE ACCESO USUARIO PROVEEDOR DE CONTENIDOS ARCHIVO USUARIO ARCHIVO PUNTO DE ACCESO A INFORMACION DEL PROVEEDOR DE SERVICIOS DONDE SE REPLICAN LOS CONTENIDOS MAS DEMANDADOS 10

11 video por satélite: arquitectura de red /3 RED DE TRANSPORTE RED DE ACCESO Canal de BROADCAST Canal Canal de de BROADCAST IP-MPLS / ATM SDH / EO ADSL downstream channel SAT DVB-S RDSI Internet ADSL interactive channel SIT DVB-RCS RDSI Internet Canal INTERACTIVO Canal INTERACTIVO IP (Internet Protocol) MPLS (MultiProtocol Label Switching) ATM (Asynchronous Transfer Mode) SDH (Synchronous Digital Hierarchy) EO (Ethernet Optica) RDSI (Red Digital de Servicios Integrados) ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) DVB-S (Digital Video Broadcasting - Satellite) DVB-RCS (DVB Return Channel Satellite) RDSI (Red Digital de Servicios Integrados) 11

12 video por satélite: arquitectura de red /4 SI CANAL INTERACTIVO TIPO_RDSI ( 2B+D ):.- UN CANAL-B PARA NAVEGACION.- OTRO CANAL-B PARA VIDEO PUMP (SIMULACION VCR) SI CANAL INTERACTIVO TIPO-SIT (SATELLITE INTERACTIVE TECHNLOGIES) -> TECNOLOGIA_VSAT EL CANAL INTERACTIVO VIA SATELITE (DVB-RCS) PUEDE SER DE INTERES EN AQUELLOS ENTONOS GEOGRÁFICOS CON ES- CASA PRESENCIA DE LA RED FIJA. LAS TECNOLOGIAS ATM Y RDSI ESTAN EN DESUSO EN LA AC- TUALIDAD. 12

13 video por satélite: arquitectura de red /5 FIP (Forward Interactive Path) RIP (Return Interactive Path) FIP (dentro del canal BROADCAST) y RIP con tecnología SIT SIT Return Links DVB Forward Link DVB Forward Link SIT Return Links Broadcast Service Provider Broadcast Network Adapter Feeder Station Interactive Service Provider Interactive Network Adapter Hub Station SIT SIT SIT SIT 13

14 MODELO DE REFERENCIA ARQUITECTURA DE RED PILAS DE PROTOCOLOS NORMATIVA TECNICA: DVB-S/DVB-S2, SMATV, y DVB-RCS EJEMPLOS DE DIMENSIONADO 14

15 video por satélite: pilas de protocolos /1 para SAC (Servicio de Acceso Condicional), por ejemplo Private Section (ni audio ni video) ATM Adaptation Layer 1 (AAL1), que solo soporta CBR (Constant Bits Rate) DATOS MPEG-2 ( VIDEO ) MPEG-2 ( AUDIO ) MPEG-2 ( PS ) MPEG-2 ( PES ) MPEG-2 ( TS ) AAL-1 ATM PDH / SDH Canal BROADCAST / Red de TRANSPORTE ( Opción_1 ) 15

16 video por satélite: pilas de protocolos /2 Canal BROADCAST / Red de TRANSPORTE ( Opción_2 ) UDP TCP IP MPEG-2 / PS MPEG-2 ( TS ) ATM / PDH / SDH para audio y video; evita el retardo asociado a TCP si sobre ATM -> AAL-5 que admite VBR (Variable Bits Rate) para datos auxiliares (sistema de acceso condicional, ) 16

17 video por satélite: pilas de protocolos /3 para SAC, por ejemplo Private Section DATOS MPEG-2 ( VIDEO ) MPEG-2 ( AUDIO ) MPEG-2 ( PS ) MPEG-2 ( PES ) MPEG-2 ( TS ) ADSL / DVB-S Canal BROADCAST / Red de ACCESO 17

18 video por satélite: pilas de protocolos /4 Digital Storage Media, Command and Control, User to User interaction admite VBR DSM-CC ( UU ) HTTP TCP IP AAL-5 ATM SDH / PDH para manejo interactivo del canal de vídeo ( VCR like Control ), destinando a ello, por ejemplo, un canal-b para NAVEGACION, Búsqueda y Selección (el otro canal_b, por ejemplo ) Canal INTERACTIVO ( Red de TRANSPORTE ) 18

19 video por satélite: pilas de protocolos /5 Canal INTERACTIVO - Red de ACCESO ( sobre RDSI ) DSM-CC ( UN ) TCP IP PPP Point to Point Protocol ( Multilink PPP ) ( Conexión entre redes a nivel de enlaces ) Digital Storage Media, Command and Control ( User - Network ) 19

20 video por satélite: pilas de protocolos /6 ODU -> Out Door Unit RIP IP MPEG-2 / PS MPEG-2 / TS DVB-RCS Base-T NIU (Network Interface Unit) UIU (User Interface Unit) IDU -> In Door Unit NIU UIU APLICACION UDP / TCP FIP IP MPEG-2 / PS MPEG-2 / TS DVB-S Base-T IP Base-T Canal INTERACTIVO - Red de ACCESO ( sobre SIT ) 20

21 video por satélite: pilas de protocolos /7 ODU (Out Door Unit): Antena + Low Noise Block Rx Tx MHz MHz; Tx On/Off (22kHz PWK) 10 MHz Ref. User Device/Client (e.g. PC, IRD, TV) e.g. 10 base T, IEEE 1394, USB IDU IDU (In Door Unit) 21

