DISTRIBUIÇÃO DE TV A CABO

Transcrição

1 10 DISTRIBUIÇÃO DE TV A CABO PTC547 PRINCÍPIOS DE TELEVISÃO DIGITAL Guido Stolfi EPUSP 11/ Introdução Os primeiros sistemas de distribuição de TV via cabo surgiram por volta de 1948 (Ed Parson, Oregon, EUA), com a finalidade de prover recepção de sinais de TV em regiões remotas (rurais ou montanhosas). Posteriormente, o sistema tornou-se popular nas grandes metrópoles, pois resolvia as situações críticas de propagação decorrentes de multi-percurso, que prejudicavam a recepção através de antenas. No final da década de 1960, praticamente todas as grandes cidades dos EUA possuíam redes de TV a Cabo em operação. A distribuição de sinais de TV via satélite, a nível continental, iniciada por volta de 1975, alavancou o desenvolvimento da TV paga, com a venda de programas e eventos especiais. As condições privilegiadas de propagação através do cabo coaxial (por exemplo, a ausência de multi-percurso e ruído impulsivo, além da estabilidade do controle das amplitudes e frequências de todas as portadoras) permitem a utilização eficiente do espectro disponível, viabilizando a oferta de dezenas de canais, com programações segmentadas, exclusivas e /ou temporárias. Essas mesmas condições tornam o cabo um meio de comunicação atrativo para serviços de comunicação digital em banda larga, do tipo broadcast, como é o caso da TV Digital. A característica do dimensionamento dos sistemas analógicos é tal que permite expansão pelo acréscimo de sinais digitais, praticamente sem interferência ou penalidades sobre os sinais analógicos. No Brasil, os primeiros sistemas entraram em operação no início da década de 1990, sendo que a evolução do volume de assinantes tem se desenvolvido muito lentamente (o Brasil conta hoje com aproximadamente assinantes de TV a cabo). Mesmo assim, a introdução de programações em TV Digital, aliada aos serviços de acesso à Internet, ajudou a promover uma evolução significativa desde Topologia de uma Rede de TV a Cabo As redes de TV a Cabo constituem estruturas em árvore (ou estrela), nas quais os sinais são gerados em uma central, denominada Head-end, a partir da combinação de sinais de TV recebidos localmente via satélite, pelo ar ou por fibra óptica. O sinal resultante, contendo todos os canais a serem distribuídos, é amplificado e conduzido por cabos coaxiais até os assinantes, utilizando dispositivos de derivação ( taps, ou acopladores direcionais) para acesso local. A figura.1 apresenta a topologia típica de uma rede. Originalmente, toda a distribuição a partir do head-end era feita em RF, exclusivamente através de cabos coaxiais, em uma estrutura hierárquica envolvendo cabos tronco (para cobrir longas distâncias), cabos de distribuição (contendo derivações para assinantes) e cabos drop (para ligação até o receptor, na casa do assinante). As topologias atuais, denominadas HFC ( Hybrid Fiber-Coaxial ) utilizam distribuição de longa e média distância através de fibras ópticas, que permitem lances de vários quilômetros sem a necessidade de amplificação. Estas fibras conectam o head-end a vários nós de distribuição

2 ( hubs ), a partir dos quais o sinal é distribuído em RF. Cada hub atende assim a uma célula que pode conter desde centenas até vários milhares de assinantes. O recurso de segmentação em células permite a redução da quantidade de amplificadores necessários na distribuição, resultando em maior economia e melhor qualidade de sinal. Adicionalmente, a implantação de serviços de comunicação de dados, que dependem de acesso bidirecional, é facilitada pela menor quantidade de assinantes por nó. Em geral, os sinais de TV são distribuídos no sentido do head-end para o assinante ( downstream ) na faixa de frequências a partir de 54 MHz, correspondente ao canal, até 500 MHz ou mais. Quando existe comunicação reversa ( upstream ), esta costuma ocupar a faixa de 5 a 35 MHz. Hoje todos os televisores analógicos possuem capacidade de sintonizar as frequências utilizadas no cabo, as quais compreendem, além das bandas de VHF baixo / alto e UHF, as faixas intermediárias que não são utilizadas na radiodifusão. Esses equipamentos são conhecidos como cable Fibra Derivação Amplificador Cabo Tronco Distribuição ready. No entanto, alguns serviços adicionais (como por exemplo, canais pagos) costumam ser codificados no head-end, exigindo assim a instalação de receptores específicos junto aos assinantes. Estes receptores são conhecidos como conversores, Set-Top-Box ou IRD ( Integrated Receiver and Decoder ). Nó Head-End Fig..1 Topologia de Rede de TV a Cabo.1 Caracterização de Uma Rede de TV a Cabo Alguns parâmetros que representam as características de uma rede são: Número de Canais: relacionado com a banda passante máxima projetada para o sistema; Canal Reverso: existência de amplificadores upstream ; Dimensões da Célula: assinantes por hub, que compartilham a banda do canal reverso; Tipo de Codificação: processo utilizado para proteger os canais de acesso condicional (pagos); Home Passed : quantidade de domicílios cabeados, que podem ser potenciais assinantes; Penetração: relação entre assinantes efetivos e home passed ; Tipo de Modulação (para canais digitais). Como referência, a penetração típica nas grandes cidades brasileiras varia de,5 a 0%, enquanto nos EUA é superior a 67%, sendo que lá 96% dos domicílios são home passed.. Elementos de uma Rede A figura. apresenta o diagrama de um trecho de distribuição de TV a cabo, contendo elementos tais como amplificadores, derivações, postes e sistemas de alimentação para os amplificadores. Nesse exemplo, temos 10 domicílos home passed, com uma penetração de 30% (3 assinantes). PTC547 Princípios de Televisão Digital EPUSP

