MEDIDAS EN REDES TDT Y ANÁLISIS DE LA CALIDAD DE RECEPCIÓN ATENDIENDO AL ESPECTRO, CONSTELACIÓN Y

RESPUESTA IMPULSIVA.

SMAILYN ALEJANDRA GETIVACRISTIAN CAMILO AREVALO

JHONATTAN STWE FIQUITIVAGrupo 3150400

CARLOS JULIO GUALDRONDocente Académico

SENA (SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE)TELECOMUNICACIONES

BOGOTÁ 23 DE MAYO DEL 2012

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CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCIÓN 3

1. BER (BIT ERROR RATE) 4

2. RELACIÓN C/N (PORTADORA/RUIDO) 4

3. MER (MODULATION ERROR RATIO) 6

4. CONSTELACIONES.MEDIDAS PRINCIPALES 7

4.1 Ruido 84.2 Jitter de fase 9 4.3 Errores de I/Q 10

5. ANALIS DEL ESPECTRO 11

6. RESPUESTA IMPULSIVA: INTERPRETACIÓN Y UTILIDAD 12

7. AUTOEVALUACIÓN MEDIDAS EN REDES TDT 12

8. AUTOEVALUACIÓN ANÁLISIS DE LA CALIDAD DE RECEPCIÓN 13

ATENDIENDO AL ESPECTRO, CONSTELACIÓN Y RESPUESTA

IMPULSIVA

CONCLUSIONES 15

BIBLIOGRAFIA 16

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INTRODUCCIÓN

En la presente investigación se mencionara las medidas de mayor importancia

en las redes de televisión digital terrestre como los son el BER (Bit Error Ratio),

C/N (Portadora/ruido) y MER (Tasa de error de modulación), se explicara como

se mide cada una de ellas, adicional a esto también se presentara las

constelaciones, las medidas principales que atienden a las constelaciones, el

análisis del espectro, la interpretación y utilidad de la respuesta impulsiva de la

Televisión Digital Terrestre.

En el desarrollo del presente documento se incluirá una serie de imágenes que

explicaran con más detalle los conceptos relacionados a constelaciones y otros

temas que respecto a su complejidad necesitan de este tipo de material para

que el lector tenga una mejor guía.

Es importante conocer estos temas ya que podemos conocer las diferentes

medidas que podemos tomar en las redes TDT, las cuales nos ayudaran a

tener una mejor implementación de las mismas. También es interesante

conocer el análisis de la calidad de recepción atendiendo al espectro, la

constelación y la respuesta impulsiva.

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1. BER (BIT ERROR RATE)

El Bit Error Rate, básicamente mide la tasa de bits erróneos detectados en la recepción de señal. En DVB-T, como en DVB-S, existen 3 tipos de Bit Error Rate: BER antes de Viterbi BER antes de Reed Solomon BER después de Reed Solomon

Es un registro empírico del verdadero rendimiento de error de bit en un sistema. El BER habitualmente se mide como la relación entre los bits erróneos y los bits transmitidos. Normalmente se expresa como un número decimal multiplicado por potencias negativas de 10. De esa manera, un BER de 2E-4 especificará 2 bits erróneos de cada 10.000 bits recibidos.

El bloque de Viterbi permitirá corregir bits erróneos. EL BER antes de Viterbi, especificará la tasa de bits erróneos antes de realizar la corrección de dichos bits. El BER antes de Viterbi es el más interesante, en cuanto a la información que proporciona. Por regla general, se considerará una transmisión QEF (Quasi Error Free: Casi Libre de Errores) a transmisiones con BER antes de Viterbi de 2E-4. El decodificador de Viterbi, en cualquier caso, no podrá corregir todos los errores, dejando algunos de ellos para el bloque Reed Solomon. Contando los bits corregidos en el bloque de Viterbi, y relacionándolos con los bits recibidos totales, proporcionará el BER antes de Reed Solomon (o después de Viterbi).

2. RELACIÓN C/N (PORTADORA/RUIDO)

Es la relación entre la potencia de la señal recibida (C) en la banda de frecuencia (B) del receptor y la potencia (N) del ruido que viene dada por la expresión N=kTB:

C/N = E + G - A -10 log T - 10 log B - 10 log k

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Donde E = PIRE (dBW), G es la ganancia de la antena en dB, A es la atenuación global en dB, T temperatura de ruido de la antena y del cabezal LNB, B anchura de banda FI del receptor (Mhz) y k la constante de Boltzmann.

