SISTEMAS DE RADIODIFUSIÓ

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1 CAPÍTULO 8º 8 SISTEMAS DE RADIODIFUSIÓ 00 TEMARIO 1. Panorámica general. Bandas de frecuencias 2. Sistemas en LF, MF y HF 3. Radiodifusión sonora con modulación de frecuencia 4. Redes de frecuencia única con OFDM. 5. Sistema DVB-T 6. Planificación de DVB-T 7. Planificación de redes de frecuencia única 8. Sistema DVB-S 1

2 SISTEMAS DE RADIODIFUSIÓ 1. PA ORÁMICA GE ERAL. BA DAS DE FRECUE CIAS. 2 PANORÁMICA GENERAL Según la UIT un servicio de radiodifusión es un servicio de radiocomunicación cuyas emisiones están destinadas a ser captadas por el público en general. Dichos servicios comprenden emisiones sonoras, de televisión o de otro género. En los últimos años los servicios de radiodifusión están en transición a la radiodifusión digital. Los servicios de televisión son ya digitales prácticamente en su totalidad. Sin embargo, la radiodifusión sonora sigue siendo en su mayoría analógica. 3

3 BANDAS DE FRECUENCIAS BANDAS UTILIZACIÓN CARACTERÍSTICAS LF, MF y HF VHF UHF Sonora, analógica, AM Futuro: DRM Sonora, analógica, FM. Sonora digital DAB (en duda). Televisión digital. Sonora en banda L (1,5 GHz) Televisión móvil por satélite. SHF Televisión por satélite en banda Ku (12 GHz). Sonido mono de calidad media. Estéreo y datos Estéreo de buena calidad. Estéreo y datos. DVB-T y DVB-H DAB-T y DAB-S DVB-SH DVB-S 4 SISTEMAS DE RADIODIFUSIÓ 2. SISTEMAS E LF, MF Y HF. 5

4 RADIODIFUSIÓN N AM Sistemas más antiguos. Receptores de los años 30 son capaces de recibir las señales actuales. Transmisores de gran potencia (cientos de kw) y antenas de gran tamaño. Modulación de amplitud con portadora completa. Banda base hasta 4,5 khz. Canal RF de 9 khz. LF y MF: Propagación por onda de superficie. Interferencias nocturnas a larga distancia por onda ionosférica, especialmente en MF. Casos particulares de transmisores por onda ionosférica con incidencia vertical. HF: Propagación por onda ionosférica. Algunos sistemas utilizan BLU (Banda Lateral Única). 6 BANDAS DE FRECUENCIAS DE RADIODIFUSIÓN Banda LF: 118,5 khz - 283,5 khz Anchura: 135 khz Número de canales: 15 Banda MF: 526,5 khz ,5 khz Anchura: khz Número de canales: 120 7

5 Banda HF: 10 sub-bandas khz (75 m) khz khz (60 m) khz (50 m) khz (42 m) khz (30 m) khz (25 m) khz (21 m) khz (17 m) khz (14 m) 8 PLANIFICACIÓN N DE RADIODIFUSIÓN N AM El campo mínimo utilizable (E mu ) viene condicionado por ruido atmosférico, artificial y térmico. Tanto mayor cuanto menor es la frecuencia. Las interferencias se combinan con el método de la suma cuadrática. Si E pi = E ii + R pi es el valor de campo perturbador, el campo utilizable se obtiene como: e 2 u = e 2 mu + e 2 pi 9

6 EVOLUCIÓN: DRM e IBOC DRM (Digital Radio Mondiale) es un estándar europeo de radiodifusión digital para estas tres bandas. Utiliza anchos de banda entre 4,5 khz y 20 khz. Permite uno o varios flujos de audio, con diferentes grados de calidad, más datos. Utiliza codificación de audio avanzada (MPEG-4) y OFDM con codificación de canal robusta. En la banda de HF es el único estándar mundial. En LF y MF existe también el estándar IBOC (In- Band On-Channel), desarrollado en Estados Unidos. Ambos tienen un nivel de implantación muy reducido por el momento. 10 SISTEMAS DE RADIODIFUSIÓ 3. RADIODIFUSIÓ SO ORA CO MODULACIÓ DE FRECUE CIA 11

7 SEÑAL EN BANDA BASE Tres modalidades: Mono: Señal de audio 0-15 khz (desde 40 Hz). Estéreo: Señales L y R (canales izquierdo y derecho). L+R en 0-15 khz (compatible con mono). L-R en doble banda lateral sobre 38 khz. Piloto de 19 khz. (8-10% de amplitud). Estéreo con señales de control y auxiliares. Señal estéreo completa. (>90% de amplitud). Señales auxiliares entre 53 y 76 khz (<10%). Ej. RDS (Radio Data System) en 57 khz. L+R L-R en DBL RDS f(khz) 12 SEÑAL EN RADIOFRECUENCIA En todos los casos la señal en banda base modula en frecuencia a la portadora, con f = 75 khz. Mono: BW 2 ( ) = 180 khz Estéreo: BW 2 ( ) = 256 khz Estéreo con RDS: BW 2 ( ) = 264 khz Máximo: BW 2 ( ) = 302 khz Generalmente el ancho de banda puede ser algo inferior al teórico. Aún así, la interferencia de los canales adyacentes es relevante. Canales en la banda 87,5 a 108 MHz, cada 100 khz. Separación mínima de 3 canales en la misma zona geográfica. 13

