Sistemas de Transmissão para TV Digital

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1 Sistemas de Transmissão para TV Digital PTC2547 Princípios de Televisão Digital Guido Stolfi EPUSP PTC Guido Stolfi 1 / 150

2 Tópicos Abordados Vantagens da Comunicação Digital Sistema ATSC Multi-percurso e Equalização Modulação OFDM Sistema DVB-T Sistema ISDB-T Limiar de Operação para Recepção Sinal ISDB-T e Constelações Comparações entre ATSC, DVB e ISDB-T Outros Sistemas de Transmissão Processos na Sintonia de um Canal Digital PTC Guido Stolfi 2 / 150

3 Limitações da Transmissão Analógica Degradações causadas pelo Canal de Comunicação: Distorção (Não-linearidade) Ruído (Aditivo; aleatório e impulsivo) Perdas (Atenuação, Limitação de Banda Passante, "Fading") Interferências (Aditivas, de origem humana) PTC Guido Stolfi 3 / 150

4 Sistema de Comunicação Digital Fonte Codificador de Fonte Codificador de Canal Modulador Canal Saída Decodif. de Fonte Decodif. de Canal Demodulador PTC Guido Stolfi 4 / 150

5 Codificadores Codificador de Fonte: Aproveita as características da Fonte para efetuar uma representação eficiente da informação Ex.: MPEG, JPEG, ADPCM, Huffman Codificador de Canal: Introduz redundância para possibilitar a sobrevivência da informação após as degradações do canal Ex.: Paridade, códigos de Hamming, Reed-Solomon, intercalamento PTC Guido Stolfi 5 / 150

6 Modulador Converte a informação digital em sinais contínuos (formas de onda) Considera as características do canal (resposta em frequência, potência admissível, atenuação etc.) Não existe transmissão digital, mas sim transmissão analógica de informação digital PTC Guido Stolfi 6 / 150

7 Taxa de Erros x Relação Sinal/Ruído Modulação Digital: Degradações causam erros de transmissão Ex.: QPSK PTC Guido Stolfi 7 / 150

8 Canal com banda Limitada Ex.: QPSK PTC Guido Stolfi 8 / 150

9 Taxa de Erros para Sistemas M-PSK PTC Guido Stolfi 9 / 150

10 Qualidade de Imagem x Relação S/R 120 Qualidade Aparente Analógica 40 Digital S/R (db) PTC Guido Stolfi 10 / 150

11 Benefícios da Correção de Erros 100 Qualidade Aparente Analógica Digital Com Correção S/R (db) PTC Guido Stolfi 11 / 150

12 Transmissão Digital: Benefícios Compatibilidade de Meios de Transmissão Programa Cabo Satélite Radiodifusão Rede Digital CD-ROM Usuário PTC Guido Stolfi 12 / 150

13 Transmissão Digital: Benefícios Compatibilidade de Serviços Imagens Áudio Canal de Transmissão Legendas Lista de Programas Dados Criptografia e Acesso Condicional Usuário PTC Guido Stolfi 13 / 150

14 Transmissão Digital: Benefícios Melhor aproveitamento do espectro Canais Analógicos Canais Analógicos + Digitais PTC Guido Stolfi 14 / 150

15 Espectro de Radiodifusão (Analógica + Digital) UHF Canais 14 a 28 - São Paulo, 2008 PTC Guido Stolfi 15 / 150

16 Transmissão Digital: Benefícios Melhor aproveitamento geográfico Área de Cobertura Área de Interferência Potencial Transmissão Analógica Transmissão Digital PTC Guido Stolfi 16 / 150

17 Sistema ATSC Advanced Television System Committee PTC Guido Stolfi 17 / 150

18 Sistema ATSC Advanced Television System Commitee Aprovado em 1995 para Radiodifusão de HDTV nos EUA Compressão de Vídeo: MPEG-2 Compressão de Áudio: Dolby AC-3 Transporte: Pacotes MPEG-2 Modulação: 8-VSB com piloto Ocupação de Banda: Canal de 6 MHz PTC Guido Stolfi 18 / 150

19 Sistema ATSC Codificação de Fonte e Transporte 1280 x x x / 30 / 24 fps Video Codificador MPEG-2 Buffer Formatador de Pacotes Multiplex Audio 1 Codificador de Áudio Dolby AC-3 Formatadores de Pacotes 19.6 Mb/s Audio kbps Dados Pacotes de 188 bytes CODIFICAÇÃO TRANSPORTE PTC Guido Stolfi 19 / 150

20 Sistema ATSC Codificação de Canal e Modulação 32.3 Mb/s Codificadores para Correção de Erros TRANSMISSÃO Randomizador Msymb/s Inserção de Sincronismo Mapeador (8 níveis) Piloto Convolucional Entrelaçado 12 x (2/3) Equalizador Entrelaçamento (4 ms) Filtro de Nyquist Modulador Reed-Solomon (207,187),t=10 Filtro Vestigial PRS SAIDA 8-VSB (F.I.) 19.6 Mb/s Sequencia de Bytes 4 sy Portadora MHz 44 MHz Banda de 6 MHz p/ Transmissor PTC Guido Stolfi 20 / 150

