Tecnologías de transmisión del ISDB

ISDB-T Seminario
Tecnologías de transmisión del ISDB-T
sus ventajas y aplicaciones
31 de Julio 2009
DiBEG, Japón
Hiroyuki FURUTA
(NHK)
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1
Contenido
1. ¿Que es lo que se espera de las transmisión
digital terrestre?
•
•
Beneficios de la TDT (Transmisión digital terrestre)
Requerimientos de la TDT
2. Sistema de transmisión ISDB-T
•
•
•
Contenidos
Tecnologías de transmisión
Comparación de los 3 sistemas de TDT
3. Servicios en radiodifusión del ISDB-T
•
•
•
HDTV / multi-canal SDTV
Transmisión jerárquica & y servicio de One-seg
Sistema de alerta de emergencias (EWBS)
4. Conclusiones
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2
1. ¿Que es lo que se espera en la
TDT?
• Beneficios de la TDT
• Requerimientos de la TDT
TDT (Transmisión digital terrestre)
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3
Beneficios de la TDT
• Calidad
– alta definición (HDTV), sonido de alta calidad
• Movilidad/Portabilidad
– baja definición, alta definición
• Optimizar el uso del espectro
– varias programaciones diferentes
(HDTV, SDTV, datos, …)
– canales adyacentes
– rede de frecuencia única (SFN)
• Interactividad
– radiodifusión de datos
– guía electrónica de programación (EPG)
– servicio bi-direccional
• Crecimiento de la industria de la televisión
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4
Requerimientos para la TDT
• Servicio atractivo en la transmisión
Acelerar la
sustitución
– Alta calidad en TV y audio (HDTV, 5.1 surround)
– Acceso a información (Data, Internet)
– Robustez en contra de interferencias.
• Recepción móvil y portátil
Desarrollo de servicios
móviles al mismo tiempo
– Servicio de TV a cualquier hora lugar.
• Utilización efectiva de la frecuencia
– Congestión en las frecuencias VHF/UHF
– OFDM, SFN (Rede de frecuencia única)
• Compatibilidad con las normas internacionales
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5
Soluciones técnicas
Descripción
Solución técnica
Alta calidad
Eficiente fuente de codificación,
Alta velocidad en transmisión de datos y
codificación.
Robustez
Flexibilidad
OFDM, FEC, Interleave(Time & Frequency)
Fuente de codificación flexible, multiplexación
flexible.
OFDM segmentado, transmisión jerárquica
Efectivo
aprovechamiento del
OFDM, Redes de frecuencia única
espectro de
frecuencia
ISDB-T reune todos los requisitos tecnicos
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
FEC (Forward Error Control)
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6
2. Sistema de transmisión ISDB-T
• Contenidos técnicos de ISDB-T
• Tecnologías de transmisión
• Comparación de 3 sistemas de TDT
TDT (Transmisión digital terrestre de TV)
ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting - Terrestrial)
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7
¿Que es ISDB-T ?
ISDB-T es ...
• Uno de los sistemas de TDT en el mundo
– Hay tres sistemas recomendados en el ITU-R BT1306.
• ISDB-T, DVB-T and ATSC
• El sistema mas flexible
– HDTV, multi-SDTV, EPG, data-casting, acceso a
internet, recepción móvil, TV en el celular, etc.
• El sistema mas robusto
– OFDM, time-interleaving, etc.
– Resultados de la comparación técnica den Brasil
comprobados.
• Desarrollado en Japón.
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8
Contenidos del ISDB-T
6MHz
13 Segmentos
Soporta 3 tipos de
recepción en un canal
12 segment Recepcion
fija
ＨＤＴＶ
Internet / Modem telefónico
Estación
de TV
En
lac
ed
co
e
mu
nic
ac
ión
1 segmento
Receptores en
12 o 1 segmentos el hogar
Recepción
portátil
Terminal portátil
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Recepción
móvil
Receptor
con sistema
de
diversidad
de antenas
Receptores en
vehículos
Ambiente de recepción
para transmisión digital terrestre
Recepción fija
Recepción móvil
• Interferencia multitrayectoria
• Interferencia por atenuación
• Ruidos de impulso o hechos por
el hombre
• Zonas de sombra
Recepción portátil
El ambiente de recepción es muy severo
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10
Tecnologías clave para ISDB-T
• Para la robustez / recepción flexible
– OFDM
– Time-interleave (frequency & time interleave)
• Recepción interna
• Recepción móvil y portátil
• Para movilidad / portabilidad & flexibilidad
– Transmisión jerárquica OFDM segmentado
HDTV / servicio multi-canal SDTV para recepción fija y móvil
• Servicio de One-seg para recepción portátil.