22 MODELO DE REFERENCIA ARQUITECTURA DE RED PILAS DE PROTOCOLOS NORMATIVA TECNICA: DVB-S/DVB-S2, SMATV, y DVB-RCS EJEMPLOS DE DIMENSIONADO 22

23 video por satélite: estándar DVB-S /1 estándar estándar DVB-C DVB-C MPEG-2 RELOJ INTERFAZ FISICO (BB) Inversión SYNC1 ALEATORIZADOR (8) Codificador REED-SOLOMON (8) ENTRELAZADO CONVOLUCIONAL (8) S (8) CONVERSOR BYTE -> m (m) CODIFICADOR DIFERENCIAL (m) FORMACION BANDA BASE (I) (Q) Modulador QAM CABLE (RF) las primeras etapas (aleatorización, codificación RS y entrelazado) del estándar DVB-S (Digital Video Broadcasting Satellite) son similares a las correspondientes del estándar DVB-C, ya analizada en el tema anterior. la diferencia entre ambos radica en que, debido a la mayor agresividad del medio radioeléctrico, el estándar DVB-S incorpora una codificación adicional, de tipo convolucional, y utiliza una modulación más robusta (menos densa) que la n-qam del estándar DVB-C. 23

24 video por satélite: estándar DVB-S /2 codificación convolucional (que no existe en DVB-C) aleatorización, codificación Reed-Solomon y entrelazado convolucional, (similares a los del estándar DVB-C) modulación QPSK (en lugar de la n-qam del DVB-C) 24

25 video por satélite: estándar DVB-S /3 codificador convolucional razón de codificación: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 I Q modulador QPSK roll-off: α 0,35 I=1 Q=0 Q I=0 Q=0 Eb C / R C W = = = N N / B N 0 B R I si E b /N 0 >> la probabilidad de error en bits (PEB, o BER) será: I=1 I=0 Q=1 Q=1 PEB 2 Q ( 2W ) exp ( W ) 25

26 video por satélite: estándar DVB-S /4 CODIFICADOR CONVOLUCIONAL: registro de Desplazamiento de k etapas n sumadores módulo-2 S 0 S 1 S 2 C 1 C 2 ESTADO INICIAL S 0 S ESTADO a a c c b b d d TABLA DE ESTADOS Y TRANSICIONES ENTRADA SALIDA ESTADO C 1 C 2 transparencia de refresco (ya vista en el tema 3) a b a b c d c d r = razón = bits salida/bits entrada = 2 26

27 video por satélite: estándar DVB-S /5 ganancia de los códigos convolucional y RS, hasta obtener el flujo QEF (Quasi Error Free), y relación E b /N 0 en función de la razón del código convolucional 10-1 / 10-2 INNER CODE ( VITERBI ) 2 x 10-4 OUTER CODE ( REED-SOLOMON ) /

28 video por satélite: estándar DVB-S /6 R Rb r RS n r 28,125 2 U = = = = 34, 6 rc. CONV REED S rc. CONV REED S ( 3/2) ( 204/188) Mbps B = Rb B 36 S S 125 n (1 + α) 1,28 ( 1 + α ) = R ( 1 + α ) R = = = 28, MHz 28

29 video por satélite: estándar DVB-S2 /7 el estándar DVB-S2 (EN ), aprobado en 2005, introduce las siguientes novedades (con relación al DVB-S): flexibilidad ACM (Adaptative Coding and Modulation), que permite implementar esquemas de protección diferentes para cada servicio (TV, HDTV,..), sin perjuicio del BC-BS (Backwards Compatible Broadcast Services), merced al que los receptores DVB-S puedan descodificar parte de la señal DVB-S2. -> con el ACM, tanto la FEC como el esquema de modulación se establecen trama a trama, y estación por estación, en función de las condiciones meteorológicas y/o los requerimientos del cliente. 29

30 video por satélite: estándar DVB-S2 /8 DVB-S2 soporta cuatro modos de modulación: QPSK y 8PSK para transpondedores no-lineales (cerca de saturación), y 16APSK y 32APSK para transpondedores semi-lineales (en los que prima el throughput frente a la eficiencia en potencia), así como tres factores de redondeo: 20%, 25%, y 35%. -> en términos de C/N, DVB-S2 puede operar desde -2 db con modulación QPSK hasta 16 db con modulación 32 APSK (Amplitude-Phase Shift Keying). 30

31 video por satélite: estándar DVB-S2 /9 como FEC (Forward Error Correction), y en lugar de la concatenación Reed-Solomon más Viberbi del DVB-S, usa una concatenación de código externo tipo BCH (Bose- Chaudhuri-Hocquenghem) con código interno LDPC (Low Density Parity Check, con razones 1/4, 1/3, 2/5, 1/2, 8/9, y 9/10), que alcanza prestaciones tan solo 0,7 db por debajo del límite de Shannon. -> a efectos de FEC, y según la sensibilidad de la aplicación al retardo, se utilizan dos tramas: la normal, de bits, y la corta, de bits. 31

32 video por satélite: estándar DVB-S2 /10 los códigos BCH (Bose Chaudhuri Hocquenghem ) son un subconjunto de códigos cíclicos, bien de tipo binario o bien de tipo no-binario (como los Reed-Solomon, por ejemplo); los de tipo binario verifican: palabra-fuente k bits codificador BCH palabra-código n = 2 m 1 bits verificándose que: n - k m x t (tal que m 3) d min = 2 x t - 1 y más concretamente, en el estándar DVB-S2 se utilizan los shortened BCH palabra-fuente k* = k - s bits shortened BCH palabra-código n* = (2 m 1)-s bits verificándose también que: n* - k* m x t (tal que m 3) d min = 2 x t