3 Amplificador Amplificador Bidirecional Derivação (Atenuação especificada) Poste de Sustentação Fonte de Alimentação Fig.. - Simbologias para TV a Cabo.3 Uso do Espectro no Cabo Os sistemas de TV a Cabo evoluíram a partir dos sistemas de radiodifusão de TV, mantendo, portanto, a compatibilidade dos processos de modulação e ocupação de banda passante. No entanto, a possibilidade de manter um rígido controle sobre as amplitudes das portadoras, aliada à relativa imunidade ao ingresso de sinais externos, permitiu a alocação de canais adjacentes, ocupando continuamente o espectro de frequências, partindo de 54 MHz (canal ) até um limite superior determinado pela capacidade do sistema. Uma rede projetada para operar até 450 MHz tem a capacidade de transmitir N = (450-54) 6 = 66 canais, considerando a banda de 6 MHz para cada canal. Na prática, alguns canais são reservados para testes e medições, reduzindo a capacidade para 55 a 60 canais. A banda de rádio FM costuma também ser retransmitida através do cabo. A figura.3 apresenta um espectro típico de um sistema, com 54 canais analógicos, incluindo a banda de FM (88 a 108 MHz), e alguns canais digitais próximos ao extremo superior do espectro. Na fig..4, as portadoras de vídeo e áudio de 5 canais analógicos adjacentes podem ser distinguidas separadamente. Fig..3 - Espectro Total no Cabo Fig..4 Canais Analógicos Adjacentes No exemplo da fig..3, as frequências das portadoras obedecem a distribuição básica dos canais VHF utilizados na radiodifusão, o que pode ser percebido pelo espaço maior entre os canais 4 e 5. Depois do canal 6, está a banda de FM, sendo que a faixa de frequências entre 108 e 174 MHz (abaixo do canal 7), que no ar é reservada para serviços de radiocomunicação, aqui é aproveitada para distribuir mais 11 canais. Acima da frequência do canal 13 (16 MHz), o espectro também é aproveitado para canais adicionais, até alcançar a faixa de UHF (470 MHz). PTC547 Princípios de Televisão Digital EPUSP 3

4 db/100m As redes que utilizam canal reverso normalmente reservam a faixa de 5 a 35 MHz para esta aplicação. Nesta faixa, a atenuação do cabo coaxial é muito menor, porém o ingresso de ruído é maior. Finalmente, a alimentação dos amplificadores costuma ser transportada pelo próprio cabo coaxial, em corrente alternada (60 Hz, 48 a 60 Volts)..4 Sistemas de Canalização Existem 3 sistemas de atribuição de frequências para uso no cabo. O sistema Standard, ou Plano de Frequências Padrão (PFP), como exemplificado na fig..3, utiliza os mesmos canais básicos da radiodifusão. As frequências das portadoras de vídeo obedecem a forma f c = 6 k MHz, com a exceção dos canais 5 e 6, cujas portadoras estão fora da sequência e obedecem a expressão f c = 6 k MHz. Já nos sistemas com Portadoras Incrementalmente Relacionadas (PIR), praticamente todos os canais obedecem à expressão f c = 6 k MHz. Finalmente, nos sistemas com Portadoras Harmonicamente Relacionadas (PHR), as portadoras de vídeo são sincronizadas em múltiplos precisos de uma frequência fundamental de MHz, ou seja, são da forma f c = k MHz. O desvio de MHz visa reduzir as potenciais interferências das portadoras de vídeo com os sistemas de comunicação aeronáutica, nas faixas de MHz e MHz. As vantagens do sistema PIR sobre o Standard, e do PHR sobre o PIR, são basicamente a menor visibilidade dos sinais espúrios, gerados por intermodulação entre as portadoras nos amplificadores usados na rede de distribuição. 3. Características do cabo Coaxial As características de atenuação dos cabos coaxiais utilizados são fatores determinantes no projeto de uma rede. Os cabos utilizados têm impedância característica de 75 Ohms, sendo empregadas bitolas que variam de 1 para cabos tronco, até 0,5 para cabos drop. A figura 3.1 apresenta dados de atenuação em função da frequência para os tipos usuais de cabos utilizados. O cabo drop é flexível, com malha trançada sobre folha de alumínio, e seu comprimento em geral é limitado a cerca de 30 metros, para evitar perdas excessivas. Os cabos tronco e de distribuição, com bitola de 0,5 a 1,0 polegada, são rígidos, usualmente fabricados em alumínio com revestimento de cobre no condutor interno e com dielétrico esponjoso. A atenuação do cabo coaxial nas frequências mais altas de operação é relativamente elevada, o que torna necessário o uso de amplificadores a intervalos adequados, de forma a manter a potência dos sinais dentro de limites satisfatórios Os critérios para espaçamento de amplificadores devem considerar a relação entre a atenuação do cabo e as amplitudes máximas e mínimas dos sinais de RF que trafegam nos cabos. As PTC547 Princípios de Televisão Digital EPUSP RG-59 (0,5 ) 0, MHz Fig Atenuação do Cabo Coaxial 0,5 1,0

5 amplitudes máximas dependem por sua vez das características dos amplificadores e do número de canais (quantidade de portadoras) presentes. As amplitudes mínimas definem a relação sinal/ruído limite do sistema. Como regra prática, a atenuação de um lance de cabo, entre amplificadores, não deve superar 0 db na maior frequência de operação da rede. Diz-se então que os amplificadores estão espaçados de 0 db, como por exemplo na situação da figura 3.. Neste exemplo, vamos supor um sistema que opera na faixa de 55 a 450 MHz. Vamos considerar um cabo de 1, cuja atenuação é de.95 db/100m em 450 MHz e 1.0 db/100m em 55 MHz. Na maior frequência, o comprimento de cabo que corresponde a uma atenuação de 0 db é L = 100m 0.95 = 678 metros. Este comprimento proporciona uma atenuação de apenas 6,9 db na menor frequência (55 MHz). A -6.9 / 0 db B C +40/40 dbmv +33.1/0 dbmv +40/40 dbmv Fig Atenuação em um lance de Cabo A medida das amplitudes dos sinais de RF no cabo é feita em dbmv, ou seja, decibéis em relação a 1mV rms, considerando a amplitude de pico da portadora de vídeo do canal. Assim sendo, supondo que o amplificador forneça amplitudes de +40 dbmv para cada portadora no ponto A, as amplitudes no ponto B serão de dbmv para 55 MHz, e +0 dbmv para 450 MHz. O amplificador em B, portanto, deve proporcionar ganho igual à atenuação do trecho de cabo, restaurando as amplitudes iniciais no ponto C. Para canais com modulação digital, a amplitude exprime a tensão RMS média do sinal. A atenuação do cabo aumenta cerca de 0,% (em db) por grau Celsius, o que pode exigir a implementação de controle automático de ganho nos amplificadores. 3.1 Sistemas com Pré-ênfase Um assinante que recebesse o sinal derivado do ponto A, na fig. 3., teria todos os canais com a mesma amplitude. Já um assinante conectado ao ponto B teria uma dispersão de amplitudes de 13.1 db entre os canais em 55 e 450 MHz (fig. 3.3). Essa variação de amplitudes provoca perda de qualidade nos canais mais atenuados ou distorção por intermodulação nos canais menos atenuados. É conveniente que a dispersão das amplitudes seja menor que 10 db entre todos os canais recebidos. Para que isso ocorra, aplica-se uma pré-ênfase (chamada de slope ) nos sinais do ponto A, de modo a minimizar as diferenças de amplitude ao longo do lance de cabo. Na fig. 3.4, foi aplicada uma pré-ênfase de 6 db no ponto A, resultando em dispersões de amplitude menores em A e B. A redução da amplitude, em A, nos canais baixos, também reduz as distorções eventualmente geradas nos amplificadores. +40dBmV A +33.1dBmV B +0dBmV f (MHz) Dispersão de Amplitudes: 0 db (ponto A) a 13.1 db (ponto B) f (MHz) Fig Efeito da Atenuação em diferentes frequências PTC547 Princípios de Televisão Digital EPUSP 5