• Para un mejor aprovechamiento de los
recursos de frecuencia
– Redes de frecuencia única (SFN)
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11
Señal OFDM
Señal OFDM en el
dominio del tiempo
Portadora 1
Señal OFDM en el
dominio de la
frecuencia
f1
+
• Modulación multiportadora
+
Portadora 2
f2
+
+
+
+
Portadora k
+
+
fk
=
Señal de
transmisión
– Agregando un intervalo de
guarda
f1, f2, f3,
Duración del símbolo
activo
Símbolo OFDM
fK
Magnitud
Frecuencia
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– 5617 portadoras en un canal de
tv de 6MHz (@mode3)
– Duración mayor de la longitud
del símbolo comparado con un
sistema de transmisión de una
portadora
• Modulación contra el
efecto multitrayectoria.
=
GI
OFDM es
Espectro
• Modulación/demodulaciòn
son procesados por
IFFT/FFT.
12
Efecto de Time Interleaving
Estación de TV
Ruta de transmisión
Receptores
Con
Interleaving
Ordenar datos
según las reglas
establecidas.
Errores provocados
por interferencias
Errores provocados
por interferencias
Datos originales
Datos
reconstruídos
Datos
corregidos
DIFICULTAD para corregir
los errores contínuos.
Sin Interleaving
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MIC
Frequency y time interleaving
Dominio del
tiempo
(Simbolos)
Dominio de la Frec.
(Portadoras)
Señal OFDM
En sistemas multiportadora se
pueden adoptar los siguientes
interleaving.
ISDB-T
(DVB-T)
Frequency
interleaving
(Aleatorización de portadoras)
Apropiado para
interferencias
multitrayectoria pero
inefectivo en ruido de
impulso y degradaciones.
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Time
interleaving
Frequency & Time
interleaving
(Aleatorización del símbolo) (Aleatorización de portadoras y símbolo)
Apropiado en
degradación e
interferencias de impulso,
pero inefectivo en
interferencia
multitrayectoria.
Apropiado para todas
cualquier interferencia.
14
Efecto del time interleaving
Resultados de laboratorio
flat fading,DQPSK,Mode=1,GI=1/8,FEC=1/2,RS=OFF
1.00E+00
BER
1.00E-01
1.00E-02
Fd = 7 Hz
1.00E-03
Fd = 20 Hz
Fd = 70 Hz
Fd = 70 Hz
1.00E-04
Sin time-interleaver
(Error permanece aun
With time interleaver
en niveles altos de C/N)
of 440 ms
Fd = 7 Hz
1.00E-05
Sin
time interleaver
Fd = 20 Hz
1.00E-06
5
10
15
20
25
30
35
40
C/N[dB] Con time-interleaver
(Sin error en mas de C/N=20dB)
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15
Transmisión jerárquica
ISDB-T adopto el sistema de transmisión jerárquica
•
Por medio de FDM (frequency division multiplexing) de segmento
La transmisión jerárquica se lleva a cabo cambiando los
siguientes parámetros.
•
Modulación : QPSK, 16QAM, 64QAM, (DQPSK)
QPSK
16QAM
64QAM
Mas robusta
Mas capacidad
•
Error de corrección : Velocidad del código de convolución (1/2 - 7/8)
1/2
2/3
3/4
5/6
7/8
Mas robusto
Mas capacidad
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16
Ejemplos de transmisión jerárquica
13 Segments , banda ancho del canal: 5.57MHz
HDTV
12 segmentos
12 Segs
1 Seg
Programa
en el aire
1 segmento
(6/14 MHz)
64QAM
FEC = 3/4
(16.851Mbps)
Grupo B
De alta
capacidad
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Servicio
de datos
QPSK
FEC = 2/3
(416kbps)
Grupo A
Robusto
(Ejemplos de 2 grupos de transmisión)
17
SFN (Redes de frecuencia unica)
Red de televisión digital
„Efectivo usa del espectro
Red de televisión analógica
f1
f2
f1
f1
SFN
f1
Transmisor principal
f3
Transmisor principal
Estación repetidora
Estación repetidora
f2 y f3 no se usan.
Estación repetidora
Estación repetidora
SFN y MFN
f1
f1
f2
Transmisor principal
Estación repetidora
Estación repetidora
f3 no se usa
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18
Uso de los canales adyacentes
Se ahorra este ancho de banda.
