RTVDigital Perales 04
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Transmisin
digital
.
Introduccin
Los
recientes sewic ios de radio y televisin denominados d ig ita les , porque
esa
es
la naturaleza dela
informacin
que
cont ienen, estn basados en
nuevos proce-
dimientos de modulacin-desmodulacin, respecto de
lo s
c ls icos , para consegui r
dos
objet ivos
fundamentales,
que
son :
-Limitar al minimo el valor dei ruido
para
obtener una relacin G /T
(ganancia/ruido)
ms
favorable que la que proporcionan
lo s
s is temas de
modulacin en
amplitud
(AM) y frecuencia
(FM),
ambos de natura leza anal-
gica.
Permitir
el
posicionamiento de
lo s
nuevos servicios en
el
espacio radioelctri-
co histrico para
mantener el espectro.
E l primer objetivo es imprescindible para garantizar
la
extraccin e identifica-
cin correcta de lo s datos de audio y vdeo en lo s equipos de usuario,
lo s
cuales
se caracterizan po r su s imp lic idad como condicionante
bsico
del bajo coste eco-
nmico y
el
s egundo po r imposicin
de la distribucin de
frecuencias, en cuyas
bandas estn
la
radio
y la
televisin
desde
su
implantacin.
Justificacin
del
nuevo procedimiento
Po r razones obvias, cada
evento
tecnolgico aporta ventajas
de
algn tipo.
E n
lo s cas o s concretos
de
lo s
s is te mas d e
transmisin y recepcin digital,
stos
apor-
tan
mejoras en el
servicio y ventajas
econmicas,
ya
que
lo s c ircuit os in tegrados
ga - = : | -
. ; e _ 4 7 _ . .
-
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4
I'
Transmisin
digital
if
i
co n arquitectura digital, y po r
tanto co n
diseo total
o
parcialmente
ortogonal,
t ienen un costo ms reducido
que
lo s analgicos
co n las mismas pres tac iones .
E l medio de t ransmisin digital aporta mayo r
inmunidad a las perturbaciones
y
d is to r s iones que
el
analgico,
el
ruido
tiene cond ic in
regenerativa,
no
acumula-
tiva
como
lo s clsicos analgicos
pero, sob re
todo, lo quejustifica su
implantacin
comercial
ms all
dela
oportunidad tecnolgica e s
la
posibi l idad de
obtener
mul-
tiservicio
o
multiprograma mediante
el
procedimiento de multiplexado po r divi-
sin
de
tiempo, co n
el que
se generan
lo s
denominados paquetes (de
datos) que
const i tuyen
el
flujo binario a transmitir.
4.3.
Condicionamientos de la transmisin
digital
Un
flujo
binario
a
transmitir
mediante
un
procedimiento
definido
de
modula-
cin y transporte (radiacin electromagnt ica o
tendido
de
cable),
deber ade-
cuarse previamente para cumplir
las
siguientes condic iones:
-
Debe contener
suficiente sealizacin
para
permitir
al
receptor identificar ei
principio de lo s smbolos y de
lo s
datos especficos de cada
servicio
(canales,
id iomas, servicios auxiliares, etc.).
0 E l flujo
de datos
en
banda base no debe
contener
largas c ad en as d e bits
igua-
les p o rq ue p o dra presentarse dificultad
para
regenerar el reloj. Para ta i
fin se
emplea comnmente un sistema de aleatorizacin
(de lo s
datos) y
su
cons i -
guiente pro ce so de desaleator izacin en el
receptor
co n anterioridad a la des-
codif icacin.
0
L a informacin a transmitir d eb e p ro te ge rs e
mediante
la
incorporacin de
palab ra s o
smbolos
de cdigo (cdigos de redundancia cclica) para
permitir
al receptor
detectar
y corregir
lo s
bits que, como consecuencia del
ruido
del
medio ,
contengan
errores.
0
E l
sistema t ransmisor
en conjunto debe
aportar
la mxima eficac ia espectral
para ocupar
el
minimo ancho de banda, cond ic in impresc ind ib le
para
pode r
albergar lo s
nuevos
servicios en lo s
canales
asignados.
E l
canal asignado
al
transporte dela informacin
t iene sus l imitaciones impues-
tas en
la
n ec es id ad d e adecuar su ancho de banda al espectro de
la
portadora y
en
el
ruido
que
c o ntie ne , q ue
ha
sido
desde
el
principio
de
la
radiodifusin la
mayor fuente perturbadora, ya que pue de dar
lugar
a enmascarar
lo s
datos y
a
imposibilitar
co n
ello su separacin o recuperacin.