21 Randomizador D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D G( x) x x x x x x x x 1 PTC Guido Stolfi 21 / 150

22 Codificador Reed-Solomon t= 10, B A X 1 X 2 X X 19 X bytes de dados 20 bytes de proteção B 207 bytes codificados A i i 19 0 i ( X ) X 152X 185X 240X 5X 111X 99X 6X X 112X 150X 69X 36X 187X 22X 228X X 121X 121X 165X 174 PTC Guido Stolfi 22 / 150

23 Entrelaçamento ( Interleaving ) PTC Guido Stolfi 23 / 150

24 Entrelaçador Convolucional ATSC 1 2 M=4 Bytes 3 2M 4 3M 52 51M... PTC Guido Stolfi 24 / 150

25 Codificador Convolucional e Mapeador 8-VSB PRÉ-CODIFICADOR MAPEADOR Z2 Z1 Z0 R D = ATRASO DE 12 SÍMBOLOS CODIFICADOR CONVOLUCIONAL PTC Guido Stolfi 25 / 150

26 Codificador Convolucional Entrelaçado Pré-codificador e Codificador Convolucional No. 1 Pré-codificador e Codificador Convolucional No. 2 No. 3 Pré-codificador e Codificador Convolucional No. 12 PTC Guido Stolfi 26 / 150

27 Segmento Multinível com Piloto e Sincronismo NIVEIS APÓS INSERÇÃO DO PILOTO SINCRO- NISMO 4 SÍMBOLOS 828 SÍMBOLOS (207 BYTES) SEGMENTO DE DADOS 4 SÍMBOLOS 832 SÍMBOLOS (208 BYTES) = 77.3 us 1 SÍMBOLO = 2 BITS DE DADOS + 1 BIT DE CORREÇÃO CONVOLUCIONAL DO PILOTO PTC Guido Stolfi 27 / 150

28 Estrutura de Quadros de Dados ATSC 4 sinc. quadro símbolos DADOS + CORR. ERROS 24.2 ms 313 segmentos sinc. quadro 2 DADOS + CORR. ERROS 24.2 ms 313 segmentos sinc. segmento 1 segmento = 77,3us PTC Guido Stolfi 28 / 150

29 Sincronismo de Quadro ATSC 832 símbolos (1 segmento) pré-código PA511 +/- PA63 PA63 PA63 modo VSB reserv. sinc. 4 símbolos 511 símbolos x x x x x x Saída x 6 x Saída PTC Guido Stolfi 29 / 150

30 Filtro Vestigial ATSC No Transmissor: No Receptor: PTC Guido Stolfi 30 / 150

31 Envoltória e Espectro do 8-VSB PTC Guido Stolfi 31 / 150

32 Espectro 8-VSB após Limitação de Picos em +6dB PTC Guido Stolfi 32 / 150

33 Desempenho do Sistema ATSC TAXA DE ERROS DE SEGMENTO LIMIAR DE VISIBILIDADE RELAÇÃO SINAL / RUÍDO PTC Guido Stolfi 33 / 150

34 Diagrama de Blocos de um Receptor ATSC Sintonizador Filtro F.I. e Demodulador Síncrono Filtro contra Interferência Analógica Equalizador Adaptativo Corretor de Fase Sincronismo de Segmento Sincronismo de Quadro Desentrelaçador Desrandomizador Decodificador Reed-Solomon Decodificador Convolucional PTC Guido Stolfi 34 / 150

35 Sintonizador com Conversão Para Cima FILTRO MHz AMP 10 db MIXER 1a. F.I MHz G.A.G. AMP F.I. FILTRO 1220 MHz MIXER AMP F.I. 44 MHz OSC. LOCAL 1270~2020 MHz OSC. LOCAL 1184+/- 0,3 MHz C.A.F. PLL SINTONIA C.A.G. SINTONIA PTC Guido Stolfi 35 / 150

36 Filtros SAW p/ Dupla Conversão (1220 MHz e 44 MHz) PTC Guido Stolfi 36 / 150

37 Filtro de F.I. e Controle Automático de Freqüência SINTONIZADOR FILTRO SAW 44 MHz C.A.G. AMP. F.I.. DEMODULADOR SÍNCRONO I C.A.G. 90 o FILTRO AFC LIMITADOR SINTONIA C.A.F. FILTRO APC OSCILADOR 46.7 MHz Q ERRO DE FASE PTC Guido Stolfi 37 / 150

38 Filtro contra Interferência de Sinal de TV Analógica SÍMBOLOS RECEBIDOS + MUX DADOS - PADRÃO DE REFERÊNCIA (SINCRONISMO DE QUADRO) D= D=12 - ( ) 2 ( ) 2 DETETOR DE MÍNIMO PTC Guido Stolfi 38 / 150

39 Filtro contra Interferência de Sinal de TV Analógica 1.25 Vídeo MHz Croma Áudio Espectro do Sinal Interferente Resposta em Frequencia do Filtro de Rejeição Piloto 6 MHz Espectro do Sinal Digital 8-VSB Piloto khz Detalhes das Bandas de Transição 45.8 khz khz khz 45.8 khz PTC Guido Stolfi 39 / 150

