aplicaciones de satelites de alta potencia

Aplicaciones de Satelites de Alta Potencia

• Distribución de televisión privada al hogar• Elementos de un sistema de DTH comercial• Capacidad de un sistema satelital DTH• Paquetización de video y audio digital• Acceso a Internet mediante sistemas DBS/DTH

Distribución de Televisión Privada al Hogar

• Recepción de televisión por satélite directamente a domicilio.

• Inicio a principios de los 80’s con TV analógica.

• Recepción de TV solamente (TVRO).• Distribución inicial de canales a

compañias de TV por cable y comunitarias (CATV)


• Uso de satélites comerciales con cobertura nacional, regional o internacional.

• Uso inicial de transponders en banda C.• Primeros servicios en México a traves de Intelsat.• Uso posterior de satélites Morelos y Solidaridad.• Señales de TV (NTSC) moduladas en frecuencia

ocupan un transponder completo.• Máxima capacidad de canales por satélite igual al

número de transpondedores.


• Recepción de televisión casera por satélite.

• Grandes antenas receptoras de usuario(3m).

• Receptores caseros con demodulación analógica.

• Calidad de la señal proporcional a relación S/N de audio y video.

• Baja calidad de video en forma de nieve, fantasmas.


• Canales abiertos y gratuitos inicialmente.• Codificación analógica posteriormente:

distorsión previa de señal de video y/o audio en Tx.

• Renta de servicio privado mediante subscripción individual.

• Remoción de distorsión en Rx con claveautorizada después de la demodulación.

• Paquetes comerciales de canales básicos, extendidos y especiales.


• Regla de Carson:Al modular en frecuencia (FM), el 98% de la energía total se encuentra dentro del ancho de banda definido por:

BFM = 2 (fmax + ∆f)

• fmax = Frecuencia máxima de señal de audio o video• ∆f = Máxima desviación de frecuencia


• Ancho de banda ocupado por señales de TV analógicade TVRO por transpondedor satelital:

Para el caso de TVRO típico:fmax video = 4.2 MHz (NTSC)fmax audio = 6.3, 6.8 o 7.2 MHz∆f = 10.5 MHz

BTVRO = 2 (fmax + ∆f)= 2 (7.2 + 10.5) = 35.4 MHz


Señal analógica TVRO


Capacidad típica de satélites comerciales:

• Ancho de banda de 500 MHz por polaridad (V/H).• Reuso de polaridad permite 1000 MHz de capacidad.• Uso común de transpondedores de 40 MHz c/u.• 12 transpondedores por polaridad = 24 canales/sat.• Canales TVRO analógicos usan 36 MHz, dejando los 4 MHz

restantes como banda de guarda hacia los canales adyacentes.


Capacidad del satélite


• Distribución de frecuencias ascendentes ↑, Banda C

• Distribución de frecuencias descendentes ↓, Banda C

5,720 5,760 6,160

HOR

5,740 5,780 6,180

VER

Canal 1 3 23

Canal 2 4 24

3,720 3,760 4,160

HOR

3,740 3,780 4,180

VER

Canal 1 3 23

Canal 2 4 24


• Los sistemas TVRO utilizan las siguientes frecuencias derecepción en el enlace descendente:

Banda C: 3.7 a 4.2 GHz.Banda Ku: 11.7 a 12.2 GHz.

• Amplificación de canal de interés por convertidor de frecuencia (downconverter + LNA) FI = 70 MHz

• Amplificación de todos los transpondedores con la misma polaridad por convertidor en bloque (LNB)FI = 950 a 1450 MHz.

Distribución de Televisión Privada al Hogar Distribución de Televisión Privada al Hogar


Receptor TVRO


Los sistemas TVRO utilizan las siguientes frecuencias:


Los sistemas TVRO utilizan las siguientes frecuencias:


• Amplificación por convertidor de frecuencia FI = 70 MHz

• Amplificación por convertidor en bloque (LNB)FI = 950 a 1450 MHz.


Sistemas DTH / DBS• El desarrollo de nueva tecnología satelital así

como la explosión de la tecnología digital permitieron mejorar los servicios de TV al usuario, así como aumentar la capacidad de los satélites.

• El desarrollo de satélites de alta potencia permitió reducir el tamaño de las antenas de 3m a 60 - 90 cm.

• El uso de video digital permitió aumentar de 1 a 3 - 6 canales de TV por transpondedor.


Difusión de TV directa al hogar (DTH) mediante el usode satélites de alta potencia (DBS)

• DTH = Direct to Home:Servicio de TV y/o audio digital por satélite directo al usuario.