8 BANDA DE FM: 87,7-108 khz n: número de canal 1 n 67 Raster 0,1 MHZ Frecuencias portadoras f p = 87,7 + 0,3 (n -1) MHz 14 PLANIFICACIÓN N RADIO DE FM La planificación a gran escala utiliza estos principios: En el límite de la zona de cobertura se garantiza el servicio en el 50% de localizaciones, durante el 99% del tiempo. Se calcula la interferencia estable (50% del tiempo) y troposférica (1% del tiempo), obteniendo en ambos casos la intensidad de campo E i de las señales interferentes (cocanal o de canal adyacente). Para ello puede utilizarse la Rec del UIT-R. Sumando la relación de protección correspondiente en cada caso, se obtiene la intensidad de campo perturbador E pi para cada señal interferente (la mayor de las dos, estable o troposférica). En algunos casos se tiene en cuenta la directividad de la antena receptora. El campo utilizable E u se calcula a partir de los valores de E pi con un modelo estadístico, como el de la multiplicación simplificada. 15

9 PLANIFICACIÓN N RADIO DE FM (2) La zona de cobertura viene determinada por la superficie en la que la señal deseada supera el campo utilizable E d > E u. La señal deseada se evalúa para el 50% del tiempo y 50% de localizaciones, usando la Rec o modelos de difracción. En la planificación a gran escala se han utilizado modelos de redes regulares o reticulares. Si el campo utilizable resultara inferior al campo mínimo utilizable E mu, se aplicaría este último, según los siguientes valores: Zona rural Zona urbana Gran ciudad FM mono 48 dbu 60 dbu 70 dbu FM estéreo 54 dbu 66 dbu 74 dbu 16 RELACIONES DE PROTECCIÓN Las principales relaciones de protección se muestran en las siguientes tablas: Servicio Interferencia Cocanal Adyacente a ±100 KHz Adyacente a ±200 KHz Adyacente a ±300 KHz FM Mono Const. Tropos. 36 db 28 db 12 db 12 db 6 db 6 db -7 db -7 db FM Estéreo Const. Tropos. 45 db 37 db 33 db 25 db 7 db 7 db -7 db -7 db 17

10 REDES REGULARES O RETICULARES Herramienta teórica de planificación, a fin de evaluar los mejores parámetros técnicos de la red. Asumen que el terreno es homogéneo e ilimitado, y que todos los transmisores tienen las mismas características en cuanto a potencia y diagrama de antena. Se han utilizado en sistemas analógicos, y en el Acuerdo de Chester de planificación de DVB-T en Europa. 18 MÉTODO DE LA MULTIPLICACIÓN N SIMPLIFICADA Método basado en la variación lognormal de las señales interferentes, supuestas incorreladas. Considera que, en los porcentajes pequeños de tiempo en que no hay cobertura en un punto dado, domina una de las señales interferentes sobre todas las demás: 1) Para cada señal interferente se calcula el campo perturbador E pi, como se ha explicado. 2) Dada una cierta probabilidad de cobertura en emplazamientos Pc, el campo utilizable E u será el que se derive de la siguiente ecuación. Habitualmente P c = 0,5 (50%). n Eu E pi P c = F i = 1 σ L 2 3) Donde F(x) es la función de distribución gaussiana y σ L la desviación típica de E, tanto para el deseado como para el interferente. 2 σ L es la desviación típica de E d E i. 19

11 SISTEMAS DE RADIODIFUSIÓ 4. REDES DE FRECUE CIA Ú ICA CO OFDM 20 MODULACIÓN N COFDM Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex Formato común a DAB y DVB-T Evita degradación por multitrayecto Reduce necesidad de ecualización Los fundamentos se han estudiado en el capítulo 4. En radiodifusión: Centenares o miles de portadoras Tiempo de guarda de centenares de µs Uso en redes de frecuencia única 21

12 REDES DE FRECUENCIA ÚNICA SFN (Single Frequency Networks): transmisores sincronizados que emiten exactamente la misma señal. Si un receptor recibe señal de dos transmisores en SFN, la situación es similar a la recepción de dos señales procedentes del mismo transmisor, por multitrayecto. El tiempo de guarda necesario para absorber el multitrayecto natural (ecos pasivos) puede ser del orden de 20 µs. Para absorber las contribuciones de red SFN (ecos activos) es preciso aumentarlos hasta el orden de µs, ya que depende de la diferencia de distancias a los dos transmisores. Por otra parte T u >> T g Periodo de símbolo de décimas de milisegundo o más. 22 REDES DE FRECUENCIA ÚNICA (2) Necesidad de sincronismo muy estricto en frecuencia y en tiempo: Uso de GPS. La diferencia de trayectos es máxima en la situación prevista en la figura. El tiempo de guarda se elige de acuerdo con la distancia entre transmisores. Tx1 Rx Tx2 d(tx1-rx) - d(tx2-rx) d(tx1-tx2) Se representa el caso peor, en que se da igualdad 23

13 REDES DE FRECUENCIA ÚNICA (3) Redes regulares, con transmisores similares. Coverage extenders, transmisores secundarios o reemisores que extienden la cobertura. Gap-fillers, que cubren zonas de sombra dentro de la cobertura de un transmisor principal. Conceptos: Emisión distribuida frente a emisión centralizada. Interferencia propia de la red. Causada por transmisores situados a gran distancia, con lo que se pierde la protección por tiempo de guarda. 24 SISTEMAS DE RADIODIFUSIÓ 5. SISTEMA DVB-T 25