40 Diagrama de Olho com Filtro contra Interferências Após Filtro de Interferência (15 níveis) Sinal 8-VSB sem Filtro de Interferência PTC Guido Stolfi 40 / 150

41 Equalizador Adaptativo de Canal SÍMBOLOS FILTRO DIRETO SÍMBOLOS EQUALIZADOS Ms/s FILTRO REVERSO SLICER COEFICIENTES P/ FILTRO SUPRESSOR DE C.C. 1 ADAPTADORES 2 SEQ. TREINAMENTO MEMÓRIA DE COEFS. U ÍNDICE DE COEF. ESTIMATIVA DO ERRO ACUMULADOR D SINAL DE ENTRADA ADAPTADOR ESTIMATIVA DE ERRO PTC Guido Stolfi 41 / 150

42 Distorção por Multi-Percurso PTC Guido Stolfi 42 / 150

43 Multi-percurso e Equalização SINAL TRANSMITIDO SINAL RECEBIDO SINAL PROCESSADO t1 t1 k1 -k1 t2 t2 k2 -k2 tn tn kn Modelo da Distorção por Multi-percurso -kn Equalizador Adaptativo no Receptor PTC Guido Stolfi 43 / 150

44 Cancelamento de Eco pelo Equalizador SINAL TRANSMITIDO SINAL RECEBIDO COM ECOS SINAL PROCESSADO PTC Guido Stolfi 44 / 150

45 Multiplicação do Ruído Impulsivo pelo Equalizador RUÍDO IMPULSIVO RECEBIDO RUÍDO PROCESSADO PTC Guido Stolfi 45 / 150

46 Sistema DVB-T Digital Video Broadcasting - Terrestrial PTC Guido Stolfi 46 / 150

47 Sistema DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial) Aprovado para radiodifusão terrestre de TV Digital na Europa em 1997 Compressão de Vídeo e Áudio: MPEG-2 Transporte: Pacotes MPEG-2 Modulação: COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex) Ocupação de Banda: Canal de 8 MHz PTC Guido Stolfi 47 / 150

48 Modulação COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex) Codificação, Randomização, Correção de Erros Intercalamento, Pilotos 4 Modulação 16-QAM C 1 C 2 Síntese C 3 C 4 FFT -1 Saída 892 Símbolos / s bits x 892 símbolos = 17.4 Mb / s bits C bits 6817 Coeficientes PTC Guido Stolfi 48 / 150

49 Espectro do Sinal OFDM K Portadoras Independentes Banda de cada Portadora f f Banda Total Ocupada Espaçamento 1 / T U T U T S Modulação de cada Portadora PTC Guido Stolfi 49 / 150

50 Espectro OFDM Após Supressão do Intervalo de Guarda no Receptor f Espaçamento 1 / T U T U T S PTC Guido Stolfi 50 / 150

51 Diagrama Tempo / Frequência a a f f Símbolo t Símbolo t Banda ocupada Banda ocupada ATSC OFDM PTC Guido Stolfi 51 / 150

52 Efeito de Multi-percurso no OFDM TX1 p3 p1 p2 RX p1 p3 p2 a1, 1 a2, 2 a3, 3 ax, x tx TX2 T U f PTC Guido Stolfi 52 / 150

53 Modos DVB-T Parâmetro Modo 2K Modo 8K Número de Portadoras (K) Portadoras Úteis Portadoras Piloto Contínuas Portadoras de Controle (TPS) Duração Útil do Símbolo (T U ) 224 s (2048T) 896 s (8192 T) Espaçamento entre Portadoras(1/ T U ) 4464 Hz 1116 Hz Ocupação de Banda (K x 1/ T U ) MHz MHz Intervalo de Guarda ( ) (8 MHz) 56, 28, 14, 7 s 224, 112, 56, 28 s Duração do Símbolo ( + T U ) s s Largura do Canal 8 MHz 7 MHz 6 MHz T ( s ) 7/64= /8= /48= PTC Guido Stolfi 53 / 150

54 Codificador DVB-T Randomizador Correção de Erros (R.S. 204,188, t=8) Intercalamento Temporal Mapeador Intercalamento Temporal Correção de Erros (Convolucional ½ a 7/8) PTC Guido Stolfi 54 / 150

55 Randomizador DVB-T Habilitação Entrada Serial + Saída Polinômio Gerador: X 15 + X Habilitação: = 0 durante Byte SINC MPEG Inicialização: cada 8 pacotes MPEG (1504 bits) PTC Guido Stolfi 55 / 150

56 Codificador Reed-Solomon SYNC 187 Bytes de Dados Randomizados RS (204, 188, t = 8) SYNC 187 Bytes de Dados Randomizados 16 Bytes Prot. OBS: SYNC é invertido (47h para B8h) cada 8 pacotes. PTC Guido Stolfi 56 / 150

