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Departamento de Ingeniería de Comunicaciones
Universidad de Málaga
EL ESTANDAR DE TELEVISIÓN EL ESTANDAR DE TELEVISIÓN
POR SATÉLITE: DVB POR SATÉLITE: DVB--SS
DIGITAL VIDEO BROADCASTING: ORÍGENES (I)
Finales de los 80/ Principios de los 90
- MUSE: Desarrollado en Japón para la transmisión de HDTV por satélite y cable.
- HD-MAC: Desarrollado en Europa con los mismos objetivos que MUSE, pero con muchos
problemas técnicos.
- HD-DIVINE (1992): HDTV Digital Terrestre desarrollado por los países escandinavos.
- Estados Unidos: "Concurso" para desarrollar un sistema HDTV Terrestre.
Primavera 1992 →→→→ European Launching Group (ELG)
- Evaluar la situación de la televisión desde un punto de vista técnico.
- Proponer posibles escenarios en un futuro próximo para el mercado europeo.
- "Prospects for Digital Terrestial Television" : Estudio preliminar para la TV. digital en Europa.
DIGITAL VIDEO BROADCASTING: ORÍGENES (II)
1993-1995 →→→→ Primeras normas DVB: Satélite, Cable y Terrestre
- DVB-S (diciembre 93): Norma del European Telecommunications Standard: ETS 300 421.
- DVB-C (marzo 94): Norma del European Telecommunications Standard: ETS 300 429.
- DVB-T (diciembre 95): Norma del European Telecommunications Standard: ETS 300 744.
Septiembre 1993 →→→→ International DVB Project
- Evolución del ELG.
- Criterios tecnológicos y comerciales tratados al mismo nivel.
- Más de 260 entidades participantes de 32 países:
· Proveedores de Contenidos
· Fabricantes de Hardware.
· Operadores de Red.
· Organismos Reguladores (CENELEC, ETSI, …).
DVB: ADOPCIÓN DEL ESTÁNDAR
DVB-S: REQUERIMIENTOS (III)
- ••• Funcionamiento del transponder del satélite en saturación.
- Objetivo: Maximizar la potencia captada por la antena receptora.
- Implica descartar modulaciones en amplitud, optándose finalmente por la QPSK
I
Q
16-QAM
I
Q
QPSK
- Tampoco es posible utilizar técnicas de multiplexación en frecuencia.
TRANSPONDER
CH1 CH2 CH3 CH
f1 f2 f3 f4 frecuencia
TRANSPONDER
CH1,CH2,CH3,CH f1 frecuencia
DIAGRAMA DE BLOQUES DEL CODIFICADOR DVB-S
Modulador
QPSK
I Q
Interfaz Aleatorización
Codificador Externo
RS(204,188)
Filtro de
Nyquist
Entrelazador
(Convolucional)
Codificador Interno
(Convolucional)
MPEG-2 TS
I
Al Canal
RF
Q
Inversión del
Sync_Byte
Puncturing
(1/2, 2/3, 3/4,
5/6,7/8)
UNIDAD DE
CONTROL
ALEATORIZACIÓN: Conceptos Básicos
M P E G -2 TS
I
Q
C odificador Inte rn o (C onv olu cion al) & Pu n cturin g
Filtro de N y quist
M odulador Q PSK
I n te rle av e r (C onv olu cion al)
C odificador E x te rn o RS(20 4 ,1 88 )
A le atorización & I nv ersión del Sy n c_ By te
I nte rfaz
I
Q
M P E G -2 TS
I
Q
C odificador Inte rn o (C onv olu cion al) & Pu n cturin g
Filtro de N y quist
M odulador Q PSK
I n te rle av e r (C onv olu cion al)
C odificador E x te rn o RS(20 4 ,1 88 )
A le atorización & I nv ersión del Sy n c_ By te
I nte rfaz
I
Q
- ••• Los datos a transmitir se combinan con una secuencia pseudo-aleatoria.