• DBS = Direct Broadcast Satellite:Satélite de alta potencia para difusión directa de video y/o audio al usuario.


• Los primeros sistemas satelitales de alta potencia se conocieroncomo Direct Broadcast Satellites (DBS).

• PIRE en primeros DBS = 53 - 56 dBW/tp, banda Ku.

(Morelos y Solidaridad = 45 - 48 dBW/tp, banda Ku)

• Los pioneros en el uso de satélites de alta potencia fueron los paises nórdicos europeos y Japón.

• Los primeros satélites se usaron para transmisión de TVRO analógica, logrando reducción en el tamaño de antenas.


• A principios de los 1990’s la compañía Hughes Network Systems (HNS), subsidiaria de General Motors, inició el estudio de un nuevo estándard para transmisión de TV digital.

• HNS se basó en el uso del formato MPEG-2 de video digital que permite el uso de compresión digital, multicanalización TDM y paquetización de la señal de información.

• El producto comercial resultante fué DirecTV.


• En 1983 se definió en la ITU una nueva banda de frecuencias a ser utilizadas en sistemas fijos de satélites (FSS) dentro de la banda Ku.

FSS = Fixed Satellite Systems.

MSS = Mobile Satellite Systems.

• Esta nueva banda sería utilizada específicamente para servicios de transmisión con alta potencia (DBS)

• Se definió una nueva y mayor separación orbital (9° entre satélites) para evitar interferencias.


• FSS Banda C: 5.9 - 6.4 GHz ↑3.7 - 4.2 GHz ↓

• FSS Banda Ku: 14.0 - 14.5 GHz ↑(típica) 11.7 - 12.2 GHz ↓

• FSS Banda Ku: 17.3 - 17.8 GHz ↑(DBS) 12.2 - 12.7 GHz ↓


• Distribución de frecuencias ascendentes ↑

• Distribución de frecuencias descendentes ↓

17,324.0 17,353.16 17,761.40

RHCP

17,338.58 17,367.74 17,775.98

LHCP

12,224.0 12.253.16 12,661.40

RHCP

12,238.58 12,267.74 12,675.98

LHCP



Posiciones Orbitales Actuales:• Actualmente hay satélites DBS/DTH autorizados en las

siguientes posiciones orbitales, con su región de cobertura:

• 61.5° W (Este de E.U.)

• 101° W, 110° W, 119° W (México, CONUS)

• 148° W, 157° W, 166° W y 175° W (Oeste de E.U., Hawaii, Alaska)

• Cada posición orbital permite 32 transpondedores.


Separación Orbital:

• Gran potencia de transmisión de lossatélites.

• Diámetro pequeño de antenas receptoras• Alta probabilidad de interferencia entre

satélites.

Solución: Espaciar los satélites 9°.


En 1992 se hizo la licitación y subasta de transpondedores yposiciones orbitales para servicios DBS/DTH en la banda Ku extendida.

Distribución inicial de transpondedores (1992):• 101° W: DirecTV (27 tp), USSB (5 tp)• 110° W: MCI (28 tp), USSB (3 tp), Echosat (1 tp)• 119° W: Echostar (21 tp), TCI/Tempo (11 tp)

MCI pagó 628 Millones USD por 28 transpondedores de 24 MHz c/u, con cobertura continental CONUS.

Elementos de un Sistema DTH Comercial

La arquitectura de un sistema DTH comercial se puede dividir en tres partes principales:

• Estación transmisora principal (uplink facility)• Satélite de alta potencia (DBS/DTH).• Estación casera receptora (home satellite receiving

system).


• Solo existe una estación maestra transmisora debido a la complejidad y alto costo que esto implica.

• Es común contar con una estación secundaria de respaldo en caso de falla, emergencia o mantenimiento en la estaciónprimaria.

• Se recomienda tener ambas estaciones separadas por una distancia relativamente grande, para evitar fallas catastróficas en el sistema en caso de interrupciones por desastres naturales.


Estación Transmisora Principal:• Es la encargada de alimentar la señal de información de los

distintos servicios a ofrecer por el sistema de comunicacionesvia satélite.