33 00 -> > > > 110 t 000 -> 001 -> 010 -> 011 -> d mín 1 t video por satélite: estándar DVB-S2 / > 101 -> 110 -> 111 -> palabra-código asociada a una secuencia de fuente palabra-código errónea capacidad del código para detectar errores = d mín -1 = 2t transparencia de refresco (ya vista en el tema 5) capacidad del código para corregir errores = t = (1/2) [d mín 1] 33

34 video por satélite: estándar DVB-S2 /12 los códigos LDPC (Low Density Parity Check ) fueron propuestos por R. Gallager en 1960, y se caracterizan por su matriz de paridad H, con n-k filas y n columnas, tiene muy pocos 1 y éstos se distribuyen de forma aleatoria palabra-fuente k bits codificador LDPC palabra-código n bits razón n = n / k min n - k +1 d min en la figura de abajo se representa la matriz de paridad, H, de un código LDPC con k=4 y n=8; si la palabra-código recibida (c i ) fuese correcta, todos los productos de chequeo (f i ) debieran se iguales a cero productos de chequeo f 0 f 1 f 2 f 3 palabra-código 34

35 video por satélite: estándar DVB-S2 /13 outer encoder (N,K) Dmin inner encoder (n,k) dmin equivalent encoder (Nn,Kk) Dmin dmin la concatenación de codificadores Reed-Solomon y Convolucional del estándar DVB-S se sustituye en el DVB-S2 por la concatenación de codificadores BCH y LDPC, ambos de bloque, porque esta última concatenación escala mejor (es más fácil de implementar en el caso de regímenes binarios elevados) outer bits encoder BCH (m=16 / t=12) ejemplo de configuración DVB-S bits ( m x t) inner encoder bits LDPC (razón=3/5) ( x 5/3) 35

36 video por satélite: estándar DVB-S2 /14 36

37 video por satélite: estándar DVB-S2 /15 QPSK 8PSK 16APSK 32APSK 37

38 video por satélite: estándar DVB-S2 /16 38

39 video por satélite: estándar DVB-S2 /17 DVB-S2 versus DVB-S ( B 37 MHz ) 2 MPEG2 MPEG2 MPEG4 MPEG4 33,8 / 20 33,8 / 16 33,8 / ,8 / 8 4 R B n ( 1 + α ) 1 razon UTIL= = 59 LDPC , Mbps 39

40 video por satélite: estándar DVB-S2 /18 SDTV HDTV 576i 720p 1080i 1080p Cuadros/seg Campos/Cuadro Barrido Entrelazado Progresivo Entrelazado Progresivo Líneas/Cuadro L.Activas/Cuadro Muestras/Línea M.Activas/Línea Pixels/Cuadro Flujo Binario 270 Mbps 1,485 Gbps 1,485 Gbps 2,97 Gbps con MPEG-2 12/16 Mbps 16/20 Mbps 24/30 Mbps con MPEG-4 6/12 Mbps 8/15 Mbps 12/15 Mbps transparencia de refresco (ya vista en el tema 1) estándares 720p (SMPTE 296M-2001) y 1080i (UIT-R/BT.709-5), ambos tipo 16:9 MPEG-4 part.10 (H.264 o AVC). 40

41 MODELO DE REFERENCIA ARQUITECTURA DE RED PILAS DE PROTOCOLOS NORMATIVA TECNICA: DVB-S/DVB-S2, SMATV, y DVB-RCS EJEMPLOS DE DIMENSIONADO 41

42 video por satélite: recepción SMATV /1 RECEPCION INDIVIDUAL : directamente en FI ( MHz ) con cableado específico al efecto. RECEPCION COLECTIVA ( SMATV, EN ) : ( Satellite Master Antenna TV ) DTM ( Digital TransModulation ): remodulación desde QPSK a 16/32/64-QAM FI ( Frecuencia Intermedia: MHz ): salvo en los edificios que disponen de IICCTT, exigiría nuevo cableado. Banda-S ( MHz ) : escasa capacidad. 42

43 video por satélite: recepción SMATV /2 canalización n del espectro para televisión n terrenal BANDA ESPECTRO ( MHz ) NUMERO CANALES CANALES VHF I VHF III UHF IV UHF V como se aprecia, la Banda-S ( MHz) no se utiliza para recepción de televisión terrenal, por lo que podría emplearse para el transporte de la televisión vía satélite por el cableado interior de los edificios 43

44 video por satélite: recepción SMATV /3 R = 40 Mbps B QPSK = (40/2) x 1,35 27 MHz B 64-QAM = (40/6) x 1,15 7,7 MHz DTM como se aprecia, merced a la remodulación QPSK -> 64QAM, los 27 MHz del transpondedor de un satélite pueden comprimirse hasta los 8 MHz de un canal UHF de televisión QPSK -> QAM Digital TransModulation CABLEADO INTERIOR DEL EDIFICIO 44

45 video por satélite: recepción SMATV /4 DTM 45

46 video por satélite: recepción SMATV /5 bloques funcionales de la recepción n SMATV en las modalidades de Frecuencia Intermedia (superior) y de Banda-S S (inferior) 46

