14 Transmisión de Señales de TV Digital por Satélite, DVB-S

14 Transmisión de Señales de TV Digital por
Satélite, DVB-S
Hoy, las señales de televisión analógicas son ampliamente recibidas por
satélite ya que este tipo de instalación se ha vuelto sumamente simple y barata. En Europa un sistema simple de recepción satelital completo con plato,
LNB y receptor está disponible por menos de 100 Euros y sin gastos de permanencia. Por consiguiente, debe otorgarse similar importancia a la distribución de señales de TV digital por la misma vía de transmisión. En este capítulo se describe el método de transmitir vía satélite señales fuente de TV codificadas en MPEG-2.
Cálculo de la fuerza centrífuga F1:
𝐹𝐹1 = 𝑚𝑚𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 × 𝜔𝜔2 × 𝑟𝑟;
m sat = masa _ del _ satélite ;
ω =2 ×π × T1 =velocidad _ angular ;
=
π 3,141592654
= const _ circular ;
T = 1día = 24 × 60 × 60s = 86400s ;
Fig. 14.1. Fuerza centrífuga de un satélite geoestacionario
Cada satélite geoestacionario de comunicaciones se ubica sobre el ecuador
en una órbita de aproximadamente 36.000 Km sobre la superficie de la Tierra.
Esto significa que estos satélites se posicionan de tal manera que se mueven
alrededor de la Tierra a la misma velocidad angular con que la propia Tierra
está girando, es decir una vez por día. Hay esencialmente sólo una única posición orbital, a una distancia constante de aproximadamente 36.000 Km de la
superficie de la Tierra donde esto puede lograrse, el único punto en que la
fuerza centrífuga del satélite y la atracción gravitatoria de la Tierra se cancelan. Sin embargo, varios satélites pueden posicionarse a varios grados de longitud, es decir a posiciones angulares sobre la superficie de la Tierra. Por
ejemplo, Astra se posiciona a 19,2° hacia el Oeste. Es debido a esta posición
de los satélites sobre el ecuador que todas las antenas receptoras del satélite
apuntan al Sur en el hemisferio Norte, y hacia el Norte en el hemisferio Sur.
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Transmisión de Señales de TV Digital por Satélite, DVB-S
Cálculo de la fuerza centrípeta F2:
𝐹𝐹2 = 𝛾𝛾 × 𝑚𝑚 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 × 𝑚𝑚𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 ×
1
𝑟𝑟 2
F2
;
mTIERRA = masa _ de _ la _ tierra ;
𝛾𝛾 = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐_𝑑𝑑𝑑𝑑_𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑜𝑜́ 𝑛𝑛 = 6,67 × 10−11
Satélite
r
Tierra
𝑚𝑚 3
𝑘𝑘𝑘𝑘 ×𝑠𝑠 2
;
Fig. 14.2. Fuerza centrípeta actuando sobre un satélite geoestacionario
Condición de Balance: fuerza centrífuga F1 = fuerza centrípeta F2
F1 = F2 ;
1
𝑚𝑚𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 × 𝜔𝜔2 × 𝑟𝑟 = 𝛾𝛾 × 𝑚𝑚 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 × 𝑚𝑚𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 × 𝑟𝑟 2 ;
1
1
F2
F1
Satélite
𝑟𝑟 = (𝛾𝛾 × 𝑚𝑚 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 × 𝜔𝜔 2 )3 ;
r = 42220km ;
d=
r − rTIERRA =
42220km − 6370km =
35850km ;
Fig. 14.3. Condición de equilibrio
Los datos orbitales de un satélite geoestacionario pueden calcularse en base a las siguientes relaciones: El satélite se mueve a una velocidad de un día
por órbita alrededor de la Tierra. Esto produce la consiguiente fuerza centrífuga. El satélite es atraído por la Tierra con una fuerza gravitatoria particular
de atracción debido a su altura orbital: Las dos fuerzas, la fuerza centrífuga y
la fuerza centrípeta, deben estar en equilibrio. Según esto, es posible determinar la órbita de un satélite geoestacionario (Fig. 14.1. a 14.3.)
Comparado con la órbita de una lanzadera espacial, que es de unos
400 kilómetros sobre la superficie de la tierra, los satélites geoestacionarios
están mucho más distantes de la tierra, cerca de un décimo del trayecto a la
luna. Los satélites geoestacionarios, acarreados por la lanzadera espacial o
por sistemas portadores similares, deben primero ser empujados hacia esta
órbita distante encendiendo cohetes auxiliares (motores de apogeo). De allí,
nunca jamás regresarán nuevamente a la atmósfera de la tierra. Por el contrario, poco antes de que sus reservas del combustible para las correcciones de
trayectoria se agoten, deben ser sacados de la órbita hacia el denominado
“cementerio de satélites” que es una órbita aún más lejana. Solamente los
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satélites cercanos a la tierra en una órbita no-estacionaria se pueden “recuperar” nuevamente. Como comparación – el periodo orbital de los satélites cercanos a la tierra que, en principio, también incluyen a la Estación Espacial
Internacional ISS o la lanzadera espacial, es cerca de 90 minutos por órbita a
aproximadamente 27.000 Km/h.
10
00
11
01
Fig. 14.4. Parámetros de modulación en DBV-S (QPSK, código Grey)
Pero ahora regresemos al DVB-S. En principio, los mismos sistemas satelitales pueden usarse para transmitir ambas señales de TV, analógicas y digitales. Sin embargo, en Europa las señales digitales se localizan en una banda
de frecuencia diferente, mientras que las bandas de frecuencia de satélite anteriores todavía están ocupadas con la televisión analógica. En Europa pueden
recibirse vía satélite alrededor de cien programas tanto de señales analógicas
como digitales y la mayoría de éstas son completamente libres.
En las siguientes secciones, se describen las técnicas para transmitir televisión digital vía satélite. Este capítulo también forma la base para entender la
televisión terrestre digital (DVB-T). Ambos sistemas hacen uso de los mismos algoritmos y de las mismas protecciones del error pero en DVB-T se
utiliza un método de modulación mucho más elaborado.
El método de transmisión DVB-S está definido en la Norma ETSI, ETS
300421 “Sistemas de Radiodifusión Digital por Televisión, Servicios de Sonido y Datos; Estructura de Cuadros, Codificación de Canales y Modulación
para Servicios Satelitales en 11/12 GHz” que fue adoptada en 1994.