14 CANALES DE TELEVISIÓN En España se han utilizado los siguientes: Banda I de VHF. 3 canales (2 al 4) de 7 MHz MHz. Banda III de VHF. 8 canales (5 al 12) de 7 MHz MHz. Banda IV de UHF. 14 canales (21 al 34) de 8 MHz MHz. Banda V de UHF. 35 canales (35 al 69) de 8 MHz MHz. Los canales de televisión de VHF están en desuso. En UHF se mantiene la misma canalización de 8 MHz en la introducción de la TDT (Televisión Digital Terrestre). Los canales del 61 al 69 ( MHz) se dedicarán en los próximos años a otros servicios ( dividendo digital ). 26 ESTÁNDAR DVB-T Principales sistemas de televisión digital terrenal: ATSC. Definido en EE. UU. por el Advanced Television Systems Committee. Formado por fabricantes y operadores. DVB-T. Definido en Europa por el ETSI. Norma EN (97, versión actual de 2009) ISDB-T. Definido en Japón y adaptado en algunos países de Sudamérica (Brasil y otros). En España se utiliza el estándar DVB-T para el servicio de TDT (Televisión Digital Terrestre). 27

15 ASPECTOS RELEVANTES DE DVB-T Codificación de vídeo y audio MPEG-2. COFDM con dos modos (en origen): 2-k y 8-k Flexibilidad en la modulación de las portadoras y en la definición del tiempo de guarda. Codificación y entrelazado en dos niveles: Exterior e interior, con flexibilidad en la selección del nivel de protección de los datos. Compatibilidad (en cierto grado) con los sistemas de satélite DVB-S (EN ) y de cable DVB-C (EN ) Previsión para la utilización de redes isofrecuenciales, locales o de gran área. 28 DIAGRAMA FUNCIONAL DE DVB-T VIDEO AUDIO DATOS MUX Programa 1 2 n MUX Transporte Adaptación del múltiplex y dispersión de energía Codificación exterior RS(204,188) Entrelazado exterior Codificación interior Convolucional Entrelazado interior Generación de modulación Formación de trama Inserción de pilotos Generación de OFDM e intervalos de guarda 29

16 ADAPTACIÓN N DEL MÚLTIPLEXM Y DISPERSIÓN N DE ENERGÍA Adaptación del múltiplex: El múltiplex de transporte MPEG-2 (TS-MPEG) entrega paquetes con 1 byte de sincronismo (47H, ) y 187 de datos. Se forman bloques de ocho paquetes de 188 bytes. En el primero se invierte el byte de sincronismo (B8H, ). Dispersión de energía. Para evitar periodicidades de la señal digital o secuencias largas de 1 s ó 0 s, los bytes de datos se combinan con una secuencia seudoaleatoria de polinomio generador 1 + x 14 + x 15.. Esta secuencia se inicializa inmediatamente después de detectar un byte de sincronismo invertido. Los bytes de sincronismo no se aleatorizan. 30 DISPOSITIVO ALEATORIZADOR FIGURA 2 Diagrama esquemático del dispositivo aleatorizador/desaleatorizador Secuencia de inicialización O EXCLUSIVA Y O EXCLUSIVA Salida de datos aleatorizados/ desaleatorizados Habilitación Entrada de datos (primero el bit más significativo): Secuencia binaria pseudoaleatoria (PRBS): Anulación/entrada de datos aleatorizados x x x x x x x x D02 31

17 RESULTADO DE LA DISPERSIÓN N DE ENERGÍA Sinc. 187 bytes de datos Paquete MUX de transporte MPEG-2 (188 bytes) Sinc bytes aleat. Sinc bytes aleat. Sinc bytes aleat. Sinc. 1 Periodo de la PRBS (Pseudo Random Binary Sequence) = 1503 bytes Grupo de 8 paquetes MPEG-2 con datos aleatorizados 32 CODIFICADOR EXTERIOR Se utiliza un código Reed-Solomon (255,239,8) que opera sobre los bytes. Se anteponen 51 bytes puestos a 0 a los 188 de cada paquete de transporte. A los 239 resultantes se les aplica el código RS, obtieniendo 16 adicionales. A continuación se descartan los 51 iniciales. El resultado es un código RS (204, 188, 8). Por cada paquete del TS-MPEG se añaden 16 bytes de código: Sinc. 1 ó Sinc. n 187 bytes aleat. 16 bytes de código RS 33

18 ENTRELAZADO EXTERIOR Para mitigar el efecto de ráfagas de errores se utliliza entrelazado convolucional con profundidad 12. El entrelazado no se aplica a los bytes de sincronismo. Por tanto solamente se aplica a los 203 bytes restantes de los paquetes obtenidos en el codificador RS. Los paquetes resultantes son: Sinc. 1 ó Sinc. n 203 bytes con entrelazado temporal 34 CODIFICACION INTERIOR Se utiliza un codificador convolucional de tasa 1/2 para obtener dos secuencias X e Y con la misma velocidad binaria que la secuencia original. Es decir, la velocidad binaria se duplica: Datos mod.2 X + mod.2 Y 35

19 PERFORADO DEL CODIGO Si se desea el máximo nivel de protección se transmiten todos los bits X e Y intercalados. Para niveles inferiores el código se perfora. Para ello se forman grupos de 2, 4, 6, 10 ó 14 bits X e Y pero no se transmiten todos sino solo los siguientes: Tasa 1/2: Secuencia X1 Y1 (se transmiten todos) Tasa 2/3: X1 Y1 Y2 (se descarta X2, uno de cada 4) Tasa 3/4: X1 Y1 Y2 X3 (se descartan 2 de cada 6) Tasa 5/6: Secuencia X1 Y1 Y2 X3 Y4 X5 Tasa 7/8: Secuencia X1 Y1 Y2 Y3 Y4 X5 X6 X7 La velocidad binaria se incrementa en proporción inversa a la tasa seleccionada. 36 ENTRELAZADO INTERIOR Se realiza en dos fases: A nivel de bit y a nivel de símbolo. Del codificador convolucional y tras el perforado se obtiene una única cadena binaria. En función de la modulación que vaya a aplicarse (QPSK, 16-QAM ó 64-QAM) la cadena original se subdivide en 2, 4 ó 6 cadenas mediante conversión serie-paralelo. A cada cadena elemental se le aplica un entrelazado con profundidad 126. El algoritmo de entrelazado es diferente para cada cadena (entrelazado de bit). 37