• Las principales aplicaciones de esta estación son:– Codificación, compresión, multicanalización y modulación de

información– Difusión de múltiples canales de TV digital– Difusión de múltiples canales de radio / audio digital– Menú de programación, horarios, publicidad, etc.– Acceso condicional– Acceso a servicios de Internet (unidireccional – download)


Estación Transmisora Principal:


ConvertidorA/D de video

y audio.Compresión

MPEG 2 DBV- S

Sat TVRO

Fibra óptica

VCR

Cámara TV/ Video

TV analógica

Mux TDM

Sat DTH digital

DVD / CD / PC

Cámara digital

Accesocondicional HPA+

RF

FEC

Mod QPSK

Conv Frec TP 2

Conv Frec TP 1

Conv Frec TP i

Conv Frec TP n

RF 1

RF 2

RF i

RF n

FI 1

FI 2

FI i

FI n

BB FI RF

Satélite de Alta Potencia:• El segmento espacial está constituido por un satélite de alta

potencia, con cobertura nacional o regional dentro del área deseada de servicio.

• Generalmente se cuenta con más de un satélite si se desea ofrecer muchos canales.


Satélite DBS/DTH


Satélite de Alta Potencia:• Un satélite para DBS/DTH cuenta con una gran área de

fotoceldas de alta eficiencia, permitiendo el uso de múltiples transpondedores de alta potencia cada uno.

• Tiene una distribución de 32 transpondedores con un ancho de banda de 24 o 28 MHZ cada uno.

• TWTAs de 100 o 200 W de potencia.• PIRE = 50 - 60 dBW.• Satélites DBS/DTH son del tipo repetidor, no OBP.


Satélite de Alta Potencia:

Elementos de un Sistema DTH ComercialMux TDM

12.2 – 12.7 GHz

LNA

RF

Transponder 3

FPB 1 HPA

OL 1

FPBaj

Conv Frec TP 1

Transponder 2

Conv Frec TP 2FPB 2 HPA

Red de

Conmu-

tación y

Suma

Transponder n

17.3 – 17.8 GHz

Estación casera receptora:• Es la encargada de recibir, demodular, decodificar y regeneral la

señal de información digital proveniente del satélite.

Generalmente se considera a la estación casera receptora como el receptor, aunque en realidad cuenta con dos elementos diferentes:

• La Unidad Exterior (Outdoor Unit, ODU).• La Unidad Interior (Indoor Unit, IDU).

Elementos de un Sistema DTH Comercial Elementos de un Sistema DTH Comercial

ODU IDU / IDRTV

Unidad Exterior (Outdoor Unit, ODU).

Consta de los siguientes elementos:• Antena con foco desplazado (offset) y

soporte.• Alimentador de antena y guía de onda.• Amplificador de bajo ruido en bloque

(LNB).


Unidad Interior (Indoor Unit, IDU):• El elemento mas importante de la estación casera receptora es el

Receptor/Decodificador Integrado (Integrated Decoder/Receiver, IDR).

• El IDR es un aparato con una gran capacidad de procesamiento (inteligencia) que permite explotar al máximo las ventajas de la transmisión digital.

• Contiene interfaces analógicas y digitales para video, audio y datos, además de otros dispositivos de I/O


El Receptor/Decodificador Integrado permite:

• Recibir las señales de FI provenientes del LNB.• Demodular la señal de FI a su formato digital original.• Regenerar el tren de bits y corregir errores que hayan ocurrido

durante la transmsión.• Elegir un solo canal de TV de la trama TDM.• Decodificar la señal digital al formato MPEG-2.• Autentificar al usuario y validar el servicio elegido.


Receptor IDR


Las funciones principales del IDR son:

• Sintonizador.• Modulador.• Decodificador FEC.• Demulticanalizador TDM.• Memoria RAM.• Procesador MPEG-2.• Interfaces de entrada/salida: video, audio, datos, IR.

Elementos de un Sistema DTH ComercialElementos de un Sistema DTH Comercial

Receptor Decodificador Integrado (IDR) MPEG 2

Sintonizador FECDemux TDM

DecodMPEG2

Microprocesador

Interfaz IR

Panel control

RAM

Demod QPSK

Proces. gráficos

Proces. Video

(buffer)

Telco PSTN

Acceso condicional

Decodaudio

Salidas

Tarjeta inteligente

Modem

VCR

Modular

PC

TV

LNB

FI 950 -1450 MHz

Datos

Video Analógico

Audio Analógico

Capacidad de un Sistema Satelital DTH

• El sistema DirecTV™ se puede imaginar como un sistema unidireccional para la difusión de servicios decomunicaciones de banda ancha con cobertura regional (broadcast).

• Está basado en el uso de satélites de alta potencia quetransmiten información digital a altas tasas de bit.

• Además de proporcionar información digital para entretenimiento, también se puede considerar como unservicio de datos por satélite.



Análisis de tecnología en DirecTV™

• El sistema cuenta con tres satélites posicionados en la ranura orbital de 101° W, llamados DBS-1, DBS-2 y DBS-3.