As, l a capacidad terica de un canal se
puede
definir mediante
la
siguiente
expresin:
_ N
-B(i+ S)
4 a
q
-
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l
i
i
1
I
i
Transmisin
digital
donde:
B = ancho de banda.
S/N = re lac in de potencia
a
ruido en
la
entrada del desmodu lador (receptor).
E l
ruido se d efin e c o m o la
presencia
en
la
informacin d e s e ale s indeseables
que
afectan
a su
posterior
identificacin
y
tratamiento
en
el receptor.
D e las
mltiples
fuentes de ruido que se pueden sumar
a
una seal, la que
pre-
senta
mayor
dificultad
para
su atenuacin es
el
ruido trmico,
el cual
se genera
en
lo s
componen tes e lec trn icos . E s
denominado
ruido blanco y
puede
ser descr ito
como
un
proceso
aleatorio gaus iano carac ter izado po r su
funcin
de densidad de
probabi l idad. As:
P(n) -
___1ex
[_
o Ni:
p 2
o
donde,
o
=
variante
de
n
E l
ruido
blanco de origen trmico tiene una densidad
espectral
de potencia
prct icamente plana para
el
espectro
de frecuencias que
se
emplea en
lo s
servicios
comerciales
de radio y televisin.
4.4. Canal
digital
`
Se considera canal digital el conjunto d e p ro ce so s
a
que se somete
la
informa-
cin ya estructurada (empaquetada) siguiendo lo s procedimientos de su
norma
(D VB , D AB ,
ATSC,
etc.)
para
generar
finalmente
una
portadora
de
radiofrecuencia
modulada en
las
condic iones idneas que permitan su ubicacin en el
espacio
rad ioe lc tr ico as ignado .
Los procesos po r
lo s que
transita
la
informacin previamente
comprimida
mediante lo s procedimientos MPEG tie ne n c o mo finalidad aleatorizarla, codif icarla
para posibi l i tar
la
deteccin y correccin de lo s errores de recepc in, filtrarla para
limitar
el
ancho de banda v , f ina lmente , mo du lar co n ella una
por tadora
de R F .
L a -figura 4.1 muestra el diagrama de
bloques
d e tale s
procesos,
cuya
descr ip-
cin se da en lo s s igu ien tes apar tados .
_
D T U S A i _ E A o a i -
coo|F|cAciN
E N T R E L A Z A -
zAciN R E E D - s o L o | v 1 o N D o
co|jiF|cAciN
V I T E R B I i = u _ T n A o o
MoouLAc|oN
R F
Figura
4.1.
Diagrama de
bloques
de l
canal digital
` -
I
r
-
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i
ii
l.
Ii
l
l
J
1
Transmisin digital
l.:1:l; ea'E2zafire,
lQ_|a:25
L a finalidad de
este
primer proceso del canal digital e s
permitir
la
dispersin de
la
R F
f inal
de
salida del
modulador , para
evitar la
concent rac iones
de energia
como c o ns e cu en cia d e la aparicin
de
largas
cadenas
de bits
iguales que,
entre
ot ros
efectos
indeseables,
dificultara la
recuperacin
del
reloj
de
lo s
datos
en
el
receptor.
Los paquetes de d ato s tie n en una longitud
de 188 octetos,
ta l
com o
se
descri-
be
en el
captulo
5,
estando el
primero
dest inado a
la
sincronizacin. Su cdigo es
47 H
(010001l1), ta l com o muestra
la
figura
4.2 .
|lNC.
DATO S 1
187
OCTETOS
AQ U E T E DE TRANSPORTE
F igura 4. 2 . Detalle de un paquete de datos
L a disposic in de lo s bits de lo s paquetes de transporte de
188
octetos puede
ser cualquiera, y
con
ello
dar
lugar
a
la aparicin de largas c ad en as d e b its igu a-
les, co n el efecto
indicado.
L a aleatorizacin
para
la dispersin de la energia
se lleva a
cabo mediante un
generador pseudo
aleatorio
que
sigue
la
secuencia del siguiente polinomio:
1
+
X +
> < l 5
L a figura 4.3 muestra su estructura.