20 ENTRELAZADO DE BIT S/P Entrelazado Entrelazado Símbolo QPSK (2 bits) Entrelazado Entrelazado Entrelazado Entrelazado S/P Entrelazado Entrelazado Símbolo 64-QAM (6 bits) S/P Entrelazado Símbolo 16-QAM (4 bits) Entrelazado Entrelazado Entrelazado 38 ENTRELAZADO DE SIMBOLO Una vez formados los símbolos QPSK, 16-QAM ó 64-QAM con que van a modularse las subportadoras COFDM, éstos se agrupan: En el modo 2-k existen 1512 portadoras activas. Se corresponden con 12 grupos de 126 símbolos. En el modo 8-k existen 6048 portadoras activas. Se corresponden con 48 grupos de 126 símbolos. Sobre cada grupo de 1512/6048 símbolos de 2/4/6 bits se aplica una nueva permutación a nivel de símbolo para generar la secuencia que se utilizará para modular las subportadoras. Equivale a un entrelazado en frecuencia. 39

21 TRANSMISION JERARQUICA Si se utiliza 16-QAM ó 64-QAM, el múltiplex de transporte puede opcionalmente dividirse en dos cadenas binarias, una de alta prioridad y otra de baja prioridad. La primera puede decodificarse en condiciones peores de relación señal/ruido. Los bits de mayor prioridad se utilizan en una modulación QPSK. Es decir, definen el cuadrante. Los bits de menor prioridad definen el símbolo concreto dentro del cuadrante. En este caso la secuencia binaria se divide en las dos cadenas, y sobre ellas se realizan de manera independiente todos los procesos previos al entrelazado interior. 40 MODULACION UNIFORME QPSK 16-QAM 64-QAM 41

22 MODULACIÓN N NO UNIFORME Se utiliza con transmisión jerárquica. La separación entre símbolos de diferente cuadrante es αveces la separación entre símbolos del mismo cuadrante. 64-QAM con α = 2 Se permite α = 1 (modulación uniforme), 2 y 4. Incrementa el grado de protección de la cadena de alta prioridad. 42 FORMACION DE SIMBOLOS OFDM En el modo 2k se transmiten 1705 portadoras (numeradas de 0 a 1704) espaciadas 4464 Hz. El tiempo útil del símbolo es 224 µs portadoras corresponden a los datos. En el modo 8k se transmiten 6817 portadoras (numeradas de 0 a 6816) espaciadas 1116 Hz. El tiempo útil del símbolo es 896 µs portadoras corresponden a los datos. La capacidad binaria es la misma. El ancho de banda es 7,66 MHz, sobre un canal de 8 MHz. Para adaptarse a otras regulaciones, el estándar DVB-T permite también el uso de canales de 5, 6 y 7 MHz, escalando la capacidad binaria. 43

23 TIEMPO DE GUARDA Y APLICACION El tiempo de guarda puede escogerse de manera que sea igual a 1/4, 1/8, 1/16 ó 1/32 veces el tiempo útil de símbolo. En el modo 2k el tiempo de guarda varía entre 7 y 56 µs, y la duración del símbolo total está entre 231 y 280 µs. Su principal aplicación son transmisores aislados o con gap-fillers ó coverage extenders. En el modo 8k el tiempo de guarda varía entre 28 y 224 µs. La duración del símbolo va de 924 a 1120 µs. Se aplicará en grandes redes isofrecuencia o en zonas muy montañosas en que el delay-spread sea muy grande. 44 TRAMAS Y SEÑALES AUXILIARES Se definen tramas de duración 68 símbolos OFDM, y supertramas de cuatro tramas. Además de los datos se transmiten: Señales piloto continuas: 45 subportadoras en el modo 2k y 177 en el modo 8k se transmiten moduladas por una señal de referencia que se obtiene de un generador seudoaleatorio. Señales piloto dispersas: Un cierto número de subportadoras de posición no fija, moduladas por la citada señal de referencia. Señales TPS: 17 ó 68 portadoras (modos 2k y 8k) transmiten información del sistema. En todas ellas la modulación es BPSK. Además los pilotos se transmiten con mayor potencia. 45

24 FUNCION DE LAS SEÑALES AUXILIARES Pilotos: Adquisición de sincronismos de frecuencia y de reloj. Sincronismo de trama Seguimiento del ruido de fase Señales TPS (Transmission Parameter Signalling) Información de modulación, incluyendo el parámetro α. Información de transmisión jerárquica. Duración del intervalo de guarda Tasa del código convolucional empleado. Numeración de trama. 46 CAPACIDAD BINARIA DEL SISTEMA Depende del tipo de modulación (QPSK, 16-QAM ó 64-QAM), tasa del código (1/2, 2/3, 3/4, 5/6 ó 7/8) y tiempo de guarda (1/4, 1/8, 1/16 ó 1/32): En QPSK, varía entre 5 y 10 Mbit/s, lo que permitiría sólo un programa con calidad SDTV más alguno con LDTV. En 16-QAM varía entre 10 y 21 Mbit/s, con lo que podrían transmitirse hasta 3 programas SDTV, o bien 2 SDTV más otros con baja definición. En 64-QAM varía entre 15 y 31 Mbit/s, lo que permite acomodar 4 ó 5 programas SDTV como máximo. Estos números se dan para un canal de 8 MHz. Deben multiplicarse por 7/8 para canales de 7 MHz. 47