• Se puede tener dos o más satélites en la misma posición orbital (o cercana) debido a que utilizan distintas frecuencias cada uno, por lo que no hay interferencia entre ellos.

• Para la antena receptora aparece como un solo satélite.



Análisis de tecnología en DirecTV™Parámetros técnicos de los satélites de DirecTV:

• DBS-1 cuenta con 16 transpondedores con TWTAs de 120 W cada uno (16/120).

• DBS-2 y DBS-3 cuentan con 8 transpondedores conTWTAs de 240 W cada uno (8/240).

• PIRE aproximado de 53 y 56 DBW para cada satélite.


• DirecTV™ usa una estructura de paquetes MPEG-2 con tamaño de paquete de 188 bytes para un total de 1504 bits/paquete.

• Se utiliza un código Reed-Solomon de (146, 130) con un byte de sincronización para detección y corrección de errores.

• La tasa efectiva del código es (147, 130), pudiendo corregir hasta 8 errores de byte en cada paquete de 147 bytes.


• DirecTV™ puede tener 2 valores de códigos convolucionales entrantes r = 2/3 y 6/7, dependiendo de la potencia del transpondedor.

• En un transpondedor de baja capacidad, r = 2/3Tp 120W → 130/147 × 2/3 = 0.589

• En un transpondedor de alta capacidad, r = 6/7Tp 240W → 130/147 × 6/7 = 0.758


Dado el ancho de banda de 24 MHz por Tp y el uso de modulación QPSK, la velocidad de transmisión digital máxima es Rb = 40 Mbps, incluyendo bits de redundancia.

El caudal eficaz (goodput) de información es:• Tp 120W → 40 Mbps × 0.589 = 23.56 Mbps• Tp 240W → 40 Mbps × 0.758 = 30.32 Mbps


Por lo tanto el caudal eficaz de información por satélite es:

• DBS-1 → 16 Tp × 23.56 Mbps = 376.96 Mbps• DBS-2 → 8 Tp × 30.32 Mbps = 242.56 Mbps• DBS-3 → 8 Tp × 30.32 Mbps = 242.56 Mbps

Caudal eficaz total de DirecTV (información útil transmitida por DirecTV cada segundo)

862.08 Mbps


La ranura orbital en 101° W puede todavía acomodar a un cuarto satélite.

• Se puede reconfigurar todo el sistema como 4 satélites con 240 Watts, del tipo DBS-1,2,3,4 → 8/240 c/u.

4 sat × 8 Tp/sat × 30.32 Mbps/Tp = 970.24 Mbps

DirecTV puede difundir casi 1 Gbps de información efectiva en la región CONUS/México cada segundo.


• Considerando tasas de compresión típicas de video entre40:1 y 60:1, el sistema debe generar y distribuir entre 40 y 60 Gbps de información sin compresión por segundo en todo momento, dia y noche.

• 3 satélites a 862.08 Mbps con canales de TV de 4 Mbps en promedio tienen una capacidad actual de 215 canales en total.

• Puede aumentarse a 242 canales con el 4o satélite.


Reporte económico de DBS• El impacto y penetración de la tecnología DBS/DTH han sido

explosivos en los seis años desde su inicio.

A nivel mundial se mencionan las siguientes estadísticas:• 1997 - 10 millones de usuarios en el mundo.• 2000 - 55 millones de usuarios en el mundo.• 2002 - 67 millones de usuarios en el mundo.• 2004 - 21.4 % de hogares con TV.• 2008/9 – 100 millones de usuarios de TV digital en el mundo.


Reporte económico de DBS• El impacto y penetración de la tecnología DBS/DTH han sido

explosivos en los seis años desde su inicio.

A nivel mundial se mencionan las siguientes estadísticas:• Ventas por $28,000 millones de USD para el 2001• Ventas por $46,000 millones de USD para el 2005• Ventas por $80,000 millones de USD para el 2009

Con ingresos.


En los E.U. se espera el crecimiento de la tecnologíaDBS/DTH de acuerdo a las siguientes estadísticas:

• 2001 - 17.3 millones de usuarios.• 2002 - 19.9 millones de usuarios.• 2003 - 21.9 millones de usuarios.• 2004 - 23.6 millones de usuarios.• 2005 - 25.0 millones de usuarios.• 2010 - 36.1 millones de usuarios.


Del 100% de los usuarios de sistemas de TV privadaen los E.U. para el 2001 se tenía:

• 70% - Sistema de TV por cable.• 17% - Cable + DBS/DTH.• 13% - Solo DBS/DTH.