6 +40dBmV +34dBmV A +7.1dBm V +0dBmV B f (MHz) Dispersão de Amplitudes: 6 db (ponto A) a 7.1 db (ponto B) Fig Aplicação de Pré-ênfase ( Slope ) f (MHz) 3. Arquitetura de Distribuição Nos primeiros sistemas de TV a Cabo, a distribuição para os assinantes era feita diretamente dos cabos feeder, através da inserção de acopladores direcionais e divisores. Esta arquitetura, ilustrada na figura 3.5, resulta no uso otimizado de cabo coaxial; porém está Tronco sujeita a maiores problemas de Distribuição (Feeder) ingresso de sinais espúrios nos conectores. Adicionalmente, o projeto de um lance de distribuição é crítico, com margens reduzidas no que se refere aos níveis de sinal para os assinantes. Drop Considerando que o custo do cabo coaxial é menor que o custo da mãode-obra da instalação, atualmente Fig Distribuição Convencional utiliza-se a arquitetura representada na fig. 3.6, na qual um cabo de distribuição é utilizado apenas para Fibra Distribuição Distribuição Local Tronco interligar os amplificadores, enquanto que dois ramos adicionais de distribuição local, partindo nas duas direções, são usados para derivar os sinais para os assinantes próximos ao amplificador. Esta arquitetura consome quase o dobro de cabo coaxial, além de exigir amplificadores Drop com 3 saídas independentes; no entanto, apresenta vantagens quanto ao ingresso de espúrios (que ficam Fig Distribuição Avançada confinados a um ramo de distribuição) e quanto à menor atenuação nos cabos, o que permite reduzir as amplitudes nos amplificadores, com consequente redução de distorções. 4. Elementos Passivos Os sinais de TV são distribuídos por uma estrutura em árvore, sofrendo sucessivas divisões e derivações até alcançar o assinante. Os principais elementos passivos que cumprem as funções de distribuição adequada da potência do sinal de RF são descritos a seguir. PTC547 Princípios de Televisão Digital EPUSP 6

7 ADARTNE E T 1 DARTNEA SAIDA T OÃÇAVIRED D. S T T 1 ADIAS ADIAS 4.1 Divisor ( Splitter ) Este dispositivo divide a potência do sinal de RF em duas saídas de igual amplitude, preservando o casamento de impedâncias. A atenuação teórica é de 3 db para cada ramo, embora na prática as perdas reais sejam da ordem de 3,5 a 4 db. Essa perda em geral não depende significativamente da frequência. Outro parâmetro importante na caracterização do divisor é a isolação entre as duas saídas; um sinal que seja injetado pela saída 1 é propagado para a entrada, enquanto que o nível transmitido para a saída pode estar atenuado mais de 0 ou 30 db. Fig Divisor A figura 4.1 apresenta a construção de um divisor, que utiliza um transformador T1 com relação de espiras 1.41 : 1 (relação de impedâncias de : 1), seguido de um transformador T isolador, para equilibrar a divisão de potência entre as duas saídas. O resistor de 150 Ohms dissipa potência no caso de haver descasamento de impedâncias ou retorno de sinal por uma das saídas. Divisores de 4 saídas podem ser construídos pela associação em árvore de 3 divisores de saídas, e assim por diante. 4. Acoplador Direcional Um acoplador direcional é um divisor com relação assimétrica de divisão de potência. É usado para retirar uma parte do sinal (p. ex. para distribuir para assinantes), enquanto a maior parte da potência passa diretamente para a saída principal. O circuito de um acoplador direcional consiste de dois transformadores, ligados como um transformador de tensão e outro de corrente. A figura 4. apresenta a simbologia e um circuito típico de um acoplador. A queda de tensão sobre o primário de T1 é responsável pela perda de inserção do divisor, enquanto que a relação de espiras de T1 e T determina a atenuação na porta de derivação. Por exemplo, uma relação de espiras de 4:1 causa atenuação de 1 db na derivação, e uma perda de inserção de 0,3 db (valores teóricos). Havendo casamento de impedância nas três portas do acoplador, a potência dissipada no resistor interno de 75 Ohms é zero. No sentido inverso, o acoplador direcional é usado como combinador, sendo que um sinal injetado na porta de derivação é acoplado para a porta de entrada. Fig. 4. Acoplador Direcional PTC547 Princípios de Televisão Digital EPUSP 7

8 E S A B B/A 4.3 Multi-Tap Um multi-tap consiste de um acoplador direcional associado a um divisor, usualmente de 4 ou 8 saídas. Sua aplicação é criar pontos de acesso para os assinantes. Normalmente o multi-tap é inserido no cabo de distribuição local, sendo que os cabos drop são conectados a ele. Nesta função, o acoplador direcional deve permitir a passagem de alimentação elétrica (60 Hz) da entrada para a saída principal (para alimentar os demais amplificadores); porém deve bloquear a passagem de 60 Hz para as saídas dos assinantes. Fig. 4.3 Multi-tap Os multi-taps (fig. 4.3) estão disponíveis em atenuações da ordem de 8 a 30 db (da entrada para cada saída de derivação). As suas atenuações e as perdas de inserção não dependem significativamente da frequência. 4.4 Duplexadores A separação de bandas de frequência diferentes é feita por filtros passivos que preservam a impedância nas portas de entrada e saída. Os duplexadores são usados por exemplo para separar a faixa de frequência dos canais downstream (acima de 54 MHz) da faixa para os canais reversos (abaixo de 35 MHz). 4.5 Elementos Passivos Diversos Outros componentes que são utilizados em redes de TV a Cabo compreendem: Atenuadores: usados no cabo drop para reduzir intermodulação por excesso de sinal; Terminações: nas portas não utilizadas dos multi-taps; Equalizadores: para ajuste de pré-ênfase independentemente dos amplificadores; Blocos de aterramento: todos os cabos drop devem ser aterrados na entrada da casa do assinante para evitar danos aos receptores devidos a surtos elétricos; Traps : filtros rejeita-banda eventualmente usados para bloquear canais não autorizados. 4.6 Dimensionamento de um Lance de Cabo Como exemplo de alguns critérios e decisões que costumam surgir no dimensionamento de uma rede de distribuição de TV a cabo, suponhamos que seja dado o trecho apresentado na fig. 4.4 abaixo, para o qual devem ser calculados os elementos passivos. Como regras de projeto, vamos adotar: Amplitude máxima no ponto A: +44 dbmv para a portadora de maior amplitude; Atenuação máxima entre A e E: 0 db em 550 MHz; Nível mínimo de sinal nos taps P, Q, R, S: +10 dbmv Multi-taps disponíveis: 30 db, 4 db, 18 db, 15 db, etc. PTC547 Princípios de Televisão Digital EPUSP 8

