Televisión digital 2010

Televisión digital
2010
 TELEVISIÓN
DIGITAL TERRESTRE: COFDM, SISTEMA, PRINCIPIOS
BÁSICOS, ORTOGONALIDAD ENTRE PORTADORAS, MODULADOR COFDM,
DEMODULADOR COFDM.
DVB-T
DVB-T es el estándar de transmisión adoptado para la televisión 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 está muy simplificado, pero nos da una idea del procesado de la señal)
La modulación utilizada en los sistemas de transmisión terrestre se denomina modulación
COFDM (Coded Ortogonal Frequency Division Multiplexing). En la modulación COFDM se
modulan los datos con un gran número de portadoras, a baja velocidad, utilizando técnicas
de FDM (multiplexación en frecuencia). Para lo cual se utilizan un gran número de
portadoras equiespaciadas en frecuencia y moduladas cada una de ellas en QPSK o QAM,
de forma que la información se reparte entre ellas. Los canales de radiofrecuencia de la
televisión digital ocupan la misma anchura de banda que un canal utilizado en televisión
analógica, es decir, 8 MHz, pero permiten enviar más de un canal, lo típico son cuatro
canales.
MODULACIÓN QAM (Cuadrature Amplitud Modulatión).
La modulación de Amplitud en Cuadratura o QAM es una modulación digital en la que el
mensaje está contenido tanto en la amplitud como en la fase de la señal transmitida. Se
basa en la transmisión de dos mensajes independientes por un único camino. Esto se
consigue modulando una misma portadora, desfasada 90º entre uno y otro mensaje. Esto
supone la formación 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 modulación.
El sistema de modulación QPSK nos permite una transmisión de señales 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 vía satélite, pero cuando tenemos
que distribuir las señales 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 modulación QAM que empleará bloques comunes de la
modulación QPSK, pero modulando en fase y en amplitud, variando el nº de fases y el
número de bits que componen un símbolo tendremos:

16 QAM – nº de bits por símbolo = 4 (16 Combinaciones)
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 32 QAM – nº de bits por símbolo = 5 (32 Combinaciones)
 64 QAM – nº de bits por símbolo = 6 (64 Combinaciones)
 256 QAM – nº de bits por símbolo = 8. (256 Combinaciones)
El sistema de modulación adoptado para la distribución por cable es de 64 QAM
EJEMPLO: QAM-16
Esta modulación utiliza un alfabeto de 16 símbolos. Por lo tanto, usa palabras de cuatro
bits.
La constelación es la siguiente:
El proceso de decodificador de las señales digitales moduladas en 64 QAM es similar al
empleado para la modulación QPSK por que emplean el mismo principio de compresión digital
MPEG-2, variando únicamente el modo de modulación.
Modulación COFDM
El problema más grave en la transmisión terrestre es el efecto multitrayecto de la señal.
La solución a este problema es repartir la información entre numerosas portadoras.
DVB-T establece una modulación COFDM.
En QPSK hay una única portadora. En cambio, en COFDM se utilizan múltiples portadoras.
En este caso, al ser las distancias de transmisión relativamente cortas, se puede utilizar
una modulación que utilice técnicas de modulación en amplitud.
Existen dos formatos básicos de modulación COFDM:


2K: 1705 Subportadoras por canal. Adoptado en países como el Reino Unido
8K: 6817 Subportadoras por canal. Adoptado en España.
En este tipo de modulación 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 modulación es la misma que una modulación QPSK.
 16- QAM: 4 bits/subportadora.
Es un tipo de modulación conjunta, que utiliza modulación de fase y modulación de
amplitud
 64- QAM: 6 bits/subportadora.
Es un tipo de modulación conjunta, que utiliza modulación de fase y modulación de
amplitud