Calculo de enlaces en DirecTV• DirecTV diseñó sus sistema para garantizar una

disponibilidad del 99.7% al año (26.33 hr de interrupción) con un C/N)req = 8 dB.

• Como es una transmisión unidireccional (difusión) se debe asegurar que el enlace ascendente nunca falle.

• Se debe contar con control de potencia de subida en la ETM.


Control de potencia en subida


• El enlace ascendente debe garantizar un nivel constante de calidad a bordo del satélite en todo momento.

• Se requiere control de potencia de subida para garantizar dicho nivel.

• Para dimensionar la estación maestra (ETM) se debe calcular el enlace bajo cielo despejado y bajo lluvia.


• Ejemplo: Calcular PIRE y potencia requerida en ETMpara una disponibilidad de 99.7% en la Región F (modelo CCIR) y un C/N)ASC = 26 dB.

BN = 20 MHz = 73 dB-Hz Lg = 0.6 dB R= 4, L=13 km

fASC = 17.45 GHz a=0.0513, b=1.096

GRX = 34.8 Dbi Lr = LaRb = 3.05 = 4.54 dB

Lp = 207 dB TSYS = 500 K = 27 dB-K

C/N)ASC = PIRE)ET - LP - Lg - Lr - GRX - K - TSYS - B

PIRE)ET = 49.07 dBW


• Con lluvia • PIRE)ET = 49.07 dBW, si GTX = 56 dBi, • PIRE)ET = PTX + GTX , • PTX = -6.93 dBW = 0.2027 W con lluvia.

• Sin lluvia • C/N)ASC = 26 dB, PIRE = 44.23 dBW, GTX = 56 dBi, • PTX = -11.77 dBW = 0.0665 W con cielo claro.


• Dado que se tiene PTX = -6.93 dBW con lluvia, y que se tiene PTX = -11.77 dBW sin lluvia.

∆ PTX = 4.84 dBW.

• El control de potencia de la ETM debe permitir unincremento de 4.84 dBW en potencia de transmisión de su HPA.


• Para el enlace descendente, con disponibilidad de 99.75% se requiere un C/N)DESC = 6 dB.

• Si TSYS = 130 K, y 99.75% → 21.9 hr/año, • Atenuación Disponib.

5 dB (3.16) 25 hr/año6 dB (4) 16 hr/año

• 21.9 hr/año = 0.655,• x=0.655 (4 - 3.16) + 3.16 = 5.69 dB aten/lluvia


Margen por lluvia en bajada


• Como TSYS = 130 K (21.14 dB-K), y • 5.69 dB aten/lluvia = -5.69 dB = 0.2698,• TSYS = 130 K + 290 K (1 - 0.2698)= 130 K + 211.758K = 341.758 K → 25.3 dB-K

∆TSYS = TSYS)Lluvia - TSYS)Desp

= 25.3 - 21.14 = 4.16 dB por lluvia.Por lo tanto, si C/N)DESC = 6 dB, C/N)REQ = C/N)DESC + LR + ∆TSYS = 6+5.69+4.16= 15.85 dB en cielo despejado.


• Por lo tanto, si C/N)DESC = 6 dB bajo lluvia, • C/N)REQ = C/N)DESC + LR + ∆TSYS

= 6 dB + 5.69 dB + 4.16 dB= 15.85 dB en cielo despejado.

• Se tiene 9.85 dB de margen por lluvia.• Esto garantiza una recepción con 99.75% de

disponibildad al año.

Paquetizacion de Video y Audio Digital

Sistema MPEG 2

Estándard generado por el Moving Pictures Experts Group: MPEG.• Desarrollado para generar imágenes con resolución completa y

múltiples canales de audio.• Diseño inicial para aplicaciones de DBS.• Estandard básico para sistemas de televisión digital.

Paquetizacion de Video y Audio DigitalReceptor Decodificador Integrado (IDR) MPEG 2

Sintonizador FEC Demux TDM

DecodMPEG2

Microprocesador

Interfaz IR

Panel control

RAM

Demod QPSK

Proces. gráficos

Proces. Video

(buffer)

Telco PSTN

Acceso condicional

Decodaudio

Salidas

Tarjeta inteligente

Modem

VCR

Modular

PC

TV

LNB

FI 950 -1450 MHz

Datos

Video Analógico

Audio Analógico


Sistema MPEG 2

Comités MPEG, 1988:• Video y audio asociados a velocidades de bit hasta 1.5 Mbps

(MPEG 1).• Imágenes en movimiento y audio asociados a velocidades hasta

10 Mbps (MPEG 2).• Imágenes en movimiento y audio asociados a velocidades hasta

60 Mbps (MPEG 3). Luego bajó a 40 Mbps y finalmente desapareció


Sistema MPEG 2

Sistemas genéricos MPEG:• MPEG 1 está orientado hacia el almacenamiento de video

digital (Digital Storage Media, DSM)• MPEG 2 está orientado hacia su difusión por medios de

comunicación masiva. Se puede usar a cualquier velocidad y se pretende usar como el estándard de compresión para TV de altadefinicion, HDTV.)