9 80m 100m 150m 100m A B C D E P Q R S Fig. 4.4 Exemplo de Cálculo de um Lance de Cabo Sendo o comprimento total A-E = 430 metros, precisamos escolher um cabo que proporcione atenuação menor que 0 db em 550 MHz. Devemos incluir as perdas de inserção estimadas dos multi-taps neste cálculo. Como as características dos taps não estão ainda determinadas, vamos adotar a princípio um valor médio de 1,5 db para cada acoplador. Assim sendo, a perda apenas no cabo deve ser menor que 0 (4 x 1,5) = 14 db, ou seja, a perda por 100 metros deve ser da ordem de 14/4,3 = 3,5 db. Vamos adotar um cabo de 0,7, cuja atenuação é de 3,3 db/100m em 550 MHz, e 1 db/100m em 50 MHz. Uma vez escolhido o cabo, devemos determinar a pré-ênfase, a partir da diferença de atenuação entre os pontos A e D, nos quais temos assinantes conectados. Sendo a distância A-D = 330 metros, as atenuações do cabo nas frequências de 50 e 550 MHz são respectivamente 3,3 db e 10,9 db. A diferença de amplitudes no ponto D, caso não fosse utilizada pré-ênfase, seria de 7,6 db. Vamos então aplicar uma pré-ênfase com a metade deste valor (3,8 db) no ponto A. Adotando amplitude em A de +44 dbmv na frequência de 550 MHz, teremos então +44-3,8 = +40, dbmv para 50 MHz. Com estas amplitudes, podemos instalar um multi-tap de 30 db no ponto A. Este elemento apresenta perda de inserção de 1 db; portanto as amplitudes na saída principal do acoplador serão de +39,/+43 dbmv respectivamente em 50 e 550 MHz. As amplitudes nas saídas P serão de +10,/+14 dbmv, dentro do limite mínimo estabelecido. No ponto B, a atenuação do cabo vai reduzir as amplitudes para +38,4/+40,4 dbmv. Aqui a amplitude é insuficiente para que possamos usar um multi-tap de 30 db. É necessário instalar um de 4 db, cuja perda de inserção é de 1,5 db. Prosseguindo com este raciocínio, determinaremos os demais multi-taps, as amplitudes nas saídas e no ponto E, sendo que a perda total de A até E deve ser compensada pelo ganho do próximo amplificador, restaurando as amplitudes de +40,/+44 dbmv. A tabela 4.1 resume os valores de amplitude nas frequências de 50 e 550 MHz, nos vários pontos do trecho, e as atenuações e perdas de inserção dos multi-taps selecionados. Vale ressaltar que, neste exemplo, não restou margem para eventuais expansões da rede. Caso seja necessário instalar mais um multi-tap, por exemplo entre C e D, a perda de inserção adicional, de pelo menos 1,5 db, irá prejudicar as amplitudes em E e S, violando as regras préestabelecidas. Além disso, o cálculo do slope deve levar em conta o comprimento máximo e mínimo do cabo drop até o assinante, cuja atenuação não é desprezível. PTC547 Princípios de Televisão Digital EPUSP 9

10 Ponto Perda de Inserção do Tap (db) Amplitude em 50 MHz (dbmv) Amplitude em 550 MHz (dbmv) A B C D E P Q R S Tabela 4.1 Amplitudes e Atenuações no Trecho de Distribuição 5. Amplificadores As perdas dos cabos e elementos passivos da rede de distribuição devem ser compensadas com o uso de amplificadores, distribuídos adequadamente ao longo do sistema. Os amplificadores devem ter resposta em frequência complementar à curva de atenuação do cabo, e devem ser projetados para minimizar as degradações no sinal de RF. Os fatores limitantes são o ruído equivalente do amplificador, a frequência de corte superior e as distorções por intermodulação devidas à não linearidade dos elementos ativos. 5.1 Ruído A tensão equivalente de ruído térmico, desenvolvida sobre um resistor R, medida em uma banda de frequências f, é dada por En R k T f onde k= constante de Boltzmann (1,374 x 10-3 J/K) e T é a temperatura em graus Kelvin. Considerando que a impedância do cabo coaxial é de 75 Ohms, e a banda passante útil do sinal de vídeo é de 4, MHz, o ruído térmico mínimo do sistema é da ordem de 1,1 Vrms, ou seja, de -59, dbmv. A Figura de Ruído de um amplificador é a relação entre o ruído total gerado pelo amplificador e a parcela devida apenas ao ruído térmico, referidos à entrada. Ou seja, a tensão de ruído na saída do amplificador é dada pela soma do ruído mínimo, mais a figura de ruído, e mais o ganho do amplificador (expressos em db): V NO = V NMIN + F A + G Considerando que a amplitude do sinal de interesse na entrada do amplificador seja V IN, a relação Sinal/Ruído na saída do amplificador será (S/R) A (db) = V IN (dbmv) V NO (dbmv) F A (db) = V IN F A Por exemplo, um sinal de +1,0 dbmv, na entrada de um amplificador com ganho 0 db e Figura de Ruído F A = 8 db, resultará em um sinal de saída de +1 dbmv, com relação sinal/ruído (S/R) A = = 5, db. A Figura de Ruído de uma associação de amplificadores em cascata é dada por PTC547 Princípios de Televisão Digital EPUSP 10

11 F F 1 F 1 F3 1 F4 1 G G G G G G A situação de uma rede de TV a Cabo é particular, no sentido que os ganhos dos amplificadores são compensados pelas atenuações dos trechos de cabo. Se os amplificadores forem iguais, a potência de ruído adicional devida a cada amplificador é igual, e a relação sinal/ruído de uma cascata de N amplificadores sofrerá uma degradação que pode ser aproximada por (S/R) N = (S/R) A 10 log (N) onde (S/R) A é a relação Sinal/Ruído de um único amplificador, determinada pelo ruído térmico mínimo e pela sua Figura de Ruído. Ou seja, há uma degradação de 3 db cada vez que o número de amplificadores em cascata é duplicado. 3 FN 1... G G... G 1 N 1 5. Distorção A não-linearidade dos elementos ativos de um amplificador (transistores, FET s) provoca distorção no sinal amplificado, que se manifesta pela presença de componentes espúrias na saída. Considerando que a função de transferência no domínio temporal de um amplificador possa ser aproximada por um polinômio: (termos acima do terceiro grau podem ser desprezados), e supondo que o sinal de entrada consiste de 3 componentes senoidais em frequências diferentes: x Acosa Bcosb C cosc então a saída do amplificador irá conter os seguintes termos: k F( x) k x k 3 1 x k3x Produtos de primeira ordem: correspondem ao ganho do amplificador, e são os termos desejados: k1 Acosa k1b cosb k1c cosc Produtos de segunda ordem: correspondem aos produtos gerados pelo termo k x : ABcos k k A B C a b ACcosa c BC cosb c A cos a B cos b C cos c (Componente DC) (6 batimentos tipo soma / diferença) (3 componentes de segundas harmônicas) Produtos de terceira ordem: correspondem aos produtos gerados pelo termo k 3x 3 : k A cos 3a B cos 3b C cos 3c 4 3 k 3 ABC cos( a b c ) A B cos(a b) A C cos(a c)... 3k 3... B Acos(b a) B C cos(b c) C Acos(c a) C B cos(c b) 3 k3 3 3 A cos a B cos b C cos c 3 4 k A( B C )cos a B( A C )cos b C( A B )cos c (3 termos de terceiras harmônicas) (3 termos de Batimento Triplo Composto) (1 produtos de intermodulação) (3 termos de autoexpansão/compressão) (6 termos de modulação /compressão cruzada) PTC547 Princípios de Televisão Digital EPUSP 11