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Resumen de las ventajas
de ISDB-T sistema de transmisión
1. Robustez contra la interferencia
(1) Adopta el sistema de transmisión OFDM
(2) Adopta time interleaving; muy efectivo contra diferentes tipos de
interferencia
(3) Adopta corrección de error concatenado interleaver plural
2. Servicios fijos y móviles (handheld) pueden ser
manejados en la transmisión de un solo canal
(1) Transmisión jerárquica segmentada en OFDM
(2) Recepción parcial central de un segmento para servicios portátiles
3. Utilización eficiente de la frecuencia
(1) Adopta sistema de transmisión OFDM para SFN
(2) Adopta transmisión jerárquica; servicios para diferentes tipos de recepción
en la frecuencia de un solo canal
4. Flexibilidad para diferentes tipos de servicios y
recepción
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20
Contenidos técnicos de los sistemas TDT
Sistema
DVB-T
ISDB-T
Si
OFDM
(QPSK,
16QAM,64QAM)
Si
Segmentada OFDM
(DQPSK,QPSK,
16QAM,64QAM)
Si
-
Si
Si
-
-
0 -- 0.5s
Exceso de ancho de banda/
Intervalo de guarda
11.5%
1/4,1/8,1/16,1/32
1/4, 1/8,1/16,1/32
Configuración
-
TPS
TMCC
Información bit rate
19.39 Mbps
3.69 -23.5Mbps
3.65 -23.2 Mbps
Ancho de banda
del canal
6 / 7 / 8 MHz
6 / 7 / 8 MHz
6 / 7 / 8 MHz
Modulación
Bit/Symbol
Interleaving Frequency
time
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ATSC
8VSB
21
Resultados de las pruebas de Brasil
Parámetro de transmisión : casi las misma
velocidad de transferencia
„
ATSC
„
„
8VSB FEC=2/3 (19,39 Mbit/s)
DVB-T
„
„
Fixed,
DVB-2K : 64QAM FEC=3/4 GI=1/16 2K (19,75 Mbit/s)
ISDB-T
„
ISDB-4k : 64QAM FEC=3/4 GI=1/16 4K 0,1s (19,33 Mbit/s)
(De la presentación del grupo de Brasil SET/ABERT en la NAB2000)
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22
Ruido Imulsivo para TV Digital
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23
Ruido de impulso
Relación entre el ancho del ruido de impulso & relación de interferencia en la señal
ATSC - Chip A
30
DVB - NDS - 3/4 1/16 2K
ISDB-T
25
ISDB - NEC - 3/4 1/16 4K 0,1s
"I"/C (dB)
Better
20
15
ATSC
10
5
0
DVB-T
-5
-10
-15
0
100
200
300
400
Pulse width (us)
El sistema ISDB-T tiene mejor respuesta, mediante la introducción del
time interleaving
(De la presentación del grupo de Brasil SET/ABERT en la NAB2000)
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24
Multitrayectoria estático
Relación señal a ruido en la portadora como una función de la
relación de eco en la portadora.
Comparación post-echo = 8us
36
34
ATSC - CHIP T
32
DVB - NDS - 3/4 1/16 2K
ATSC
Mejor
C/N (dB)
30
ISDB - CHIP J - 3/4 1/16 4k 0,1s
DVB-T
28
26
24
ISDB-T
22
20
18
16
14
0
2
4
6
8
10
12
D/U (dB)
(De la presentación del grupo de Brasil SET/ABERT en la NAB2000)
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25
Pruebas de cobertura externa
Recepción exitosa – Función acumulativa
Criterio: Numero de errores < 5
100%
Percentaje de sitio
Mejor
ISDB-T
90%
DVB-T
80%
70%
60%
0
ATSC
5
10
15
20
25
30
35
40
Distancia (km)
ATSC
DVB-2k
ISDB-T
(De la presentación del grupo de Brasil SET/ABERT en la NAB2000)
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26
En el Perú
¿Qué pruebas se efectuaron?
Dificultad para
homologar
pruebas
Todo esto en los 6 Mhz. de la Banda UHF
Con el mismo transmisor y sistema radiante
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Consideraciones: Técnico
• dos modalidades:
– Definición Alta (HD) y Estándar (SD)
– en ubicaciones exteriores e interiores
– utilizando antenas aérea y de interior
• Los estándares ISDB-T y DTMB son los que mostraron, en
promedio, mejor calidad de audio y video al haber obtenido
ambos un puntaje de 3.78 sobre un maximo de 5; les sigue
el estándar DVB que alcanzo un promedio de 3.5 puntos.
