Transmissão de TV Digital

Transcrição

1 Transmissão de TV Digital

2 Transmissão de TV Digital Modulações Digitais Padrão ISDB Modulador Estrutura Sistema TV Cultura

3 Modulações Digitais

4 Modulações Digitais Uma portadora modulada de forma digital poderá ser alterada nos seguintes parâmetros: Amplitude Freqüência Fase Amplitude e Fase

5 Modulações Digitais Amplitude - ASK Amplitude Shift Key Freqüência - FSK - Frequency Shift Key Fase - PSK - Phase Shift Key Amplitude / Fase - QAM - Quadrature Amplitude Modulation

6 Modulação ASK A modulação ASK está baseada na variação de amplitude do sinal de portadora em função do símbolo de entrada. Se trabalhamos com um bit por símbolo, teremos duas amplitudes, sendo uma representando o nível lógico 0 e outra o nível lógico 1.

7 Modulação ASK

8 Modulação FSK A modulação FSK é bastante próxima da modulação FM, no entanto a alteração de freqüência ocorre de forma mais abrupta. Para cada símbolo teremos um valor de freqüência diferente.

9 Modulação FSK

10 Modulação PSK A modulação PSK é baseada na alteração de fase da portadora em função do símbolo aplicado a entrada da estrutura. Para cada símbolo teremos um valor de fase diferente

11 Modulação PSK

12 Modulação PSK Diagrama de Constelação 1 Fase Fase 0

13 Modulação QPSK Neste tipo de modulação estaremos modulando a portadora com 4 símbolos diferentes o que fará com que a fase da portadora cada instante esteja em um quadrante diferente Símbolo 1 00 Símbolo 2 01 Símbolo 3 11 Símbolo 4 10

14 Modulação QPSK Diagrama de Constelação

15 Modulação QAM A modulação QAM trabalha com variações de fase acompanhadas de variações de amplitude.

16 Modulação 16 QAM

17 Modulação 64 QAM

18 Modulação 64 QAM Os pontos, que em um sistema com baixo ruído devem acumular mais no centro das fronteiras de decisão, quando perturbado por um ruído aleatório eles passam a espalhar, sendo que, em alguns casos pode-se ter, inclusive pontos que geram erros.

19 Modulação 64 QAM

20 Modulação OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplex

21 Modulação OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplex O sinal OFDM é a soma de várias sub-portadoras ortogonais entre si Divide uma única transmissão em múltiplos sinais Cada sub-portadora é modulada individualmente e independentemente QPSK ou QAM Cada uma das milhares portadoras carrega um pedaço da informação

22 Modulação OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplex Em um sistema OFDM, as portadoras são arranjadas de tal forma que as bandas laterais de cada sub-portadora não sobreponham a sub-portadora adjacente. Assim o espectro possui um nulo no centro da frequencia de cada uma das sub-portadoras.

23 Modulação OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplex Em um sistema OFDM, as portadoras são arranjadas de tal forma que as bandas laterais de cada sub-portadora não sobreponham a sub-portadora adjacente. Assim o espectro possui um nulo no centro da freqüência de cada uma das sub-portadoras.

24 Modulação OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplex Transmissão com portadora única Toda informação em uma portadora Transmissão OFDM A informação está espalhada em várias portadoras

25 Modulação OFDM O principio desta modulação consiste em repartir aleatoriamente os símbolos sobre um numero elevado de diferentes portadoras moduladas. O COFDM reparte o canal em células conforme o eixo dos tempos e das frequências.

26 Modulação OFDM A cada célula de frequência/tempo é atribuída uma portadora dedicada. Iremos repartir a informação a transmitir por uma mistura de portadoras. Um símbolo COFDM corresponde a mistura da informação contida em várias portadoras num instante t. Cada portadora é ortogonal as precedentes.

27 Modulação OFDM Para reduzir o efeito dos ecos, entre cada símbolo transmitido, é inserida a chamada zona de guarda. A duração útil de cada símbolo será escolhida de forma a evitar os ecos. Esta precauções vai limitar a interferência inter simbólica.