C o m o se p ue de o b s erva r en
la
citada figura, lo s
datos
en
las
condic iones indi-
cadas transitan po r
la
puerta
O R
( - 9
2 , la cual
lo s
ordena
siguiendo
la secuencia
del
gene rado r , que
es com o
s igue:
S E C U E N C l A
IN IC IAL
1 O O 1 O
l
O 1 O O O O O O O
1
L2J45BI?
LD[91OE1il2i31415
0000001 1....
1
,
PERMISO
(
ENTRADA DE DATOS SALIDA DE DATOS
Figura
4.3 Proceso
de aleatorizacin
.;
---.
so
2 *. _
Le i
-
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i
l
l
L_
Transmisin digital
0
Inicialmente
se carga en su registro
de
15 bits la condicin lgica
1001010l000000O y comienza el desplazamiento
interno
mediante
lo s
suce-
sivos bits que entran desde
la
puerta
O R
1 , y que cor responden a
las pos i -
ciones 14 y 15 (ver expresin del polinomio).
~
E l generador se reinicia
cada
o c ho p aq ue te s de transporte (1 5 0 4 b its ), y se
c arga d e nuevo la
secuencia
inicial.
0 Los
bits de sincronizacin no se aleator izan, lo que se consigue retirando e l
permiso de
la
puerta
AN D durante su tiempo de permanencia.
Para sealar
el
comienzo de la s ecue ncia d e aleatorizacin de modo que el
receptor pueda llevar
a
cab o un
pro ce so in ve rs o qu e
devuelva a lo s
datos
su orden
original,
el octeto
de
sincronizacin
del
primer paquete
del
grupo de
ocho se
invierte,
pasando de 47H
a
B8H.
L a
figura
4.4
muestra un
detalle
de
organizacin
de este
proceso.
|lNC.ll DAT OS [SlNC.2J DATOS SiNC.8 | DATOS J
1 504 O C T E T O S
4
-
F-
Figura 4.4. Secuencia del paquete de
datos.
4.4.2 .
Codificacin
FE C
E l
medio
de
proteccin
de la
informacin
descr ito
en
el
capitulo
3
es
denomi-
nado F E C (Forward Er r o r
Cor rec t i on )
en las arquitecturas de
lo s
equipos
digitales
para
radio
y
T V .
E s e
circuito
integra
lo s
procedimientos
ya
descritos
de
codificacin
exterior,
interior
y entrelazado;
lo s
do s
primeros son
empleados
para aadir
redun-
dancia
cclica
a la informacin y el
ltimo para
separar
lo s octe tos
de datos suce-
sivos y
mejorar
as la eficacia de
lo s
procedimientos anteriores.
La
s alid a d e ta l
codificador mltiple es aplicada al
siguiente
proceso
dest inado
al filtrado y a la
modulacin
de la portadora de R F .
4.4.3.
Filtrad
L a aplicacin de impu lso s rectangu lares
al
modulador daria
lugar a
un ancho
de banda prct icamente infinito, lo que imposibilitara la utilizacin del
s is tema,
pues
sus
emisiones
deben
ocupar
lo s
espacios
radioelctr icos
definidos
co n an te-
rioridad para
lo s
canales de condicin analgica.
Este hecho ha provocado
la
bsqueda de sistemas de tr ans fe renc ia que den
lugar a f lancos de caida suave y
respuesta
impu ls i va con
rpida
atenuacin. U no
de ellos e s
el
filtrado en
coseno
alzado,
el cual
satisface
lo s
requerimientos
de
Nyqu i s t para un canal
co n
contenido digital.
T a l s is tema
es
el
empleado
en DVB y
est
repartido entre
el
emisor y el receptor.
f
-
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E
,
_ S
Transmisin
digital
E l
filtrado
en coseno alzado
a aplicar
a la
informacin
digital
est
definido
po r
el
parmetro roll-off
o
factor
de redondeo, el
cual representa
el porcentaje de
ancho de banda e n exces o que es
preciso
ocupar en relacin
al
ancho de
banda
necesario con un filtrado ideal
conforme a la
siguiente expresin:
r_ W-wo
_ W
donde:
W D =
Ancho
de banda de N yqu is t (te rico ) .
W = Ancho de banda d es pu s d el filtrado en coseno .