47 video por satélite: recepción SMATV /5 BLOQUES FUNCIONALES DEL IRD ( Integrated Receive and Decoder ) PARA EL ESTANDAR DVB-S Y LA RECEPCION EN FRECUENCIA INTERMEDIA (IF) DEMODULACION_QPSK DESCODIFICACION DE VITERBI DESENTRELAZADO DESCODIFICACION REED_SOLOMON DESALEATORIZACION DESCODIFICACION MPEG-2 47

48 MODELO DE REFERENCIA ARQUITECTURA DE RED PILAS DE PROTOCOLOS NORMATIVA TECNICA: DVB-S/DVB-S2, SMATV, y DVB-RCS EJEMPLOS DE DIMENSIONADO 48

49 video por satélite: canal de retorno DVB-RCS /1 DVB-RCS (DVB - RETURN CHANNEL SATELLITE), aprobado por el ETSI en Marzo de Estándar sustentado en dos documentos: EN , DVB Interaction Channel for Satellite Distribution System TR , DVB I.C.S.D.S.: Guideline for use EN Arquitectura de red articulada sobre: el NCC (Network Control Centre) y el NCR (Network Clock Reference). los RCST (Return Channel Satellite Terminal). 49

50 video por satélite: canal de retorno DVB-RCS /2 50

51 video por satélite: canal de retorno DVB-RCS /3 DVB-RCS -> articulado sobre DSM-CC (Digital Storage Media Command and Control), para el control de la bomba de video. -> con modelo Cliente Servidor. -> con mecanismo de sliding windows. -> con encapsulamiento MPE, que encapsula los datos en tramas Ethernet, las cuales se insertan en paquetes MPEG-2/TS (al e- fecto, cada RCST dispone de una dirección_mac). tipos de receptores (RCST): CONSUMER PROSUMER CORPORATE entre 64 y 144 Kbps 384 Kbps 2 Mbps 0,75 metros de φ 0,95 metros de φ 1,2 metros de φ 40 dbw de EIRP 45 dbw de EIRP 50 dbw de EIRP euros euros euros 51

52 video por satélite: canal de retorno DVB-RCS /4 ente isotrópico E iso E antena G 2 ηπ D λ = 2 2 antena real D Ganancia = G = E E antena isotrópica 2 EIRP (Effective Isotropic Radiated Power) = = PIRE (Potencia Isotrópica Radiada Equivalente)= = Potencia del Transmisor x Ganancia de la antena 52

53 video por satélite: canal de retorno DVB-RCS /5 DVB-RCS -> banda C (4-8 GHz), banda Ku (12-18 GHz), o banda Ka (~30 GHz) el RCST accede al NCC vía SLOTTED-ALOHA, tras lo cual se produce una asignación de canal tipo FM-TDMA ( Multiple Frecuency, Time Division Multiple Access ): una frecuencia, y, en la misma, uno o varios intervalos de tiempo. Codificación Reed-Solomon más codificación Convolucional (de razón 1/2, 2/3, 3/4, 4/5, y 6/7), o, en su lugar, turbo-códigos. Modulación QPSK con roll-off (α) de 0,35 53

54 video por satélite: canal de retorno DVB-RCS /6 acceso múltiple FM-TDMA (se asigna una frecuencia, FM, y, dentro de ella, uno o varios intervalos de tiempo, TDMA) 54

55 video por satélite: canal de retorno DVB-RCS /7 la solicitud de recursos (frecuencia e intervalo temporal) se realiza me- diante el protocolo Slotted-ALOHA COLISION 1 ASK mismo canal (compartido) al no recibir el asentimiento ASK los terminales RCST entienden que ha habido una colisión, por lo que transmitirán de nuevo (retransmitirán) la solicitud ACK ASK ASK mismo canal (compartido) ACK 2 ACK ASK ASK 2 ASK 1 NCC Hub Staion RCST SIT RCST SIT RCST SIT RCST SIT NCC Hub Staion RCST SIT RCST SIT RCST SIT RCST SIT ilustracción del protocolo S-ALOHA S 55

56 video por satélite: canal de retorno DVB-RCS /8 tráfico ofrecido throughtput I G RED S P P EXITO EXITO NMI p retransmisiones ALOHA: S = G xe -2G S-ALOHA: S = G xe -G ( en k int entos) = P ( k) = p ( 1 p) = = i = 1 k = P S G = e G k 1 G ( k) = k p ( 1 p) = = e i = 1 número medio de intentos, NMI, hasta envío con éxito (incluido) 1 p k 1 56

57 video por satélite: canal de retorno DVB-RCS /9 tiempo de envío de paquete (hasta intento, final, con éxito) D = (e G -1) x [1,5 m + 2a + W + 0,5 m(k+1)] + 1,5 m + 2a e G -1 -> NUMERO MEDIO DE RETRANSMISIONES FALLIDAS = (G/S) - 1 m -> DURACION DEL PAQUETE = longitud del paquete (L) / capacidad del canal (C) a -> TIEMPO DE PROPAGACION (EN UN SENTIDO) SATELITAL (2 x ) / = 0,24 seg. W -> TIEMPO DE PROCESO EN NCC (típicamente, W 10 mseg. K -> VALOR MEDIO VARIABLE ALEATORIA DE ESPERA PARA RETRANSMISION (típicamente, K= 5) 57