- Se independiza el espectro de la señal a transmitir del de los datos originales.
Datos Originales Datos Aleatorizados
··· 1 1 1 1 1 1 1 1 ··· ··· 0 1 1 0 0 0 1 1 ···
EX-OR
Generador
pseudo-aleatorio
Secuencia
pseudo-aleatoria
- ••• Evita la aparición de picos de potencia en torno a la frecuencia portadora
- Ligados por ejemplo a la aparición en la trama de largas secuencias de unos.
- De esta forma se minimizan las interferencias con canales adyacentes.
- ••• Facilita la sincronización del receptor
- Las técnicas de recuperación de la señal de reloj necesitan muchas transiciones 10, 0 1
ALEATORIZACIÓN
- ••• Secuencia pseudo-aleatoria:
- Longitud: 1503 bytes (8 tramas – 1 byte)
- Secuencia de inicialización (cada 8 tramas): 100101010000000
M P E G -2 TS
I
Q
C odificador Inte rn o (C onv olu cion al) & Pu n cturin g
Filtro de N y quist
M odulador Q PSK
I n te rle av e r (C onv olu cion al)
C odificador E x te rn o RS(20 4 ,1 88 )
A le atorización & I nv ersión del Sy n c_ By te
I nte rfaz
I
Q
M P E G -2 TS
I
Q
C odificador Inte rn o (C onv olu cion al) & Pu n cturin g
Filtro de N y quist
M odulador Q PSK
I n te rle av e r (C onv olu cion al)
C odificador E x te rn o RS(20 4 ,1 88 )
A le atorización & I nv ersión del Sy n c_ By te
I nte rfaz
I
Q
- ••• El SYNC_BYTE no se aleatoriza.
EX-OR
1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0
Datos
Aleatorizados
Inhibición
(El sync_byte no se aleatoriza)
Secuencia de Inicialización (cada ocho tramas)
EX-OR
Datos Originales
(MPEG-2 TS)
Registro de
desplazamiento
GENERADOR PSEUDO-ALEATORIO
PROTECCIÓN CONTRA ERRORES: Codificador Externo
M P E G -2 TS
I
Q
C odificador Inte rn o (C onv olu cion al) & Pu n cturin g
Filtro de N y quist
M odulador Q PSK
I nte rle av e r (C onv olu cion al)
C odificador Ex te rno RS (2 04 ,188 )
Ale atorización & I nv ersión del S y nc_ By te
I nte rfaz
I
Q
M P E G -2 TS
I
Q
C odificador Inte rn o (C onv olu cion al) & Pu n cturin g
Filtro de N y quist
M odulador Q PSK
I nte rle av e r (C onv olu cion al)
C odificador Ex te rno RS (2 04 ,188 )
Ale atorización & I nv ersión del S y nc_ By te
I nte rfaz
I
Q
QEF: 10-
Bit-error-rate a la entrada del
decodificador RS
Bit-error-rate a la salida
del decodificador RS
≈ 2·
EFICIENCIA DE LOS CÓDIGOS REED-SOLOMON
k=16 bytes k=40 bytes
RS(255,239)
↓↓↓↓
RS(204,188)
PROTECCIÓN CONTRA ERRORES: Codificador Externo
- ••• PROBLEMA → Comportamiento del Codificador Externo ante errores en ráfaga.
1 2 3 8 9 10 202 203 204 205 206
Error en ráfaga de larga duración
¡¡¡IRRECUPERABLE SI AFECTA A MÁS DE 8 PALABRAS DEL
MISMO PAQUETE!!!
- ••• SOLUCIÓN → Reordenar los bytes (ENTRELAZADO).
1 - - - - - - - - 2 -
Error en ráfaga de larga duración
Afecta a palabras pertenecientes a paquetes diferentes.
¡¡¡CORREGIBLES POR EL CÓDIGO RS(204,188)!!!
