El conjunto de estándares de TV digital se denomina DVB, en él se especifican los fundamentos de los sistemas para diferentes medios de transmisión. Cada estándar define los esquemas de codificación de canal y de modulación. En todos los casos la codificación de fuente es una adaptación del estándar MPEG-2.

Los 3 sistemas de difusión tiene en común algunas partes de codificación(Reed Solomon e interleaving)

Sin embargo los sistemas de modulación que se emplean son diferentes del medio de transmisión.

Descripción del diagrama general de bloques

En un diagrama general de bloques de los sistemas de transmisión digital se distinguen dos partes: codificación y modulación.

Los diagramas particulares de cada medio son ligeramente diferentes, cada uno genera una codificación que se adapta más al medio concreto de transmisión.

Código fuente y multiplexación-Señal fuerte

El código fuente está basado en MPEG-2(común en todos los sistemas). MPEG-2 comprime y agrupa las señales de audio y video en paquetes de longitud fija de 188 bytes llamados paquetes de transporte. Añade la información de servicio necesaria para caracterizar biunívocamente* los servicios que componen cada paquete de transporte.

Esto puede ser utilizado por receptores para autoconfiguración y elaboración de guías de programación electrónica.

*Que asocia cada elemento de un conjunto con uno y solo uno de los elementos de otro conjunto, y cada elemento de este último conjunto con uno y solo uno de los elementos del primero.

Inversión de sincronismo y dispersión de energía

El código fuente MPEG-2 está organizado en paquetes de longitud fija (188 bytes) e incluye: 1 byte de sincronismo (47H), 3 bytes de cabecera y 184 bytes de datos.

Para asegurar la dispersión de energía del espectro radiado, la señal de entrada debe hacerse cuasi-aleatoria, de forma que se eviten largas series de ceros o de unos.

El objetivo de este bloque consiste en evitar que en un grupo de bits haya ciertas secuencias que se repitan con mayor asiduidad, ya que esto provocaría la aparición de ciertos puntos de la constelación con mayor frecuencia. En definitiva, el objetivo consiste en obtener una cierta uniformidad en la transmisión de los símbolos de la constelación.

Para conseguirlo se utiliza una secuencia binaria pseudoaleatoria, que consta de tres elementos:

Registro de desplazamiento de 15 bits que se inicia con la secuencia 100101010000000.
Un sumador, que suma las secuencias pseudoaleatorias con la trama MPEG-2 de entrada, obteniéndose una trama conforme a la regulación.
Un inhabilitador de aleatorizador, que permite habilitar o no el proceso.

Para inicializar la aleatorización, el byte de sincronismo de la trama MPEG-2 se invierte cada ocho bytes (47H pasa a B8H). Al llegar el byte de sincronismo invertido se carga la secuencia de inicialización en el registro de desplazamiento.

Con el objetivo de mantener las funciones de sincronización del sistema, no se aplica la aleatorización a los bytes de sincronismo.

Este proceso de inversión de sincronismo es usualmente referido como adaptación de múltiples de transporte y deberá estar también activo en ausencia de la señal o cuando el código fuente no es formato MPEG-2. Con ello se trata de evitar que se produzcan largas series de 1 o 0, que tienen una capacidad interferente mayor.

Codificación del bloque Reed-Solomon

Tras el proceso de aleatorización, a los paquetes de longitud 188 bytes se les aplica una codificación Reed-Solomon que no es más que una protección contra los errores que se producen en la transmisión. Para ello, introduce cierta redundancia en la estructura de la señal, procedimiento que se conoce como codificación.

La codificación externa se utiliza en todos los estándares DVB y se complementa con otra llamada interna en el caso de los estándares de transmisión vía satélite y terrestre.

La codificación externa usada es de tipo de código Reed-Solomon y se especifica como RS (n,k), con símbolos de s bits. Esto significa que el codificador toma k símbolos de los s bit y añade símbolos de paridad para hacer una palabra de código de n símbolos.

La DVB-T tiene una codificación basada en la introducción de 2t=16 bytes de redundancia en cada paquete de k=188 bytes, dando como resultado paquetes de n=204 bytes de longitud. Los 16 bits redundantes se añaden a los bits de información, los cuales son utilizados por el receptor para detectar y corregir errores en recepción. Esta técnica se conoce como corrección de errores hacia adelante.