• Es importante destacar que en el caso del estándar DVB se
llevó a cabo pruebas de recepciones fija y portátil en modo
no jerárquico; vale decir, utilizando el mismo canal en
diferentes momentos.
• Sin embargo, este tipo de transmisión implica un mayor uso
de frecuencias a diferencia del estándar ISDB-T que emplea
el mismo canal para recepciones fija y portátil simultáneas (
modo jerárquico ).
(Fuente: Informe de Recomendación del Estándar de
Televisión Digital Terrestre a ser Adoptado en el Perú)
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28
En la Colombia:
En cuanto a los aspectos técnicos
• Sin embargo, se advierte que la diferencia del
nivel de intensidad de campo de los estándares
DVB-T e ISDB-T son levemente menores que el
nivel de ATSC.
• En el caso de las mediciones realizadas para
movilidad, el desempeño fue positivo para los
estándares que poseen modulación OFDM (DVB
e ISDB).
• Sin embargo el desempeño fue superior en el
estándar japonés con el empleo del dispositivo
móvil One Seg.
• Con respecto al comportamiento de la recepción
“indoor” el desempeño fue más favorable para
los estándares DVB e ISDB.
(Fuente: REPÚBLICA DE COLOMBIA, TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE)
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29
Esencia de los resultados de las pruebas de
comparación
• El esquema de modulación OFDM es
conveniente para la TDT en circunstancias
reales de transmisión.
• Esquema de Time interleaving, adoptado
para ISDB-T, es la tecnología clave para la
transmisión digital móvil y es también
efectiva para enfrentar la degradación por
ruidos de impulso.
• ISDB-T mostró los mejores resultados en
las pruebas de comparación de Brasil.
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30
3. Servicios en radiodifusión para
ISDB-T
• HDTV / multi-canal SDTV
• Recepción móvil
• One-seg
• EWBS
EWBS (Sistema de transmisión alerta de emergencia)
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31
FLEXIBILIDAD DE BST-OFDM
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32
FLEXIBILIDAD DE BST-OFDM
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33
Ejemplos de servicios del OFDM segmentado
ISDB-T
6 MHz / 1 canal de frecuencia: 13 segmentos
HDTV
Caso 1
Data casting
SDTV
SDTV
SDTV
Caso 2
2~3 canales en SDTV
Data casting
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34
Servicio Multi-transmisión y multi-programa
„Servicio multi-transmisión
Servicios para receptores portátiles
HDTV
Baseball
HDTV
Películas (baja velocidad de
Bit rate)
SDTV
Baseball (canal especial)
El televidente cambia a un sub-canal
HDTV
Pelicula
Tiempo
Cambia automáticamente al siguiente programa
„Servicio Multi-programa
Servicios para receptores portátiles
SDTV (Golf, programa principal)
HDTV
Golf
SDTV (Golf, Hoyo 17)
SDTV (Golf, Hoyo 18)
El televidente cambia a un sub-canal
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HDTV
Siguiente programa
Tiempo
Cambia automáticamente al siguiente programa
35
Servicio de One-seg
Para el video baja velocidad de transferencia en el
canal de transmisión
„ TV Móvil
„ Video: AVC/H.264 (Cerca de 244
kbps)
„ Audio: AAC-SBR (Cerca de 55
kbps)
„ Closed caption
„ Transmisión de datos
„ BML (Broadcast Markup Language)
Información del radiodifusor y canal de comunicación
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La información relacionada al programa
puede ser obtenida por el radiodifusor o
internet con una baja velocidad de
trasferencia de video
36
Convergencia en radiodifusión y comunicaciones Contenidos
del One-Seg
„ Se pueden llevar acabo varios tipos de servicios utilizando las
funcionalidades del One-seg en combinación con los servicios móviles de
comunicaciones
Radiodifusión
TV
Convergencia
TV & Datos
Comunicaciones
TV & Internet
Internet
Estacion de transmición
ＢＭＬ
Estacion de transmición
ＢＭＬ
ＢＭＬ, HTML
Disfrutar de la TV en
pantalla completa
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Disfrutar de un programa de Disfrutar de un programa
TV y visualizar datos en la de TV y observar datos en
TV
Internet
Visualizar y leer datos
en Internet
37
Contenido de Internet en One-seg
Transmisión de datos
(BML)
Icono para la
liga de Internet
(BML)
Vista principal de la
informacion de datos
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Internet
(BML)
Icono para la liga
de Internet
(HTML)
- Imagines relacionadas al programa en el aire
- Contenido de datos de información pasada
- Juegos, etc.