28 Modulação OFDM Existem também portadoras piloto de sincronização (de amplitude superior aos dados a úteis) são inseridas para facilitar o trabalho do receptor.

29 Modulação OFDM O padrão ISDB possui três modos de multiportadoras: O modo 2K (1405 portadoras por canal) O modo 4K (2809 portadoras por canal) O modo 8K (5617 portadoras por canal)

30 Modulação OFDM T U Ts

31 Modulação OFDM Intervalo de Guarda: Na prática, para manter a ortogonalidade entre as portadoras, a banda de guarda é preenchida com uma cópia da parte final do símbolo OFDM t Ts Tu

32 SISTEMA ISDB-T "Integrated Services Digital Broadcasting Terrestrial" Serviço Integrado de Transmissão Digital Terrestre

33 SISTEMA ISDB-Tb A banda de transmissão consiste de 13 segmentos OFDMs Transmissão Hierárquica. Cada Layer consiste de um ou mais segmentos OFDMs. Pode funcionar com até 3 Layers. Recepção parcial. O segmento para recepção parcial é considerado um layer hierárquico. Modos: 3 modos com espaçamento entre portadoras de aproximadamente 4kHz, 2kHz e 1kHz nos modos 1, 2 e 3 respectivamente.

34 SISTEMA ISDB-Tb Largura de faixa de cada seguimento: Seg = 6 MHz / 14 Seg = 428,57 KHz Largura de faixa do canal: Canal BW = 428,57 x 13 Canal BW = 5.571,41MHz

35 SISTEMA ISDB-Tb HDTV / SDTV 13 SEGMENTOS LARGURA DE FAIXA DE 6MHz

36 SISTEMA ISDB-Tb Transmissão Hierárquica

37 SISTEMA ISDB-Tb Diferentes Layers (3) = Diferentes Coberturas Diferentes modelos de recepção Indoor Fixa Indoor Portátil Pior caso Outdoor Portátil Escolher a potência Correta Não saturar perto da torre Minimizar áreas de sombra Não extrapolar o contorno protegido QPSK 16QAM 64QAM

38 SISTEMA ISDB-Tb

39 A TRANSMISSÃO ISDB-Tb

40 SISTEMA ISDB-Tb A Transmissão da TV Digital Em TV Digital, muitas vezes o aumento de potência não representa a solução do problema. Em vários casos, não adianta aumentar a potência, visto que o Sinal está chegando ao local, mas sem qualidade. Se aumentarmos muito o nível de sinal (potência) poderemos ter casos em que invadiremos o espaço de outras emissoras, sem resolver o problema, podendo até saturar receptores nas proximidades do transmissor. Agora, além de aumentar a potência, temos que cuidar também da qualidade do sinal.

41 Baixa Qualidade do sinal Alta SISTEMA ISDB-Tb Digital Sinal se degrada drasticamente com uma pequena mudança na condição Analógico Margem Boa Condição de recepção Ruim

42 Baixa Qualidade do sinal Alta SISTEMA ISDB-Tb Digital Sinal se degrada drasticamente com uma pequena mudança na condição Margem MER (db) Raio de cobertura do sinal Boa Condição de recepção Ruim

43 SISTEMA ISDB-Tb Efeitos do Ruído em um Sistema Analógico (Queda Gradual da C/N) 45 db C/N 35 db C/N 25 db C/N 20 db C/N

44 SISTEMA ISDB-Tb Efeitos do Ruído em um Sistema Digital (Queda Gradativa da MER) 34 db MER 23 db MER 22.5 db MER 22 db MER

45 SISTEMA ISDB-Tb SFN (Single Frequence Network) Rede de transmissores de pequena potência, operando no mesmo canal, transmitindo o mesmo conteúdo O relógio dos transmissores é sincronizado através de um satélite (mesma base de tempo). O COFDM é capaz de lidar com os ecos usando o recurso do intervalo de guarda e, portanto, permite a recepção de sinais de uma rede SFN.