M P E G -2 TS
I
Q
C odificador Inte rn o (C onv olu cion al) & Pu n cturin g
Filtro de N y quist
M odulador Q PSK
I nte rle av e r (C onv olu cion al)
C odificador Ex te rno RS (2 04 ,188 )
Ale atorización & I nv ersión del S y nc_ By te
I nte rfaz
I
Q
M P E G -2 TS
I
Q
C odificador Inte rn o (C onv olu cion al) & Pu n cturin g
Filtro de N y quist
M odulador Q PSK
I nte rle av e r (C onv olu cion al)
C odificador Ex te rno RS (2 04 ,188 )
Ale atorización & I nv ersión del S y nc_ By te
I nte rfaz
I
Q
PROTECCIÓN CONTRA ERRORES: Entrelazado
ENTRELAZADO DE BLOQUE
- ••• La opción más simple: memoria que se escribe por filas y se lee por columnas.
13 14 15 16
9 10 11 12
5 6 7 8
1 2 3 4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516
Datos de
entrada
Datos de salida
Paquete 1 Paquete 2 Paquete 3 Paquete 4
Las palabras pertenecientes
al mismo paquete no se
envían consecutivas
1 5 9 13 2 6 10 14 3 7 11 15 4 81216
1 5 9 13 2 6 10 14 3 7 11 15 4 81216
- ••• Soluciona los errores en ráfaga, pero presenta otros PROBLEMAS:
- Tamaños de memoria elevados.
- Errores periódicos afectan a palabras del mismo paquete.
- ••• Empleado en el sistema NICAM, pero NO en DVB.
I=
I (^) I I
PROTECCIÓN CONTRA ERRORES: Entrelazado Convolucional
- • • • Particularización para DVB:
- Tamaño del paquete: n=188+16=204 bytes
- Profundidad: I=
- Retardo Base: M=n/I=
- ••• Compuesto por (I-1) registros de desplazamiento de diferentes longitudes.
- ••• Los switches a la entrada y a la salida conmutan con cada palabra.
M P E G -2 TS
I
Q
C odificador Inte rn o (C onv olu cion al) & Pu n cturin g
Filtro de N y quist
M odulador Q PSK
I nte rle av e r (C onv olucion al)
C odificador Ex te rno RS(2 0 4,188 )
Ale atorización & I nv ersión del S y nc_ By te
I n te rfaz
I
Q
M P E G -2 TS
I
Q
C odificador Inte rn o (C onv olu cion al) & Pu n cturin g
Filtro de N y quist
M odulador Q PSK
I nte rle av e r (C onv olucion al)
C odificador Ex te rno RS(2 0 4,188 )
Ale atorización & I nv ersión del S y nc_ By te
I n te rfaz
I
Q
M
Del Codificador
Externo
(I-1)·M
2·M
Al Codificador
Interno
(Registros de desplazamiento)
PROTECCIÓN CONTRA ERRORES: Entrelazado Convolucional
Ejemplo: n=6, I=3, M=n/I=
1 2 3 4 5 6 8 9 101112 141516
Paquete 1 Paquete 2 Paquete 3 Paquete 4
a c 4 b d 2 e 10 5 f 8 3 16
1718 2021222324
11 6 14 9 221712
6 bytes
Palabras consecutivas del
mismo paquete aparecen
separadas n = 6 bytes
7 13 19
1 7 13 19
El primer byte de
cada paquete
conserva la misma
posición.
