Televisin digital

2010Televisin digital

TELEVISIN DIGITAL TERRESTRE: COFDM, SISTEMA, PRINCIPIOS BSICOS, ORTOGONALIDAD ENTRE PORTADORAS, MODULADOR COFDM, DEMODULADOR COFDM.

DVB-TDVB-T es el estndar de transmisin adoptado para la televisin digital terrestre TDT.El esquema de un codificador DVB-T es muy parecido al DVB-S. Los principales bloques (diagrama muy simplificado) son los de la figura.

(Este diagrama est muy simplificado, pero nos da una idea del procesado de la seal)

La modulacin utilizada en los sistemas de transmisin terrestre se denomina modulacin COFDM (Coded Ortogonal Frequency Division Multiplexing). En la modulacin COFDM se modulan los datos con un gran nmero de portadoras, a baja velocidad, utilizando tcnicas de FDM (multiplexacin en frecuencia). Para lo cual se utilizan un gran nmero de portadoras equiespaciadas en frecuencia y moduladas cada una de ellas en QPSK o QAM, de forma que la informacin se reparte entre ellas. Los canales de radiofrecuencia de la televisin digital ocupan la misma anchura de banda que un canal utilizado en televisin analgica, es decir, 8 MHz, pero permiten enviar ms de un canal, lo tpico son cuatro canales.

MODULACIN QAM (Cuadrature Amplitud Modulatin).

La modulacin de Amplitud en Cuadratura o QAM es una modulacin digital en la que el mensaje est contenido tanto en la amplitud como en la fase de la seal transmitida. Se basa en la transmisin de dos mensajes independientes por un nico camino. Esto se consigue modulando una misma portadora, desfasada 90 entre uno y otro mensaje. Esto supone la formacin de dos canales ortogonales en el mismo ancho de banda, con lo cual se mejora en eficiencia de ancho de banda que se consigue con esta modulacin. El sistema de modulacin QPSK nos permite una transmisin de seales digitales con buena calidad y una robustez importante frente al ruido, pero ocupando un ancho de banda importante, que no es preocupante en las transmisiones va satlite, pero cuando tenemos que distribuir las seales por cable, se precisa disminuir el ancho de banda para poder ubicar todos los canales en el espectro de frecuencias disponible.Para ello recurrimos al sistema de modulacin QAM que emplear bloques comunes de la modulacin QPSK, pero modulando en fase y en amplitud, variando el n de fases y el nmero de bits que componen un smbolo tendremos:

16 QAM n de bits por smbolo = 4 (16 Combinaciones) 32 QAM n de bits por smbolo = 5 (32 Combinaciones) 64 QAM n de bits por smbolo = 6 (64 Combinaciones) 256 QAM n de bits por smbolo = 8. (256 Combinaciones)El sistema de modulacin adoptado para la distribucin por cable es de 64 QAM

EJEMPLO: QAM-16Esta modulacin utiliza un alfabeto de 16 smbolos. Por lo tanto, usa palabras de cuatro bits.La constelacin es la siguiente:

El proceso de decodificador de las seales digitales moduladas en 64 QAM es similar al empleado para la modulacin QPSK por que emplean el mismo principio de compresin digital MPEG-2, variando nicamente el modo de modulacin.

Modulacin COFDMEl problema ms grave en la transmisin terrestre es el efecto multitrayecto de la seal.La solucin a este problema es repartir la informacin entre numerosas portadoras.DVB-T establece una modulacin COFDM.En QPSK hay una nica portadora. En cambio, en COFDM se utilizan mltiples portadoras. En este caso, al ser las distancias de transmisin relativamente cortas, se puede utilizar una modulacin que utilice tcnicas de modulacin en amplitud.Existen dos formatos bsicos de modulacin COFDM:

2K: 1705 Subportadoras por canal. Adoptado en pases como el Reino Unido 8K: 6817 Subportadoras por canal. Adoptado en Espaa.En este tipo de modulacin el flujo de bits se reparte entre diferentes portadoras (dependiente del formato). Cada flujo de bits se modula, dependiendo en este caso del operador de servicios, con una de las siguientes modulaciones de subportadora:

4-QAM: 2 bits/subportadora.Conceptualmente este tipo de modulacin es la misma que una modulacin QPSK. 16- QAM: 4 bits/subportadora.Es un tipo de modulacin conjunta, que utiliza modulacin de fase y modulacin de amplitud 64- QAM: 6 bits/subportadora.Es un tipo de modulacin conjunta, que utiliza modulacin de fase y modulacin de amplitudComo se observa en la figura, el principio bsico de funcionamiento de este tipo de modulacin es la utilizacin de N moduladores en paralelo.