14.1 Parámetros del Sistema DVB-S
El método de modulación seleccionado para el DVB-S fue el de Cuadratura de Fase (QPSK: Quadrature Phase Shift Keying). Durante algún tiempo
también se consideró el uso de modulación 8-PSK en lugar de QPSK para
aumentar la tasa de datos. En principio, la transmisión satelital requiere de un
método de modulación que sea relativamente inmune al ruido y, al mismo
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tiempo ser capaz de manejar severas no-linealidades. Debido a la inmensa
distancia de 36.000 Km entre el satélite y la antena receptora, la transmisión
satelital está sujeta a severas interferencias de ruido causadas por la atenuación de espacio-libre de aproximadamente 205 dB. El elemento activo en un
transpondedor satelital es un amplificador valvular de onda progresiva
(TWA: Traveling Wave tube Amplifier) que presenta no-linealidades severas
en su característica de amplificación. No es posible compensar estas nolinealidades ya que implicarían una disminución en la eficiencia de la energía.
Durante la luz del día, las celdas solares proporcionan la energía a la electrónica del satélite y cargan las baterías. Durante la noche, la energía para la
electrónica proviene exclusivamente de las baterías auxiliares. Por consiguiente, si se tienen fuertes no-linealidades, no debería haber ninguna información en la amplitud de la señal modulada.
En ambos tipos, QPSK y 8PSK, el contenido de la información está exclusivamente en la fase. También, por esta razón, en la transmisión satelital de
TV analógica se usó la modulación de frecuencia en lugar de la modulación
de amplitud.
Un canal satelital de un satélite de radiodifusión directa normalmente tiene
una anchura de 26 a 36 MHz (por ejemplo 33 MHz en el Astra 1F, 36 MHz
en el Eutelsat Hot Bird 2), la transmisión hacia satélite está en la banda de 14
a 19 GHz y la bajada en 11 a 13 GHz. Por consiguiente es necesario seleccionar una Tasa de Símbolo que produzca un espectro que sea más estrecho que
el ancho de banda del transpondedor. Por esta razón, la tasa de símbolos seleccionada es a menudo 27,5 MS/s. Como la QPSK permite la transmisión de
de 2 bits por símbolo, se obtiene una tasa bruta de datos de 55 Mb/s.
tasa_bruta_de_datos = 2 bits/símbolo × 27,5 MS/s = 55 Mb/s;
Sin embargo, el Flujo de Transporte del MPEG-2 a ser enviado al satélite
como una señal modulada QPSK debe ser primero provisto con una protección de errores antes de que pueda aplicarse al modulador real. En DVB-S se
usan dos mecanismos de protección de error, a saber, un código de bloque
Reed-Solomon que es empatado con una codificación convolucional (Trellis).
En el caso de la protección de errores Reed-Solomon, ya conocida de los CD
de audio, los datos se congregan en paquetes de una cierta longitud y éstos
están provistos de un checksum especial de una longitud particular. Este
checksum (suma de verificación) no sólo permite descubrir los errores sino
que también se pueden corregir un cierto número de errores. El número de
errores que pueden corregirse es una función directa de la longitud del checksum. En Reed-Solomon, el número de errores reparables siempre corresponde
a exactamente la mitad de los bytes de la protección de errores (checksum).
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Tasa de Datos de Entrada
x 204/188
x2
x(1.5-Tasa de Código)
= Tasa de Datos de Salida:
[2.17… (1.63) ...1.36]
FEC1/
codificador
exterior
TS in
Interfaz de
Banda
Base
Inversor de
Sincronización
Disperción
de Energía
Codificador
ReedSolomon
FEC2/
codificador
interior
Interpolador
Convolucional
Conversor
Convolucional
I
Salida de
Datos
Codificados
Perforado
Sinc. Inv.
Q
Sincronización
Idem a DVB-C
Code rate
½ … (3/4) … 7/8
Fig. 14.5. Pre-corrección de errores (FEC) en DVB-S y DVB-T. Primera parte de un
modulador DVB-S
Es siempre posible considerar a un paquete del Flujo de Transporte exactamente como un bloque de datos y resguardar este bloque con la protección
de errores Reed-Solomon. Un paquete del Flujo de Transporte MPEG-2 tiene
una longitud de 188 bytes. En DVB-S, se añaden 16 bytes de protección de
error Reed-Solomon para formar un paquete de datos de 204 bytes de longitud. Esto se llama codificación RS (204,188). Al lado del receptor, hasta 8
errores pueden corregirse en este paquete de 204-bytes de largo. La posición
de este/estos error/es no es relevante. Si hay más de 8 errores en un paquete,
esto todavía puede detectarse fiablemente pero ya no será posible corregir
estos errores. El paquete de Flujo de Transporte se marca entonces como
‘errado’ por medio del indicador de error de transporte en el encabezado del
Flujo de Transporte. Este paquete es desechado por el decodificador MPEG2. La protección de errores Reed-Solomon reduce la tasa de datos:
tasa_neta_de_datos Reed-Solomon = tasa_bruta_de_datos × 188/204
= 55 Mb/s × 188/204 =
= 50,69 Mb/s;
Sin embargo, la simple protección de errores no sería suficiente para la
transmisión por satélite por lo que una protección de error adicional en la
forma de codificación convolucional se inserta después de la protección de
errores Reed-Solomon. Esto incrementa aún más el flujo de datos. Esta expansión se hace controlable por medio de un parámetro, la Relación de Código (FEC). La Relación de Código describe la relación entre la tasa de datos
de entrada y la tasa de datos de salida de este segundo bloque de corrección
de errores:
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tasa _ de _ codificación =
tasa _ de _ datos _ de _ entrada
;
tasa _ de _ datos _ de _ salida
En DVB-S, la Relación de Código puede seleccionarse dentro del rango de
1/2, 3/4, 2/3, … 7/8. Si la Relación de Código es 1/2, el Flujo de Datos se
incrementa por un factor de 2. La protección de errores es ahora máxima y la
Tasa de Datos neta ha caído a un mínimo. Una Relación de Código de 7/8
proporciona no sólo una sobretasa mínima sino también una mínima protección de errores. Por consiguiente, la Tasa de Datos neta disponible es máxima. Normalmente un compromiso bueno es una Relación de Código de 3/4.
La Relación de Código puede luego usarse para controlar la protección de
errores y así, recíprocamente, también la Tasa de Datos neta.
La Tasa de Datos Netos en DVB-S con una Relación de Código de 3/4,
después de la codificación convolucional, está dada por:
tasa_neta_de_datos DVB-S 3/4 = tasa_de_codificación × tasa_neta _de_datosR-S
= 3/4 × 50,69 Mb/s
= 38,01 Mb/s ;
14.2 El Modulador DVB-S
La descripción siguiente trata en detalle todos los elementos de un modulador DVB-S. Ya que esta parte del circuito también se encuentra en el modulador DVB-T, se recomienda leer esta sección junto con la que sigue.