Para la medida de la relación portadora/ruido, habitualmente se puede realizar con un analizador de espectros. Esta medida dará el nivel de la portadora frente al nivel de ruido medido, y es una medida muy directa de la calidad de la señal. Lógicamente, cuanto mayor sea esta relación, mejor será la calidad de la señal. Los valores de C/N requeridos para la correcta recepción, dependerán del tipo de canal y de la modulación utilizada. Los tipos de canales posibles son: •   Canal Gausiano: Este canal representa la recepción directa de la señal, sin

efecto multitrayecto añadido. Es una situación ideal, y como tal, los requisitos de C/N serán los más bajos de todos los canales.

•   Canal Rice: Representa la recepción de la señal directa, y ecos procedentes de la propagación multitrayecto.

•   Canal Rayleigh: Representa la recepción de “rebotes” de la señal útil. No hay visibilidad con el transmisor, por lo que no existe señal directa. Los requisitos de C/N en este caso son los mayores.

Para la medida del nivel de portadora, se mediría en el centro del canal de transmisión, dando un valor C'. Dicho valor ha de ser corregido, de acuerdo al ancho de banda del canal, de forma que el nivel de portadora se estima según la fórmula siguiente: C=C’+10log (ancho de banda de la señal) Teniendo en cuenta:Para canales de 8 MHz: Ancho de banda= 7,61 MHz.Para canales de 7 MHz: Ancho de banda= 6,66 MHz.Para canales de 6 MHz: Ancho de banda= 5,71 MHz. La medida del nivel de ruido, se haría de forma similar, pero teniendo en cuenta que el nivel de ruido hay que medirlo en zonas muy próximas a la señal y además asumir que éste nivel es similar en toda la banda de la señal. Si se

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hiciera esta medida, el resultado que daría se le llamaría N', y el valor de ruido para la relación C/N se calcularía según la fórmula siguiente: N= N’+10log (ancho de banda del canal) En este caso, el ancho de banda coincide con el ancho de banda del canal de transmisión. Es decir: 8 MHz: para canales de 8 MHz7 MHz: para canales de 7 MHz6 MHz: para canales de 6 MHz De esta manera, la relación C/N se calculará como la diferencia entre ambos niveles medidos: C/N   (dB) = C (dBm) – N (dBm)

3. MER (MODULATION ERROR RATIO/TASA DE ERROR DE MODULACIÓN)

Esta medida da lugar a un valor numérico muy utilizado en DVB-T, y que proporciona una indicación de la desviación de los puntos de la constelación.

Habitualmente es un valor proporcionado por los equipos de medida directamente, ya que su cálculo en base a la observación de la constelación podría resultar bastante complejo.

El MER suele medirse en dB, y suele ser menor o igual que el valor de la C/N. En algunos equipos de medida se representa como función del número de portadora, ya que esto permitiría ver la situación global del canal, y que portadoras se ven más afectadas por las imperfecciones del mismo.

La Tasa de Error de Modulación define un factor que nos informa de la exactitud de una constelación digital. Esta es una herramienta cuantitativa que permite valorar cómo es de buena una señal modulada digital Es el equivalente a la información que aporta SNR (Relación señal/ruido), para las modulaciones analógicas. Al igual que esta puede ser expresado en dB o en tanto por cien.

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El cálculo de este factor en transmisión, lleva implícita la demodulación de la señal para la evaluación. En recepción, este parámetro se determina tras la demodulación propia de la recepción de los datos. En ambos casos, será necesario el uso de la constelación de transmisión normalizada como referencia.

4. CONSTELACIONES. MEDIDAS PRINCIPALES.

Como consecuencia del desarrollo tecnológico, cada vez se requieren medidas más avanzadas como es el caso del Diagrama de Constelación COFDM.

Dentro del área de la TDT (Televisión Digital Terrestre) una de estas nuevas medidas es el Diagrama de Constelación. El concepto de Diagrama de Constelación no es nuevo. Existe desde el inicio de la modulación y transmisión de datos digitales. Básicamente, consiste en el trazado de forma gráfica (mediante un diagrama denominado I-Q) del conjunto de todos los símbolos digitales recibidos a lo largo del tiempo. El aspecto del diagrama en pantalla dependerá de la modulación empleada y el número de símbolos que se utilicen para transmitir la información digital.

Por ejemplo, si utilizamos QAM-64 como es el caso de muchos sistemas de TV Digital por cable, podemos tener hasta 64 símbolos diferentes que el demodulador deberá reconocer. La velocidad de transmisión de estos símbolos definen el valor de symbol rate. Cuanto mayor sea este valor, se entiende que el sistema tiene mayor capacidad. En un caso ideal - un canal libre de ruido e interferencias- los símbolos son reconocidos perfectamente por el demodulador y aparecen en el diagrama de constelación como puntos bien definidos localizados en la misma posición que la que se muestra en la imagen.

