Presentación de PowerPoint

Jornadas Hands on Wireless & Mobile
Noviembre 2011
Recepción Móvil
David Gozálvez Serrano
Grupo de Comunicaciones Móviles
Instituto de Telecomunicaciones y Aplicaciones Multimedia - iTEAM
Universidad Politécnica de Valencia
Contenidos T2 – Recepción Móvil
• Recepción Móvil en DVB-T
• Recepción Móvil en DVB-T2
• Comparativa T vs. T2 en
Movilidad
• T2-Lite (T2 Móvil)
Principales Problemas de la Recepción Móvil
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Principales Problemas de la Recepción Móvil
Multicamino
 Efecto Doppler
v
f d  f o cos( )
c
f d  Frecuencia Doppler
Movimiento
v  Velocidad del móvil
Efecto
Doppler
Perdida
ortogonalidad
c  Velocidad de la luz
f o  Frecuencia de operación
  angulo entre Tx y móvil
 Recepción a nivel del suelo
 Ganancias de antenas menores
comparadas con las de recepción fija.
obstáculos
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Principales Problemas de la Recepción Móvil
 Red
actual en España:
 Diseñada para recepción fija (LOS)
 FFT8K, GI1/4, 64QAM 2/3
 Problemas
móvil:
 Bajo nivel de señal medio
• Recepción a nivel del suelo
• Antenas de menor ganancia
 Desvanecimientos de la señal en el tiempo
• Fast fading
• Shadowing
 Interferencia entre portadoras
• Efecto Doppler
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Soluciones técnicas para DVB-T
• Soluciones técnicas para recepción de DVB-T móvil.
Requerimientos
– Mantener un modo DVB-T con alta capacidad de
transmisión
– Garantizar la compatibilidad con receptores
tradicionales DVB-T
– Mantener la potencia de transmisión
– Mínimas modificaciones en la cadena de transmisión
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Diversidad de Antenas en Recepción
• En entornos de propagación multicamino, dos antenas suficientemente
separadas experimentan desvanecimientos no correlados
• Se reduce la probabilidad de que todas antenas experimenten un
desvanecimiento al mismo tiempo
• La señal de múltiples antenas en recepción pueden combinarse de forma
óptima mediante MRRC (Maximum Ratio Receiver Combining)
-60
Potencia recibida (dBm)
-65
-70
-75
-80
-85
señal entrada 1
señal entrada 2
señal salida
-90
-95
0
60
120
180
tiempo (s)
240
300
360
400
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Diversidad de Antenas en Recepción
16 QAM FFT 8K CR 2/3 GI 1/4
40
Required SNR (dB)
35
30
DVB-T Single
25
CNR min @ 10 Hz + 3 dB
20
8 dB
DVB-T Diversity
15
10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Doppler frequency (Hz)
100
110
120
130
140
Mejoras
– Reducción del umbral de CNR
– Aumento de la máxima velocidad permitida
– Umbral de CNR prácticamente constante con la velocidad
Requerimientos
– Para 700Mhz, la separación optima esta alrededor de 19 cm
– Posible en vehículos, no tan fácil de implementar en teléfonos móviles
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Modulación Jerárquica
• Modo de transmisión incluido en
• Separar la ráfaga de datos MPEG en dos flujos:
– “Alta Prioridad” (HP), modulado en QPSK
– “Baja Prioridad” (LP), modulado en 16QAM o 64QAM
– Cada flujo puede ser protegido con una tasa de codificación diferente
Q
“Alta Prioridad”
Bits LP
“Baja Prioridad”
Stream bits (LP)
a
b
I
01 1100
Bits HP
 = a/b
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Modulación Jerárquica
• Implementación
– Los servicios móviles se transmiten en el flujo HP (requiere menor CNR)
– Los servicios para recepción fija se transmiten en el flujo LP con niveles de cobertura similares
a los obtenidos sin modulación jerárquica
– Es posible aumentar aún más el área de cobertura del flujo HP variando el valor del parámetro
alpha (α )
– Otra opción para aumentar la cobertura del flujo HP es utilizar un CR mas robusto (1/2)
No Hierarchical Modulation
Fixed DVB-T
Mobile DVB-T
Hierarchical Modulation
HP stream
QPSK
LP stream
64 QAM
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Mecanismos de Protección de Errores en
Capas de Aplicación (AL-FEC)
Objetivo: recuperar paquetes erróneos o perdidas en recepción usando mecanismos
de corrección de errores en capas de aplicación (AL-FEC)
Concepto:
― El flujo de datos es dividido en bloques compuestos cada uno por k paquetes MPEG2-TS
― El algoritmo AL-FEC genera (n-k) paquetes de paridad
― Los paquetes originales y de paridad son multiplexados en un único flujo MPEG2-TS
― En recepción es posible recuperar todos los paquetes originales si se recibe un número suficiente
de paquetes correctos
Bloque fuente con k símbolos
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
...