58 video por satélite: canal de retorno DVB-RCS /10 a a caso de no recibir el asentimiento en un tiempo 2a+W el terminal entiende que ha habido colisión, por lo que retransmitirá de nuevo el paquete, pero no inmediatamente (pues volvería a repetirse la colisión), sino tras esperar un tiempo aleatorio entre 1xm y Kxm [ media = m x (1+K) / 2 ] paquete preparado (media) transmisión del paquete NCC Hub Staion RCST SIT m m m m W -> tiempo de proceso de paquete en el NCC 1,5 x m 58

59 video por satélite: canal de retorno DVB-RCS /11 throughtput S (normalizado a capacidad del canal, C) 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0, ,15 0,3 máximo: G=1 -> S=e -1 =0,368 S-ALOHA: S = G x e -G 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 1,5 1,65 1,8 1,95 2,1 2,25 2,4 2,55 2,7 2,85 3 tráfico ofrecido G (normalizado a capacidad del canal, C) tiempo de envío hasta éxito (D) al objeto de que el retardo D sea pequeño, se trabaja con un throughtput S inferior al máximo (típicamente, S = S máx /2 =0,368/2 = 0,184) throughtput (S) 59

60 MODELO DE REFERENCIA ARQUITECTURA DE RED PILAS DE PROTOCOLOS NORMATIVA TECNICA: DVB-S/DVB-S2, SMATV, y DVB-RCS EJEMPLOS DE DIMENSIONADO 60

61 video por satélite: ejemplos de dimensionado /1 como supuesto de partida, se asume que en la red de transporte se dispone de un E3 (nivel-3 de la PDH, con 34,367 Mbps) y que en dicha red únicamente se aplica la codificación de canal Reed- Solomon, con lo que la capacidad neta será: 34,367 x (188/204) = 31,672 Mbps MPEG-2 PES 1 MPEG-2 PES 2 MPEG-2 PES 8 TS MUX MPEG-2 TS 31,672 Mbps considerando que los canales de video se codifican según el estándar MPEG-2, a razón (media) de unos 4 Mbps por canal, en la capacidad neta de 31,672 Mbps se podrán alojar unos 8 canales de video. 61

62 video por satélite: ejemplos de dimensionado /2 tras la red de transporte, viene el segmento espacial, en el que, de acuerdo con el estándar DVB-S, hay que añadir la codificación convolucional (supuesta de razón = 2/3) a la de Reed-Solomon, resultando un régimen binario de: 34,367 x (3/2) = 51,55 Mbps que, en base al estándar DVB-S, requerirá un transpondedor de: [51,55 / 2] x (1+0,35) = 34,8 36 MHz supuesta, finalmente, una recepción comunitaria tipo SMAV-TDM TDM, considerando una modulación 64-QAM con factor de redondeo (α) de 0,15 y recordando que en el cableado interior del edificio sólo se aplica la codificación Reed-Solomon, la banda necesaria será: [34,367 / 6] x (1+0,15) = 6,59 MHz para la cual se puede utilizar un canal de UHF (8 MHz) de la red interior de distribución de televisión del edificio. 62

63 video por satélite: ejemplos de dimensionado /3 ARCHIVO B 34,367 = 51,55 2 ( 3 / 2) 1,35 = = 51,55 Mbps 34,8 36 MHz PROVEEDOR DE CONTENIDOS 17 GHz NODO DE ACCESO RED DE TRANSPORTE ( WDM ) NODO DE ACCESO 12 GHz PROVEEDOR DE CONTENIDOS ARCHIVO ( 8 canalestv) ( 4 Mbps / canal) = 31,672 31,672 ( 204 / 188) = 34,367 Mbps E3 Mbps DTM / 64 QAM 34,367 B = 1,15 6 6,59 8 MHz ( α = 0,15) = 6,59 MHz ( canal UHF ) 63

64 video por satélite: ejemplos de dimensionado /4 supuesto el marco inicial ya establecido en las transparencias precedentes (8 canales de televisión digital, codificados a una media de 4 Mbps/canal, que contabilizan un total de 31,672 Mbps), a continuación se realiza el balance energético del enlace satelital. el objetivo de dicho análisis es comprobar que la probabilidad de error en bits esperada se sitúa dentro del entorno recomendado por el estándar DVB-S (es decir, entre 10-1 y 10-2 ). a continuación, y para una más fácil comprensión del balance e- nergético, en las cuatro transparencias que siguen a continuación se refrescan las nociones más básicas de la propagación radioeléctrica. 64

65 video por satélite: ejemplos de dimensionado /5 G TRX L bf = 2 4πd λ = 2 4πdf c G RCX L TRX 0,6 d λ d d d 2 2 L RCX P TRX P RCX d 1 d 2 P RCX = P L TRX TRX G L TRX bf G L RCX RCX P RCX = P TRX L TRX + G TRX L bf + G RCX L RCX L bf = 2 4πd λ 32, log f MHz + 20 log d kms ( db) 65

66 video por satélite: ejemplos de dimensionado /6 P RCX = P L TRX TRX G L TRX bf G L RCX RCX P TRX G L TRX bf G RCX P N RCX = P TRX G L bf TRX N G RCX C N = P PIRE TRX L G bf k T TRX G B RCX ( C / N ) = PIRE + ( G / T) L kb ETR SAT ETR bf HUB ETR ETR ETR ETR db = dbw + (db/ºk) db (dbw/ºk) constante de Boltzmann = k = 1,38 x Julios/ºk 66