25 NECESIDADES DE C/N El nivel de referencia es la condición QEF (Quasierror free) en la que se produce por término medio un error por hora. Equivale a tasa de antes de la decodificación de Viterbi. La relación C/N necesaria depende del tipo de modulación, tasa de código y tipo de canal (AWGN, Rayleigh o Rice) Con 5-6 Mb/s (un canal SDTV) es suficiente 3-5 db. Con Mb/s (2-3 canales) es preciso db Para llegar a 31 Mb/s (4-5 canales) es necesario db En cualquier caso, hay un efecto umbral muy marcado, de forma que se pasa de la condición QEF a perder la señal sin apenas transición. 48 COMPATIBILIDAD CON DVB-S S Y DVB-C Para facilitar la adaptación entre los tres sistemas, todos ellos comparten todos los procesos hasta el codificador interior. El perforado del código y el tipo de modulación son ya propios de cada sistema. El sistema DVB-S utiliza modulación QPSK. La velocidad binaria depende del ancho de banda disponible en el transpondedor. El sistema DVB-C utiliza QPSK y QAM, con una única portadora por canal. Precisa para su funcionamiento el uso de ecualizadores adaptativos en los receptores. 49

26 REVISIÓN N DE LA NORMA DVB-T Las últimas revisiones incorporan: Un modo adicional 4k para incorporar opciones suplementarias para redes DVB-H (Handheld) con las que se ofrece televisión para recepción en móvil. Un modo adicional de entrelazado interior profundo, que puede utilizarse con los modos 2k y 4k. Previsto para DVB-H, con mayores niveles de ruido artificial. En el estándar original, el entrelazado interior de símbolo actúa sobre un único símbolo OFDM. El nuevo entrelazado actúa sobre dos símbolos (modo 4k) o sobre cuatro símbolos (modo 2k). Cambios en la señalización TPS para incorporar DVB-H 50 PARÁMETROS DEL MODO 4k Para un canal de 8 MHz: En el modo 4k se transmiten 3409 portadoras (numeradas de 0 a 3408) espaciadas 2232 Hz. El tiempo útil del símbolo es 448 µs portadoras corresponden a los datos. La duración del tiempo de guarda es entre 14 µs y 112 µs. El periodo de símbolo varía en función de este parámetro entre 462 µs y 560 µs. 51

27 SISTEMA DVB-H Se trata de una evolución tecnológica de DVB-T para posibilitar la recepción en un dispositivo portátil o móvil. Las principales modificaciones son: Introducción del modo 4k y nuevo entrelazado. Uso de interfaces IP y codificación de canal suplementaria MPE-FEC (Multi Protocol Encapsulation). Posible codificación a nivel de aplicación (código raptor) Time-Slicing: Organización de la transmisión de cada servicio en ráfagas, de manera que el receptor pueda estar inactivo un porcentaje alto del tiempo, reduciendo así el consumo de batería. DVB-H no es la única alternativa tecnológica para el servicio de televisión en el móvil. Tiene la consideración de norma europea. 52 SISTEMA DVB-H H (2) Técnicamente es posible compartir un canal de RF con servicios DVB-T. Es más frecuente que se configure un canal exclusivamente para DVB-H, que podría transmitir más de 100 programas para visualización en pantallas de tamaño reducido. La red necesaria para recepción portátil o móvil es más densa que las redes de radiodifusión convencionales, aunque menos que las redes móviles. Para facilitar la recepción es frecuente utilizar una combinación de modulación/codificación más robusta. QPSK ó 16-QAM para las subportadoras, con código convolucional 1/2 ó 2/3. 53

28 SISTEMA DVB-T2 Está en proceso de estandarización la segunda generación, conocida con el acrónimo DVB-T2. Es un salto cualitativo importante, que permite hasta más de 50 Mb/s en un canal de 8 Mb/s. Características: Puede transportar, en un único canal de RF, uno o varios múltiplex de transporte MPEG, y uno o varios flujos de datos genéricos, con otros formatos (p.ej. IP). La información a transmitir se estructura en PLP (Physical Layer Pipes), cada una de las cuales utiliza su propia codificación de canal y modulación, que puede ser variable con el tiempo. Permite time-slicing. Utiliza una doble codificación LDPC (Low Density Parity Check)/BCH. Se trata de dos códigos de bloques imbricados. Se utilizan también en DVB-S2. 54 SISTEMA DVB-T2 (2) Se han definido tamaños de FFT de 1k, 2k, 4k, 8k, 16k y hasta 32k. El tiempo útil de símbolo puede durar desde 0,1 hasta 3,6 ms, a lo que habría que añadir el tiempo de guarda. La modulación de las subportadoras OFDM incluye 256-QAM, además de QPSK, 16-QAM y 64-QAM. Se transmite también una compleja señalización de nivel 1 (L1 Signalling) para acceder a la información. Permite transmisión MISO (Multiple Input, Single Output). En definitiva, se trata de un sistema casi enteramente nuevo, escasamente compatible con DVB-T, aunque tenga alguna característica común. 55

29 SISTEMAS DE RADIODIFUSIÓ 6. PLA IFICACIÓ DE DVB-T 56 SISTEMA DVB-T La norma que define el sistema es la EN del ETSI. El ETSI ha publicado Implementation Guidelines en el documento TR La planificación en Europa se ha hecho en el marco de la conferencia de la CEPT que dio lugar al Acuerdo de Chester de Plan técnico (UIT) de Ginebra La UIT recoge: Conceptos muy básicos de planificación en la Recomendación BT 1125 (94) Aspectos detallados en la BT , de 2009, sobre Planning criteria for DTTV in VHF/UHF bands 57