(n-k) símbolos de paridad
CODIFICADOR
FEC
$
@
%
&
L
#
¿
&
M
N
O
Transmisión en bloques de n simbolos
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
$
@
%
#
¿
...
Al menos k símbolos correctos
DECODIFICADOR
FEC
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
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Mecanismos de Protección de Errores en
Capas de Aplicación (AL-FEC)
• AL-FEC permite la compatibilidad hacia atrás con terminales tradicionales
ES Audio
ES FEC
Multiplexador
MPEG-2 TS
ES Video
RECEPTOR
TRADICIONAL
FEC
RECEPTOR
FEC
Multiplexador
MPEG-2TS
Otros ES
Multiplexador
Mpeg-2TS
Control y otros ES
ES Video
ES Audio
ES FEC
Control y otros ES
ES Video
ES Audio
FEC
ES FEC
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Mecanismos de Protección de Errores en
Capas de Aplicación (AL-FEC)
• AL-FEC proporciona diversidad temporal frente a desvanecimientos
• A cambio se incrementa la latencia y el tiempo de cambio de canal
Trayectoria con cobertura
Trayectoria sin cobertura
Trayectoria con cobertura
Trayectoria sin cobertura
Periodo de protección
Periodo de protección
Periodo de protección
Periodo de protección
AL-FEC
Tiempo
Tiempo
Datos
Datos
Paridad
Paridad
Error
√
√√ √
Tiempo
Tiempo
AL-FEC
√
Error
√
√√
Datos recuperados
Datos recuperados
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Recepción Móvil con DVB-T2
• DVB-T2 proporciona mejor rendimiento que DVB-T en entornos de movilidad
– Códigos LDPC + BCH
– Constelaciones rotadas
– Entrelazador temporal
• DVB-T2 introduce el concepto de tubería de capa física (Physical Layer Pipe, PLP)
– Permite diferentes niveles de protección en el mismo canal de frecuencia
– Es posible transmitir servicios móviles junto con servicios fijos en un mismo
múltiplex
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Codificación FEC en DVB-T2
• La incorporación de turbo códigos y códigos LDPC permite operar a menos de 1
dB del límite de Shannon en canales AWGN
• DVB-T2 hereda la protección FEC de DVB-S2
– Códigos LDPC para un rendimiento próximo a Shannon
– Códigos BCH para eliminar el suelo de error de los códigos LDPC
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AWGN
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
7
Capacity (bps)
6
5
4
3
2
1
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
SNR (dB)
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Constelaciones Rotadas en DVB-T2
• DVB-T2 adopta constelaciones rotadas 2D
• Las constelaciones rotadas mejoran la diversidad del sistema (signal space
diversity)
– Mismo rendimiento en AWGN
– Mejor rendimiento en Rayleigh
– Mayor complejidad
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Entrelazado Temporal en DVB-T2
• Sub-slicing
– Aumenta la diversidad temporal dentro de la trama
– Se puede conseguir una transmisión continua
– Con un único slice también se puede hacer TI
• Entrelazado inter-trama
– Aumenta la diversidad temporal
– Aumento del tiempo de zapping
– Reducción de la tasa binaria máxima del
servicio
• Salto de Trama
– Reduce el consumo de potencia de
los terminales
– Reduce la diversidad temporal con
entrelazado inter-trama
– Aumenta el tiempo de zapping sin
entrelazado inter-trama
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Recepción Móvil con DVB-T & DVB-T2
Sin Shadowing
Con Shadowing
Igual capacidad de TX
•
•
•
Comparación de rendimiento entre DVB-T (16QAM1/2+ALFEC 1/2) y DVB-T2 (QPSK 1/2) en
canal TU6
DVB-T2 se acerca mas al rendimiento con la máxima capacidad del canal establecida por el
teorema de shannon (Línea negra). Diferencia aprox. de 2 dB
DVB-T presenta diferencia hasta de 9 dB  debido a la ausencia de entrelazado temporal
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Recepción Móvil con DVB-T & DVB-T2
Intervalo de
Guarda
•
•
•
•
8K
32K
8K
1/128
249 km/h
249 km/h
62 km/h
1/32
243 km/h
487 km/h
60 km/h
1/16
236 km/h
472 km/h
59 km/h
19/256
233 km/h
467 km/h
58 km/h
1/8
223 km/h
446 km/h
55 km/h
19/128
218 km/h
437 km/h
54 km/h
1/4
200 km/h
200 km/h
50 km/h
Límite de Nyquist para interpolación en el tiempo (RF 600 MHz).