La primera etapa de un modulador DVB-S (Fig. 14.5.) es la Interfaz de
Banda Base. Aquí es donde la señal se sincroniza con el Flujo de Transporte
MPEG-2. Este Flujo de Transporte MPEG-2 consiste en paquetes con una
longitud constante de 188 bytes, consistiendo en 4 bytes de encabezado y 184
de bytes carga útil; el encabezado empieza con un Byte de Sincronización.
Este tiene un valor constante de 0x47 y continua a intervalos constantes de
188 bytes. En la interfaz de la banda base, la señal es sincronizada a la estructura de este byte de sincronización. La sincronización ocurre dentro de
aproximadamente 5 paquetes y todas las señales de reloj se derivan de ésta.
En el próximo bloque, la Unidad de Dispersión de Energía, cada octavo
byte de sincronización es primero invertido. Es decir, 0x47 se vuelve 0xB8
luego de inversión de bits. Los otros 7 bytes de sincronización entre éstos
permanecen inalterados. Usando esta inversión del byte de sincronización, se
insertan luego marcas de tiempo adicionales dentro de la señal de datos que
son ciertas marcas de tiempo largas, por encima de 8 paquetes, comparadas
14 - 7
con la estructura del Flujo de Transporte. Estas marcas de tiempo se necesitan
para restablecer los procesos en el bloque de dispersión de energía en ambos
lados, transmisión y recepción. Esto, a su vez significa que ambos, el modulador o transmisor y el demodulador o receptor, reciben transparentemente
esta tanda de ocho paquetes de la inversión del byte de sincronización en el
Flujo de Transporte y los usan para controlar ciertos pasos del proceso. Puede
suceder que una tanda relativamente larga de ceros o unos ocurra en forma
completamente accidental en una señal de datos. Sin embargo, esto no se
desea ya que no contienen ninguna información de reloj o causan líneas espectrales discretas sobre un período particular. Para eliminarlos, virtualmente
cada método de transmisión digital aplica la dispersión de energía antes de la
modulación real.
Mapeador
√cos2
x
+
FIR
Pasabajo
x
Pasabanda
x
OL2
90°
OL1
Fig. 14.6. Segunda parte de un modulador DVB-S,
7
0x47
0x47
0x47
0x47
0x47
0
1
2
0x47
4
0x47
3
0x47
2
0xB8
1
0xB8
0
0x47
Byte de
Sincronización
Paquete del
Flujo de
Transporte
MPEG-2
Fig. 14.7. Inversión del byte de sincronización
Para lograr la dispersión de energía, se genera primero una secuencia de
bits pseudo-aleatoria (PRBS) (Fig. 14.8.) la cual, sin embargo, se reinicia una
y otra vez de una manera definida. En DVB-S, el arranque y el restablecimiento toman lugar siempre que un byte de sincronización esté invertido.
El Flujo de Datos es entonces mezclado con la sucesión pseudo-aleatoria
14 - 8
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por medio de un OR Exclusivo que rompe sucesiones largas de unos o ceros.
Si este Flujo de Datos de energía-dispersa es nuevamente mezclado con la
misma secuencia pseudo-aleatoria en el receptor, la dispersión es de nuevo
cancelada.
El receptor contiene un circuito idéntico, consistente en un registro de
desplazamiento de 15-etapas con realimentación que es cargado de una manera definida con una palabra inicial siempre que ocurra un byte de sincronización invertido. Esto significa que los dos registros de desplazamiento en el
transmisor y en el receptor están operando completamente en sincronía y se
sincronizan por la sucesión de 8 paquetes del bloque de inversión del byte de
sincronización. Esta sincronización sólo es posible porque los bytes de la
sincronización y los bytes de la sincronización invertidos atraviesan completa
y transparentemente y no son mezclados con la secuencia de bits pseudoaleatoria.
1
0
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
=1
&
Habilitar / deshabilitar
aleatorización
=1
Entrada de datos
MPEG-2
Salida aleatoria
de datos /
sincronización
transparente
Fig. 14.8. Etapa de dispersión de energía (randomizer)
La próxima etapa contiene el Codificador Exterior (Fig. 14.5. y 14.9.), la
protección de errores Reed-Solomon. A estas alturas, 16 bytes de protección
de errores se añaden a los paquetes de datos que todavía son de 188 bytes de
largo pero ahora de energía-dispersa. Los paquetes tienen una longitud de
204 bytes que hacen posible corregir hasta 8 errores en el receptor. Si hay
más errores, la protección de errores falla y el paquete se marca como errado
en el demodulador por el indicador de error de transporte en el encabezado
del Flujo de Transporte poniéndose en “uno”.
Sin embargo, frecuentemente ocurren errores de ráfaga durante una transmisión. Si se producen más de 8 errores en un paquete protegido por codificación Reed-Solomon, la protección de errores de bloque fallará. Los datos
son, por consiguiente, intercalados, es decir distribuidos dentro de un cierto
período de tiempo en un paso operativo posterior.
Cualquiera de los errores de ráfaga presentes es luego roto por el des-
14 - 9
intercalador (Fig. 14.10.) en el receptor y son distribuidos dentro de varios
paquetes del Flujo de Transporte. Después será más fácil corregir estos errores de ráfaga que ahora se han vuelto errores simples y no se requiere ningún
dato adicional.
Transporte
MPEG-2
Enlace
Transmisión
DVB
Demod.
DVD
Mod.
RS
Transporte
MPEG-2
RS
204 bytes
16 bytes
RS FEC
184 bytes
Carga útil
4 bytes
encabezado
188 bytes
Fig. 14.9. Codificación Reed-Solomon
En DVB-S, el intercalado se hace en un así llamado Intercalador Forney
(Fig. 14.11.) que está compuesto de dos interruptores giratorios y varios registros de desplazamiento. Esto asegura que los datos se revuelvan, y así distribuirlos, tan “des-sistemáticamente” como sea posible. El máximo intercalado está por encima de 11 paquetes del Flujo de Transporte. Los bytes de
sincronización y los bytes invertidos de sincronización siguen siempre una
ruta particular precisa. Esto significa que la velocidad de rotación de los interruptores corresponde a un múltiplo exacto de una longitud de paquete y el
intercalador y el des-intercalador están síncronos con el Flujo de Transporte
MPEG-2.
Error de ráfaga
1
2
3
4
5
Error simple
6
Des-intercalador en el
receptor
4
2
5
Fig. 14.10. Des-intercalador
1
3
6
14 - 10
Transmisión de Señales de TV Digital por Satélite, DVB-S
I=12;
M=204/I=204/12=17
Ruta de sincronizacion
Intercalador
Des-intercalador
M
M
I
Rutas
1 paso
por byte
2M
8 bit
2M
8 bit
3M
8 bit
3M
(I-2)M
(I-2)M
(I-1)M
(I-1)M
n
Max. Retardo = M(I-1)I =
2244Bytes = 11 paquetes del FT
Fig. 14.11. Intercalador y Des-intercalador Forney
La etapa siguiente del modulador es el Codificador Convolucional (codificador Trellis). Esta etapa representa la segunda y así llamada Protección de
Errores Interna. El codificador convolucional (Fig. 14.11.) tiene una estructura relativamente simple pero entenderlo no es realmente fácil.