Sistema MPEG 2

• Es un sistema basado en la transmisión multicanalizada de video y audio digital junto con un servicio de datos, en un solo flujo digital.

• El flujo de datos está comprimido y codificado, siendo luego segmentado para mantener los errores de bit limitados.

• La sincronización entre video y audio decodificados debe ser exacta.


Sistema MPEG 2

• El video digital es una secuencia de cuadros en donde cada cuadro individual se considera como muestras de una imagen analógica en una cuadrícula rectangular de muestras.

• Las muestras individuales se llaman elementos de imagen, o pixel.

• Una imagen de color requiere pixeles con tres colores (R, G, B)


Sistema MPEG 2


Sistema MPEG 2

Los pixeles de cada cuadro se dividen en bloques de 16×16 (Macrobloques)

Estructura de cuadro: reduccion temporal de redundancia.Cuadros I - Intra-imágenes o cuadros de referencia.Cuadros P - Imágenes predecidas a partir del cuadro anterior de

referencia.Cuadros B - Imágenes bidireccionales, predecidas o interpoladas

entre los cuadros anterior y posterior.


Estructura de cuadros MPEG 2I - Intracuadros (cuadros de referencia).B - Predicción Bidireccional.P - Predicción de cuadros Previos.

I B B P IPB B


Compresión de cuadros MPEG

Para lograr máxima compresión se puede quitar redundancia en tresejes: dos espaciales y uno temporal.

• Los cuadros B y P logran compresión temporal.• P necesita solo 60% de los bits que requiere I.• B necesita solo 10% de los bits que requiere I.

yTiempo

x


Sistema MPEG 2

• El codificador en el transmisor toma la información fuente, la adapta a forma digital, las comprime, codifica y multicanaliza cada servicio.

• La transmisión es multicanalizada en video y audio digital junto con un servicio de datos, en una sola señal digital.

• El flujo de datos está comprimido y codificado, siendo luego segmentado para mantener los errores de bit limitados.

• Sincronización exacta entre video y audio decodificados.


Sistema MPEG 2

El decodificador requiere del Programa de Información Específica (PSI) para decodificarel flujo de datos.

Un receptor/decodificador MPEG 2 utiliza el PCI para:• Multicanaliza los flujos individuales de bits (video, audio y

datos) en un solo flujo de bits.• Proporciona sincronización para recuperar servicios de video y

audio.• Paquetiza los bits en grupos.


Sistema MPEG 2

Transporte de flujos:

El flujo de transporte consta de paquetes con encabezados que contienen información para decodificar cada canal.

Esta información incluye la elección del idioma en los canales de audio, entre otros servicios.

Un programa en MPEG se define como un conjunto de flujo de bits elementales (V,A D) con la misma base de tiempo.


Sistema MPEG 2


Flujo de transporteMUX flujo de

transporte

Codificador de video Paquetizador

Codificador de audio Paquetizador

Video digital

Audiodigital

Video codif.

Video codif.

Flujo de paq. de video elemental PES

Flujo de paq. de audio elemental PES


Sistema MPEG 2


• Se desean paquetes con encabezados pequeños para minimizarel encabezado (overhead).

• Servicios múltiples y parámetros grandes generan encabezadosgrandes.


Sistema MPEG 2

El PSI proporciona la siguiente información:

• Tabla de asociación de programas (asocia PES de video y audio).

• Tabla de mapeo de programas.• Tabla de acceso condicional.• Tablas de información de red.


Sistema MPEG 2

Longitud de paquetes MPEG 2:

• El flujo de paquetes MPEG 2 consta de paquetes de longitud fija de 188 bytes.

Esto facilita el uso de códigos Reed-Solomon, definidos por:longitud de bloque → n = q - 1 (q = 28 = 256 =, n = 255)# dígitos de paridad → n - k = 2t (t = # errroes corregidos)distancia mínima → dmin = 2t + 1


Sistema MPEG 2

Un código Reed-Solomon (204, 188) se usa en el formato “Digital Video Broadcast, DVB” con:

• 188 bytes de información.• 204 bytes por paquete• Corrije hasta 8 bits de error.