Figura 1. Constelación de una modulación QAM.

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Las medidas en la constelación tienen especial importancia en la transmisión de TV Digital terrestre. A pesar de que se podría llegar a pensar que el análisis de las constelaciones en DVB-T es similar al caso de DVB-C, el carácter de modulación multiportadora, le otorga a la constelación mucha mayor importancia que al caso de DVB-C.

Las siguientes medidas han de ser consideradas atendiendo al diagrama de constelación de una señal DVB-T:

Relación señal/ruido (S/N) Jitter de Fase Desbalanceo de amplitud de I/Q (amplitude Imbalance) Errores de fase de I/Q MER (Modulation Error Ratio)

4.1 Ruido

El ruido blanco (AWGN) proporciona una constelación en forma de nebulosa. Es decir, proporciona una constelación con los puntos de la misma poco definidos. Cuanto mas dispersos se encuentran los puntos de la constelación, mayor será el nivel de ruido detectado en la misma. En las siguientes figuras se pueden observar dos constelaciones, en situación de bajo nivel de ruido, y con nivel de ruido muy alto.

Figura 2. Constelación en Bajo nivel de ruido.

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Figura 3. Constelación en Alto nivel de ruido.

4.2 Jitter de fase

El jitter de fase proporcionará una distorsión estriada en la constelación. Habitualmente está causada por los osciladores en el modulador y también afecta a todas y cada una de las portadoras de la señal. En la siguiente se puede observar una constelación afectada por jitter de fase.

Figura 4. Constelación afectada por el Jitter de fase.

4.3 Errores de I/Q

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El símbolo COFDM se produce en el mapeador. Las partes real e imaginaria son generadas en dicho mapeador y se configuran en el dominio de la frecuencia antes de la IFFT. Cada portadora se modula independientemente en alguno de los esquemas de modulación indicados anteriormente.Después del bloque IFFT, se produce una señal compleja en el dominio del tiempo. Para cada portadora, la parte real (re(t)) y la parte imaginaria (Im(t)) han de tener exactamente la misma amplitud e Im(t) debe estar desfasada exactamente 90º respecto a Re(t). Todas las Re(t) alimentan la rama I (componente en fase) del mezclador complejo I/Q, y las Im(t) alimentan la rama Q (componente en cuadratura). Las ramas Re(t) e Im(t) han de mostrar exactamente la misma relación de niveles mutuamente. No debe existir ninguna componente DC (continua) superpuesta, y el cambiador de fase   de 90º ha de configurarse correctamente. Si alguna de estas circunstancias no ocurre, obtendremos errores de I/Q.

El efecto puede observarse en la siguiente figura, donde se muestra un desbalanceo de amplitud (Amplitude Imbalance) en el mezclador I/Q del modulador. El patrón de la constelación se observa distorsionado rectangularmente, comprimida en una dirección (horizontal o vertical). Este efecto puede producirse por una diferencia de ganancia entre las ramas I y Q del modulador.  

Figura 5. Desbalanceo de amplitud.

5. ANÁLISIS DEL ESPECTRO

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El análisis de espectro es muy útil para las medidas de potencia en DVB-T, especialmente a la salida del transmisor. Algunas medidas en el espectro son:

5.1 Ecos, Recepción Multitrayecto: Los ecos procedentes de la recepción multitrayecto producen un desvanecimiento selectivo en frecuencia. Es decir, existe interferencia a nivel de algunas portadoras, pero la información puede ser restaurada gracias a los mecanismos de protección de la señal, y en este caso, el entrelazado juega un papel importante. Habitualmente, cuando existe un desvanecimiento muy grande, debido a los ecos, aparecen en el espectro como valles pronunciados, siendo claramente visibles. En muchos casos, se puede simular el desvanecimiento, o fading, mediante eliminación de portadoras en el modulador de test, para ser visualizado en un analizador de espectros.

5.2 Efecto Doppler

En recepción móvil, habitualmente ocurre un cambio en la frecuencia en todo el espectro DVB-T, debido al efecto doppler. Por si mismo, éste no presenta un gran problema, ya que un cambio en unos cuantos hercios puede manejarse de forma sencilla en la recepción, mediante los mecanismos de estimación de canal y corrección de acuerdo estas estimaciones, que existen en el receptor. Es únicamente cuando el efecto doppler y la propagación multitrayecto se unen, cuando suponen un problema en la recepción DVB-T.Los ecos que se mueven hacia el receptor cambiaran el espectro en dirección diferente a los que se mueven alejándose del mismo, y como resultado, la relación señal/ruido se verá deteriorada.