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Como se observa en la figura, el principio básico de funcionamiento de este tipo de
modulación es la utilización de N moduladores en paralelo.
El espectro típico de un canal digital terrestre es el de la figura (BW≈ 8 MHz).
Otra ventaja de la modulación COFDM es la posibilidad de desarrollar redes de frecuencia
única (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 Técnico Nacional de la Televisión Digital Terrenal (PTNTDT), aprobado en el R.D.
2169/1998 de 9 de octubre, determina, entre otras, los canales que se destinan a la
difusión de la TDT y se establecen dos tipos de redes.
Redes de frecuencia única (SFN-Single frequency Network).
Ofrecen ventajas significativas en la difusión 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 televisión puede ser difundido en un área extensa (estatal y autonómico)
utilizando tan sólo un único canal de RF. Sin embargo, la manera de operación SFN requiere
una perfecta técnica de sincronización de red. Todos los transmisores del área de
cobertura radian a la misma frecuencia. No se pueden realizar desconexiones, pues la señal
debe ser la misma para todos los equipos transmisores del área de cobertura.
Redes de frecuencia múltiple (MFN- Multiple Frequency Network).
Canales que se destinan al establecimiento de una red global de cobertura nacional (o
autonómica) con capacidad por efectuar desconexiones territoriales. Cada transmisor
emite a una frecuencia diferente. Se pueden realizar desconexiones de la programación a
diferentes niveles. Hasta ahora este era el tipo de red que se utilizaba.
OFDM (Ortogonal OFDM).
OFDM modulación por división de frecuencia ortogonal distribuye el flujo binario en un
gran número 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 más
angostos, cada uno en diferente frecuencia (FDM), reduce la posibilidad de
desvanecimiento por respuesta no plana en cada subportadora.
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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 máximo valor
del esparcimiento del retardo como se muestra en la figura 1.25.
Esta modulación consiste en enviar la información modulando en QAM o en PSK un conjunto
de portadoras de diferente frecuencia. Normalmente se realiza la modulación OFDM tras
pasar la señal por un codificador de canal con el objetivo de corregir los errores
producidos en la transmisión, entonces esta modulación se denomina COFDM.
La modulación OFDM es muy robusta frente al multitrayecto, que es muy habitual en los
canales de radiodifusión, frente a los desvanecimientos selectivos en frecuencia y frente a
las interferencias de RF. Debido a las características de esta modulación, las distintas
señales con distintos retardos y amplitudes que llegan al receptor contribuyen
positivamente a la recepción, por lo que existe la posibilidad de crear redes de
radiodifusión de frecuencia única sin que existan problemas de interferencia.
La duración Tu de los símbolos aumenta con respecto a la modulación con una sola
portadora, haciendo de esta manera una señal mucho más robusta frente a interferencias
por ecos, ya que el retardo de estos es relativamente cortó frente a la duración Tu.
Los receptores ignoran la señal recibida durante el tiempo de guarda de la señal principal,
con lo que no habrá interferencia intersimbolo. Es por esto que OFDM permite operar en
“Redes de Frecuencia Única” SFN. Es decir, que se podrá recibir correctamente la señal
cuando se emiten los mismos programas desde distintos emisores que emiten a la misma
frecuencia. Sin embargo la inclusión en la señal de este tiempo hace que el canal sufra una
pérdida de capacidad en la transmisión.
COFDM (Modulador por división de frecuencia Ortogonal codificada)
COFDM su siglas significa modulación por división de frecuencia ortogonal codificada que
es una modulación empleada por el estándar 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 extensión del tiempo total que se transmite un símbolo; este sistema
aprovecha los ecos de una señal distante operando en el mismo canal, de modo que aumente
la potencia en el receptor. Utiliza un gran número de portadoras para transmitir sobre cada
una de ellas la información, esto hace la diferencia con los sistemas de modulación comunes
que solo utilizan una señal 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 energía de radiación.
Las portadoras mantienen una ortogonalidad, en el dominio de la frecuencia, su energía se
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sitúa en el cruce por cero de cualquier otra, lo que facilita la modulación. El principio de
ortogonalidad define la separación entre portadoras de manera que sea exactamente igual
al reciproco del periodo de símbolo útil. Durante este periodo de símbolo el canal deberá de
ser estable, por lo tanto, la estabilidad del canal afecta tanto al espaciamiento entre
portadoras como la cadencia de transmisión de datos.
En el estándar de esta modulación hay dos modos de transmisión con 2K o 8K portadoras.
En un caso se emplea 2048 puntos con 1705 portadoras, trabaja con pequeñas redes de
frecuencia única con distancias reducidas entre transmisores y un único transmisor,
mientras que en el otro caso es de 8192 puntos, utiliza 6817 portadoras, también trabaja
con único transmisor y para redes de frecuencia única de pequeña y gran cobertura. Sin
embargo, la información útil transmitida por segundo es igual en los dos sistemas, da do que
en uno se transmite más rápido pero menos información 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
separación entre portadoras lo que disminuye los efectos de las interferencias y en el
modo 8K hay un mayor número 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 útil de
un símbolo que es de centenares de micro segundos, COFDM en el orden de 800 a 1000 ųs,
este tiempo de símbolo en cada portadora permite la inserción 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 también hace que sea 8K mas
robusto al ISI.
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Cada uno de los modos representa un conjunto de portadoras. A este conjunto se lo
denomina símbolo; el ancho de banda del canal es independiente del ancho de banda del
canal de RF utilizado, que puede ser 6, 7 u 8 MHz
Más que una modulación COFDM es una multiplicación de señales moduladas en 64QAM o
QPSK.
Las constelaciones recogidas en el estándar son las siguientes: QPSK, 16-QAM y 64-QAM.
Todas estas constelaciones tienen en común que la asignación binaria de los elementos se
corresponde a un código Gray.
En cualquiera de los dos modos de operación (2K u 8K), la duración de estos intervalos está
directamente relacionado con la duración del símbolo. Los intervalos de de guarda se hacen
variables, esto hace más eficaz la protección.
Podemos seleccionar entre cualquiera de los siguientes intervalos de guarda; 1/4, 1/8, 1/16,
1/32. La mayor protección del símbolo, se obtiene para un intervalo de la duración del
símbolo.
AUTOR: Freddy Rimael Limache Lumbi
ESCUELA: Ingeniería Eléctrica
AÑO: Quinto “A”