30 INTRODUCCIÓN N DE DVB-T T EN ESPAÑA Plan Técnico Nacional de Utilización de modo 8-k en banda UHF. Compartición con TV analógica hasta apagón analógico (abril 2010). Nuevos Planes Técnicos en 2005 y Red FU de ámbito nacional: Canales ( MHz). Total de 16 canales sin desconexiones territoriales. 1 TVE y 15 privados. Red nacional con desconexiones autonómicas: 1 canal de RF (múltiplex). RTVE. Redes autonómicas y locales. Plan Técnico Nacional de Televisión Digital Local en Revisión en PLAN DE TRANSICIÓN N A LA TDT Plan Nacional de Transición a la TDT. Aprobado por Consejo de Ministros en septiembre de Prevé la organización del apagón analógico mediante proyectos de transición, elegidos por criterios técnicos y sociológicos. Grupo A. 32 Proyectos con población afectada inferior a habitantes. 30 de junio de Grupo B. 25 Proyectos con población afectada entre y habitantes. 31 de diciembre de Grupo C. 33 Proyectos con población superior a habitantes, con fecha prevista de culminación el 3 de abril de

31 EVOLUCIÓN N DE LA COBERTURA DE LA TDT 80% de la población antes del 31 de diciembre de % de la población antes del 31 de julio de % de la población antes del 31 de julio de % de la población antes del 31 de diciembre de % de la población antes de 31 de julio de % (entidades privadas de ámbito estatal) y 98% (entidades públicas de ámbito estatal o autonómico) de la población antes del 3 de abril de COBERTURA ACTUAL DE LA TDT Mayo Referencia: 61

32 SITUACIÓN N TRAS EL APAGÓN N ANALÓGICO El 3 de abril de 2010 se publica en el BOE el Real Decreto 365/2010, de 26 de marzo, por el que se regula la asignación de los múltiples TDT en la nueva etapa. Se prevé una fase 1 en la que los concesionarios privados accederán a un múltiple con cobertura estatal. RTVE dispondrá de dos, y se prevén dos múltiples autonómicos y otros para cobertura local. En la fase 2 se liberarán, de forma progresiva, los canales 61 al 69, finalizando antes de 1 de enero de Se prevé también un Múltiple digital para la prestación del servicio de televisión digital terrestre en movilidad. 62 DEFINICIÓN N DE COBERTURA El informe TR especifica tres tipos de recepción: Fija. Utilizando una antena directiva fija situada en el tejado. Portátil tipo A. Receptor portátil con antena incorporada, situado en el exterior, con una altura de 1,5 m. Portátil tipo B. Receptor portátil con antena incorporada, situado en el interior, en habitación en planta baja con ventana a la calle, con una altura de 1,5 m. Ubicación de recepción: Área de 0,5 x 0,5 m. Se entiende que la antena puede moverse en ese espacio para buscar una posición óptima. Se considera cubierta si los valores de C/N y C/I superan los umbrales mínimos el 99% del tiempo. 63

33 DEFINICIÓN N DE COBERTURA (2) Área pequeña: De dimensiones similares al pixel de los modelos digitales del terreno. Se fija como referencia 100 x 100 metros. La cobertura de esta área se califica como buena si más del 95% de las ubicaciones están cubiertas. Es aceptable si están cubiertas más del 70% de las ubicaciones. Estos criterios se traducen en niveles de intensidad de campo que deben garantizarse. Zona de cobertura de un transmisor o red: Es la combinación de todas las áreas pequeñas en que se obtiene un determinado nivel de cobertura. Debe especificarse el tipo de recepción y el nivel de cobertura. 64 DEFINICIÓN N DE COBERTURA (3) Representación gráfica de los tipos de recepción: 65

34 DEFINICIÓN N DE COBERTURA (4) Representación gráfica de los conceptos de ubicación, área pequeña y zona de cobertura: Area pequeña Ubicación 66 RELACIÓN N SEÑAL A RUIDO NECESARIA Se especifican tres tipos de canales. La relación C/N depende del canal, de la modulación y de la codificación de canal. Para 64-QAM y tasa 2/3 se tiene: Canal Rice (recepción fija). C/N = 17,1 db Canal Rayleigh (portátil). C/N = 19,3 db En canal Gaussiano (ideal) C/N = 16,5 db. En recepción fija se considera canal Rice, con algo de multitrayecto pero señal directa dominante. En recepción portátil se considera canal Rayleigh, con multitrayecto más intenso y sin señal directa. 67

35 gauss MÁRGENES Para tener un porcentaje del 70% o del 95% es necesario que el campo mediano sea superior al mínimo. La diferencia es el margen: Cobertura 70% de localizaciones Aceptable Se usa en zonas rurales 68 Cobertura 95% de localizaciones Buena Se usa en zonas urbanas EJEMPLOS DE RESULTADOS Para garantizar una cobertura del 95% L ( buena ), los valores medianos de intensidad de campo resultan: R e c e p c ió n B a n d a IV B a n d a V F ija d B u d B u P o r tá til A d B u d B u P o r tá til B d B u d B u Como referencia, en España se utiliza 64-QAM, con tasa 2/3, y se exige un nivel de cobertura similar al que el ETSI define como Buena. Con unos márgenes de implementación, generalmente se considera que el campo mediano, en la altura de referencia y para recepción fija, debe superar el siguiente umbral: E = log (f(mhz)/650) 69