12 Saída dbmv Nem todos os produtos acima têm interesse prático para controle, pois muitos caem fora da banda utilizada. Os principais espúrios são os batimentos triplos compostos (BTC) e as distorções compostas de segunda ordem (CSO), além das modulações cruzadas. Pela análise acima, vemos que os termos de primeira ordem crescem linearmente com o sinal de entrada, enquanto que os termos de segunda ordem aumentam 0 db para cada aumento de 10 db na entrada. Para os de terceira ordem, o aumento é de 30 db. Define-se como ponto de interceptação a amplitude hipotética na entrada de um amplificador para a qual os produtos de distorção apresentariam a mesma amplitude do sinal desejado. Com este parâmetro, as relações Sinal/Distorção podem ser extrapoladas para outras amplitudes de entrada. Por exemplo, na fig. 5.1 estão apresentadas curvas de saída e distorção para um amplificador cujo ponto de interceptação de terceira ordem ( IP3 ) é de +50 dbmv, e IP de cerca de +70dBmV a Ordem a Ordem Ponto de Interceptação de 3 a ordem a Ordem Entrada dbmv Fig. 5.1 Distorções 0 em um Amplificador Neste exemplo, um sinal de entrada de +0 dbmv será amplificado com um ganho de 0 db, resultando em uma saída desejada (1 a. ordem) de +40 dbmv, contendo produtos de segunda ordem com amplitude 9 dbmv e terceira ordem com 0 dbmv. Lembramos que a especificação do ponto de interceptação não significa que o amplificador tolere sinais de entrada com essas amplitudes; é apenas um ponto de referencia que caracteriza o comportamento das distorções. Os valores da relação Sinal/Distorção (S/D) dependem da quantidade de portadoras presentes no sistema. Como aproximação, podemos dizer que o sinal de RF no cabo possui distribuição semelhante a um ruído aleatório; ou seja, a potência total (que determina a relação Sinal/Distorção) é a soma das potências de cada portadora. Ao contrário do ruído térmico, as distorções em uma cascata de amplificadores similares tendem a se combinar de forma coerente, o que significa que a degradação de relação Sinal/Distorção pode crescer de 5 a 6 db, cada vez que o número de amplificadores é dobrado. Pode-se perceber que o dimensionamento de uma rede envolve um compromisso entre relação Sinal/Ruído (que melhora linearmente quanto maior for o nível de sinal nos amplificadores) e a relação Sinal/Distorção (que piora 1 a db para cada db de aumento na amplitude do sinal). A figura 5. apresenta a variação das relações S/R e S/D (ª. e 3ª. ordem) para uma cascata de 1 e 10 amplificadores de um determinado tipo, em função da amplitude de saída adotada para cada portadora. O gráfico evidencia que o sistema torna-se crítico quando o número de amplificadores cresce; neste exemplo, para um único amplificador, amplitudes de 10 a 0 dbmv proporcionam relação S/(R+D) maior que 60 db, enquanto que uma cascata de 10 amplificadores terá relação da ordem de 50 db, desde que operando com amplitude de +13 dbmv. PTC547 Princípios de Televisão Digital EPUSP 1

13 S/R, S/D (db) S/R S/D (3 a ) S/D ( a ) Vout (dbmv) Fig. 5. Relação S/R e S/D vs. Amplitude (1 e 10 Amplificadores) 5.3 Tecnologias Na construção de amplificadores para TV a Cabo procura-se minimizar os termos de distorção de segunda ordem, o que pode ser feito através de estruturas simétricas, como a amplificação em push-pull. O amplificador deve possuir banda larga, o que normalmente inviabiliza o uso de realimentação negativa. A elevada linearidade necessária deve portanto ser intrínseca da topologia e dos dispositivos empregados. A figura 5.3 apresenta um circuito básico em pushpull com transistores bipolares. Fig. 5.3 Amplificador Push-Pull Um método para aumentar a potência máxima de saída, sem prejudicar a relação S/D, consiste em associar dois ou mais amplificadores em paralelo. Na arquitetura da fig. 5.4, o sinal é dividido por um splitter, e recombinado na saída. Cada amplificador opera assim com amplitude 3 db abaixo do total dbmv +30 G=0dB divisor combinador Fig. 5.4 Amplificador Paralelo PTC547 Princípios de Televisão Digital EPUSP 13

14 5.3.1 Amplificador Feed-Forward Uma alternativa disponível para aumentar o nível de sinal sem prejudicar a relação S/D é a utilização de amplificadores tipo feed-forward. Esta arquitetura está ilustrada na fig S DC A1 D S+D S+D -(S+D) 34 db +4 DC4 +33 dbmv -S-D+D=-S S+D +10 dbmv DC1 S +9 D1 -S -S+S+D=D DC3 A 34 db D Fig. 5.5 Amplificador Feed-Forward Inicialmente, o sinal de entrada é dividido pelo acoplador direcional DC1. Uma parte do sinal é amplificada por A1, que apresentará na sua saída o sinal S e uma distorção D. O acoplador DC separa uma parte deste sinal, que será subtraído do sinal original pelo combinador DC3 (D1 é uma linha de retardo que compensa o atraso do amplificador A1). Na saída de DC3, o sinal de entrada é cancelado, restando apenas o sinal D correspondente à distorção produzida por A1. Este sinal é amplificado por A, e subtraído da saída de A1 pelo combinador DC4. Desta forma, na saída final resta apenas o sinal original S, amplificado; e os produtos de distorção D, gerados por A1, são cancelados. Na verdade, o amplificador A introduz distorções secundárias, que estarão presentes na saída. No entanto, como A opera com um sinal residual de menor amplitude, a distorção gerada na sua saída é bastante reduzida em comparação com a do amplificador A1. Assim sendo, amplificadores feed-forward, apesar de mais dispendiosos, proporcionam distorções até 15 a 0 db menores do que topologias convencionais. Porém, devido à atenuação adicional do acoplador DC1, na entrada, a figura de ruído é maior. 5.4 Arquitetura de um Amplificador Completo O diagrama de blocos de um amplificador bidirecional típico está apresentado na figura abaixo. Primeiramente, a alimentação de 60Hz é desviada, por indutores e capacitores de filtro, diretamente para a saída, e paralelamente é retificada e estabilizada para alimentar os circuitos. O sinal downstream é separado do upstream por duplexadores, na entrada e na saída. O canal direto inclui derivações para monitoração, tanto na entrada quanto após amplificação, para permitir a calibração do equipamento em campo. Segue-se um equalizador fixo, com resposta em frequência complementar à resposta típica do cabo. Em seguida há um ajuste de ganho, um pré-amplificador, filtro passa-banda e equalizador ajustável (para compensar a diferença de ganho nas frequências alta e baixa). PTC547 Princípios de Televisão Digital EPUSP 14