+
rBit
T
+
+
T
T
+
XOR
T
+
+
Registro de
desplazamiento
rBit
T
T
+
+
salida1
Perforador
Codificador Convolucional
rsal > rBit
rBit
salida2
Tasa de codificación = 1/2, … 7/8
Fig. 14.12. Codificador convolucional en DVB-S y DVB-T
El codificador convolucional consiste en un registro de desplazamiento de
6-etapas y dos rutas de señal en que la señal de entrada es mezclada con el
contenido del registro de desplazamiento en ciertas derivaciones. El Flujo de
Datos de entrada es dividido en 3 flujos de datos. Los datos primero pasan a
través del registro de desplazamiento dónde ellos influyen en los flujos de
datos superior e inferior del codificador convolucional por una operación OR
Exclusivo que dura 6 ciclos del reloj. Esto dispersa la información de un bit
14 - 11
sobre 6 bits. En puntos específicos en ambas rutas de datos, superior e inferior, hay compuertas XOR que mezclan los flujos de datos con los contenidos
del registro de desplazamiento. Esto proporciona dos flujos de datos a la salida del codificador convolucional, cada uno de los cuales muestra la misma
tasa de datos que la señal de entrada. Adicionalmente, al Flujo de Datos se le
proporcionó sólo una memoria particular que se extiende por encima de los
6 ciclos del reloj. La Tasa de Datos total a la salida es ahora dos veces más
alta que la de los datos de la entrada que corresponde a una Relación de
Código = 1/2. Un techo de 100 % se le ha agregado a la señal de datos.
14.3 Codificación Convolucional
Cada codificador convolucional (Fig. 14.12.) consiste en etapas con mayor
o menor retardo y con la memoria que, en la práctica, se lleva a cabo usando
registros de desplazamiento. En DVB-S, y también en DVB-T, se decidió
usar un registro de desplazamiento de seis-etapas con 5 derivaciones cada uno
en las rutas superior e inferior. Los flujos de bits retardados tomados de estas
derivaciones son XOR con el flujo de bits no-retrazados, resultando así dos
salidas de flujos de datos, sujetos a una así llamada “convolución”, cada una
con la misma tasa de datos que la tasa de datos de entrada. Una convolución
ocurre siempre que una señal se “manipula” a sí misma, retardada en el tiempo.
entrada
R1
XOR
XOR
+
+
salida1
+
salida2
R2
XOR
Fig. 14.13. Ejemplo de un Codificador Convolucional de 2 etapas
Un filtro digital (FIR) también realiza una convolución. Tomaría demasiado tiempo analizar directamente el codificador convolucional usado en DVBS y en DVB-T dado que, debido a sus seis etapas, tiene una memoria de 26 =
64. Por ende, reduciéndolo a un codificador de muestra que tenga sólo dos
etapas sólo necesitamos observar los 22 = 4 estados. El registro de desplazamiento puede asumir los estados interiores 00, 01, 10 y 11 (Fig. 14.12.). Para
probar el comportamiento del arreglo del circuito es necesario aplicar luego
un cero y un uno en el registro de desplazamiento para cada uno de estos 4
estados y luego analizar el estado resultante y también calcular las señales de
14 - 12
Transmisión de Señales de TV Digital por Satélite, DVB-S
salida debido a los OR Exclusivos. Por ejemplo, si se introduce un cero en el
registro de desplazamiento que tiene un valor actual de 00, el nuevo valor
resultante también será 00 ya que un cero es desplazado hacia afuera y al
mismo tiempo un nuevo cero es desplazado hacia adentro. En la ruta superior
de la señal, las dos operaciones del XOR producen un resultado global de 0 a
la salida. Lo mismo se aplica a la ruta inferior.
Si se aplica un uno en el registro de desplazamiento que contiene 00, el
nuevo estado será 10 y un uno se obtiene como señal de salida tanto en la ruta
superior de la señal como en la inferior. Los otros tres estados pueden funcionar de la misma manera aplicando un uno y un cero en cada caso. Los resultados se muestran en la Fig. 14.14. El resultado total del análisis puede ilustrarse más claramente en un diagrama de estados (Fig.14.15.) en dónde se
ingresan los cuatro estados interiores del registro de desplazamiento en los
círculos.
[0]
+
[0]
+
[0]
ent[0]
o[0]
n[0]
[0]
+
[1]
ent[0]
+
sal2 [0]
+
sal1 [1]
o[0]
n[1]
[0]
+
[0]
ent[0]
[0]
[0]
sal2 [0]
+
sal1 [1]
+
[1]
o[1]
n[0]
sal2 [1]
+
sal1 [0]
o[0]
n[1]
+
[1]
[0]
+
sal2 [1]
o[1]
n[1]
sal2 [1]
+
o[1]
n[0]
[1]
ent[1]
sal1 [0]
sal1 [0]
[1]
o[0]
n[1]
[1]
sal2 [1]
+
+
[0]
[1]
+
sal2 [0]
+
[0]
[1]
+
+
[0]
o[1]
n[1]
[1]
[0]
[0]
[1]
ent[1]
+
o[1]
n[1]
+
[1]
sal1 [1]
[0]
[0]
[1]
[0]
ent[0]
[1]
ent[1]
+
o[1]
n[0]
o[0]
n[0]
[1]
[1]
o[0]
n[0]
+
[1]
[0]
[0]
[1]
[0]
o[0]
n[1]
[0]
o[1]
n[0]
[0]
ent[1]
[0]
[0]
+
[0]
[0]
o[0]
n[0]
[0]
[1]
sal1 [0]
sal1 [1]
[1]
o[1]
n[1]
[1]
[1]
+
sal2 [0]
Fig. 14.14. Estados del Codificador Convolucional de muestra (o[] = estado anterior,
n[] = nuevo)
14 - 13
El bit menos significativo es ingresado a la derecha y el más significativo
a la izquierda lo que significa que el arreglo del registro de desplazamiento
tiene que ser imaginado invertido. Las flechas entre estos círculos marcan las
posibles transiciones de estado. Los números al lado de los círculos describen
el bit de estímulo pertinente y los bits de salida del arreglo, respectivamente.
Puede verse claramente que no todas las transiciones entre los estados individuales son posibles. Así, es imposible, por ejemplo, pasar directamente de 00
a 11 sin primero pasar, por ejemplo a través del estado 01.