La máxima velocidad que se soporta en la práctica es mucho menor.
Esto es debido al empleo de interpolación lineal simple y a la interferencia entre
portadoras.
También existen limitaciones de memoria (especialmente para 32K).
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Recepción Móvil con DVB-T & DVB-T2
•
•
•
•
Modo de TX 16QAM CR 1/2.
Tiempo de entrelazado DVB-T2 100ms.
Frecuencias de 200 MHz, 500 MHz, 600 MHz y 800 MHz.
Limite de 90Km/h para
y 125Km/h para DVB-T2
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Future Extension Frames en DVB-T2
• DVB-T2 permite proporcionar servicios con diferente protección mediante
tuberías de capa física (Physical Layer Pipes, PLPs)
– Diferente modulación, tasa de codificación, y entrelazado temporal
• FEFs permiten combinar DVB-T2 con futuras tecnologías en un mismo múltiplex
mediante una multiplexación por división en el tiempo
– Ejemplos: DVB-T2 Lite, DVB-NGH
• Permite proporcionar nuevos servicios con nuevas tecnologías sin la necesidad de
desplegar nuevas redes
T2-Frame
T2-Frame
FEF
T2-Frame
T2-Frame
FEF
Time
HDTV & 3DTV
Recepción fija
T2Frame
T2Frame
Servicios multimedia móviles
Recepción móvil
FEF
T2Frame
T2Frame
FEF
T2Frame
T2Frame
FEF
T2Frame
T2Frame
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FEF
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Motivación T2-Lite (Móvil)
• DVB-T2 tiene un muy buen rendimiento en movilidad
– LDPC+BCH rendimiento cercano al límite de Shannon en AWGN
– Constelaciones rotadas
– Entrelazado temporal flexible en capa física
• Frame hopping + sub-slicing + entrelazado inter-trama
• DVB-T2 permite proporcionar servicios móviles conjuntamente
con servicios fijos en un mismo múltiplex (MPLPs)
– Diferente MODCODTI: modulación, tasa de codificación, y entrelazado
temporal
• Sin embargo ...