PROTECCIÓN CONTRA ERRORES: Codificador Interno
- ••• El decodificador externo en el receptor precisa de una BER ≈ 2·10-
M P E G -2 TS
I
Q
C odificador In terno (C onv olu cion al) & Pu ncturin g
Filtro de N y quist
M odulador Q PS K
I n terleav er (C onv olucional)
C odificador Ex tern o RS (2 04 ,1 88)
Aleatorización & I nv ersión del S y nc_ By te
I nterfaz
I
Q
M P E G -2 TS
I
Q
C odificador In terno (C onv olu cion al) & Pu ncturin g
Filtro de N y quist
M odulador Q PS K
I n terleav er (C onv olucional)
C odificador Ex tern o RS (2 04 ,1 88)
Aleatorización & I nv ersión del S y nc_ By te
I nterfaz
I
Q
- ••• Códigos Convolucionales.
- Códigos de corrección de errores orientados a bit.
- Sistemas con memoria: la salida depende tanto de la entrada actual como de las anteriores
- Baja eficiencia → Genera códigos con mucha redundancia.
QEF: 10-
Bit-error-rate a la entrada del
decodificador RS
Bit-error-rate a la salida
del decodificador RS
RS(255,239)
- Cifra razonable en televisión por cable, pero
el canal radio es mucho más ruidoso.
- En televisión por satélite y terrestre es
imprescindible mejorar la corrección de
errores.
- La solución es concatenar otro código de
corrección de errores (Codificador Interno).
PROTECCIÓN CONTRA ERRORES: Codificador Interno
Ejemplo de Codificador Convolucional
- ••• Número de bits de entrada: m = 1
- ••• Número de bits de salida: n = 2
- ••• Eficiencia del código: R = m/n = 1/
- ••• Número de elementos de memoria: S·m = 2
- ••• Longitud restringida: (S+1)·m = 3
G1 = 1+X^2
- ••• Polinomios generadores:
G2 = X+X^2
S
Entrada
X
Y
0 1 0 1 · · ·
0 1 0 0 · · ·
0 0 1 1 · · ·
1111
(^0000)
0101 1010
1 00
0 00
0 10 1 11
0 11 1 10
0 01
1 01
Diagrama de estados
PROTECCIÓN CONTRA ERRORES: Codificador Interno
Ejemplo de Codificador Convolucional
0 0
0
0
0
0 0
1
1
0
1 0
0
0
1
0 1
1
0
1
1 0
1
1
1
PROTECCIÓN CONTRA ERRORES: Puncturing
M P E G -2 TS
I
Q
C odificador In terno (C onv olu cion al) & Pu ncturin g
Filtro de N y quist
M odulador Q PS K
I n terleav er (C onv olucional)
C odificador Ex tern o RS (2 04 ,1 88)
Aleatorización & I nv ersión del S y nc_ By te
I nterfaz
I
Q
M P E G -2 TS
I
Q
C odificador In terno (C onv olu cion al) & Pu ncturin g
Filtro de N y quist
M odulador Q PS K
I n terleav er (C onv olucional)
C odificador Ex tern o RS (2 04 ,1 88)
Aleatorización & I nv ersión del S y nc_ By te
I nterfaz
I
Q
- ••• INFLUENCIA DEL PUNCTURING EN LA RELACIÓN PORTADORA-RUIDO
BER<
(QEF)
X
Y
X
Y
X
Y
X
Y1 X
Y
Y
X1 Y
Y
R=2/
X
Y
X
Y
X
Y
X
Y1 X
Y
Y
X1 Y
Y
R=2/
X
Y
X
Y
X
Y1 X
X1 Y
Y
R=3/
X
Y
X
Y
X
Y
X
Y1 X
Y
X
X1 Y
Y
R=5/
X
Y
X
Y
X
Y
X
Y
X
Y1 Y
Y
X
X1 Y
Y
R=7/
X
Y
X
Y
X
Y
Y
X
PROTECCIÓN CONTRA ERRORES: Puncturing
M P E G -2 TS
I
Q
C odificador In terno (C onv olu cion al) & Pu ncturin g
Filtro de N y quist
M odulador Q PS K
I n terleav er (C onv olucional)
C odificador Ex tern o RS (2 04 ,1 88)
Aleatorización & I nv ersión del S y nc_ By te
I nterfaz
I
Q
M P E G -2 TS
I
Q
C odificador In terno (C onv olu cion al) & Pu ncturin g
Filtro de N y quist
M odulador Q PS K
I n terleav er (C onv olucional)
C odificador Ex tern o RS (2 04 ,1 88)
Aleatorización & I nv ersión del S y nc_ By te
I nterfaz
I
Q
- ••• INFLUENCIA DEL PUNCTURING EN EL TAMAÑO DE LA ANTENA RECEPTORA
80 cm
47 cm
Diámetro de la antena
Disponibilidad del servicio (media anual) : 99.7%
(Datos para la zona de lluvia K)
FILTRADO DE NYQUIST
- ••• LIMITA EN BANDA las señales a transmitir
- ••• MINIMIZA la interferencia entre símbolos (ISI) en el receptor.