El espectro tpico de un canal digital terrestre es el de la figura (BW 8 MHz).Otra ventaja de la modulacin COFDM es la posibilidad de desarrollar redes de frecuencia nica (SFN) con el fin de que un grupo de programas de un canal utilice la misma frecuencia en todo un territorio. Una vez sincronizados todos los transmisores, las interferencias recibidas por un usuario de dos estaciones diferentes son consideradas como un efecto multitrayecto.El Plan Tcnico Nacional de la Televisin Digital Terrenal (PTNTDT), aprobado en el R.D. 2169/1998 de 9 de octubre, determina, entre otras, los canales que se destinan a la difusin de la TDT y se establecen dos tipos de redes.

Redes de frecuencia nica (SFN-Single frequency Network).Ofrecen ventajas significativas en la difusin de TDT. La principal ventaja es que la eficiencia espectral que se puede obtener, puesto que un servicio compuesto por 4 o 5 programas de televisin puede ser difundido en un rea extensa (estatal y autonmico) utilizando tan slo un nico canal de RF. Sin embargo, la manera de operacin SFN requiere una perfecta tcnica de sincronizacin de red. Todos los transmisores del rea de cobertura radian a la misma frecuencia. No se pueden realizar desconexiones, pues la seal debe ser la misma para todos los equipos transmisores del rea de cobertura.

Redes de frecuencia mltiple (MFN- Multiple Frequency Network).Canales que se destinan al establecimiento de una red global de cobertura nacional (o autonmica) con capacidad por efectuar desconexiones territoriales. Cada transmisor emite a una frecuencia diferente. Se pueden realizar desconexiones de la programacin a diferentes niveles. Hasta ahora este era el tipo de red que se utilizaba.

OFDM (Ortogonal OFDM).

OFDM modulacin por divisin de frecuencia ortogonal distribuye el flujo binario en un gran nmero de portadoras de forma que cada una maneje una cantidad de datos reducida con respecto al flujo total. Divide el ancho de banda total en canales paralelos ms angostos, cada uno en diferente frecuencia (FDM), reduce la posibilidad de desvanecimiento por respuesta no plana en cada subportadora.Cuando estas subportadoras son ortogonales en frecuencia, se permite reducir el ancho de banda total requerido aun mas. Los problemas de ISI, y de interferencia intercanal (ICI) son eliminados en OFDM, cuando la longitud del tiempo de guarda es mayor al mximo valor del esparcimiento del retardo como se muestra en la figura 1.25.

Esta modulacin consiste en enviar la informacin modulando en QAM o en PSK un conjunto de portadoras de diferente frecuencia. Normalmente se realiza la modulacin OFDM tras pasar la seal por un codificador de canal con el objetivo de corregir los errores producidos en la transmisin, entonces esta modulacin se denomina COFDM.La modulacin OFDM es muy robusta frente al multitrayecto, que es muy habitual en los canales de radiodifusin, frente a los desvanecimientos selectivos en frecuencia y frente a las interferencias de RF. Debido a las caractersticas de esta modulacin, las distintas seales con distintos retardos y amplitudes que llegan al receptor contribuyen positivamente a la recepcin, por lo que existe la posibilidad de crear redes de radiodifusin de frecuencia nica sin que existan problemas de interferencia.La duracin Tu de los smbolos aumenta con respecto a la modulacin con una sola portadora, haciendo de esta manera una seal mucho ms robusta frente a interferencias por ecos, ya que el retardo de estos es relativamente cort frente a la duracin Tu.Los receptores ignoran la seal recibida durante el tiempo de guarda de la seal principal, con lo que no habr interferencia intersimbolo. Es por esto que OFDM permite operar en Redes de Frecuencia nica SFN. Es decir, que se podr recibir correctamente la seal cuando se emiten los mismos programas desde distintos emisores que emiten a la misma frecuencia. Sin embargo la inclusin en la seal de este tiempo hace que el canal sufra una prdida de capacidad en la transmisin.