15 -0dB EQUALIZADOR -0dB ENTRADA 50~450 MHz EQUALIZADOR AGC AMPLIFICADOR DIRETO 50~450 MHz SAÍDA 5~35 MHz 5~35 MHz -0dB EQUALIZADOR AMPLIFICADOR REVERSO -0dB INSERÇÃO RETIFICADOR ALIMENTAÇÃO Fig. 5.6 Amplificador Bidirecional Completo O estágio de potência, neste exemplo, é um amplificador paralelo, incluindo um controle automático de ganho. O controle é feito geralmente monitorando a amplitude de uma portadora piloto, não modulada. Amplificadores mais elaborados podem usar duas pilotos, nos extremos superior e inferior da banda, e assim ajustar o ganho e a equalização automaticamente. O canal reverso é muito mais simples, pois a atenuação do cabo é pequena e relativamente constante nessa faixa de frequências. Inclusive, o circuito amplificador pode ser substituído por uma ligação direta em grande parte dos locais. 5.5 Características Típicas de Amplificadores A tabela 5.1 apresenta algumas especificações típicas de amplificadores usados em redes de TV a Cabo, como amplificadores tronco, de distribuição e extensores de enlace (estes usados apenas nos últimos lances de distribuição). Característica Unidade Tronco Feed-Forward Distribuição Extensor Serviço 100 canais 55 canais 60 canais 60 canais Banda Direta MHz 51 a a a a 450 Ondulação na banda db Banda Reversa MHz 5 a 35 5 a 30 5 a 30 Ganho Total Máximo db Controle de Ganho db Controle de Equalização db 4 a 8 a 8 Nível de Saída Nominal dbmv 36 a 46 9 a 35 5 a a 46 Figura de Ruído db 6.5 a Perda de Retorno db Distorção de a Ordem CSO db Modulação Cruzada db Batimento Triplo Composto db Modulação de 60 Hz db Consumo A Tabela 5.1 Especificações Típicas de Amplificadores PTC547 Princípios de Televisão Digital EPUSP 15

16 5.6 Distribuição de Alimentação Elétrica A energia necessária para alimentar os amplificadores é inserida nos cabos tronco e de distribuição em pontos estratégicos da rede, de forma a limitar a corrente máxima no cabo, além de limitar a extensão da perda de serviço no caso de falha de energia. Normalmente são utilizados equipamentos conversores/inversores com bateria ( no-break ), distribuídos ao longo da rede. Uma estrutura de distribuição toma a forma geral apresentada na figura 5.7. Cada ponto de inserção cobre um determinado conjunto de amplificadores, de modo que a corrente máxima seja limitada (da ordem de grandeza de 10 a 30 Ampéres). As áreas de abrangência de um ponto de inserção devem ser separadas das demais pelo uso de acopladores especiais, que bloqueiam a passagem de baixa frequência (acopladores com DC Block ). O dimensionamento da rede de alimentação, por sua vez, deve levar em conta a resistência ôhmica de ida e volta do cabo coaxial (condutor central + externo). A tabela 5. apresenta valores para algumas bitolas de cabos ~ usados na distribuição. R1 R R3 R4 R5 R6 Bitola Condutor central: Cobre Alumínio 0,5 (RG-59) 179 0, , , ,0 1.3 Tabela 5. Resistência de Cabos Coaxiais (/km ida e volta) ~ R7 R11 R10 R9 R8 R1 R1 Fig. 5.7 Alimentação dos Amplificadores 6. Parâmetros de Qualidade de Sinal Uma das atribuições da engenharia em um sistema de TV a Cabo, além do projeto da rede, é a verificação da integridade do sinal distribuído. Vários parâmetros têm que ser monitorados periodicamente, de forma a garantir a qualidade da imagem recebida pelos assinantes, detectando eventuais degradações dos elementos do sistema. Em particular, devem se feitas medições dos espúrios gerados pelos amplificadores, nas partes mais distantes da rede, visando a certificação de conformidade com normas e regras de projeto aplicáveis. Os batimentos triplos compostos e as distorções de segunda ordem (BTC e CSO), o ingresso de sinais externos, e a degradação da relação Sinal/Ruído, são algumas das principais causas de M reclamação dos usuários. Estas degradações serão analisadas a seguir. 6.1 Batimentos Triplos Compostos (BTC) Estes espúrios originam-se nos termos de terceira ordem da não-linearidade dos amplificadores. Sendo A, B e C três sinais com frequências diferentes e A < B, os produtos de terceira ordem mais significativos são da forma A + B C. Estas combinações geram espúrios cujas frequências são próximas às portadoras de vídeo, sendo visualizados na imagem PTC547 Princípios de Televisão Digital EPUSP 16 BTC