57 Intercalador Temporal 1 2 M= 17 Bytes x M 2 x M x M x 17 = 204 bytes PTC Guido Stolfi 57 / 150

58 Codificador Convolucional Saída X Entrada Serial D D D D D D D = 1 bit Saída Serial Saída Y Puncionamento e Serialização PTC Guido Stolfi 58 / 150

59 Padrões de Puncionamento dos Códigos Convolucionais Taxa 1/2 2/3 3/4 5/6 7/8 X: 1 Y: 1 X: 1 0 Y: 1 1 Padrão de Puncionamento X: Y: X: Y: X: Y: Sequência de Bits Transmitidos X1 Y1 X2 Y2 X3 Y3... X1 Y1 Y2 X3 Y3 Y4... X1 Y1 Y2 X3 X4 Y4 Y5 X6... X1 Y1 Y2 X3 Y4 X5... X1 Y1 Y2 Y3 Y4 X5 Y6 X7... PTC Guido Stolfi 59 / 150

60 Intercalador de Bits / Símbolos (QPSK) Re(n,x) Entrada Serial Demux Interc. Bit I0 Interc. Bit I1 L = 126 bits Interc. Símbolos Mapeador QPSK Im(n,x) PTC Guido Stolfi 60 / 150

61 Intercalador (64-QAM Hierárquico) Entrada Serial 1 Demux Interc. Bit I0 Interc. Bit I1 Re(n,x) Entrada Serial 2 Demux Interc. Bit I2 Interc. Bit I3 Interc. Bit I4 Interc. Símbolos Mapeador 64-QAM Não-uniforme Im(n,x) Interc. Bit I5 PTC Guido Stolfi 61 / 150

62 Constelações DVB-T QAM-16 QAM-16 Não Uniforme ( =2) PTC Guido Stolfi 62 / 150

63 Constelações DVB-T QAM-16 Não Uniforme ( =4) PTC Guido Stolfi 63 / 150

64 Constelações DVB-T QAM-64 Não Uniforme ( =4) PTC Guido Stolfi 64 / 150

65 Portadoras Piloto Portadora 0... Portadora Portadora K-1 Símbolo = Portadora Útil (dados) = Portadora Piloto, modulada em BPSK com Sequência Pseudo-Aleatória t PTC Guido Stolfi 65 / 150

66 Portadoras de Controle (TPS - Transmission Parameter Signalling) Mesma Informação em cada símbolo para todas as portadoras TPS 1 bit por símbolo, codificação diferencial 68 símbolos consecutivos (1 Frame) 17 portadoras (Modo 2k) ou 68 portadoras (8k) PTC Guido Stolfi 66 / 150

67 Alocação de Bits nas Portadoras TPS Bit Formato Finalidade 0 - Inicialização da modulação diferencial 1 a ou compl. Sincronismo 17 a ou Comprimento 23, 24 00, 01, 10, 11 Número do Frame 25, 26 00, 01, 10 Constelação (QPSK, QAM-16, QAM-64) 27 a a 011 Hierarquia (sem, =1, =2, =4) 30 a a 100 Taxa Cód Convolucional, Fluxo de Alta Prioridade 33 a a 100 Idem, Baixa Prioridade (1/2, 2/3, 3/4 5/6, 7/8) 36, 37 00, 01, 10, 11 Intervalo de Guarda (1/32, 1/16, 1/8, 1/4) 38, 39 00, 01 Modo de Tansmissão (2k, 8k) 40 a 47 n Identificador de Célula (Opcional) 40 a Reservados 54 a 67 Código BCH Correção de Erros PTC Guido Stolfi 67 / 150

68 Desempenho do Sistema DVB-T PTC Guido Stolfi 68 / 150

69 Envoltória de um Sinal OFDM (6000 Portadoras) PTC Guido Stolfi 69 / 150

70 Espectro de um Sinal OFDM (6000 Portadoras) PTC Guido Stolfi 70 / 150

71 Espectro OFDM com Limitação de Amplitude de Pico em +6 db PTC Guido Stolfi 71 / 150

72 Algumas Comparações entre ATSC e COFDM ATSC: otimizado para taxa de bits x relação S/R do canal, para maximizar cobertura para uma dada potência DVB-T: otimizado para operar em condições severas de multi-percurso e permitir SFN (Single Frequency Network) PTC Guido Stolfi 72 / 150

73 Características do ATSC: A Favor: Maior taxa de bits / MHz Robustez a ruído de fase Maior alcance para dada potência de transmissão Bom desempenho com ruído impulsivo Contra: Não permite recepção móvel Equalização piora desempenho por S/R Equalização aumenta necessidade de processamento Baixo desempenho com antenas internas PTC Guido Stolfi 73 / 150

74 Características do DVB-T: A Favor: Tolerância a multi-percurso Robustez para interferências em frequências fixas Facilidade para uso de retransmissores em zonas de sombra ( gap filler ) Bom desempenho com antenas internas Permite recepção móvel Contra: Baixa tolerância a ruído impulsivo Baixa tolerância a ruído de fase em misturadores PTC Guido Stolfi 74 / 150