67 video por satélite: ejemplos de dimensionado /7 transpondedor No-Regenerativo (sólo amplifica y traslada de frecuencia) transpondedor Regenerativo (amplifica, regenera, y traslada de frecuencia) W ASC W DES PEBDES PEB ASC HUB ETR ETR ETR ETR (W TOT ) -1 = (W ASC ) -1 + (W DES ) -1 HUB ETR ETR ETR ETR PEB TOT = PEB ASC + PEB DES 67

68 video por satélite: ejemplos de dimensionado /8 C ENLACE ASCENDENTE N ASC C ENLACE DESCENDENTE N DESC C C N TOT = N ASC C + N DESC C N TOT = N ASC + N C DESC = N C ASC + N C DESC C = N ASC C + N DESC R W B 1 TOT R = W B 1 ASC R + W B 1 DESC ( ) 1 ( ) 1 W = W + ( W) 1 TOT ASC DESC 68

69 video por satélite: ejemplos de dimensionado /9 ENLACE ASCENDENTE - TRANSPONDEDOR NO-REGENERATIVO Número de Canales de TV 8 Régimen medio por Canal (Mbps) 3,959 Régimen binario resultante (Mbps) 31,672 8 x 3,959 Corrección por Reed-Solomon (Mbps) 34,367 31,672 x (204/188) Corrección por C.Convolucional (R, Mbps) 51,551 34,367 x (3/2) Potencia de ETT (P, dbw) 11,761 ETT = Estación Terrena Transmisora Portadora enlace Ascendente (f, GHz) 17 Longitud de onda (λ, metros) 0,018 λ = c/f Diámetro Antena ETT (D, metros) 2,5 Eficiencia de la antena ETT (η, %) 55 Ganancia Antena ETT (G, db) 50, x log [η π2 D2 / λ2] PIRE ETT (dbw) 62,133 potencia (P) + ganancia (G) Distancia ETT-Satélite (d, kms) (distancia aproximada) Pérdidas de propagación (Lbf, db) 208,235 32, log f(mhz) + 20 log d(kms) Factor calidad del Satélite (G/T, db/ºk) 6 Ancho banda del Transpondedor (B, MHZ) 36 QPSK -> B (R/2) x 1,35 Constante de Boltzmann (k, Julios/ºk) 1,38E-23 C/N nominal (db) 12,936 PIRE + (G/T) - Lbf -10 log (kb) Eb/N0 nominal (W, db) 11,377 (C/N) + 10 log (B/R) Margen operativo de Seguridad (M, db) 3 (margen para imprevistos: lluvia, ) C/N efectiva (db) 9,936 (C/N) nominal - margen(m) Eb/N0 efectiva (W, db) 8,377 W nominal - margen(m) 69

70 video por satélite: ejemplos de dimensionado /10 ENLACE DESCENDENTE - TRANSPONDEDOR NO-REGENERATIVO Número de Canales de TV Régimen medio por Canal (Mbps) 3,959 3,959 3,959 Régimen binario resultante (Mbps) 31,672 31,672 31,672 8 x 3,959 Corrección por Reed-Solomon (Mbps) 34,367 34,367 34,367 31,672 x (204/188) Corrección por C.Convolucional (R, Mbps) 51,551 51,551 51,551 34,367 x (3/2) Ancho banda del Transpondedor (B, MHZ) QPSK -> B (R/2) x 1,35 PIRE del Satélite (dbw) Portadora enlace Descendente (f, GHz) Longitud de onda (λ, metros) 0,025 0,025 0,025 λ = c/f Distancia Satélite-Usuario (d, kms) (distancia, aproximada) Pérdidas de propagación (Lbf, db) 205, , ,210 32, log f(mhz) + 20 log d(kms) Diámetro antena de Usuario (D, metros) 0,5 0,7 0,9 Eficiencia de antena de Usuario (η, %) Ganancia antena de Usuario (G, db) 33,367 36,290 38, x log [η π2 D2 / λ2] Temperatura de ruido equipo Usuario (T, ºk) celeste (60) + del receptor (940) Factor calidad equipo Usuario (G/T, db/ºk) 3,367 6,290 8,473 G(dB) - 10 log T(ºk) Constante de Boltzmann (k, Julios/ºk) 1,38E-23 1,38E-23 1,38E-23 C/N nominal (db) 11,196 14,118 16,301 PIRE + (G/T) - Lbf -10 log (kb) Eb/N0 nominal (W, db) 9,636 12,559 14,742 (C/N) + 10 log (B/R) Margen operativo de Seguridad (M, db) (margen para imprevistos: lluvia, ) C/N efectiva (db) 8,196 11,118 13,301 (C/N) nominal - margen(m) Eb/N0 efectiva (W, db) 6,636 9,559 11,742 W nominal - margen(m) 70

71 video por satélite: ejemplos de dimensionado /11 ENLACE SATELITAL TOTAL (ASCENDENTE "más" DESCENDENTE) TRANSPONDEDOR NO-REGENERATIVO Número de Canales de TV Régimen medio por Canal (Mbps) 3,959 3,959 3,959 Régimen binario resultante (Mbps) 31,672 31,672 31,672 8 x 3,959 Corrección por Reed-Solomon (Mbps) 34,367 34,367 34,367 31,672 x (204/188) Corrección por C.Convolucional (R, Mbps) 51,551 51,551 51,551 34,367 x (3/2) Ancho banda del Transpondedor (B, MHZ) QPSK -> B (R/2) x 1,35 Diámetro antena de Usuario (D, metros) 0,5 0,7 0,9 Eb/N0 efectiva E.Ascendente (WASC, db) 8,377 8,377 8,377 Eb/N0 efectiva E.Ascendente (WASC) 6,881 6,881 6,881 antilog (WASC, db) Eb/N0 efectiva E.Descendente (WDES, db) 6,636 9,559 11,742 Eb/N0 efectiva E.Descendente (WDES) 4,609 9,034 14,934 antilog (WDES, db) Eb/N0 efectiva Enlace Satelital (WTOT) 2,760 3,906 4,711 (WTOT)-1 = (WASC)-1 + (WDES)-1 Probabilidad de Error en Bits (PEB) 6,3E-02 2,0E-02 9,0E-03 QPSK -> PEB exp (-WTOT) como se aprecia, la probabilidad de error en bits del enlace satelital total (ascendente más descendente) se inscribe en el entorno recomendado por el estándar DVB-S, es decir entre 10-1 y