Un error en un símbolo ocurre cuando un bit en un símbolo es erróneo o cuando todos los bits en un símbolo se encuentran erróneos.

Entrelazado

El proceso de entrelazado o aleatorización se realiza después del proceso de codificación Reed-Solomon, con el objetivo de evitar rafagas de errores consecutivas. Estas ráfagas de errores son repartidas para trataras como individuales, detectarlas y corregirlas en su recepción.

El entrelazador se encarga de ordenar la secuencia de símbolos de manera determinística, es común en los sistemas de transmisión digital y los parámetros son B y M:

B es el número de símbolos de separación mínima a la salida, separados por menos de M símbolos a la entrada.
Si se meten ráfagas de errores consecutivas, a la salida son errores individuales.

El sistema tiene 2 conmutadores sincronizados (misma rama de entrada y salida) y 12 ramas en las que hay intercalados un número de conmutadores. Cada vez que un dato entra en una rama, el conmutador pasa a la siguiente posición. La aleatorización se ve reflejada al ver que el dato entra en una rama con un registro y sale con otro.

Cada registro tiene 17 bytes, se comportan y caracterizan el comportamiento de cada rama. La primera rama no posee registro, y el registro de cada rama es el suyo más los anteriores, con lo que la rama 12 tiene 11 registros.

Codificación de Viterbi, FEC (Forward Error Correction)

Solo se usa en los canales de transmisión por satélite y terrestre, donde se encadena una codificación contra la corrección de errores adecuando la señal con bajo C/N y canales con el código convolucional de Viterbi. Por ello podemos escoger el nivel de protección que se desee.

Viterbi es una codificación de bits y consiste en añadir una serie de bits redundantes, como con Reed-Solomon. La salida de los datos que entran, se obtiene mediante una función OR exclusiva entre una rama x y la rama Q.

Es un sistema flexible que permite usar distintos códigos (½ - ⅔ - ¾ - ⅚ - ⅞ ) , por ejemplo en el código ½ se obtiene 2 bit de salida por cada no de entrada. Todos los códigos se basan en el de ½, gracias a la técnica de eliminación puntual, que consiste en eliminar algunos bits de salida de codificador convolucional ½. Gracias a la flexibilidad podemos optimizar la tasa binaria en función de la señal a transmitir, y tener en cuenta que a mayor corrección de errores, mayor tasa binaria y ancho de banda necesario.

El código convolucional de Viterbi no genera códigos a partir de otros secuencialmente, ya que dependen de los anteriores y siguientes, tiene memoria, con lo que es un código de comprobación de errores con memoria.

Filtrado de Nyquist

A la salida del codificador convolucional se realiza un filtrado paso bajo con objeto de limitar el ancho de banda al modulador.

El parámetro que determina el filtrado es roll-off que es el porcentaje de ancho de banda en exceso que es necesario ocupar con respecto al ancho de banda del filtrado ideal.

Modulador

Los sistemas DVB-S,DVB-C y DVB-T utilizan la modulación de tipo QPSK, 64QAM y OFDM respectivamente, por eso adaptamos la TS.

ADAPTADOR DE LA TRAMA DE TRANSPORTE AL MODULADOR

Para QPSK se generarán dos subflujos, para 16QAM 4 subflujos, para 64QAM 6 subflujos y para COFDM depende de la modulación de las portadoras, si es QPSK serán 2, si es 16 o 64 QAM serán 4 o 6 respectivamente.

ENTRELAZADO-MODULADOR

En caso de COFDM cada subflujo sufre un proceso de entrelazado solo para los bits de datos, generado palabras de 2, 4 y 6 bits que crean los símbolos.

MODULACIÓN JERÁRQUICA

Dos flujos distintos de datos modulan un flujo único DVB. Uno de los flujos de datos se designa como de alta prioridad y va embutido en otro flujo designado como de baja prioridad. Los datos de alta prioridad se designan a las zonas más alejadas del transmisor en que la relación de señal ruido es menor, y los de baja prioridad están destinados a las zonas más cercanas al transmisor donde la relación señal ruido es mayor. El flujo de alta prioridad está modulado con pocos elementos en la constelación.

Raúl Rodríguez

jueves, 23 de noviembre de 2017

Resumen 3.5.2

Descripción general de los sistemas de difusión digital definidos por el DVB