- ••• Su respuesta en frecuencia es del tipo “raíz de coseno alzado” (αααα=0.35).
·sin
N
N N
N
N
N
f f
f f f
f f
f
f f
H f
M P E G -2 TS
I
Q
C odificador Intern o (C onv olu cion al) & Pu n cturin g
Filtro de N y quist
M odulador Q PSK
I n terleav er (C onv olu cion al)
C odificador E x tern o RS(20 4 ,1 88 )
A leatorización & I nv ersión del Sy n c_ By te
I n terfaz
I
Q
M P E G -2 TS
I
Q
C odificador Intern o (C onv olu cion al) & Pu n cturin g
Filtro de N y quist
M odulador Q PSK
I n terleav er (C onv olu cion al)
C odificador E x tern o RS(20 4 ,1 88 )
A leatorización & I nv ersión del Sy n c_ By te
I n terfaz
I
Q
FILTRADO DE NYQUIST : Interferencia entre Símbolos (ISI)
Señal Ideal
(NRZ) t/Tbit
Señal sin ISI
t/Tbit
Las colas de los impulsos adyacentes
valen cero en los instantes de muestreo
Señal con ISI
t/Tbit
ISI ISI ISI ISI ISI ISI ISI
T
bit
1 0 1 1 1 0 1
MODULADOR QPSK: Quadrature Phase Shift Keying
1 1 -135º
1 0 135º
0 1 -45º
0 0 45º
I Q αα αα
I=
Q=
I=
Q=
I=
Q=
I=
Q=
I
Q
Constelación QPSK
Código Gray
M P E G -2 TS
I
Q
C o di fic a d o r In te rn o ( C o nv olu cion al) & P u n c tu ri n g
F iltro d e N y quis t
M o d ul a d o r Q P S K
I n te rle av e r (C o nv olu ci on al)
C o di fic a d o r E x te rn o R S (2 0 4 ,1 88 )
A le a to riz aci ó n & I nv ersión d el S y n c_ B y te
I n te rfa z
I
Q
M P E G -2 TS
I
Q
C o di fic a d o r In te rn o ( C o nv olu cion al) & P u n c tu ri n g
F iltro d e N y quis t
M o d ul a d o r Q P S K
I n te rle av e r (C o nv olu ci on al)
C o di fic a d o r E x te rn o R S (2 0 4 ,1 88 )
A le a to riz aci ó n & I nv ersión d el S y n c_ B y te
I n te rfa z
I
Q
Zonas de decisión
I
10 00
11 01
Símbolo
original
Q
Tasa de error (BER)
o
b QPSK
N
E
BER · erfc
Símbolo
recibido
(Correcto)
Símbolo recibido: 00
Se interpreta
erróneamente
(Error de un bit)
DIAGRAMA DE BLOQUES DEL DECODIFICADOR DVB-S
Des-Aleatorización
Interfaz
Decodificador
Reed-Solomon
Filtro de
Nyquist
Des-Entrelazador
De-Puncturing
&
Decodificador Viterbi
Demodulador
QPSK
MPEG-2 TS
Del satélite
(2ª FI)
I
Q
Detector sync_byte
&
Inversor
I
Q
UNIDAD DE
CONTROL
Des-Aleatorización
Interfaz
Decodificador
Reed-Solomon
Filtro de
Nyquist
Des-Entrelazador
De-Puncturing
&
Decodificador Viterbi
Demodulador
QPSK
MPEG-2 TS
Del satélite
(2ª FI)
I
Q
Detector sync_byte
&
Inversor
I
Q
UNIDAD DE
CONTROL
DIAGRAMA DE BLOQUES DEL DECODIFICADOR DVB-S
DEMODULADOR QPSK
- ••• Basado habitualmente en un BUCLE DE COSTAS.