COFDM (Modulador por divisin de frecuencia Ortogonal codificada)

COFDM su siglas significa modulacin por divisin de frecuencia ortogonal codificada que es una modulacin empleada por el estndar DVB-T, esto en Europa ha solventado el problema de los ecos y su eficiencia radica en la posibilidad de introducir un intervalo de guarda, que es una extensin del tiempo total que se transmite un smbolo; este sistema aprovecha los ecos de una seal distante operando en el mismo canal, de modo que aumente la potencia en el receptor. Utiliza un gran nmero de portadoras para transmitir sobre cada una de ellas la informacin, esto hace la diferencia con los sistemas de modulacin comunes que solo utilizan una seal portadora.El flujo binario resultante de codificar la imagen, el sonido y los datos del programa se transmite mediante miles de portadoras entre las que se reparte la energa de radiacin. Las portadoras mantienen una ortogonalidad, en el dominio de la frecuencia, su energa se sita en el cruce por cero de cualquier otra, lo que facilita la modulacin. El principio de ortogonalidad define la separacin entre portadoras de manera que sea exactamente igual al reciproco del periodo de smbolo til. Durante este periodo de smbolo el canal deber de ser estable, por lo tanto, la estabilidad del canal afecta tanto al espaciamiento entre portadoras como la cadencia de transmisin de datos.

En el estndar de esta modulacin hay dos modos de transmisin con 2K o 8K portadoras. En un caso se emplea 2048 puntos con 1705 portadoras, trabaja con pequeas redes de frecuencia nica con distancias reducidas entre transmisores y un nico transmisor, mientras que en el otro caso es de 8192 puntos, utiliza 6817 portadoras, tambin trabaja con nico transmisor y para redes de frecuencia nica de pequea y gran cobertura. Sin embargo, la informacin til transmitida por segundo es igual en los dos sistemas, da do que en uno se transmite ms rpido pero menos informacin de cada vez, y con igual ancho de banda. Hay diferencias entre el uso de un modo u otro, ya que en el modo 2K hay una mayor separacin entre portadoras lo que disminuye los efectos de las interferencias y en el modo 8K hay un mayor nmero de portadoras. La velocidad de datos por portadora se reduce significativamente ya que la velocidad de datos total se divide por la cantidad de portadoras, dando como resultado el periodo til de un smbolo que es de centenares de micro segundos, COFDM en el orden de 800 a 1000 s, este tiempo de smbolo en cada portadora permite la insercin de un intervalo de guarda.El sistema 8K puede tener intervalos de guarda mayores que el 2K ya que el intervalo es mayor cuando el bit rate de cada portadora es menor, esto tambin hace que sea 8K mas robusto al ISI.

Cada uno de los modos representa un conjunto de portadoras. A este conjunto se lo denomina smbolo; el ancho de banda del canal es independiente del ancho de banda del canal de RF utilizado, que puede ser 6, 7 u 8 MHzMs que una modulacin COFDM es una multiplicacin de seales moduladas en 64QAM o QPSK.Las constelaciones recogidas en el estndar son las siguientes: QPSK, 16-QAM y 64-QAM. Todas estas constelaciones tienen en comn que la asignacin binaria de los elementos se corresponde a un cdigo Gray.En cualquiera de los dos modos de operacin (2K u 8K), la duracin de estos intervalos est directamente relacionado con la duracin del smbolo. Los intervalos de de guarda se hacen variables, esto hace ms eficaz la proteccin.Podemos seleccionar entre cualquiera de los siguientes intervalos de guarda; 1/4, 1/8, 1/16, 1/32. La mayor proteccin del smbolo, se obtiene para un intervalo de la duracin del smbolo.

AUTOR: Freddy Rimael Limache LumbiESCUELA: Ingeniera ElctricaAO: Quinto A