46 SISTEMA ISDB-Tb SFN (Single Frequence Network) Menor potência localizada Serviço mais confiável, no caso de recepção móvel Permite a adoção de uma freqüência única, com abrangência nacional, para cada rede de emissoras Recepção móvel contínua de uma determinada programação, sem a necessidade de alterar a sintonia do receptor ao longo do itinerário

47 SISTEMA ISDB-Tb Topologias de Rede

48 SISTEMA ISDB-Tb ANALÓGICO DIGITAL CIDADE ALTERAR PROPOSTO ATUAL P/ P/ F.P.A. SÃO JOSE DO RIO PRETO CARDOSO CATANDUVA ESTRELA D OESTE FERNANDOPOLIS GENERAL SALGADO ICEM ITAJOBI JALES JOSÉ BONIFACIO MONTE APRAZÍVEL NHANDEARA NOVO HORIZONTE OLIMPIA ORINDIUVA PALESTINA PAULO DE FARIA PINDORAMA 54+ PONTES GESTAL RIOLANDIA SANTA ADELIA SANTA FE DO SUL TABAPUÃ TANABI VOTUPORANGA 33 30

49 SISTEMA ISDB-Tb ANALÓGICO DIGITAL CIDADE ALTERAR PROPOSTO ATUAL P/ P/ F.P.A. SÃO JOSE DOS CAMPOS S. J. DOS CAMPOS (S. Fco. XaV.) GUARAREMA MONTEIRO LOBATO SÃO BENTO DO SAPUCAI CAMPOS DO JORDÃO TAUBATE PARAIBUNA SÃO LUIZ DO PARAITINGA LAGOINHA GUARATINGUETÁ SILVEIRA QUELUZ AREIAS SÃO JOAQUIM DA BARRA BANANAL PIRACAIA (PM) CRUZEIRO (PM) ATIBAIA (PM) BRAGANÇA PAULISTA (PM) 30 24

50 SISTEMA ISDB-Tb ANALÓGICO DIGITAL CIDADE ALTERAR PROPOSTO ATUAL P/ P/ F.P.A. CANANEIA IPORANGA BARRA DO TURVO ELDORADO CAJATI JACUPIRANGA PARIQUERA-AÇU SETE BARRAS REGISTRO IGUAPE (ILHA COMPRIDA) JUQUIA MIRACATU JUQUITIBA PEDRO DE TOLEDO ITARIRI PERUIBE ITANHAEM MONGAGUA PRAIA GRANDE SANTOS / GUARUJA BERTIOGA CUBATÃO CARAGUATATUBA UBATUBA 51 21

51 SISTEMA ISDB-Tb Gap Filler Local com ausência de qualidade do sinal

52 SISTEMA ISDB-Tb Gap Filler Área 1 Se apenas aumentarmos a potência não resolveremos o problema da qualidade de sinal, tendo ainda o inconveniente de invadir o espaço de outras emissoras ultrapassando o contorno protegido. Antena TX 1 Área 2

53 SISTEMA ISDB-Tb Gap Filler G 2 Área 1 G 1 Com os Gap Fillers, pequenos transmissores no mesmo canal, e antenas diretivas, conseguimos resolver os problemas de qualidade sem afetar o contorno protegido. Antena TX 1 G 3 G 4 Área 2

54 SISTEMA ISDB-Tb ENCODER HD TS ENCODER SD TS ENCODER LD TS MUX BTS Modulador FI Transmissor APLICAÇÕES

55 MULTIPLEXADOR TS 1 TS 2 TS 3 MUX ISDB-TB BTS Gerador de Carrossel TS EPG

56 MULTIPLEXADOR Uma das principais características da TV Digital será a Multiprogramação, ou seja, uma mesma emissora oferecendo ao mesmo tempo, mais de uma opção de programação para seu usuário. Para isto será necessária a acomodação dos vários sinais diferentes para serem transmitidos juntos. O grande responsável por isto na TV Digital é o Mux. Na sua entrada são conectados os TS Transport Streams dos diversos sinais de áudio e vídeo, assim como os dados de EPG, interatividade, controle e middleware.

57 MODULADOR O Modulador é responsável pela conversão do sinal vindo do MUX para entregar ao transmissor. Este equipamento recebe do MUX além do sinal BTS também as informações de modulação, tipo de correção de erros, interleaving,e entrega em sua saída a FI.