75 Demandas de Processamento Digital (ordem de grandeza) ATSC: ~10 M símbolos/seg. ~10 MIPS (processamento básico) ~10 MIPS adicionais para cada tap do EQ COFDM: ~1 k símbolos/seg. ~100 MIPS (FFT de 8196 pontos) Independe de equalização PTC Guido Stolfi 75 / 150

76 Sistema ISDB-T Integrated Services Digital Broadcasting - Terrestrial PTC Guido Stolfi 76 / 150

77 Sistema ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting Terrestrial) Aprovado para radiodifusão terrestre de TV Digital no Japão (No ar desde 2004) Compressão de Vídeo e Áudio: MPEG-2 Transporte: Pacotes MPEG-2 Modulação: OFDM Segmentada Entrelaçamento temporal até 380 ms Ocupação de Banda: Canal de 6 MHz PTC Guido Stolfi 77 / 150

78 Sistema ISDB-T EXEMPLO 1 EXEMPLO 2 EXEMPLO 3 HDTV SDTV 1 móvel ou estacionária Áudio estéreo SDTV 2 móvel ou estacionária Áudio estéreo INTERCALAMENTO INTERCALAMENTO 5,6 MHz 5,6 MHz 432 khz 432 khz RECEPTOR INTEGRADO RECEPTOR MÓVEL RECEPTOR ÁUDIO PORTÁTIL PTC Guido Stolfi 78 / 150

79 Parâmetros do ISDB-T (6 MHz) Modo ISDB-T Modo 1 Modo 2 Modo 3 Banda do Canal 5575 khz (6000/14) 13+ f khz 6000/14/ khz (6000/14) 13+ f khz 6000/14/ khz (6000/14) 13+ f khz 6000/14/ Espaçamento Portadoras No. Total de Portadoras Processo de QPSK, 16QAM, 64QAM, DQPSK Modulação Duração do Símbolo 252µs 504µs 1008µs Banda de Guarda 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 da duração do Símbolo Código Interno Código Convolucional (1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8) Código Externo RS (204,188) Intercalamento Taxa de Bits 0, 0.096, 0.19, 0.38 seg ~ Mbit/s PTC Guido Stolfi 79 / 150

80 Exemplos de Alocação de Segmentos segmentos para Modulação QAM (Camada A) A segmentos QAM (Camada B) e 1 recepção parcial (Camada A) A B A B C 9 segmentos QAM (Camada C), 1 recepção parcial (Camada A) e 3 com DQPSK (Camada B) PTC Guido Stolfi 80 / 150

81 Processamento na Modulação ISDB-T Código Reed-Solomon RS(204, 108, t=8) Randomização g(x) = x 15 + x Ajuste de Atraso entre Camadas (A, B, C) Intercalamento de Bytes (M = 11 x 17 Bytes) Código Convolucional Puncionado (1/2 a 7/8) Intercalamento de Bits Mapeador (DQPSK, QPSK, 16- / 32-QAM) Síntese do Fluxo de Símbolos Intercalamento Temporal Longo Intercalamento de Segmentos Rotação de Portadoras Randomização de Portadoras Inserção de Pilotos, AC e TMCC Modulação OFDM (2k, 4k ou 8k) Inserção de Intervalo de Guarda (1/32 a ¼) (= DVB-T) PTC Guido Stolfi 81 / 150

82 Intercalamento de Bits e Mapeamento DQPSK 64-QAM PTC Guido Stolfi 82 / 150

83 Síntese do Fluxo de Símbolos Símbolos da Camada A Segmento de Dados A-1 Segmento de Dados A-2 Camada B Segmento de Dados A-M A Segmento de Dados B-1 1 Símbolo por Portadora Segmento de Dados B-M C Camada C Segmento de Dados C-1 n C = 96 (Modo 1) = 192 (Modo 2) = 384 (Modo 3) Segmento de Dados C-M C M A + M B + M C = 13 Memória PTC Guido Stolfi 83 / 150

84 Intercalamento Temporal Longo Intercalador Temporal Segmento 0 1 Símbolo por Portadora Intercalador Temporal Segmento 1 1 Símbolo por Portadora Intercalador Temporal Segmento 2 Intercalador Temporal Segmento 12 n C = 96 (Modo 1) = 192 (Modo 2) = 384 (Modo 3) PTC Guido Stolfi 84 / 150

85 Intercalador Temporal de Segmento Buffer de I x m 0 símbolos Buffer de I x m 1 símbolos Buffer de I x m 2 símbolos Buffer de I x m nc-1 símbolos I = Fator Multiplicativo (Parâmetro de cada Camada) m k = (k x 5) mod 96 n C = 96 (Modo 1) = 192 (Modo 2) = 384 (Modo 3) PTC Guido Stolfi 85 / 150

86 Intercalamento de Segmentos N x n C Símbolos n C Símbolos n C Símbolos N n C -1 n C n C +1 n C +2 Nn C -1 0 N 2N 3N N(n C -1) 1 N+1 N-1 Nn C -1 N = Número de Segmentos Alocados para a Camada n C = 96 (Modo 1) = 192 (Modo 2) = 384 (Modo 3) PTC Guido Stolfi 86 / 150