L a figura 4. 5
muestra
un ejemplo de roll-off cero
ante
impulsos rectangula-
res,
de valor 1 ante impulsos ideales y de
O '5
com o
exceso ,
lo que dara lugar a
un ancho de
banda
un 5 0% mayor que en condic iones ideales. E n televisin digi-
ta l po r satlite,
el
roll-off es del O'35.
A
_I
f f
B
-
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M 1
i
,-_.
Transmisin digital
nes y
e l
de
la
radio
digital
europea DAB
el
COFD M,
com o
el
DVB
para t ransmisin
p o r tie rra , aun qu e
co n diferencias tcnicas.
L a e le cc in d e s is te ma d e modulacin a emplear
est determinada po r
las
con-
diciones
del
medio,
po r
el
ancho
de
banda
asignado
y
po r
la
posibi l idad
de apa-
ricin de
eco
en
la
recepcin terrena, lo que dificulta considerablemente
el
servi-
cio. En lo s siguientes
apartados
se describen
lo s
diferentes sistemas de modula-
cin de la portadora de R F .
4.5.
Modulacin
QPSK
En el sistema DVB-S
dest inado
al servicio de televisin digital
por sa t lite en
la
banda Ku
(10'75
- 'l2'75
GHz)
se emplea
la
modulacin
QPSK
(Quadrature Phase
Shift
Keying),
co n
la
que
es
posible
transmitir
un
conjunto
de
programas
dentro
de un canal de
R F
de 2 7 a 36 MHz de ancho de banda.
E l
modulador de es te s is tema rec ibe parejas de bits en
sus entradas
l (en fase)
y Q
(en cuadratura) y
procede
a
generar cambios
d e fas e
representat ivos, mante-
n iendo cor is tan tes
lo s
parmetros
de
amplitud y frecuencia. L a figura 4.6
muestra
su
arquitectura.
I
: _ /
J 9
_____
SAU
Hi
mi Q
l_ __ __
J Acos-ait+90'
SEAL
O
MODULADOR I
O Acoswi
Figura 4.6. Arquitectura de l modulador
Q P S K
E l flujo de dato s de transporte procede del filtro de Nyqu i s t dest inado
a
intro-
ducir
el necesario
redondeo y limitar
co n
ello el ancho de banda, y es aplicado
a
lo s
moduladores
de amplitud
l
y Q ,
lo s
cuales
reciben, a
su vez,
la
f recuencia del
osc i lador
de portadora
en la condicin
de
fase
0
y
-90,
respect ivamente, lo que
genera en sus salidas las
s igu ien tes cond ic iones
de
modulacin de fase.
-
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Iii..
Transmisin digital
1-;
I : +
Acos
(ut
-Acos
mt
Q :
+
A
co s
( c u t +
90)
-
A
co s ( c u t +
90)
E l signo aplicado a
las
tens iones
de
entrada
a
lo s moduladores, t iene cor respon-
dencia
co n
lo s estados lgicos de
la
informacin a transmitir.
Dado que
las
salidas de ambos modu ladores estn unidas
a
un sumador,
la
informacin resultante tiene condicin vec to r ia l, tal co m o m ue stra la figura 4.7
con
las
siguientes condic iones de fase para
las
cuatro posibles combinaciones lgi-
.
. .
cas
que se obtienen de cada p are ja d e b its que entra en
el
modulador:
A co s ( L o t + 45)
A cos
(mt +
135)
A
co s
(mt +
2 2 5 )
A co s (mt +
315 )
L a
salida
del modulador
puede
ser
representada en
ins t rumentos
de
medida de
lo s
do s
modos
indicados
a
continuacin.
0
\
/
\ /
\ /
\ /
\ /
- 1
X I1
/ix
/ \
/ \
/ \
,x \
._Q
Figura 4.7.
Condicin
vectorial de l modulador
Q P S K
Constelaciones
Mediante
un instrumento medidor de
constelaciones es posible
presentar
en su
bits en lo s cuadrantes del equipo,
tal co mo
muestra
la
figura
4.8. Los
nmeros
entre
parntesis cor responden al estado lgico de
la
pareja de bits de entrada
al
modulador .
I
rf - s -_ ;
_.__54c..;
.E4 _
_,
_,A,,. ___ .
___ , _ --4
pantalla las
relaciones
de amplitud-fase y ,
co n
ello, la
posicin
de
cada
p are ja d e
l
-
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i
T
Transmisin digital
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2
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1
L
o
A
(1o)- - (00)
+A
-