58 Diagrama em Blocos Dados Codificação externa Dispersão de energia Entrelaçador Codificação Interna Modulador Transmissor

59 Dispersão de energia Dados Codificação externa Dispersão de energia Entrelaçador Codificação Interna Modulador Transmissor

60 Codificação externa ( Reed Solomon) Sua função principal é permitir ao receptor detectar e corrigir erros que apareçam no sinal digital demodulado e regenerado. Ele é um Forward Error Corretion Code ( FEC ) pertencente a familia dos Bloc Codes. Para cada 188 Bytes ele acrescenta 16 Bytes de redundância Devido a presença dos Bytes de paridade, este Bloco aumenta em aproximadamente, vezes ( 204/188) a taxa de bits do sinal de entrada. 1 Byte Sinc 1 Byte Sinc Dados 187 Bytes Dados 187 Bytes 204 Bytes Paridade 16 Bytes

61 Codificação externa Dados Codificação externa Dispersão de energia Entrelaçador Codificação Interna Modulador Transmissor

62 Dispersão de energia Sua função é tornar o feixe de entrada ( pacotes MPEG-2) Aleatório, espalhando os dados para evitar a concentração de energia no espectro, eliminando seqüências repetidas de zeros e uns. O Aleatorizador produz um espectro semelhante ao Ruído Branco e é constituído basicamente por um gerador de Pseudo Random Bynary Sequency ( PBRS ), somado ao sinal útil de dados.

63 Dispersão de energia Dispersor de energia / Randomizador / aleatorizador de dados Sinal modulado tem sempre a mesma aparência independente da informação de entrada Diminui a probabilidade de sequencias de 0 e 1 Faz o sinal se parecer com o ruído branco

64 Entrelaçador Dados Codificação externa Dispersão de energia Entrelaçador Codificação Interna Modulador Transmissor

65 Entrelaçador Sua função é espalhar os pacotes provenientes do Reed Solomon e do aleatorizador ( dispersor de energia) para aumentar sua efeciência perante erros de bloco. É uma das tecnologias mais importantes nos sistemas de transmissão Os sistemas de correção de erro são mais efetivos quando a natureza do ruído é aleatória (randômica) O objetivo do interleaver é embaralhar o erro em rajada que ocorre no caminho do sinal Codificação Externa Byte Interleave Codificação Interna Bit Interleave Mapping Frequency Interleave Time Interleave

66 Byte Interleave Erro em rajada o FEC não funciona bem X X X X Erro aleatório o FEC funciona bem X X X X

67 Byte Interleave Antes da transmissão do Interleave Depois da transmissão com Interleave X X X X Ruido Impulsivo Recepção antes do De-Interleave X X X X Recepção depois do De-Interleave X X X X

68 Frequency Interleave Multi-percursos causam uma região de menor potência onde a onda do multipercurso tem fase contrária à da onda principal

69 Codificação interna Dados Codificação externa Dispersão de energia Entrelaçador Codificação Interna Modulador Transmissor

70 Codificação interna Formado por um codificador convolucional FEC ( Forward Error Corretion Code ). Tem a função de acrescentar bits para aumentar a capacidade de correção ( adiciona redundancia). Ele é constituído por um código de taxa-mãe ½, ou seja, para cada Bit de entrada saem dois na saida. O codificador Interno trabalha com code rate de : 1/2 2/3 3/4 5/6 7/8

71 Modulador Dados Dispersão de energia Codificação externa Entrelaçador Codificação Interna Modulador Transmissor

72 Modulador ISDB-TB

73 Modulador ISDB-TB

74 Modulador O sistema ISDB possui 3 métodos de portadoras: Modo 1 (2K) 1405 portadoras Modo 2 (4K) 2809 portadoras Modo 3 (8K) 5617 portadoras Obtidas por DSP ( Digital Signal Processing ) pelo uso de uma IFFT ( Inverse Fast Fourier Transform) O sistema ISDB pode ser programado para modulações: QPSK 2 Feixes Digitais 16 QAM 4 Feixes Digitais 64 QAM 6 Feixes Digitais