87 Rotação de Portadoras dentro de um Segmento n C Portadoras n C -1 Segmento OFDM No n C -1 0 Segmento OFDM No Segmento OFDM No Segmento OFDM No. Mapeamento estático, igual para todos os símbolos (depende do Modo) 12 n C = 96 (Modo 1) = 192 (Modo 2) = 384 (Modo 3) PTC Guido Stolfi 87 / 150

88 Randomização de Portadoras no Segmento 384 Portadoras Mapeamento estático, pseudo-aleatório, igual para todos os segmentos (depende do Modo) PTC Guido Stolfi 88 / 150

89 Portadoras Auxiliares e Pilotos Móveis Número do Símbolo dentro de um Frame Portadora dentro de um Segmento Nc = 108 (Modo 1) 216 (Modo 2) 432 (Modo 3) PTC Guido Stolfi 89 / 150

90 Modulação das Portadoras Piloto (DBPSK) Segmento Modo 1 Modo 2 Modo 3 Inicialização do gerador de sequência máxima PTC Guido Stolfi 90 / 150

91 Portadoras AC (Auxiliary Carrier) e TMCC (Transmission and Multiplexing Configuration Control) Segmento 11 Segmento 0 AC TMCC (Modo 3, Modulação QAM) Segmento 12 PTC Guido Stolfi 91 / 150

92 Portadoras TMCC Bit Formato Finalidade 0 - Inicialização da modulação diferencial 1 a ou compl. Sincronismo 17 a ou 000 Descritor do Segmento (Diferencial ou Coerente) 20, 21 00, 01, 10, 11 Descritor do Sistema (11 = ISDB-T) 22 a ; 1110 a 0000 Contagem Regressiva p/ Próx. Configuração 26 0, 1 Flag para Emergência 27 0, 1 Flag de Recepção Parcial 28 a 40 xxx yyy zzz wwww Parâmetros para a Camada A (Tabela) 41 a 53 xxx yyy zzz wwww Parâmetros para a Camada B 54 a 66 xxx yyy zzz wwww Parâmetros para a Camada C 67 a 106 Idem 27 a 66, para Próxima Configuração 107 a Reservados p/ Uso Futuro 122 a 203 Código CDSC(184,102) Bits de Paridade PTC Guido Stolfi 92 / 150

93 Parâmetros das Camadas A, B e C Bit Formato Tipo de Modulação da Camada 28 a DQPSK 001 QPSK QAM QAM Reservada 111 Camada não utilizada Bit Formato Taxa de Codificação Convolucional da Camada 31 a = 1/2 001 = 2/3 010 = 3/4 011 = 5/6 100 = 7/ Reservada 111 Camada não utilizada PTC Guido Stolfi 93 / 150

94 Parâmetros das Camadas A, B e C Bit Formato Comprimento do Intercalamento Temporal 34 a Reservado Camada não utilizada Bit Formato Número de Segmentos Utilizados na Camada 37 a Reservado 0001 a a 13 Segmentos 1110 Reservado 1111 Camada não utilizada PTC Guido Stolfi 94 / 150

95 Mapeamento dos Segmentos (Modo 3) (Piloto Adicional) Banda de Guarda 2809 portadoras portadoras Mapeamento das Portadoras na IFFT (8192 pontos) PTC Guido Stolfi 95 / 150

96 Taxas de Bits ISDB-T (13 Segmentos) Modulação Código Convolucional Pacotes MPEG-2 por Frame Taxa de Bits x Intervalo de Guarda (Mb/s) 1 / 4 1 / 8 1 / 16 1 / 32 Portadoras Auxiliares (AC) Segmentos Portadoras (Modo 1/2/3) Taxa de Bits x Intervalo de Guarda (kb/s) 1 / 4 1 / 8 1 / 16 1 / 32 PTC Guido Stolfi 96 / 150

97 Desempenho do Sistema ISDB-T Taxa Líquida (Mb/s) 25 Taxa x SNR - ISDB-T (AWGN) Relação S/R (db) QPSK 16-QAM 64-QAM PTC Guido Stolfi 97 / 150

98 Limiar de Operação do Receptor 1- Potência do Ruído Térmico no Receptor: N = k T S B (watts) onde: k = Constante de Boltzmann (1.38 x J/K) T S = temperatura do receptor (K) B = largura de banda do receptor. Para B = 6 MHz e T S = 290 K: N T = = W = dbm PTC Guido Stolfi 98 / 150

99 Limiar de Operação do Receptor 2- Potência Mínima Necessária na Entrada: P MR = N T + C/N + NF (dbm) onde: N T = Ruído térmico na entrada C/N = Limiar de recepção característico da modulação NF = Figura de Ruído do receptor Para ISDB-T, 64-QAM, 7/8, NF = 7 db: P MR = dbm + 22 db + 7 db = -77,2 dbm (38 µv em 75 ) PTC Guido Stolfi 99 / 150