1/10
11
1/01
01
1/11
x/yy
x = datos ent.
y = datos sal.
(sal1 , sal2)
0/01
0/10
1/00
00
10
0/11
zz
, Estado interno
del registro,
derecha = LSB
Izquierda = MSB
0/00
Fig. 14.15. Diagrama de estado del codificador convolucional de muestra
Trazando las transiciones de estado permitidas contra el tiempo resulta el
denominado diagrama de Trellis (espaldera). Dentro del diagrama de Trellis,
es sólo posible seguir ciertos caminos o ramas; ya que no son posibles todos
los caminos a través de Trellis. En muchas regiones rurales, ciertas plantas
(árboles frutales, viñedos) se siembran para crecer a lo largo de enrejados en
una pared. Les obligan así a que crezcan de una manera ordenada de acuerdo
con un patrón particular siendo fijados a ciertos puntos en la pared. Sin embargo, a veces sucede que algunos de esos puntos se rompen debido al mal
tiempo, y el enrejado queda en desorden. El patrón existente hace posible, sin
embargo, indagar dónde la rama podría haber estado y acomodarla nuevamente. Lo mismo pasa con nuestros flujos de datos después de la transmisión,
dónde los flujos del datos codificados convolucionalmente pueden haber sido
forzados fuera del ‘enrejado’ debido a errores de bit causados, por ejemplo,
por el ruido. Pero dado el historial del flujo de datos, ya que su curso es conocido a través del diagrama de Trellis, pueden corregirse los errores de bit
reconstruyendo los caminos en base a la mayor probabilidad. Éste es preci-
14 - 14
Transmisión de Señales de TV Digital por Satélite, DVB-S
samente el principio de funcionamiento del llamado Decodificador Viterbi,
nombrado después de su inventor. El decodificador Viterbi es virtualmente la
contraparte del decodificador convolucional y no existe, por consiguiente,
ningún decodificador convolucional. Además, un decodificador Viterbi es
mucho más elaborado que un codificador convolucional.
t0
00
01
t1
t2
0/00
0/00
1/11
1/11
t3
0/00
0/10
0/11
1/00
10
11
1/01
Estado del
registro
tiempo
Fig. 14.16. Diagrama de Trellis
Después de la codificación convolucional, el Flujo de Datos está ahora inflado por un factor de 2. Por ejemplo, 10 Mb/s ahora se han vuelto 20 Mb/s
pero las dos salidas de flujos de datos ahora acarrean 100 % de techo como
protección de errores. Por otro lado, esto baja correspondientemente la tasa de
datos netos disponible. Este techo, como también la protección de errores,
puede controlarse en la Unidad de Picado (Fig. 14.17.), dado que la Tasa de
Datos puede rebajarse omitiendo bits selectivamente. La omisión, es decir el
picado, se hace de acuerdo con un arreglo llamado el “patrón de picado”, que
son acreditados tanto en el transmisor como en el receptor.
Esto hace posible variar la Relación de Código entre 1/2 y 7/8. 1/2 significa ningún picado, o sea una protección de errores máxima y 7/8 constituye
una protección de errores mínima y, correspondientemente, una tasa de datos
neta máxima. En el receptor, los bits “picados” son llenados con bits “No
Importa” y son tratados como errores en el decodificador Viterbi y posteriormente reconstruidos. Hasta aquí las etapas de procesamiento en DVB-S y en
DVB-T son 100 % idénticas. En el caso de DVB-T, los dos flujos de datos se
combinan para formar un flujo de datos común, accediendo alternadamente a
los flujos de datos picados superior e inferior. En DVB-S los flujos de datos
superior e inferior van directamente al Mapeador dónde los dos flujos de datos son convertidos en la constelación correspondiente de la modulación
QPSK.
14 - 15
1/2
2/3
3/4
5/6
7/8
X1
X1
Y1
Y1
X1
X2
X3
X4
X1
Y2
Y3
Y1
Y2
Y3
Y4
Y1
X3
Y4
X1
X2
X3
X1
Y2
Y1
Y2
Y3
Y1
X3
X1
X2
X3
X4
X5
X1
Y2
Y4
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y1
X3
Y5
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
X1
Y2
Y4
Y6
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
Y1
Y3
X5
X7
Fig. 14.17. Picado en DVB-S
Δf
Δf
cos 2
cos 2
cos 2
cos 2
r = Δf/BN
f
Δf
2BN = BS
Δf
Fig. 14.18. Filtrado digital Roll-off
El “mapeado” es seguido por un filtrado digital para que el espectro “caiga” suavemente hacia los canales adyacentes. Esto limita el ancho de banda
de la señal y al mismo tiempo optimiza el patrón de ojo de la señal de datos.
En DVB-S, el filtrado digital se lleva a cabo con un “factor de caída”
r = 0,35. La señal cae con un perfil tipo raíz del coseno cuadrado dentro de la
banda de frecuencias. La forma de coseno cuadrado del espectro requerida
sólo se produce combinando el filtro de salida del transmisor con el filtro del
receptor porque ambos filtros exhiben el perfil de raíz del coseno cuadrado.
El factor de caída describe la pendiente del filtro digital y está definido como
r = ∆f/fN. Después del filtrado digital, la señal es modulada en QPSK en el
14 - 16
Transmisión de Señales de TV Digital por Satélite, DVB-S
modulador IQ, convertida a RF a la frecuencia de subida al satélite y que,
después de la amplificación de potencia, alimenta a la antena de la estación
satelital. Es luego subida al satélite en la banda de los 14 a 17 GHz.
14.4 Procesamiento de la Señal en el Satélite
Los satélites geoestacionarios de radiodifusión directa que se ubican permanentemente sobre el ecuador en una órbita situada a aproximadamente
36.000 Km sobre la superficie de la Tierra reciben la señal DVB-S subiendo
de la estación terrena de transmisión hacia el satélite y la limitan primero con
un filtro pasabanda. Dada la distancia de la transmisión hacia el satélite de
más de 36.000 Km se produce una pérdida de espacio-libre por encima de los
200 dB y, como resultado, la señal útil se atenúa correspondientemente, la
antena de transmisión hacia el satélite y la antena receptora en el satélite deben poseer las ganancias adecuadas. En el satélite, la señal DVB-S se convierte a la frecuencia de bajada en la banda de 11 a 13 GHz y luego amplificada por medio de un TWA (Travelling Wave tube Amplifier ‒ Amplificador
valvular de desplazamiento de onda). Estos amplificadores son altamente nolineales y, en la práctica, tampoco pueden corregirse debido a la disponibilidad de energía en el satélite. Durante el día, las celdas solares proporcionan la
energía al satélite y también se cargan las baterías. Durante la noche, el satélite se alimenta sólo de sus baterías.