72 video por satélite: ejemplos de dimensionado /12 ENLACE ASCENDENTE - TRANSPONDEDOR REGENERATIVO Número de Canales de TV 8 Régimen medio por Canal (Mbps) 3,959 Régimen binario resultante (Mbps) 31,672 8 x 3,959 Corrección por Reed-Solomon (Mbps) 34,367 31,672 x (204/188) Corrección por C.Convolucional (R, Mbps) 51,551 34,367 x (3/2) Potencia de ETT (P, dbw) 11,761 ETT = Estación Terrena Transmisora Portadora enlace Ascendente (f, GHz) 17 Longitud de onda (λ, metros) 0,018 λ = c/f Diámetro Antena ETT (D, metros) 2,5 Eficiencia de la antena ETT (η, %) 55 Ganancia Antena ETT (G, db) 50, x log [η π2 D2 / λ2] PIRE ETT (dbw) 62,133 potencia (P) + ganancia (G) Distancia ETT-Satélite (d, kms) (distancia aproximada) Pérdidas de propagación (Lbf, db) 208,235 32, log f(mhz) + 20 log d(kms) Factor calidad del Satélite (G/T, db/ºk) 6 Ancho banda del Transpondedor (B, MHZ) 36 QPSK -> B (R/2) x 1,35 Constante de Boltzmann (k, Julios/ºk) C/N nominal (db) Eb/N0 nominal (W, db) Margen operativo de Seguridad (M, db) C/N efectiva (db) Eb/N0 efectiva (W, db) Eb/N0 efectiva (W) Probabilidad de Error en Bits (PEB) 1,38E-23 12,936 PIRE + (G/T) - Lbf -10 log (kb) 11,377 (C/N) + 10 log (B/R) 3 (margen para imprevistos: lluvia, ) 9,936 (C/N) nominal - margen(m) 8,377 W nominal - margen(m) 6,881 antilog (W, db) 1,0E-03 QPSK -> PEB exp (-WTOT) igual que en el caso de transpondedor no-regenerativo 72

73 video por satélite: ejemplos de dimensionado /13 ENLACE DESCENDENTE - TRANSPONDEDOR REGENERATIVO Número de Canales de TV Régimen medio por Canal (Mbps) 3,959 3,959 3,959 Régimen binario resultante (Mbps) 31,672 31,672 31,672 8 x 3,959 Corrección por Reed-Solomon (Mbps) 34,367 34,367 34,367 31,672 x (204/188) Corrección por C.Convolucional (R, Mbps) 51,551 51,551 51,551 34,367 x (3/2) Ancho banda del Transpondedor (B, MHZ) QPSK -> B (R/2) x 1,35 PIRE del Satélite (dbw) Portadora enlace Descendente (f, GHz) Longitud de onda (λ, metros) 0,025 0,025 0,025 λ = c/f Distancia Satélite-Usuario (d, kms) (distancia, aproximada) Pérdidas de propagación (Lbf, db) 205, , ,210 32, log f(mhz) + 20 log d(kms) no-regenerativo Diámetro antena de Usuario (D, metros) 0,5 0,7 0,9 Eficiencia de antena de Usuario (η, %) Ganancia antena de Usuario (G, db) 33,367 36,290 38, x log [η π2 D2 / λ2] Temperatura de ruido equipo Usuario (T, ºk) celeste (60) + del receptor (940) Factor calidad equipo Usuario (G/T, db/ºk) 3,367 6,290 8,473 G(dB) - 10 log T(ºk) Constante de Boltzmann (k, Julios/ºk) 1,38E-23 1,38E-23 1,38E-23 C/N nominal (db) 11,196 14,118 16,301 PIRE + (G/T) - Lbf -10 log (kb) Eb/N0 nominal (W, db) 9,636 12,559 14,742 (C/N) + 10 log (B/R) Margen operativo de Seguridad (M, db) (margen para imprevistos: lluvia, ) C/N efectiva (db) 8,196 11,118 13,301 (C/N) nominal - margen(m) Eb/N0 efectiva (W, db) 6,636 9,559 11,742 W nominal - margen(m) Eb/N0 efectiva (W) 4,609 9,034 14,934 antilog (W, db) Probabilidad de Error en Bits (PEB) 1,0E-02 1,2E-04 3,3E-07 QPSK -> PEB exp (-WTOT) igual que en el caso de transpondedor no 73