17 recebida na forma de ruído de baixa frequência (manchas escuras em movimento por toda a tela). Estes espúrios concentram-se nos canais centrais, e o número de componentes que afetam o sinal de um dado canal M, dentro de um sistema com N canais, é expresso por: 1 BTC N N M M 4 Método de Medida: Com analisador de espectro, resolução de 30 khz, reserva-se um canal sem portadora, preferencialmente no centro da banda. O espúrio devido ao BTC é visível na forma de um sinal com frequência igual à da portadora correspondente ao canal. A leitura é a diferença de amplitude em relação ao pico da portadora de vídeo nominal. Objetivo: A amplitude do BTC deve ser menor do que 53 dbc (db em relação à portadora). Para sistemas PHR, a visibilidade do BTC é muito menor (pois as portadoras são sincronizadas), sendo tolerada amplitude relativa de 47 dbc. 6. Batimentos Compostos de Segunda Ordem ( CSO) Estes espúrios, originados da parcela de segundo grau da não-linearidade dos amplificadores, são da forma A B e A. Nos sistemas PIR, resultam em espúrios distanciados de 1.65 MHz das frequências das portadoras de vídeo, gerando interferências na imagem na forma de linhas diagonais estreitas, em movimento. Concentram-se nos canais altos e baixos, sendo que nos sistemas Standard, devido às frequências dos canais 5 e 6, podem aparecer espúrios em distanciados de 750 khz. Já nos sistemas PHR, confundem-se com os BTC. Método de Medida: com analisador de espectro, resolução de 30 khz, aplicando uma portadora não modulada na frequência da portadora de vídeo de um canal vago, medem-se os espúrios que estiverem distanciados de 1.5 MHz (ou 750 khz) da portadora. Objetivo: CSO menor que 53 dbc (-47 dbc para sistemas PHR) CSO 6.3 Modulação Cruzada (MC) Este espúrio manifesta-se como o aparecimento de bandas laterais em uma portadora originalmente não modulada, devidas à presença de modulação nas demais portadoras. Geralmente é um parâmetro fornecido pelo fabricante, pois sua medição em campo exige que todos os outros canais sejam modulados com o mesmo sinal. Método de Medida: Com analisador de espectro ajustado para resolução de 30 khz, em um canal com portadora não modulada, todos os demais canais modulados com o mesmo sinal de vídeo, mede-se a amplitude da banda lateral resultante. Objetivo: MC abaixo de 53 dbc MC PTC547 Princípios de Televisão Digital EPUSP 17

18 6.4 Relação Portadora/Ruído do Canal (C/N) É a relação entre a potência de pico da portadora de vídeo e a potência de ruído aleatório medida dentro de uma banda de 4 MHz. Por coincidência, é numericamente igual à relação Sinal/Ruído ponderada, medida sobre o sinal de vídeo demodulado, usando um filtro CCIR. Método de Medida: Analisador de Espectro, resolução de 30 e 300 khz, com a portadora do canal sem modulação (CW). Usando detector de pico e banda de 300 khz, mede-se a amplitude de pico da portadora. Usando detector por média ("average") e banda de 30 khz, mede-se a densidade espectral de ruído média dentro do canal (S/Nb), até 4 MHz acima da portadora de vídeo. Aplicam-se os seguintes fatores de correção: - Correção da banda de 30 khz para 4 MHz: -1.5 db; - Correção pela resposta do detector logarítmico: -.5 db; - Correção da banda equivalente de ruído do analisador: ver especificação do equipamento; - Correção do ruído de entrada do analisador de espectro: desconectar o sinal de entrada e verificar a contribuição do ruído de fundo; Objetivo: S/R maior que 45dBc; ruído imperceptível para S/R > 53 dbc S/Nb 6.5 Ingresso de Sinal Externo A rede está sujeita a interferências pela presença de sinais de RF externos, tais como emissoras locais de TV e FM, sistemas de comunicação móvel e rádio-amadores. Os pontos principais de ingresso ocorrem em conectores deficientes e/ou oxidados, e cabos danificados. Em casos extremos, os canais sujeitos a interferências devem ser suprimidos do plano de canalização. Para o caso de ingresso de sinal por captação direta, cuja causa principal são equipamentos receptores defeituosos ou inadequados ligados à rede (p. ex. vazamento de oscilador local de sintonizadores de TV), deve-se impor a utilização de conversores homologados, ou acrescentar atenuação adicional no cabo drop. O canal de retorno, quando utilizado, está sujeito principalmente a interferências de baixa frequência; basicamente ruídos provenientes de equipamentos elétricos, sistemas de ignição de motores veiculares, etc. Em certos casos, a oxidação do revestimento de cobre do condutor central do cabo forma junções semicondutoras, que geram espúrios nas frequências de 6 e 1 MHz, por intermodulação das portadoras downstream. O combate ao ruído no canal de retorno envolve também o particionamento da rede em células menores, reduzindo o número de afluentes que contribuem para o ruído total. 7. O Head-End A central de distribuição efetua o condicionamento dos programas disponíveis, que podem ser gerados localmente ou obtidos do ar, via satélite, fibra óptica, etc, realocando as frequências conforme o plano de canalização utilizado. Sinais provenientes do ar são tratados por processadores de RF, que fazem a translação de frequência sem demodular os sinais de vídeo ou áudio. Para não haver inversão do espectro, são necessárias duas conversões sucessivas. Sinais provenientes de satélite, fibra ou outros links, que são disponibilizados em banda base, exigem moduladores com filtros vestigiais que obedecem à alocação de banda de 6 MHz. PTC547 Princípios de Televisão Digital EPUSP 18

19 Os vários sinais modulados são combinados, usando acopladores direcionais em cascata. O espectro total, contendo todos os canais e sinais piloto, é amplificado e equalizado para distribuição via cabos tronco e/ou enlaces de fibra óptica. 7.1 Acesso Condicional Os canais que correspondem a serviços pagos devem ser codificados, de modo que apenas os assinantes autorizados possam demodulá-los. Para canais analógicos, a maioria dos sistemas utiliza o processo de inversão de polaridade. Neste método, o sinal de vídeo composto é separado na parte ativa (imagem) e na parte de retraço (contendo o sincronismo horizontal). Estas duas partes podem sofrer inversão de polaridade, individualmente ou em conjunto, de forma estática ou dinâmica. Canais digitais podem utilizar processos de criptografia. Os decodificadores a serem utilizados para receber sinais protegidos devem ser autorizados por comandos provenientes do head-end. Estes comandos podem ser in-band (codificados no retraço vertical do canal em questão) ou out-of-band (transmitidos em uma portadora específica, geralmente na faixa de 106 a 108 MHz). No método out-of-band, os comandos são recebidos pelo decodificador mesmo que ele esteja sintonizado em outro canal de TV. Um computador (controlador) gerencia as mensagens de autorização e de codificação de canais. Em sistemas dinâmicos, o codificador e os decodificadores autorizados são sincronizados a partir de comandos emitidos pelo controlador (fig. 7.1). Sistemas que implementam o método IPPV ( Impulse Pay Per View ) necessitam de um canal de retorno, para que a central saiba quando o assinante adquiriu um determinado programa ou evento pago, usando assim créditos armazenados no decodificador. Essa informação pode ser coletada via linha telefônica (através de modem incorporado ao decodificador) ou pelo canal de retorno, usando modulação FSK. Prog. Codificador Codif. Prog. Abertos Modulador / Conversor Combinador Tronco Tap Conversor "Head-End" Controlador MODEM MODEM MODEM Linha Telefonica Comutada TV Fig. 7.1 Head-End com Acesso Condicional 7. Supervisão e Serviços Adicionais Sistemas bidirecionais podem utilizar o canal de retorno para efetuar supervisão remota do estado da rede, monitorando amplitudes e estados dos amplificadores em tempo real. Poucos sitemas utilizam o canal de retorno para a aplicação original, que seria enviar sinais de TV de algum ponto da rede para o head-end, para daí serem redistribuídos para todos os assinantes em downstream. Em geral o canal de retorno é utilizado para serviços adicionais, como sistemas de alarme, telefonia, e principalmente transmissão de dados para acesso à Internet. PTC547 Princípios de Televisão Digital EPUSP 19