Sistema MPEG 2

Permite usar grupo de 4 paquetes ATM sin usar overhead extra.

4 paquetes ATM → 4 × 47 = 188 bytes

ATM header AAL Información

53 bytes

5 bytes 1byte 53 bytes


Compresión de video MPEG 2• Se utiliza un formato de video digital con cuadros de 480 × 720

pixeles (CCIR 601-1) con una repetición de 30 cuadros por segundo.

Con tres planos de color la velocidad de transmisión (bit rate) del video digital con 256 niveles de intensidad por pixel es:

cuadro = 480 × 720 pixeles = 345,600 pixeles/cuadrocolor = 3 colores × 345,600 pix/cuadro = 4,036,800 pix-col/cuadro# bits = 8 bit/pix × 1,036,800 pix-col/cuadro = 8,294,400 b/cuadrobit rate = 30 cuadros/s × 8,294,400 b/cuadro = 294 Mbps Necesidad de

compresión


Necesidad de compresión de video:• Para operar económicamente un transponder DBS/DTH requiere

de 4 a 8 canales de TV por transpondedor.• Si la capacidad de transmisión digital de un transponder es de 30

Mbps, el bit rate total (video + audio + datos) debe tener entre 3.75 y 7.5 Mbps por canal.

• Audio y datos requieren 0.2 Mbps, por lo que es necesario reducir el video entre 3.55 y 7.3 Mbps.

• Para lograr esto se debe comprimir el video a tasas de compresión entre 34:1 y 70:1 para tener un sistema rentable.


Compresión de audio:• La calidad del audio digital se debe a las técnicas de

cuantización y muestreo utilizadas, aunque esto genera grandes cantidades de información digital.

• El formato de discos compactos (CD) se basa en el muestreo de audio a 44.1 k-muestras/s y se cuantiza a 16 bits por muestra, o 705.6 kbps.

• Como se necesitan dos canales para tener sonido estéreo se requiere 1.4112 kbps Mbps para reproducir audio digital en discos compactos, lo cual no es eficiente en DBS/DTH.

Paquetización de Video y Audio Digital

Compresión de audio con MPEG 1:

• Se muestrea a 48 k muestras/s por cada canal (I + D).• Tasa de bits = 192 kbps en sistema estéreo.• Estéreo unido → I + D en un solo flujo de datos, sin estéreo y

con explotación de redundancia.• Estéreo intenso → I, D separados, sonido estereofónico normal.El audio DBS tiene cuadros a 24 ms muestreando señales

analógicas entrantes a 48 kmuestras/seg y cuantizando a 16 bits/muestra.



• La salida es 192 kbps para ambas salidas de audio I, Dcombinadas.

• Bits entrantes == 2 señales × 48×103 muestras/s × 16bits/muestra × 24 ×10-3 s= 36,864 bits

• Bits salientes = 96 ×103 bps/canal × 2 canales × 24 ×10-3 s• = 4,608 bits• MPEG-1 proporciona compresión de audio bent/bsal de 8:1



Cuadro de audio: Unidad básica del estándard MPEG-1 para compresión de audio en estéreo de alta calidad.

• Representa una duración igual al máximo de muestras divididas por la tasa de muestreo. Para DBS se tiene 1,152 muestras a una tasa de muestreo de 48 k-muestras/s.

• El periodo de un cuadro es:

• Cuadros de audio concatenados forman secuencias de audio.

cuadromssmuestras

cuadromuestrasTf /24/000,48

/152,1==

Acceso a Internet Mediante SistemasDBS/DTH

Transmisión de datos usando Sistemas DBS/DTH

• Se puede aprovechar la gran cobertura que proporciona unsatélite DBS/DTH para transmitir servicios de datos unidireccionales.

• Se han usado sistemas satelitales como conexión entre servidores y nodos de acceso a Internet regionales.

• Recientemente han surgido terminales VSAT de baja capacidad para proporcionar este servicio a usuarios individuales o para interconectar redes locales o de baja capacidad (cafés Internet).



• Los sistemas digitales de banda ancha vía satélite pueden distribuir contenido digital en una amplia área de cobertura.

• Interés especial en áreas suburbanas, rurales o remotas.

• Necesidad en áreas con servicio telefónico deficiente o de baja calidad.

• Se puede ofrecer servicio hasta 36 Mbps en banda Ku y 155 Mbps en banda Ka cuando esté disponible.



• La tecnología de difusión de video digital (Digital Video Broadcast, DVB) se puede usar para transmisión de datos de Internet al usuario.

• Se puede transmitir servicios de Internet sobre satélites DBS/DTH siempre que se proporcione un canal secundario parael regreso de la señal digital.