75 Modulador No Mapeador, os Feixes Digitais ( 2, 4 ou 6, conforme a modulação escolhida) são destinados consecutivamente às portadoras: Modo 1 (2K) 1405 portadoras Modo 2 (4K) 2809 portadoras Modo 3 (8K) 5617 portadoras

76 Modulador A transmissão do sinal é organizada em quadros ( Frame). Cada quadro possui duração Tf com 204 símbolos OFDM. Cada símbolo OFDM com 13 seguimentos de banda é constituído por um numero K de portadoras conforme o modo escolhido, que são transmitidas com duração Ts Ts é composto de duas partes: TU Duração de tempo das portadoras Duração do Intervalo de Guarda Um símbolo OFDM com 13 seguimentos ocupa uma banda de 5,571 MHz

77 Modulador Modo 8K 5617 portadoras IG 1 / 4 Ts Tu 1008 µs 252 µs Ts = = 1260 µs Frame = 1260 µs x 204 = 257,04 ms

78 Modulador 204 símbolos OFDM 257,04 ms Ts Tu 1260 µs

79 Modulador ISDB-TB

80 Modulador ISDB-TB Layer A Layer B Layer C Layer A Layer B Layer C

81 Modulador ISDB-TB Layer A Layer B Layer C Layer A Layer B Layer C DQPSK, QPSK 16 QAM 64 QAM

82 Modulador ISDB-TB Layer A Layer B Layer C Layer A Layer B Layer C DQPSK, QPSK 16 QAM 64 QAM BPSK

83 Modulador ISDB-TB Layer A Layer B Layer C Layer A Layer B Layer C DQPSK, QPSK 16 QAM 64 QAM BPSK ¼ 1/8 1/16 1/32

84 Modulador ISDB-TB Layer A Layer B Entrelaçadores Layer C Layer A Layer B Layer C DQPSK, QPSK 16 QAM 64 QAM BPSK ¼ 1/8 1/16 1/32

85 Modulador ISDB-TB Layer A Inner Code ½ 2/3 ¾ 5/6 7/8 Layer B Entrelaçadores Layer C Layer A Layer B Layer C DQPSK, QPSK 16 QAM 64 QAM BPSK ¼ 1/8 1/16 1/32

86 Modulador ISDB-TB Aleatorizador Layer A Inner Code ½ 2/3 ¾ 5/6 7/8 Layer B Entrelaçadores Layer C Layer A Layer B Layer C DQPSK, QPSK 16 QAM 64 QAM BPSK ¼ 1/8 1/16 1/32

87 Modulador ISDB-TB Codificador Externo Aleatorizador Layer A Layer B Inner Code ½ 2/3 ¾ 5/6 7/8 Entrelaçadores Layer C Layer A Layer B Layer C DQPSK, QPSK 16 QAM 64 QAM BPSK ¼ 1/8 1/16 1/32

88 5617 = = x +

89 Taxa final de Transmissão

90 Medidas de RF

91 As Medidas Potência de Saída Emissões Espúrias Bit Error Rate (BER) Modulation Error Ration (MER) Ruído de fase Máscara de Emissão

92 As Medidas Potência de Saída Emissões Espúrias Bit Error Rate (BER) Modulation Error Ration (MER) Ruído de fase Máscara de Emissão

93 Potência de saída A potência de saída é o primeiro parâmetro a ser medido quando se estiver verificando parâmetros de desempenho ou realizando verificações de conformidade. Para um sinal digital com modulação OFDM, a potência é uniformemente distribuída através do canal de transmissão. Portanto, ao se fazer medidas neste tipo de sinais, a largura de faixa total do sinal modulado deve ser levada em consideração. No caso de sinais digitais, o valor da potência média é o mais apropriado para o tipo de modulação utilizada

94 Potência de saída Especificação: É aceitável uma variação de +/- 2% do valor nominal especificado pelo fabricante do transmissor Método de Medição A potência de saída pode ser medida utilizando um Wattímetro de absorção ou um analisador de espectro que possua este recurso.