20 7.3 Enlaces de Fibra Óptica Nos sistemas HFC, a distribuição em longa distância é feita por fibra, sendo utilizados moduladores lineares (a transmissão na fibra é analógica). Uma vez que a modulação do Laser emissor é unilateral, este processo está sujeito a distorções de segunda ordem. Os moduladores ópticos devem então incorporar circuitos de pré-distorção, para compensar a não-linearidade dos transdutores ópticos. A atenuação na fibra é extremamente baixa, da ordem de 0,5 db/km (fibra monomodo em 1.56 m) a,5 db/km (fibra multimodo em 0,85 m). Emendas feitas por fusão acrescentam perdas de 0,05 db, sendo que as perdas em conectores são da ordem de 0,5 db. RF C.A.G. Driver Saída RF 50~450MHz Pré - Distorcedor Foto - diodo Laser 50~450MHz Fibra Foto - diodo Fig. 7. Enlace de fibra Óptica para Supertrunking 8. Transmissão de Sinais Digitais Além dos serviços de taxa baixa, citados anteriormente, que utilizam geralmente moduladores FSK simples, os sistemas modernos incluem duas classes de sinais digitais de banda larga: o Cable Modem, utilizado para acesso à Internet, e a distribuição de canais de TV Digital. A capacidade de uma rede de TV a Cabo, para sinais analógicos, é limitada pela relação sinal/ruído nos canais mais altos. Isso não significa que os elementos da rede não possuam resposta em frequência adequada para distribuição de sinais em frequências maiores. Como os sistemas de modulação digital são mais tolerantes a degradações de relação S/R, as frequências superiores podem ser utilizadas para estes serviços, sem que haja necessidade de substituição de amplificadores. Assim sendo, os sistemas analógicos se prestam de imediato à transmissão de sinais digitais nas frequências acima da banda analógica, permitindo assim a expansão dos serviços oferecidos. PTC547 Princípios de Televisão Digital EPUSP 0

21 A utilização típica de espectro, num sistema analógico + digital, está esquematizada na figura 8.1. As modulações digitais, por questões de compatibilidade, ocupam canais de 6 MHz, com portadoras centralizadas na banda correspondente. Canal Direto: Canais Analógicos TV Digital 16-VSB, QAM Cable Modem 64-QAM MHz Acesso Condicional ~400MHz ~550MHz FSK Canal Reverso: TV Cable Modem QPSK FSK 5MHz Acesso Condicional Supervisão 35MHz Fig. 8.1 Espectro Digital e Analógico no Cabo 8.1 Cable Modem DOCSIS O padrão DOCSIS ( Data Over Cable Service Interface Specification ) foi introduzido pela Cable Labs, com a finalidade de prover comunicação de dados em pacotes TCP/IP através do cabo. O sistema de modulação utilizado é 64-QAM ou 56-QAM, no sentido downstream, e 16-QAM ou QPSK no canal reverso. A tabela 8.1 apresenta as características básicas dos modems DOCSIS. Frequências de Operação downstream: 91 a 857 MHz Modulação 64-QAM downstream: Taxa de Símbolos: Ms/s Taxa de Bits: Mb/s Ocupação espectral: +18% (5,97 MHz) Modulação 56-QAM downstream : Taxa de Símbolos: Ms/s Taxa de Bits: Mb/s Ocupação espectral: +1% (6,00 MHz) Frequências de Operação upstream: 5 a 4 MHz Protocolo: TDMA, mensagens de comprimento fixo ou variável Modulação QPSK upstream: Taxas de Símbolos: 160, 30, 640, 180, 560 ks/s Taxas de Bits: 30 a 510 kb/s Ocupação espectral: 00, 400, 800, 1600, 300 khz Modulação 16-QAM upstream: Taxas de Símbolos: 160, 30, 640, 180, 560 ks/s Taxas de Bits: 640 kb/s a 10,4 Mb/s Ocupação espectral: 00, 400, 800, 1600, 300 khz Tabela 8.1 Parâmetros do Modem DOCSIS PTC547 Princípios de Televisão Digital EPUSP 1

22 8. Transmissão de Sinais de TV Digital: Sistema DVB -C A transmissão de TV Digital, na forma de pacotes de transporte MPEG-, é o objetivo do padrão DVB-C ( Digital Video Broadcasting Cable ), conforme norma ETSI EM (1994). Este padrão também utiliza modulação QAM, com constelações de 16, 3, 64, 18 ou 56 pontos, embora seja destinado apenas a aplicações downstream. A figura 8. apresenta o diagrama de blocos do modulador; vários módulos são idênticos aos utilizados no DVB-T, como é o caso do intercalador, randomizador e código Reed Solomon. No cabo, devido à ausência de ruído impulsivo, multi-percurso e degradações dinâmicas, não há necessidade de código convolucional, pilotos ou intercalamento temporal longo. A capacidade do canal pode ser otimizada, chegando a 38 Mb/s para 64-QAM. Para canais de 6 MHz, a taxa de símbolos do DVB-C é de 5,16 Ms/s. A figura 8.3 mostra o método de codificação QAM, no qual os bits mais significativos sofrem codificação diferencial antes de mapearem os símbolos da constelação. Deste modo, a constelação resultante é invariante para rotações de k, de forma que o demodulador não necessita obter referências absolutas de fase para extrair os bits transmitidos. Randomizador Correção de Erros (R.S. 04,188, t=8) Intercalamento Temporal ( = DVB-T) Modulador QAM Codificação Diferencial Conversão 8 / 6 ou 8 / 8 Fig. 8. Modulador DVB-C Fig. 8.3 Codificação Diferencial e Mapeador QAM 8.3 Transmissão de Sinais de TV Digital: Sistema DVB -C A segunda geração do sistema DVB para distribuição a Cabo, definida na norma ETSI EN , utiliza modulação OFDM com o intuito de aumentar a taxa de transmissão disponível. Uma análise do diagrama de blocos do DVB-C mostra sua similaridade com o sistema terrestre (DVB-T), desde a parte de multiplexação de fluxos de dados (TS e fluxos genéricos) até a modulação OFDM, incluindo intercalamento temporal, códigos de correção de erros, redução de fator de crista, etc. Entre as diferenças, o DVB-C prevê modulações 104- PTC547 Princípios de Televisão Digital EPUSP