Antes de que la señal se retransmita a la Tierra, es nuevamente filtrada para suprimir las componentes fuera de banda. La antena transmisora del satélite tiene un cierto patrón para obtener la óptima cobertura en el área de recepción a ser cubierta en la Tierra. Esto produce una “huella” dentro de la cual
los programas pueden ser recibidos. Debido a la alta pérdida de espacio libre
de aproximadamente 200 dB, debida a la distancia de la bajada de más de
36.000 Km, la antena de transmisión del satélite debe poseer la alta ganancia
correspondiente. La potencia de transmisión está en el orden de los 100 w. La
unidad de procesamiento de señal del satélite se llama Transpondedor. La
subida y bajada al satélite están polarizadas, es decir hay canales polarizados
horizontal y verticalmente. La polarización se usa para poder aumentar el
número de canales.
14.5 El Receptor DVB-S
Después de que la señal DVB-S viniendo del satélite haya viajado otra vez
a lo largo de 36.000 Km y, por consiguiente, se haya atenuado correspondientemente en 200 dB y su potencia haya sido reducida aún más por las condiciones atmosféricas como la lluvia o la nevada, llega a la antena receptora del
satélite y se enfoca al punto focal del plato. Éste es el punto preciso donde
14 - 17
está montado el bloque de bajo ruido (LNB). El LNB contiene una guía de
onda con sondas para cada una de las polarizaciones horizontal y vertical.
Dependiendo de qué plano de polarización haya sido seleccionado, la señal de
la sonda horizontal o la de la vertical es la que logrará pasar. El plano de polarización es seleccionado por el voltaje de alimentación al LNB (14/18 V).
La señal recibida se amplifica después en un amplificador de bajo ruido de
arseniuro de galio y es luego convertida a la primera frecuencia intermedia
(FI) satelital en la banda de 950 a 2.100 MHz.
LNB
Plato
1ra FI Sat (950 … 2100 MHz)
CC 14/18 V
22 kHz
Receptor DVB-S
Fig. 14.19. Receptor satelital y LNB
Los LNB “universales” modernos (apropiados para recibir TV digital)
contienen dos osciladores locales con salidas de 9,75 GHz y 10,6 GHz, la
señal recibida es convertida mezclándola con los 9,75 GHz o los 10,6 GHz
dependiendo de si el canal recibido está en la banda baja o la alta del satélite.
Los canales DVB-S normalmente están en la banda superior y se emplea el
oscilador de 10,6 GHz.
La frase “apropiado para recibir TV digital” sólo se refiere a la presencia
de un oscilador de 10,6 GHz y resulta engañosa. El LNB cambia entre 9,75 y
10,6 GHz por medio de un voltaje de conmutación de 22 KHz superpuesto en
la alimentación de energía al LNB. La alimentación al LNB se provee vía el
cable coaxial que distribuye la salida de frecuencia intermedia satelital en la
banda de los 950 a 2.050 MHz. Por consiguiente, durante el trabajo de instalación, debe tenerse cuidado de apagar el receptor satelital ya que de otra
manera un posible corto circuito podría dañar el suministro de voltaje hacia el
LNB.
En el receptor DVB-S, conocido como set-top-box , “caja” o decodificador DVB-S, la señal sufre una segunda conversión a una segunda FI satelital.
Esta conversión se realiza con la ayuda de un mezclador IQ que se alimenta
de un oscilador controlado por el circuito de recuperación de la portadora.
Después de la conversión IQ, se obtienen nuevamente las señales I y Q análogas. Las señales I y Q luego pasan por un convertidor A/D y son aplicadas
14 - 18
Transmisión de Señales de TV Digital por Satélite, DVB-S
al filtro apareado en el que el mismo proceso de filtrado de raíz del coseno
cuadrado tiene lugar con un factor de caída de 0,35 como en el lado de la
transmisión. Junto con el filtro del transmisor, esto produce el filtrado de la
señal DVB-S con una caída de coseno cuadrado real. El proceso de filtrado
debe aparearse con respecto al factor de caída tanto al lado del transmisor
como del receptor.
V
H
Figura de Ruido del
LNB = 0,6 … 1 dB,
Ganancia aprox. 50 dB
10,7 … 12,75 GHz
H
X
BP
V
950 … 2100 MHz
LP
1ra FI Sat.
9,75
GHz
10,6
GHz
Fig. 14.20. Unidad exterior – LNB
Recuperador
de portadora y
reloj
1ra
FI
Sat
A
FI1
FI2
A
2
D
cos
D
Filtro
apareado
Des-mapeador
Decodificador
Viterby
MPEG-2
Desintercalador
Decodificador
Reed Solomon
Removedor de
energía
dispersa
Interfaz de
Banda base
Fig. 14.21. Receptor DVB-S (sin el decodificador MPEG-2)
Después del filtro apareado, el circuito de recuperación de reloj y portadora y los des-mapeadores se extraen las señales de entrada. El des-mapeador
genera de nuevo un flujo de datos donde los primeros errores son removidos
en el decodificador Viterbi. El decodificador Viterbi es la contraparte del
14 - 19
codificador convolucional. El decodificador Viterbi debe tener conocimiento
de la Relación de Código en uso. El decodificador debe informarse de esta
Relación de Código (1/2 … 3/4 … 7/8) mediante la intervención del operador.
El decodificador Viterbi es seguido por el des-intercalador convolutional
dónde cualquier error de ráfaga es roto en errores individuales. Los errores de
bit todavía presentes se corrigen luego en el decodificador Reed-Solomon. A
los paquetes del flujo de transporte, que tenían una longitud original de
188 bytes, se les habían adicionado 16 bytes como protección de errores en el
transmisor. Éstos pueden usarse en el lado receptor por corregir hasta 8 errores por paquete que ahora tienen una longitud de 204 bytes. Los errores de
ráfaga, es decir los errores múltiples en un paquete, deben de haber sido rotos
por el proceso de des-intercalado precedente. Sin embargo, si un paquete del
flujo de transporte, protegido contra errores con una longitud de 204 bytes,
contiene más de 8 errores la protección de errores fallará. El indicador de
error de transporte en el encabezado del flujo de transporte es puesto en “1”
para marcar este paquete como errado. La longitud del paquete es ahora de
188 bytes. Los paquetes del Flujo de Transporte marcados como errados no
deben ser usados por el decodificador MPEG-2 y deberá aplicarse decodificación y ocultación del error.