100 Limiar de Operação do Receptor 3- Potência Mínima na Antena: P MA = P MR + D + L G R (dbm) onde: P MR = Potência mínima na entrada do receptor D = Degradação por interferências e outras fontes de ruído L = Atenuação da linha de transmissão G R = Ganho relativo da antena PTC Guido Stolfi 100 / 150

101 Limiar de Operação do Receptor Parâmetro VHF baixo VHF alto UHF Ganho da Antena de recepção (G R, db) Perda no Cabo de Antena (L, db) Figura de Ruído do receptor (NF, db) Potência Limiar na Antena (P MA, dbm) : Sistema ATSC (C/N = 15.2 db) Sistema DVB-T (6 MHz, C/N = 18.0 db) Sistema ISDB-T (6 MHz, C/N = 18.7 db) PTC Guido Stolfi 101 / 150

102 Hipóteses para o SB-TVD Codificação Turbo Intercalamento temporal baseado em Transformada de Fourier ISDB-T com Compressão H.264 PTC Guido Stolfi 102 / 150

103 Aperfeiçoamentos Possíveis: Codificação Turbo PTC Guido Stolfi 103 / 150

104 Intercalamento Temporal por Transformada de Fourier Q(n,k) b(m) MOD IFFT (N) C(n,k) C(k,n) S(m,n) Memória RAM IFFT (M) P/S S(t) Inserção de Pilotos PTC Guido Stolfi 104 / 150

105 Constelação 256-QAM (Experimental) PTC Guido Stolfi 105 / 150

106 Diferenças entre ISDB-T e ISDB-Tb Compressão de Vídeo: H.264 Compressão de Áudio: AAC Canalização: VHF Alto + UHF (c/ Offset de 1/7 MHz) Frequência Intermediária: 44 MHz Máscaras de Transmissão Middleware : Ginga PTC Guido Stolfi 106 / 150

107 Espectro e Máscara de Transmissão ISDB-T PTC Guido Stolfi 107 / 150

108 Constelação 64-QAM (MER = 27 db) MER = Modulation Error Ratio PTC Guido Stolfi 108 / 150

109 Constelação 64-QAM (MER = 47 db) PTC Guido Stolfi 109 / 150

110 Constelação 64-QAM com Piloto Móvel PTC Guido Stolfi 110 / 150

111 Constelação com Equalização Inadequada PTC Guido Stolfi 111 / 150

112 Formas de Onda (I / Q, 1 Portadora, Símbolos Consecutivos) PTC Guido Stolfi 112 / 150

113 Formas de Onda (I / Q, Portadora TMCC) PTC Guido Stolfi 113 / 150

114 Formas de Onda (I / Q, Intervalo de Guarda 1/4 Suprimido) PTC Guido Stolfi 114 / 150

115 Formas de Onda (I / Q, Intervalo de Guarda 1/4) PTC Guido Stolfi 115 / 150

116 Representação Vetorial (I / Q) PTC Guido Stolfi 116 / 150

117 Espectro e Formas de Onda (Escala Expandida) PTC Guido Stolfi 117 / 150

118 Transmissão Digital (TVGlobo, Canal 18, 29/05/07) PTC Guido Stolfi 118 / 150

119 Constelação 64-QAM + Piloto (12 Seg., Layer B) PTC Guido Stolfi 119 / 150

120 Constelação QPSK + Piloto (1Seg., Layer A) PTC Guido Stolfi 120 / 150

121 Recepção Indoor de TV Digital PTC Guido Stolfi 121 / 150

122 Equalização do Canal Indoor PTC Guido Stolfi 122 / 150

123 Comparação entre 8-VSB e COFDM Limiar S/R (db) VSB COFDM 64-QAM 2/3 FEC Banda de Guarda 1/ Relação Sinal/Eco (db) Communications Lab PTC Guido Stolfi 123 / 150

124 Comparação entre DVB, ATSC e ISDB-T SET- ABERT 2000 PTC Guido Stolfi 124 / 150

125 Robustez a Ruído Impulsivo SET- ABERT 2000 PTC Guido Stolfi 125 / 150

126 Comparação na Presença de Efeito Doppler SET- ABERT 2000 PTC Guido Stolfi 126 / 150

127 De Onde Vem o Eco de 0 db PTC Guido Stolfi 127 / 150

128 De Onde Vem o Eco de 0 db P1 h1 P2 h2 d PTC Guido Stolfi 128 / 150

129 Exemplo de Reflexo no Solo h1 = 150 m h2 = 50 m d = 1000 m P1 = 1005 m P2 = 1020 m P2-P1 = 15 m T2 T1 = 50 ns MHz Resposta em Frequência do Canal PTC Guido Stolfi 129 / 150

130 Outros Sistemas de Transmissão Digital PTC Guido Stolfi 130 / 150

131 Sistema DMB-T (TDS-OFDM) Time Domain Synchronous Orthogonal Frequency Division Multiplexing Desenvolvimento na China (Tsinghua University) Modulação OFDM com possível sincronização de símbolos via GPS Até 32 Mb/s em um canal de 8 MHz PTC Guido Stolfi 131 / 150