74 video por satélite: ejemplos de dimensionado /14 ENLACE SATELITAL TOTAL (ASCENDENTE "más" DESCENDENTE) TRANSPONDEDOR REGENERATIVO Número de Canales de TV Régimen medio por Canal (Mbps) 3,959 3,959 3,959 Régimen binario resultante (Mbps) 31,672 31,672 31,672 8 x 3,959 Corrección por Reed-Solomon (Mbps) 34,367 34,367 34,367 31,672 x (204/188) Corrección por C.Convolucional (R, Mbps) 51,551 51,551 51,551 34,367 x (3/2) Ancho banda del Transpondedor (B, MHZ) QPSK -> B (R/2) x 1,35 Diámetro antena de Usuario (D, metros) 0,5 0,7 0,9 PEB enlace Ascendente (PEBASC) 1,0E-03 1,0E-03 1,0E-03 PEB enlace Ascendente (PEBDES) 1,0E-02 1,2E-04 3,3E-07 Probabilidad de Error en Bits Total (PEBTOT) 1,1E-02 1,1E-03 1,0E-03 PEBASC + PEBDES como se aprecia, para un mismo balance energético el transpondedor regenerativo aporta mayor calidad (menor probabilidad de error en bits) que el no-regenerativo; no obstante, y por razones varias (tecnológicas, económicas,..), la gran mayoría de los transpondedores actuales son de tipo no-regenerativo 74

75 video por satélite: ejemplos de dimensionado /15 por último, y supuesto un canal de retorno también satelital, acorde con el estándar DVB-RCS RCS, en las siguientes transparencias se realiza un ejemplo de dimensionado del mismo; en dicha línea: primero se dimensiona la parte destinada a solicitud de recursos: solicitud de frecuencia y de intervalo temporal, mediante el protocolo S-ALOHA, para el establecimiento del canal de retorno propiamente dicho. y a continuación se dimensiona el canal de retorno (propiamente dicho) que se utilizará para controlar la descarga de los programas multimedia. 75

76 video por satélite: ejemplos de dimensionado /16 premisas de partida (1): portadoras de 512 kbps de capacidad neta (a nivel de flujo-ip, sin contar las cabeceras-ethernet, la codificación de canal,...); cada portadora se estructura en 8 intervalos temporales, de 64 kbps de capacidad cada uno. canales S-ALOHA, de 64 kbps, mapeados sobre las portadoras físicas de 512 kbps, con eficiencia (throughtput ) del 20% codificación Reed-Solomon 204/188, y codificación convolucional de razón 6/7. abono de clientes, cada uno de los cuales, en la hora cargada (HC) y de media, activa tres veces el canal de retorno. 76

77 video por satélite: ejemplos de dimensionado /17 premisas de partida (2): la activación del canal de retorno comienza con el envío (con éxito, es decir sin colisión) de un paquete de 300 bytes de solicitud de recursos (frecuencia e intervalo temporal) según el protocolo S-ALOHA. tras ello, el usuario utiliza el canal de retorno (frecuencia y slot, con 64 kbps de capacidad) durante una media de 2 minutos por activación. como requisito de calidad, se fija disponer de intervalos temporales libres para el 99% de las solicitudes (para lo que la Erlang-B exige unos 1,2 servidores por cada erlang ofrecido). en el régimen binario final se estimará una sobrecarga del 10% debido a cabeceras (Ethernet, MPEG-2/TS, ). 77

78 video por satélite: ejemplos de dimensionado /18 número de canales S-ALOHA (de 64 kbps) necesarios: capacidad demandada por los usuarios capacidad soportada por los canales S-ALOHA 1000 clientes x 3 activaciones/cliente/hc x 300 bytes/activación = bytes/hc = (8/3600) bps = 2 kbps n CANALES S-ALOHA x (64 kbps/canal x 0,2) = (12,8 x n) kbps 2 (12,8 x n) -> n = 1 n = 1 canal S-ALOHA (un intervalo temporal, de 64 kbps) 78

79 video por satélite: ejemplos de dimensionado /19 retardo en la asignación del canal de retorno: D = (e G -1) x [1,5 m + 2a + W + 0,5 m(k+1)] + 1,5 m + 2a e G -1 -> NUMERO MEDIO DE RETRANSMISIONES FALLIDAS = (G/S) - 1 = (0,26/0,2) - 1 = 1,3-1 = 0,3 m -> DURACION DEL PAQUETE = (300 x 8) / = 0,0375 seg. a -> TIEMPO DE PROPAGACION (UN SENTIDO) SATELITAL = (2 x 36000) / = 0,24 seg. W -> TIEMPO DE PROCESOS = 0,010 seg. K -> VALOR MEDIO VARIABLE ALEATORIA = 5 D = 0,726 seg. 79

80 video por satélite: ejemplos de dimensionado /20 número de canales de tráfico (de 64 kbps) necesarios: tráfico por cliente = t = tiempo ocupación / tiempo observación = 3 x 2 minutos / HC = 6 / 60 = 0,1 erlangs tráfico total = A = número de clientes x t = 1000 x t = 100 erlangs Gos = 0,99 -> B(N,A) = 0,01 -> 1,2 servidores por erlang ofrecido N = número de servidores = número de canales de tráfico = 100 x 1,2 = 120 canales de tráfico 80

81 video por satélite: ejemplos de dimensionado /21 ancho de banda requerido para el canal de retorno: 1 canal S-ALOHA canales de tráfico = 121 canales 1 portadora de 512 kbps 8 x 64 kbps 8 canales -> 121 / 8 = 15,1 -> 16 portadoras régimen total por portadora: 512 x (204/188) x (7/6) x 1,1 = 713 kbps ancho de banda por portadora: (713/2) x (1+0,35) = 481,275 khz ancho de banda total = 16 x 481,275 khz 7,7 MHz 81

82 gracias 82