Después de la decodificación Reed-Solomon la dispersión de energía es
removida y la inversión de bytes de la sincronización es cancelada. Durante
este proceso la unidad de dispersión de energía se sincroniza con esta sucesión de 8 paquetes de bytes de inversión de la sincronización. A la salida de la
siguiente interfaz de banda base está nuevamente disponible el Flujo de
Transporte MPEG-2 y se aplica luego al decodificador MPEG-2.
Hoy, todo el decodificador DVB-S se localiza en un chip después de los
convertidores A/D que, a su vez, normalmente se integran en el sintonizador
satelital. Es decir, el sintonizador, que es controlado vía el bus I2C, tiene un
conector tipo F a la entrada para la señal del LNB y una salida paralela para el
flujo de transporte.
14.6 Influencias que Afectan la Cadena de Transmisión
Satelital
Esta sección trata de las influencias a ser esperadas en la cadena de transmisión satelital y se verá que estas influencias están principalmente restringidas al ruido. Sin embargo, permítanos primero empezar con el modulador.
Puede asumirse como ideal hasta el modulador IQ. El modulador IQ puede
presentar diferentes ganancias en las ramas I y Q, tener algún error de fase en
el rotador de 90° o una falta de supresión de la portadora. Puede también ser
afectado por el ruido y corrimientos de fase en esta sección del circuito. Sin
14 - 20
Transmisión de Señales de TV Digital por Satélite, DVB-S
embargo, estos problemas pueden ignorarse debido a la naturaleza robusta de
la modulación QPSK; normalmente nunca se alcanzará un orden de magnitud tal que afecte notoriamente a la calidad de la señal. En el satélite, la
válvula de onda progresiva (TWT) genera no-linealidades severas, pero
prácticamente éstas no afectan. En la región de subida y bajada del satélite,
sin embargo, dónde la señal DVB-S se atenúa severamente por más de
200 dB debido a la distancia de 36.000 Km que la señal viaja en cada sentido,
se experimentan fuertes efectos causados por el ruido. Estos efectos del ruido
son el Ruido Aditivo Blanco Gaussiano (AWGN) sobrepuesto en la señal, la
cual será la única influencia a ser discutida.
No-linealidad
Ruido
Errores IQ
Mod.
DVB-S
Ruido blanco
gausiano aditivo
(AWGN)
Rec.
DVB-S
Fig. 14.22. Influencias que afectan la transmisión por satélite
Seguidamente se analizará la bajada satelital mediante un ejemplo con
respecto a la atenuación de la señal y los efectos resultantes del ruido.
La mínima relación portadora/ruido (C/N) y la tasa de error de bit del canal necesarias son conocidas y se predeterminan de la pre-corrección de error
(Reed-Solomon y la codificación convolucional, FEC) (Fig. 14.23.).
Para obtener una idea de la relación portadora/ruido (C/N) esperada,
permítanos considerar los niveles en la bajada del satélite.
Un satélite geoestacionario está “estacionado” en una órbita a 35.800 Km
sobre el ecuador. Ésta es la única órbita en que puede viajar síncronamente
alrededor de la Tierra. A 45° de latitud, la distancia a la superficie de la Tierra
está dada por:
d = Radio de Tierra × sen(45°) + 35.800 Km = 6.378 Km × sen(45°)
+ 35.800 Km = 37.938 Km;
14 - 21
Potencia transmitida (por ejemplo Astra 1F):
Potencia del transpondedor supuesta: 82 W =
Ganancia de la antena de transmisión
PIRE del satélite (potencia radiada isotrópica equivalente)
19 dBW
33 dB
52 dBW
Atenuación de espacio libre:
Distancia Tierra ‒ Satélite = 37.938 Km
Frecuencia de transmisión = 12,1 GHz
Constante de pérdida
Atenuación de espacio libre
91,6 dB
1,7 dB
92,4 dB
205,7 dB
Potencia recibida:
PIRE del satélite
Atenuación de espacio libre
Atenuación en cielo claro
Error direccional de recepción
Error de polarización
Potencia recibida en la antena
Ganancia de la antena
Potencia recibida
52,0 dBW
205,7 dB
0,3 dB
0,5 dB
0,2 dB
−154,7 dBW
37 dB
−117,7 dBW
Potencia de ruido en el receptor:
Constante de Boltzmann
Ancho de banda = 33 MHz
Temperatura 20°C = 273K + 20K = 293K
Figura de ruido del LNB
Potencia de ruido
−228,6 dBW/K/Hz
74,4 dB
24,7 dB
1,0 dB
−128,5 dBW
Relación Portadora/Ruido C/N:
Potencia recibida C
Potencia de ruido N
C/N
‒117,7 dBW
‒128,5 dB
10,8 dB
Así, una C/N de alrededor de 10 dB puede esperarse en el ejemplo. Valores de la relación C/N entre 9 y12 dB pueden esperarse en la práctica.
Las ecuaciones siguientes forman la base para el cálculo de C/N:
Atenuación del espacio libre:
L[dB] = 92,4 + 20 × log(f/GHz) + 20 × log(d/Km);
f = frecuencia de transmisión en GHz;
d = distancia Transmisor-receptor en Km;
14 - 22
Transmisión de Señales de TV Digital por Satélite, DVB-S
Ganancia de la antena parabólica:
G[dB] = 20 + 20 × log(D/m) + 20 × log(f/GHz);
D = diámetro de la antena en m;
f = frecuencia de transmisión en GHz;
Potencia de ruido a la entrada del receptor:
N[dBW] = −228,6 + 10 × log(b/Hz) + 10 × log((T/°C +273)) + F;
b = anchura de banda en Hz;
T = temperatura en °C;
F = figura de ruido del receptor en dB.
La Fig. 14.23. muestra las relaciones C/N mínimas como una función de
la Relación de Código usada. Además, se trazan las tasas de error de bits preViterbi, post-Viterbi (= pre Reed-Solomon) y post Reed-Solomon. Una Relación de Código frecuentemente usada es 3/4. Con una relación C/N mínima
de 6,8 dB, resulta una tasa de error pre-Viterbi de 3E-2. La tasa de error de
bits post-Viterbi es 2E-4 qué corresponde al límite en que el decodificador
Reed-Solomon subsiguiente todavía entrega una tasa de errores de bits de 1E11 o mejor. Esto corresponde aproximadamente a un error por hora y está
definido como cuasi libre de error (QEF). Al mismo tiempo, estas condiciones también casi corresponden al “umbral” (o efecto “pared”). Un poco más
de ruido y la transmisión se deteriora abruptamente.