36 CONSIDERACIONES Cuestiones a tener en cuenta: Se recomienda en cada caso realizar los cálculos completos según el informe ETSI TR Los niveles de campo de planificación se evalúan en el nivel de los tejados y son valores medianos (50%). Las pérdidas por altura (consideradas en la recepción portátil) son adecuadas para viviendas unifamiliares. En bloques de mayor altura habría que aplicar otro procedimiento (p.ej. La Rec. UIT-R P.1546). En cualquier caso la cobertura de interiores es problemática, por el nivel requerido. Solución: gap-fillers de interiores. Para un mismo transmisor, las distancias de cobertura son muy diferentes en función de la modalidad elegida. 70 INTERFERENCIAS Las relaciones de protección cocanal dependen del tipo de canal pero son del orden de 5-8 db para QPSK, db para 16-QAM y db para 64- QAM. Esta última es la que se emplea en España. Para canal adyacente es de -40 db, lo que permite la utilización de canales contiguos. Por ejemplo, los canales 66 al 69 se emplean en toda España, en red de frecuencia única. En los sistemas analógicos generalmente había que utilizar canales alternos. 71

37 SISTEMAS DE RADIODIFUSIÓ 7. PLA IFICACIÓ DE REDES DE FRECUE CIA Ú ICA (IDEAS GE ERALES) 72 CONCEPTOS BÁSICOSB En las redes de frecuencia única aparecen dos tipos de interferencia: - Interferencia externa, originada en otras redes. - Interferencia interna, originada en transmisores de la propia red. La externa se evalúa con métodos similares a las redes analógicas. Suele utilizarse la suma cuadrática para interferencia múltiple. En la interferencia interna, el proceso es más complejo, siendo necesario en primer lugar determinar si una señal es o no interferente (según su retardo), y en segundo lugar calcular la medida en que interfiere. 73

38 SITUACIÓN N EJEMPLO 1 Si se reciben varias señales procedentes de diferentes transmisores de la red SFN, se tiene una situación como la representada en la figura. T g T u T g T u T g T u T g T u T g T u T g T u Se ha representado en rojo la interferencia sobre la ventana de recepción del segundo símbolo, suponiendo que la recepción se sincroniza con la primera señal. Para que existe interferencia el retardo debe superar el tiempo de guarda. 74 SITUACIÓN N EJEMPLO 2 Si la sincronización de la ventana de recepción no se realiza con la primera señal sino con otra, se produce interferencia por la más adelantada. Se denominan pre-ecos. T g T u T g T u T g T g T u T g T u T g T u T g T u La protección por tiempo de guarda se aplica a señales que llegan retardadas con relación a la principal, no a las adelantadas. 75

39 CONSIDERACIONES SOBRE PLANIFICACIÓN N SFN Todas las señales que se reciban respetando la protección por tiempo de guarda contribuyen positivamente a la recepción. Se suman en potencia, obteniendo una ganancia estadística adicional por red de frecuencia única ó ganancia SFN. Para las señales adelantadas (pre-ecos) o retrasadas en más del tiempo de guarda, puede repartirse parte de la potencia como deseada y parte interferente. Sobre la parte interferente se aplica la relación de protección. La estrategia de sincronización del receptor es relevante, pero no está estandarizada, sino que depende de los fabricantes. 76 CONSIDERACIONES (2) Los transmisores situados en puntos especialmente elevados son susceptibles de causar interferencia interna, por el gran alcance que pueden tener. Puede ajustarse el retardo de los transmisores, pero con precaución. En una red amplia, las mejoras que pueden conseguirse en algunas zonas pueden suponer desventajas en otras. El mejor funcionamiento se obtiene para redes homogéneas y densas. En redes poco densas o incompletas, con transmisores de diferentes categorías, es previsible la aparición de problemas. 77

40 DESVANECIMIENTO SELECTIVO El tiempo de guarda protege de la interferencia entre símbolos. Sin embargo, la combinación de señales, aún respetando el tiempo de guarda, produce desvanecimiento selectivo. Nivel de recepción (señal de banda ancha con fading selectivo) Cada subportadora se ve afectada por un fading plano Algunas subportadras se anulan La información se recupera con ayuda de la codificación de canal y entrelazados. Anchos de banda de coherencia en el orden de decenas o centenares de khz. Sub-portadora Ancho de banda total 78 DESVANECIMIENTO SELECTIVO (2) A partir de la respuesta en frecuencia del canal algunos equipos de medida calculan la respuesta impulsiva, determinando así los ecos principales, sus niveles y retardos relativos. 79

41 SISTEMAS DE RADIODIFUSIÓ 8. SISTEMA DVB-S 80 SISTEMAS DE TV DIGITAL POR SATÉLITE El primer sistema especificado es el sistema europeo definido en la norma ETS (1994), conocido como DVB-S, orientado a la banda Ku: Basado en el sistema MPEG-2 de codificación de vídeo y audio. Utiliza su múltiplex de transporte (TS). Permite diferentes grados de calidad desde LDTV hasta HDTV. La modulación es QPSK, con doble codificación (bloques y convolucional). El número de canales por portadora depende del ancho de banda del transpondedor, la velocidad binaria de los canales y la tasa de codificación convolucional. 81

42 OTROS SISTEMAS Además del sistema europeo, hay dos sistemas importantes: Sistema americano. Desarrollado por el ATSC. Utiliza la codificación de vídeo MPEG-2, pero un sistema diferente de codificación de audio: AC-3. En todo lo demás es incompatible con el sistema DVB-S. Sistema japonés. Desarrollo independiente, adaptado a las características del mercado japonés. Se ha publicado la especificación DVB-S2, con cambios sustanciales, orientado a frecuencias más altas (b. Ka). 82 DIAGRAMA FUNCIONAL FIGURA 1 Diagrama de bloques funcional del Sistema Codificador de vídeo Codificador de audio Codificador de datos Componentes de servicio MUX de programa n Servicios MPEG-2 Codificación en la fuente y multiplexación MUX de transporte Adaptación del múltiplex y dispersión de energía 83 RS (204,188) Codificador exterior Adaptador del canal de satélite Entrelazador convolucional Código convolucional Codificador interior Conformación en banda base Modulador MDP-4 Canal de satélite de RF D01

