TELEVISIÓN DIGITAL VIA SATELITE

[UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO] 18 de febrero de 2010
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 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 espaciolibre 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 nolinealidadesya 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 nolinealidades, 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
Televisión Digital Vía Satélite
1
[UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO] 18 de febrero de 2010
Un esquema del mecanismo de distribución de señales de TV Satélite:
MODULACIÓN QPSK:
La principal limitación de las
comunicaciones satélite es la distancia, por el que es
necesario utilizar una modulación que no utilice la modulación en amplitud de su portadora.
La modulación escogida en este caso es QPSK, dónde se modula en fase una única
portadora.
Es el proceso final, necesario para poder transmitir la señal en canales concretos. Se trata
de una modulación de amplitud constante, cuya información va incluida en la fase, muy
robusta frente a ruidos atmosféricos. Además tiene una eficiencia espectral alta y ocupa un
ancho de banda reducido. Todas estas características la hacen especialmente adecuada
para la transmisión de señal vía satélite, con su alta atenuación y bajo nivel de potencia en
el receptor.
En recepción se realizan los pasos inversos que en transmisión.
Televisión Digital Vía Satélite
2
[UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO] 18 de febrero de 2010
EJEMPLO
La modulación QPSK se basa en la utilización de dos portadoras (de la misma frecuencia
pero desfasadas 90º) que son moduladas por dos señales digitales. Como que la frecuencia
de las dos portadoras es la misma, realmente se trata de una única portadora.
La constelación de las señales QPSK es la que se muestra a la figura.
Estos tipos de modulación, dónde la información viaja en la fase de la señal, presentan una
fuerte robustez frente de las atenuaciones.
Televisión Digital Vía Satélite
3
[UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO] 18 de febrero de 2010
CODIFICACION DE FUENTE
La codificación de fuente de audio y vídeo se hace siguiendo el estándar MPEG-2. En
ambos casos se elimina la redundancia de dichas señales para obtener unas tasas binarias
razonables para la transmisión, ya que sin esta compresión se ocuparía unos anchos de
banda inabordables.
Los estándares MPEG realizan una compresión de la señal con pérdidas. Es decir, hay una
gran disminución de la tasa binaria, necesaria para el almacenamiento y transmisión de la
información, pero se consigue a cambio de una degradación objetiva de la calidad de la
señal tras su decodificación.
El objetivo de esta técnica de codificación es optimizar la calidad de la señal final para una
tasa fija requerida. Para ello se basa en criterios estadísticos.
Cabe destacar que el grado de degradación de la señal dependerá de su complejidad y de la
sofisticación de la técnica de compresión. Es decir, se comprime más o menos en función
de los requerimientos de calidad buscados.
CODIFICADOR DE VITERBI
Código estándar de corrección de errores utilizado para corregir bits corruptos en el
receptor. La codificación Viterbi añade bits extra a la cadena de bits cerrada.
En DVB-S se añade un mecanismo de corrección contra errores basado en un código
convolucional. Un código convolucional 1/2 quiere decir que de cada bit de entrada al
codificador, salen dos (redundancia del 50%). En recepción, el descodificador
convolucional se basará en el algoritmo de Viterbi.
Este tipo de codificación es muy adecuado para situaciones en las que la relación C/N es
baja, y se adapta a diversos parámetros de la transmisión, introduciendo más o menos
redundancia en función de las características particulares de cada enlace. El código
obtenido se denomina convolucional. Por ejemplo, en la situación más crítica se duplica el
régimen binario de la señal (se aplica un código ½: 2 bytes de salida por cada uno de
entrada), pero esto hace que la eficiencia espectral se reduzca a la mitad, ya que sólo la
mitad de los bytes transmitidos contienen información. Para situaciones mejores se pueden
realizar perforaciones del código, es decir, reducir la redundancia enviando sólo parte de
Televisión Digital Vía Satélite
4
[UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO] 18 de febrero de 2010
los bytes obtenidos a la salida del codificador convolucional: se obtienen relaciones 2/3, ¾,
5/6 o 7/8, con menor protección de la señal.
Este sistema se puede adecuar a otros códigos: 2/3, 3/4, 5/6, 7/8. La manera de especificar
las características del codificador de Viterbi es mediante el FEC (Forward Error
Correction). Por ejemplo, un FEC de 3/4.
El codificador de Viterbi, a diferencia del codificador Reed-Solomon, garantiza protección
a nivel de bit.
Televisión Digital Vía Satélite
5
[UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO] 18 de febrero de 2010
FILTRADO 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 = Δf/fN.
Después del filtrado digital, la señal es modulada en QPSK en el 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.
Televisión Digital Vía Satélite
6