Del
satélite
Flujo de Transporte
MPEG-2
Sintonizador
DVB-S
CR
1/2
2/3
3/4
5/6
7/8
C/N
>4,1 dB
>5,8 dB
>6,8 dB
>7,8 dB
>8,4 dB
Decodificador
Viterbi
BER<3E-2
@ CR = 3/4
Decodificador
RS
BER<2E-4
Decodificador
MPEG-2
BER<1E-11
(QEF) = 1 error/hora
Fig. 14.23. Tasa de Error de Bits (BER) y relación C/N mínima necesarios en el receptor
En el cálculo de la C/N esperada en el enlace de transmisión por satélite
del ejemplo hay, por consiguiente, aún un margen de aproximadamente 3dB
14 - 23
BER
disponibles para una Relación de Código de 3/4. La precisa relación entre la
tasa de error de bits del canal, es decir la tasa de errores de bits pre-Viterbi, y
la relación señal a ruido (S/N) se muestra en la Fig. 14.24.
1E+00
1E-01
1E-02
1E-03
1E-04
1E-05
1E-06
1E-07
1E-08
1E-09
1E-10
1E-11
1E-12
1E-13
0
5
10
15
20
C/N [dB]
Fig. 14.24. Tasa de Error de Bits (BER) como una función de C/N en DVB-S
14.7 DBV-S2
DVB-S fue adoptado en 1994, usando QPSK como método de modulación
y un sistema de protección concatenado de error Reed-Solomon FEC y de
codificación convolucional. En 1997 fue formulado el estándar DVB DSNG
[ETS301210], el que fue creado para propósitos informativos (DSNG = Digital Satellite News Gathering). Las señales en vivo se transmiten por el satélite, desde furgonetas de difusión de exteriores, durante grandes acontecimientos públicos, a los estudios. DVB DSNG utiliza ya sea 8PSK ó 16QAM. En
2003 fueron definidos nuevos métodos, para difusión directa y para usos profesionales, como “DVB-S2” (Fig. 14.25.) en el documento ETSI
[ETS302307].
14 - 24
Transmisión de Señales de TV Digital por Satélite, DVB-S
TS
MPEG-2
Entrada de
Flujos
múltiples o
simples
(TS MPEG-2
o genérico)
Interfaz
de
entrada
Señalización
de la capa
física,
inserción de
piloto, cifrado
FEC
DVB-S
opcional
Adaptación
de modo
Adaptación
de flujo
Codificación CRC-8,
señalización de
banda base
Padding,
Cifrado de banda
base
Encuadre
de capa
física
Filtro digital
Roll-off
0.2, 0.25, 0.35
BCH,
LDPC,
Intercalado de bits
Codificador
FEC
QPSK
8PSK
16APSK
32APSK
Mod.
jerárquica
Mapeador
Relación de
código
Modulador
IQ
Conversión,
amplificación,
antena
Fig. 14.25. Diagrama de bloques de un modulador DVB-S2
QPSK, 8PSK (uniforme y no uniforme) y 16APSK (desplazamiento de fase de 16 amplitudes) fueron proveídos como métodos de modulación, este
último fue utilizado solamente en el campo profesional (DSNG). La protección de error usada es totalmente nueva, denominada LDPC (chequeo de
paridad de baja densidad). El estándar es absolutamente abierto para radiodifusión, servicios interactivos y DSNG. Pueden también ser transmitidos flujos
de datos no conformes con los flujos MPEG-2 y es posible transmitir uno o
varios flujos de transporte. Esto también se aplica a los flujos de datos genéricos que también se pueden dividir en paquetes.
La Fig. 14.25. muestra el diagrama de bloque de un modulador DVB-S2.
En la interfaz de entrada, el flujo o los flujos de datos aparecen bajo la forma
de un flujo de transporte MPEG-2 o de flujos de datos genéricos. Después de
los bloques de modo y de adaptación del flujo, los datos alimentan al bloque
de la codificación FEC.
Q
10
00
I
11
01
Relación de
código:
1/4, 1/3, 2/5,
1/2, 3/5, 2/3,
3/4, 4/5, 5/6,
8/9, 9/10
Fig. 14.26. QPSK código Gray, mapeo absoluto (como en DVB-S)
14 - 25
Q
100
110
000
010
001
011
Relación de
código:
3/5, 2/3,
3/4, 5/6,
8/9, 9/10
I
101
111
Fig. 14.27. 8PSK Código Gray
Son mapeados en el mapeador que sigue, QPSK (Fig. 14.26.), 8PSK
(Fig. 14.27.), 16APSK (Fig. 14.28.) ó 32APSK (Fig. 14.29.). Éste es siempre
el mapeado absoluto, es decir, no-diferencial. La modulación jerárquica es un
caso especial. Es virtualmente retro-compatible con el estándar DVB-S, permitiendo transmitir un flujo DVB-S y un flujo adicional DVB-S2. En el modo
jerárquico de modulación (Fig. 14.30.), la constelación se puede interpretar de
dos diversas maneras.
El cuadrante se puede interpretar como un punto de la constelación, ganando 2 bits para la trayectoria prioritaria conforme a DVB-S. Es también
posible, sin embargo, buscar los dos puntos discretos en el cuadrante, decodificando otro bit para la trayectoria de baja prioridad en el proceso. En este
caso, se transmiten 3 bits por símbolo. En DVB-T también existe la modulación jerárquica. Después del mapeo la señal pasa por el encuadre en la capa
física y las etapas de filtrado digital roll-off y después convertidos en la señal
de modulación apropiada para el modulador IQ. El factor de roll-off es 0,20,
0,25 o 0,35.
Q
1010
1000
0010
0110
0000
1110
1100
0100
I
0111
1111
1101
1011
1001
0011
0101
0001
Fig. 14.28. 16APSK
Relación de
código:
2/3, 3/4, 4/5
5/6, 8/9, 9/10
14 - 26
Transmisión de Señales de TV Digital por Satélite, DVB-S
Q
01101
11101
01001
01100
11001
00101
00001
00100
11100
00000
10001
10101
10100
01000
10000
11000
11110
10110
01110
10111
10011
00111
00011
00110
10010
I
Relación de
código:
3/4, 4/5, 5/6,
8/9, 9/10
11010
00010
01010
11111
01111
11011
01011
Fig. 14.29. 32APSK
La protección de error (Fig. 14.31.) consiste en un codificador BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem) y un codificador LDPC (chequeo de paridad de
baja densidad) seguidos por el intercalador (interleaver) de bits. Las tasas de
código posibles van de 1/4 a 9/10 y se muestran en las figuras de los respectivos diagramas de constelación (QPSK … 32APSK). Comparado con DVB-S,
la relación mínima de C/N necesaria en DVB-S2 es mucho más dependiente
del método de modulación y se puede variar también por la tasa de código.
Cuadrante
10
1
Bit baja
prioridad
Q
Cuadrante
00
1
0
0
I
0
Cuadrante
11
0
1
1
Bit alta
prioridad
Cuadrante
01
Fig. 14.30. Modulación jerárquica QPSK