- Recupera la portadora.
- Demodula obteniendo I,Q.
Se resuelven con posterioridad y en dos etapas:
1º) El decodificador Viterbi soluciona la indeterminación de ±90º.
2º) El bloque Detector sync_byte detecta el desfase de 180º y en caso necesario
invierte el flujo de bits.
sign(x)
VCO
sign(x)
Q
I
Señal
QPSK
Filtro
Paso Bajo
Filtro
Paso Bajo
Filtro
Paso Bajo
I
Q
ε = 90º
I
Q
ε = -90º
I
Q
ε = 180º
00
01
10
11
I
Q
ε = 0º
PROBLEMAS DE INDETERMINACIÓN DE FASE : 0, ±90º, 180º
Des-Aleatorización
Interfaz
Decodificador
Reed-Solomon
Filtro de
Nyquist
Des-Entrelazador
De-Puncturing
&
Decodificador Viterbi
Demodulador
QPSK
MPEG-2 TS
Del satélite
(2ª FI)
I
Q
Detector sync_byte
&
Inversor
I
Q
UNIDAD DE
CONTROL
DIAGRAMA DE BLOQUES DEL DECODIFICADOR DVB-S
DETECTOR DEL SYNC_BYTE & INVERSOR
1 2 3 4 5 6 7 8 1 2
- ••• SOLUCIÓN DE LA INDETERMINACIÓN DE FASE DE 180º
Si el receptor detecta que siete de cada ocho sync_byte están invertidos es que
debe invertir el flujo de datos.
204 bytes
SYNC_BYTE SYNC_BYTE INVERTIDO
01000111 10111000
1 2 3 4 5 6 7 8 1 2
DETECTOR
SYNC_BYTE
UNIDAD DE
CONTROL
DETECTOR DEL SYNC_BYTE & INVERSOR
01000111
Secuencia de 8 tramas
204 bytes
1 2 3 4 5 6 7 8 1 2
SYNC_BYTE
10111000
SYNC_BYTE INVERTIDO
- ••• DETECCIÓN DE LA SECUENCIA DE 8 TRAMAS
DETECTOR
SYNC_BYTE
DES-ENTRELAZADOR
Sincronización
M
(I-1)·M
(I-2)·M
M
(I-1)·M
(I-2)·M
DES-ALEATORIZACIÓN
EX-OR
Datos Aleatorizados Datos Des-Aleatorizados
Inhibición
(El sync_byte no se
desaleatoriza)
Secuencia de Inicialización (cada ocho paquetes)
EX-OR
EX-OR
Datos Aleatorizados Datos Des-Aleatorizados
Inhibición
(El sync_byte no se
desaleatoriza)
Secuencia de Inicialización (cada ocho paquetes)
EX-OR
Sincronización UNIDAD DE
CONTROL
DETECTOR
SYNC_BYTE
DES-ENTRELAZADOR
- ••• MANTENIMIENTO DEL SINCRONISMO
SYNC_BYTE INVERTIDO
204 bytes
(^5 6 7 81 2 3 )
SYNC_BYTE
UNIDAD DE
CONTROL
Control Conmutadores