43 PERFORADO DEL CÓDIGOC Todos los bloques anteriores son idénticos a DVB-T. El perforado del código es similar. Si se desea el máximo nivel de protección, se utiliza el código madre de tasa 1/2, asignando las componentes I y Q de la modulación a las señales X e Y obtenidas del codificador (I = X Q = Y). Para obtener las tasas 2/3, 3/4, 5/6 ó 7/8, se perfora el código 1/2, transmitiendo solo parte de los bits X e Y. La tasa 2/3 se obtiene agrupando 8 bits y transmitiendo solamente 6: I = X 1 Y 2 Y 3 Se transmiten todos los bits Y pero Q=Y 1 X 3 Y 4 solamente los X impares 84 PERFORADO DEL CÓDIGO C (2) La tasa 3/4 se obtiene tomando 6 bits (3 X y 3 Y) y transmitiendo solo 4: I = X 1 Y 2 Q = Y 1 X 3 La tasa 5/6 se obtiene tomando 10 bits (5 X y 5 Y) y transmitiendo solo 6: I = X 1 Y 2 Y 4 Q = Y 1 X 3 X 5 La tasa 7/8 se obtiene tomando 14 bits (7 X y 7 Y) y transmitiendo solo 8: I = X 1 Y 2 Y 4 Y 6 Q = Y 1 Y 3 X 5 X 7 85

44 CONFORMACIÓN N Y MODULACIÓN Una vez obtenidas las señales I y Q por el proceso descrito anteriormente, se les aplica un filtrado en raíz cuadrada de coseno alzado, con factor α = 0,35. Tren de bit serie Codificador convolucional X Y FIGURA 5 Constelación MDP-4 Perforado I Q Conformación en banda base Modulador MDP-4 Las señales así filtradas modulan directamente a la portadora. No existe por tanto codificación diferencial. I = 1 Q = 0 Q I = 0 Q = 0 I I = 1 Q = 1 I = 0 Q = 1 D05 86 OBJETIVOS DE CALIDAD El objetivo es garantizar una transmisión QEF (Quasi Error Free) durante un elevado porcentaje de tiempo. Los requisitos de energía por bit sobre densidad espectral de ruido dependen de la tasa del codificador convolucional: Tasa 1/2 Tasa 2/3 Tasa 3/4 Tasa 5/6 Tasa 7/8 E b /N 0 = 4,5 db E b /N 0 = 5,0 db E b /N 0 = 5,5 db E b /N 0 = 6,0 db E b /N 0 = 6,4 db NOTA: La energía por bit se refiere a la tasa binaria útil, sin codificación. 87

45 RELACIÓN N DE E b /N 0 CON C/N La potencia de ruido es el producto de la densidad espectral de potencia por el ancho de banda en unidades naturales: N = N 0 BW. La potencia C es igual a la energía por bit dividida por el periodo de bit, o la energia por bit multiplicada por la tasa binaria R u. Recuérdese que en la definición de E b se hace referencia a la tasa binaria neta (útil), medida en la salida del Múltiplex de transporte. Si llamamos r cc a la tasa del código (1/2, 2/3, etc...) la tasa binaria bruta resulta: Rb = Ru 188 r Y la tasa de símbolo es la mitad R s = R b /2, por ser modulación QPSK. La relación entre BW y R s depende de la degradación que se tolere en el transpondedor. 88 cc VALORES NECESARIOS DE C/N Combinando las expresiones anteriores se obtiene: C Eb Ru Eb Rs 188 = = 2 rcc BW BW C E ( db) = b 0 0 Rs 188 ( db) + 10 log(2 rcc) BW 204 Un posible valor de ancho de banda es 1,28 veces la velocidad de símbolo. Con ello se tiene: Tasa 1/2 C/N = 3,1 db A estos valores teóricos Tasa 2/3 C/N = 4,8 db debería sumarse al menos Tasa 3/4 C/N = 5,8 db 1 db por degradación en Tasa 5/6 C/N = 6,8 db los filtros y en el módem. Tasa 7/8 C/N = 7,4 db 89

46 Ejemplos de velocidad binaria útil BW (a 3 db) (MHz) BW (a -1 db) (MHz) VELOCIDAD BINARIA ÚTIL R s (para BW/R s = 1,28) (MBd) R u (para MDP-4 + convolucional de 1/2) (Mbit/s) R u (para MDP-4 + convolucional de 2/3) (Mbit/s) R u (para MDP-4 + convolucional de 3/4) (Mbit/s) R u (para MDP-4 + convolucional de 5/6) (Mbit/s) R u (para MDP-4 + convolucional de 7/8) (Mbit/s) 54 48,6 42,2 38,9 51,8 58,3 64,8 68, ,4 35,9 33,1 44,2 49,7 55,2 58, ,0 31,2 28,8 38,4 43,2 48,0 50, ,4 28,1 25,9 34,6 38,9 43,2 45, ,7 25,8 23,8 31,7 35,6 39,6 41, ,0 23,4 21,6 28,8 32,4 36,0 37, ,3 21,1 19,4 25,9 29,2 32,4 34, ,4 20,3 18,7 25,0 28,1 31,2 32,8 NOTA 1 R u se refiere a la velocidad binaria útil tras la MUX MPEG-2. R s (velocidad de símbolos) corresponde a la anchura de banda a 3 db de la señal modulada. NOTA 2 Las cifras del Cuadro 5 corresponden a una degradación de la relación E b / 0 de 1,0 db (con respecto al canal AWGN) para el caso de un factor de corte de 0,35 y un índice de codificación de 2/3, incluidos los efectos de los filtros IMUX y OMUX y del ATOP. 90