6. RESPUESTA IMPULSIVA: INTERPRETACIÓN Y UTILIDAD

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La respuesta impulsiva es la transformación de los datos de estimación del canal (obtenidos de las portadoras distribuidas) al dominio del tiempo mediante una IFFT (Transformada Rápida de Fourier Inversa. Es un algoritmo matemático empleado en procesado de señales).

La longitud máxima de la respuesta impulsiva calculable depende de las muestras proporcionadas por el estimador del canal. La distancia entre dos puntos de interpolación del estimador de canal es 3 veces el espaciado entre portadoras. Por tanto la longitud máxima calculable de la respuesta impulsiva es una tercera parte del espaciado entre portadoras (un tercio del periodo de símbolo). En el caso ideal, la respuesta impulsiva únicamente consiste en un impulso principal en t=0, es decir, solo hay un trayecto de la señal. Con la medida de la respuesta impulsiva, los ecos pueden ser clasificados de acuerdo a su retardo y atenuación del camino de recepción.

De acuerdo a la teoría de COFDM, cualquier eco presente en el canal, no afectará a la señal útil cuando éste se reciba dentro del intervalo de guarda. El ancho del intervalo de guarda determinará la robustez de la transmisión frente al multitrayecto.

7. AUTOEVALUACIÓN MEDIDAS EN REDES TDT

1. El BER da la indicación de:

Rta/ Número de bits erróneos en relación con la cantidad de bits recibidos.2. Indica cual de estos valores representa mayor calidad en la señal recibida:

Rta/ 2,0E-43. Marca la afirmación correcta.

Rta/ El BER antes de Viterbi siempre será mayor que el BER después de Viterbi.4. ¿Qué representa la C/N?

Rta/ La diferencia entre el nivel de portadoras y el nivel de ruido en la banda de transmisión

5. Marcar la afirmación correcta:

Rta/ Cuanto mayor es la C/N, mejor es la calidad de la señal.

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6. Que representa el MER:

Rta/ La desviación de los símbolos de la constelación respecto al centro de los niveles de decisión.

7. Indica cual de estos parámetros implican una recepción de señal mejor:

Rta/ C/N=20dB, BER=2E-4, MER=20dB

8. AUTOEVALUACIÓN ANÁLISIS DE LA CALIDAD DE RECEPCIÓN ATENDIENDO AL ESPECTRO, CONSTELACIÓN Y RESPUESTA

IMPULSIVA

1. Indica cual de las constelaciones de la figura presentará mejor relación Señal/Ruido.

2. Indica cual de las constelaciones de la figura presenta jitter de fase.

3. Indica qué tipo de error presenta la constelación de la figura.

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Portadora residual

4. Indica qué tipo de error presenta la constelación de la figura.

Desbalanceo de amplitud.

5. Indica cuál de las siguientes afirmaciones es cierta.Rta/ Una portadora residual se puede presentar debido a la existencia de una componente DC después del bloque IFFT.

6. El efecto doppler produce:Rta/ Un cambio en la frecuencia de la señal.

7. Los ecos y efectos de la propagación multitrayecto se puede observar principalmente:Rta/ En el espectro.

CONCLUSIONES

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El Bit Error Rate, mide la tasa de bits erróneos detectados en la recepción de señal.

Cuanto mayor sea la relación C/N, mejor será la calidad de la señal. MER proporciona una indicación de la desviación de los puntos de la

constelación. Cuanto mayor sea el symbol rate, se entiende que el sistema tiene

mayor capacidad. Cuanto mas dispersos se encuentran los puntos de la constelación,

mayor será el nivel de ruido detectado en la misma.

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BIBLIOGRAFIA

http://es.wikipedia.org/wiki/Tasa_de_Error_de_Modulaci%C3%B3nhttp://www.upv.es/satelite/trabajos/sat_tv/facto.htmhttp://www.upv.es/satelite/trabajos/sat_tv/facto.htmlhttp://www.promax.es/esp/news/extdnew.php?text=33http://books.google.com.co/books?id=_2HCio8aZiQC&pg=PA509&lpg=PA509&dq=como+se+mide+la+tasa+de+error+de+un+bit&source=bl&ots=vt-1P-CVra&sig=5XDHR0EFlgQtyEKi-0O5Rt14lL8&hl=es&sa=X&ei=KnO9T-3wFIXiggfy9ZWgDw&ved=0CE0Q6AEwAA#v=onepage&q=como%20se%20mide%20la%20tasa%20de%20error%20de%20un%20bit&f=falseF:\CD3TELEVISIÓNDIGITALTERRESTRE\enlaces\BF1_UF4\a001_desarrollo4.htmlfile:///F:/CD3%20%20TELEVISI%D3N%20DIGITAL%20TERRESTRE/enlaces/BF1_UF5/a001_desarrollo3.html#top

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