38
Servicios de One-Seg en Japón
Navegadores de auto
Teléfonos móviles
Diccionarios
portátiles
PCs con One-Seg
Video juegos portátiles
Reproductores
portátiles
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Receptores de One-seg tipo
USB
39
Teléfonos celulares con ISDB-T One-seg vendidos en Japón
Total
( × 1,000 )
Mensual
( × 1,000 )
59.28 millones
6,000
(May. 2009)
Monthly
5,000
60,000
55,000
50,000
Total
45,000
4,000
40,000
35,000
3,000
30,000
25,000
2,000
1,000
20,000
Inicio del
servicio
15,000
10,000
5,000
0
May-09
Apr-09
Mar-09
Feb-09
Jan-09
Dec-08
Nov-08
Oct-08
Sep-08
Aug-08
Jul-08
Jun-08
May-08
Apr-08
Mar-08
Feb-08
Jan-08
Dec-07
Nov-07
Oct-07
Sep-07
Aug-07
Jul-07
Jun-07
May-07
Apr-07
Mar-07
Jan-07
Feb-07
Dec-06
Nov-06
Oct-06
Sep-06
Aug-06
Jul-06
Jun-06
May-06
Apr-06
Mar-06
0
(Fuente: JEITA)
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40
¿Por que el servicio de One-seg es muy popular en
Japón?
• Para los clientes o televidentes…
– La TV puede disfrutarse en cualquier hora, en
cualquier lugar, de una sola manera.
• Para los radiodifusores…
– Baja inversión en la infraestructura para servicios
móviles
ISDB-T puede transmitir servicios móviles así como
servicios de recepción fija al mismo tiempo y en la misma
señal.
Esto significa que la infraestructura de la red de
transmsion digital puede ser usada para la red de
servicios móviles
Digital broadcasting experts group
41
Sistema de alerta de emergencia para transmisión
•
•
•
Activación remota para Radio & TV listas para EWBS
– AM, FM Radio & TV : Señal de control y alerta de emergencia
– Transmisión digital (ISDB-T) : Bandera de control para alerta de
emergencia
EWBS para transmisión análoga ha estado operando desde
Septiembre del 1985 en Japón.
Señales de pruebas EWBS son mensualmente transmitidas
in Japón
Activación
automática
Al
Agencia de
Meteorología
er
t
BS
W
E
Estación
transmisora
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Transmisor
Área de cobertura del
servicio de transmisión
42
Operación del sistema de emergencia EWBS
• En Japón, El sistema de emergencia EWBS
es operado en tres condiciones
– Declaración de precaución en larga escala para
terremotos.
– Alerta de Tsunami
– Cuando el gobierno local solicita una alerta de
emergencia a los radiodifusores.
Solicitud
Otras posibles aplicaciones en el futuro son:
NHK
Gobernadores locales
Por ejemplo, declaraciones presidenciales, pronostico de ciclones, alertas
volcánicas, alertas de inundaciones.
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43
Activación en la recepción móvil de EWBS
Monitoreo continuo de
La portadora
Aviso de
alerta de
Tsunami
EWBS
Aviso de
alerta de
Tsunami
Aviso de
alerta de
Tsunami
Servicio móvil
Digital terrestre
(Ancho de banda:
429 Khz
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Aviso de
alerta de
Tsunami
Aviso de
alerta de
Tsunami
44
4. Conclusiones
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45
Concluciones
• Beneficios de la transmisión de televisión digital
terrestre
• El sistema ISDB-T es el sistema mas robusto en
transmisión digital terrestre de TV.
– Debido a la adopción de las tecnologías OFDM y time-interleaving
• Se pueden transmitir simultáneamente en un solo canal
HDTV o SDTV además de One-Seg (servicio de TV
portátil).
¾ ISDB-T brinda ambos servicios de TV digital, fija y móvil (equipos
portátiles) en un solo sistema de transmisión (un solo transmisor)
• Con el SFN se tiene un amplio aprovechamiento del
espectro de frecuencia.
• El sistema de alerta de emergencia EWBS es un
componente del sistema ISDB-T el cual ya esta en
operación en Japón.
Digital broadcasting experts group
46
Gracias por su atención
Digital Broadcasting Expert Group
http://www.dibeg.org/
mail; [email protected]
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47