– Es complejo para ser implementado en dispositivos móviles
– El patrón de portadoras y el tamaño de FFT es común para todos los
servicios del múltiplex
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T2-Lite (T2-Mobile)
• T2-Lite es básicamente un subconjunto de DVB-T2 enfocado a
movilidad
• Máxima compatibilidad, muy pocos elementos nuevos
• Permite tramas con diferentes FFTs y patrones de portadoras
piloto:
– Aparte de diferente MODCODTI con MPLPs
– También puede ser utilizado exclusivamente en un múltiplex
• Menos complejo (tamaño de los chips <50%)
DVB-T2
T2-Lite
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T2-Lite
• No estaba incluido en los requisitos comerciales de DVB-NGH
– Surge por demanda de los radiodifusores y operadores de red
– Motivación original fue poder transmitir con diferentes FFTs y patrones de
portadoras piloto en el mismo multiplex con MPLPs
• Servicios fijos: FFT 32K con pocos pilotos
• Servicios móviles: FFT 8K con más pilotos
• Principal ventaja es que será implementado en la próxima generación
de demoduladores DVB-T2 automáticamente
– Forma parte integral del estándar DVB-T2 (v.1.3.1)
• Principales características técnicas:
– Sub-conjunto de DVB-T2 enfocado a movilidad
– Se ha reducido la complejidad para facilitar su implementación en
dispositivos móviles
– Perfil TS (perfil IP no está totalmente definido)
– Mayor robustez que DVB-T2 con tasas de codificación más robustas
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T2-Lite Sub-conjunto de DVB-T2
• Elementos eliminados
– Tamaños de FFT 32k & FFT 1k
– Patrón de portadoras piloto PP8
– Tres combinaciones de tamaño de FFT, intervalo de guarda, y patrón de
portadoras piloto eliminados
• Otras combinaciones posibles más sencillas
– Tamaño de bloque LDPC 64K
– Tasas de codificación 4/5 y 5/6
• Tasas de codificación 2/3 y 3/4 no pueden usarse con 256-QAM
• Constelaciones rotadas no se pueden usar con 256-QAM
• Restricciones
– Memoria de entrelazado temporal reducida a la mitad
• Aceptable debido a las menores velocidades de transmisión de los
servicios móviles
– Máxima tasa binaria del servicio: 4 Mbit/s
– Menor velocidad de la cadena de decodificación LDPC
• Velocidad de procesado de las celdas por el Receiver Buffer Model
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Nuevos Elementos de T2-Lite
• Tasas de codificación 1/3 y 2/5
– Permite aumentar la robustez de la transmisión (menor capacidad)
– Códigos LDPC de DVB-S2
• Mayor duración de FEF (hasta 1 segundo)
– Permite mayor flexibilidad para asignar tramas T2-base & T2-lite
• Señalización de capa física in-band tipo B obligatoria
– Ayuda a los receptores a sincronizarse
• Aleatorización del L1-post
– Reduce la potencia de pico PAPR en el símbolo P2
– Se detectó que era un problema para números elevados de PLPs
– En v.1.2.1 se resolvió utilizando ACE, pero aleatorización es más eficiente
• Combinación flexible de tramas de varios perfiles
– Cada perfil, ve el resto de tramas de los otros perfiles como FEFs
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Combinación de Varios Perfiles
• Ejemplo T2-Base y T2-Lite
• Ejemplo T2-Base, T2-Lite, y un tercero (eg. NGH)
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Ejemplo Típico
• T2-Base – servicios HDTV para recepción fija
– 80% utilización del múltiplex
– FFT 32K, 256QAM, CR 2/3, PP7, etc.
• T2-Lite – servicios TV móvil
–
–
–
–
–
20% utilización del múltiplex
FFT 8K (ancho de banda extendido), QPSK, CR 1/2, PP1
Entrelazado temporal inter-trama de 5 tramas T2-Lite
Ancho de banda (8 MHz): 1.5 Mb/s
4 servicios de TV móvil (con StatMux)
• 320 kb/s video H.264
• 48 kb/s audio HE AAC v2
• 7 kb/s overhead señalización
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Gracias por su atención!
¿Preguntas?
David Gozálvez Serrano y Dr. David Gómez Barquero
Grupo de Comunicaciones Móviles
Instituto de Telecomunicaciones y Aplicaciones Multimedia (iTEAM)
Universidad Politécnica de Valencia
{dagoser, dagobar}@iteam.upv.es
T2-lite Reino Unido
• DVB-T2 lite comenzó a ser emitido el 7 de julio de 2011, desde el tejado
de los laboratorios R&D de la BBC
• Las pruebas técnicas mantiene la configuración de red para el multiplex
HD y añade las FEF para el servicio móvil
• La parte de HD del múltiplex consiste en un frame DVB-T2, que tiene
una duración de 216,9 ms seguida por un FEF de 44,6 ms. Este FEF
contiene el servicio móvil
• La parte móvil del servicio se transmite en una modalidad más robusta
con un tamaño de FFT más pequeño.  8K 1/32 QPSK ½ Esto
proporciona una tasa de bit de 1,02 Mbit/s para servicio móvil
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