132 Sistema DVB-S2 (Satélite) Modulações 16-APSK e 32-APSK Até 58 Mb/s (7,8 db SNR) PTC Guido Stolfi 132 / 150

133 DVB-S2: Eficiência Espectral para vários Modos LDPC= Low Density Parity Check PTC Guido Stolfi 133 / 150

134 DVB-S2: Desempenho PTC Guido Stolfi 134 / 150

135 Sistema DVB-T2 Entrada de Dados DVB-T TS único (MPEG-2) DVB-T2 TS s múltiplos ou Encapsulamento Genérico de Fluxos (GSE) Modos Modulação e Codificação fixas Modulações e Codificações variáveis Correção de Erros Reed-Solomon e Convolucional 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 e 7/8 BCH + LDPC 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5 e 5/6 Modulação OFDM Portadoras Totais 1705 ou a Constelações QPSK, 16-QAM, 64-QAM QPSK, 16-, 64- e 256-QAM Intervalo de Guarda 1/4, 1/8, 1/16 e 1/32 1/4, 19/128, 1/8, 19/256, 1/16, 1/32 e 1/128 Ordem da IFFT 2k e 8k 1k, 2k, 4k, 8k, 16k e 32k Portadoras Pilotos Redução de Fator de Crista Padrão único, 2,6% fixas e 8% móveis Não especificado Padrões variáveis, 0,35% fixas e 1, 2, 4 ou 8% móveis Expansão de Constelações ou Portadoras Reservadas: 10, 18, 36, 72, 144 ou 288 Taxa de Bits (canal de 8 MHz) 4,98 a 31,67 Mb/s 7,44 a 50,32 Mb/s BCH= Bose-Chaudhuri-Hocquenghem PTC Guido Stolfi 135 / 150

136 DVB-T2: Entrada e Adaptação de Modos PTC Guido Stolfi 136 / 150

137 DVB-T2: Adaptação de Fluxos PTC Guido Stolfi 137 / 150

138 DVB-T2: BICM (Baseband Interleaved Coding and Modulation) PTC Guido Stolfi 138 / 150

139 DVB-T2: Montagem de Quadro e Geração OFDM PTC Guido Stolfi 139 / 150

140 DVB-T2: Códigos de Correção de Erros PTC Guido Stolfi 140 / 150

141 DVB-T2: Constelações Rotacionadas PTC Guido Stolfi 141 / 150

142 DVB-T2: Sincronismo de Quadro PTC Guido Stolfi 142 / 150

143 DVB-T2: Espectro PTC Guido Stolfi 143 / 150

144 Considerações Finais PTC Guido Stolfi 144 / 150

145 Processos Envolvidos na Sintonia de um Sinal de TV Digital Etapa de Radiofrequência: - Programação do PLL do Oscilador Local para o canal escolhido - C.A.G. não-coerente ajusta nível aproximado do sinal - Circuito de Autocorrelação detecta o Intervalo de Guarda - PLL ajusta frequência de amostragem PTC Guido Stolfi 145 / 150

146 Processos Envolvidos na Sintonia de um Sinal de TV Digital Sincronização: - Detecta o Modo de transmissão - Posiciona janela da FFT - Ajuste grosso do CAF da portadora - Ajuste grosso do CAF da taxa de amostragem - Ajustes finos dos CAF s - Demodulador BPSK extrai informação da TMCC - Inicia a decodoficação do Código Convolucioal - Inicia a decodificação do Código Reed-Solomon - Pacotes de Transporte são extraídos PTC Guido Stolfi 146 / 150

147 Processos Envolvidos na Sintonia de um Sinal de TV Digital Transporte MPEG: - Aguarda Pacote com PID = 0, e obtém PID do pacote que contém o Mapa de Programa (MAP_PID) - Aguarda Pacote com PID = MAP_PID e obtém os PID's dos fluxos elementares do programa (Vídeo, Áudio, etc.) - Identifica Pacotes com PID's especificados e encaminha-os aos Decodificadores correspondentes (Áudio, Vídeo, Dados) PTC Guido Stolfi 147 / 150

148 Processos Envolvidos na Sintonia de um Sinal de TV Digital Decodificação de Vídeo MPEG: - Aguarda Cabeça de Sequência e configura parâmetros de exibição - Aguarda Cabeça de Grupo (GOP) - Aguarda imagens tipo I e P de referência - Inicia decodificação e apresentação da imagem. PTC Guido Stolfi 148 / 150

149 Tendência Futura: Receptor Multi-padrão Processamento Digital de Sinais pode implementar qualquer sistema de modulação, transporte e codificação Diversidade Espacial melhora recepção com multi-percurso e permite recepção em banda larga Tuner Tuner Tuner A/D A/D A/D Processador Digital Vídeo Áudio Memória PTC Guido Stolfi 149 / 150

150 Transmissão Experimental 8k (UHDV) Modulação OFDM com constelação 4096-QAM (12 bits/símbolo) Diversidade de Polarização (H / V) em canal de 6 MHz Compressão H.265 PTC Guido Stolfi 150 / 150