95 Potência de saída A Configuração do analisador de espectro deve ser. Freqüência Central Span RBW VBW Modo de Detecção BW do canal Freqüência do Canal 10 MHz 30 khz 300 khz Sample 5,7 MHz

96 As Medidas Potência de Saída Emissões Espúrias Bit Error Rate (BER) Modulation Error Ration (MER) Ruído de fase Máscara de Emissão

97 Emissões espúrias Especificação: Emissões espúrias são emissões em freqüências que estão fora da largura de faixa do canal. São consideradas emissões espúrias as emissões de harmônicas, emissões parasitas, produtos de intermodulação, produtos de conversão de freqüência Banda de Freqüência Básica De 70 MHz a 142 MHz ou de 144 MHz a 146 MHz De 142 MHz a 144 MHz e de 146 a 162,0375 MHz De 162,0375 MHz a 335,4 MHz De 335,4 MHz a 470 MHz De 470 MHz a 960 MHz Potência Média Permitida para Emissão Espúria Máximo 1 mw e pelo menos 60 db abaixo da potência média do canal Máximo 1 mw e pelo menos 80 db abaixo da potência média do canal, quando a freqüência do canal está entre 142 MHz e 144 MHz ou entre 146 MHZ e 162,0375 MHz, e potência média 60 db abaixo quando essa freqüência está em qualquer outro valor. Máximo 1 mw e pelo menos 60 db abaixo da potência média do canal Máximo 2,5 uw pra equipamentos de transmissão com potência média de 25 W ou menor. Máximo de 1 mw e pelo menos 70 db abaixo da potência média do canal, para equipamentos de transmissão com potência de mais de 25 W. Máximo 25 uw para equipamentos de transmissão com potência média de 25 W ou menor. Máximo de 20 mw e pelo menos 60 db abaixo da potência média do canal para equipamentos de transmissão com mais de 25 W.

98 As Medidas Potência de Saída Emissões Espúrias Bit Error Rate (BER) Modulation Error Ration (MER) Ruído de fase Máscara de Emissão

99 Bit Error Ratio - BER Especificação: É a relação do número de bits recebidos incorretamente em relação ao número total de bits emitidos durante um determinado intervalo de tempo Taxa de erro na saída do transmissor = Zero

100 As Medidas Potência de Saída Emissões Espúrias Bit Error Rate (BER) Modulation Error Ration (MER) Ruído de fase Máscara de Emissão

101 Modulation Error Ratio - MER Especificação: o valor de MER deve ser determinado com o uso de um receptor com o menor fator de ruído possível, com o objetivo de evitar a inserção de distorção. Um valor de MER de pelo menos 30 db deve ser alcançado

102 Modulation Error Ratio - MER Diagrama de constelação:

103 Modulation Error Ratio - MER

104 Modulation Error Ratio - MER Diagrama de constelação: Erro de amplitude - Saturação

105 Modulation Error Ratio - MER Diagrama de constelação: Erro de fase

106 Modulation Error Ratio - MER Diagrama de constelação: Ganho diferente entre I e Q

107 As Medidas Potência de Saída Emissões Espúrias Bit Error Rate (BER) Modulation Error Ration (MER) Ruído de fase Máscara de Emissão

108 Ruído de Fase Pode ocorrer devido a instabilidade dos osciladores locais O ruído de fase pode causar um erro de fase que afeta todas as portadoras ao mesmo tempo. Giro intermitente de constelação

109 As Medidas Potência de Saída Emissões Espúrias Bit Error Rate (BER) Modulation Error Ration (MER) Ruído de fase Máscara de Emissão

110 Especificação: Mascara de emissão Diretamente relacionada com a intermodulação A intermodulação é composta de energia espectral indesejável tanto dentro quanto fora da banda. E n e r g i a e s p e c t r a l d e n t r o da b a n d a : degradação do sinal transmitido E n e r g i a e s p e c t r a l f o r a da banda: interferência em canais adjacentes

111 Mascara de emissão 36 db 43 db 50 db

112 Mascara de emissão

113 Sala São Paulo,

114 Sala São Paulo 02/12/2007 Inauguração TV Digital no Brasil

115 Obrigado!!! Agosto de 2008