• Ese canal secundario puede ser incluso un canal telefónico de baja capacidad.



• Se han desarrollado tarjetas receptoras IRD para PC, basadas en el estándard MPEG-2 de los sistemas DBS/DTH.

• Se basa en el supuesto tráfico asimétrico que predomina en las aplicaciones de Internet.

• Se han medido tasas de asimetría de 10:1 a 20:1 entre el tráfico entrante y el tráfico saliente en sesiones típicas de Internet.

• Se requieren cambios en la configuración de la interfaz de red para transmitir y recibir datos bidireccionales.



• La ETM en el enlace ascendente juega un papel central.

• Es responsable de enrutar el tráfico digital hacia el usuario a través del canal satelital para el enlace de retorno.

• Actúa como gateway configurando la señal de Internet como una subportadora de audio o una cadena digital MPEG-2.

• Los paquetes se envían a través del sistema operativo y protocolos al socket IP y se entrega a los programas de aplicación.



• Se basa en el envío de datagramas de IP y son encapsulados, fragmentados o segmentados dentro de la secuencia de paquetesMPEG-2/DVB.

• Posteriormente se codifican con FEC, se multicanalizan, modulan y convierten a señales de RF.

• No se utiliza protocolos ARQ en ningún momento del sistema y la corección de errores se lleva a cabo en el destino final.


Transmisión de datos usando Sistemas DBS/DTH La arquitectura de protocolos MPEG-2/DVBse puede separar en

tres niveles:

• La capa física cubre la modulación, sincronización, codificación y funciones de procesamiento de la forma de onda.

• La capa de enlace de datos proporciona transporte a las celdas de 188 bytes sobre el canal de difusión.

• La capa PES (Packetized Elementary System) se utiliza para los paquetes de audio y video y la transmisión de tablas internas delsistema.



El estándard MPEG-2 permite flujos de datos privados y sus correpondientes protocolos de adaptación.

Existe una gran similitud entre el modelo ATM y la arquitectura MPEG-2.

MPEG-2 utiliza celdas de tamaño fijo y encabezados mas su carga útil de daatos.

Una celda MPEG-2 puede contener 4 celdas ATM que lleven datagramas IP en ellas.



Flujo de transporte TDM asíncrono MPEG-2

Audio Video Audio DatosVideo Video

Paquetes PES

Encabezado Carga útil (información)

Celda de flujo de transporte (188 bytes)

Contrl Video

Sección de tablas



Las tres maneras en las cuales se transmiten datagramas IP sobre MPEG-2 son:

• Paquetes de datos encapsulados dentro de los paquetes PES de video y audio (data streaming).

• Llevados dentro de la sección de paquetes definidos para las tablas internas del sistema (multiprotocol encapsulation).

• El protocolo de adaptación puede segmentar los paquetes de datos directamente dentro de un secuencia de celdas (data piping).



Todos los métodos anteriores involucran el uso deencabezados yaque los paquetes IP no vienen en múltiplos de 184 bytes.

La mayoría de los datagramas originados en paquetes TCP, FTP o HTTP tienen entre 576 y 1500 bytes.

El contenido de overhead para la encapsulación es entre 13 y 15 porciento.



• El principal problema con el enrutamiento de enlaces unidireccionales es que los protocolos comúnes no soportan este tipo de conección.

• Se puede configurar estáticamente el enrutamiento IP en la estación maestra.

• Se asigna el número de usuario (asignación de encripción), pero esto casusa problemas a veces.

• Se puede usar tunneling a través de los protocolos de capa de enlace en los paquetes normales.



• HTTP, dado que está basado en TCP, sufre en enlaces con alto producto retardo-ancho de banda.

• Cada sesión TCP se establece una conección y usa inicio lento, pudiendo incrementar su velocidad de transmisión.

• Con el fin de aumentar la velocidad del servicio al usuario, y dereducir congestionamiento en el enlace satelital, se puede ofrecer web caching.

• Un servicio multicast se combina con caching local de páginas populares en un nodo cerca de los usuarios interesados.



• HTTP, dado que está basado en TCP, sufre en enlaces con alto producto retardo-ancho de banda.

• Cada sesión TCP se establece una conección y usa inicio lento, pudiendo incrementar su velocidad de transmisión.

• Con el fin de aumentar la velocidad del servicio al usuario, y dereducir congestionamiento en el enlace satelital, se puede ofrecer web caching.

• Un servicio multicast se combina con caching local de páginas populares en un nodo cerca de los usuarios interesados.

aplicaciones de satelites de alta potencia

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