Analisis RF de La Senal de TDT PDF
Analisis RF de La Senal de TDT PDF
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TABLA DE CONTENIDO
Unidad 1 ................................................................................................................................................ 4
Unidad 2 .............................................................................................................................................. 12
Unidad 3 .............................................................................................................................................. 25
Unidad 4 .............................................................................................................................................. 37
Unidad 5 .............................................................................................................................................. 42
1.1 INTRODUCCIÓN
Como ya sabrás la trasmisión de las señales tanto de radio como de TV se hace a través de Ondas
electromagnéticas que se propagan por el espacio a la velocidad de luz. El emisor se encarga de
convertir las señales que se quieren trasmitir (audio, video, datos etc) a señales de radiofrecuencia
modulando la señal a trasmitir sobre una portadora. Como ya sabrás también existen diferentes tipos de
modulación (AM, FM, QAM etc.) que se utilizan para realizar esta tarea. Todas ellas utilizan y ocupan el
espectro radioeléctrico disponible de diferente manera.
La aparición de la TDT y su convivencia con la TV analógica complica este panorama ya que también se
debe trasmitir por el aire utilizando ondas electromagnéticas. Es muy importante en tu profesión como
experto en sistemas TDT el distinguir y ser capaz de diagnosticar problemas en la recepción no solo de
las señales de TV analógica sino también en las señales de TV digital.
En esta unidad conocerás como se organizan los canales de televisión en el dominio de la frecuencia y
aprenderás como se organizan los múltiplex digitales en el espectro radioeléctrico. Además, serás capaz
de diferenciar el espectro de una señal de TV analógica y el de una señal de TV Digital según el estándar
DVB-T.
Espectro radioeléctrico.
Canalización de los sistemas analógicos de TV Terrestre.
Sistemas digitales de TV Terrestre
El dominio del tiempo permite observar la evolución de cualquier señal en el tiempo de forma que se
pueden observar las variaciones de la misma en el espacio temporal.
Las señales analógicas son continuas en el dominio del tiempo, mientras que las señales digitales son
discontinuas.
El dominio de la frecuencia permite observar las componentes frecuenciales de las señales. Teniendo en
cuenta que la frecuencia es la inversa del tiempo, el cálculo de la frecuencia se puede expresar como:
Cualquier señal se puede descomponer en sus componentes frecuenciales, de forma que una señal en el
dominio de la frecuencia es la suma de todas sus componentes frecuenciales. Estas se pueden
representar en un grafico frecuencial donde se muestran las componentes frecuenciales de la señal
temporal.
Para obtener las componentes frecuenciales de una señal se utilizan las transformadas, entre las que
cabe citar la transformada de Fourier o la Transformada Discreta del Coseno (utilizada en la compresión
MPEG2). En la figura se puede observar la señal de vídeo en el dominio del tiempo y la transformación
de dicha señal al dominio de la frecuencia.
f
0
f
1
f
0
+
f
El ancho de banda es la porción del dominio de la frecuencia donde se encuentran todas las
componentes frecuenciales de una señal al transformarla al dominio de la frecuencia. Otra forma de
1
definir el ancho de banda sería: “Porción del dominio de la frecuencia donde se concentra la energía de
la señal”.
Según la definición de ancho de banda, la señal de TV analógica según el estándar PAL B/G tendría un
ancho de banda de 7 u 8MHz o dicho de otra manera, la energía de la señal de TV se distribuye sobre
esos 7 u 8 MHz.
Para ser transmitidas las señales previamente han de ser moduladas, es decir, han de adaptarse al
medio de transmisión por el que se transmiten. Para ello, se modulan utilizando portadoras de una
determinada frecuencia que trasladarán la señal a rangos de frecuencias aptas para los anchos de banda
que necesita cada señal de acuerdo al medio en el que se transmitirá.
Para la transmisión de señales de TV se utilizan las bandas VHF y UHF y el canal de radiofrecuencia para
la señal de TV analógica habitualmente tiene 8MHz o 7MHz de ancho de banda (sistema PAL B/G).
Al ser moduladas, las señales tendrán una frecuencia central (habitualmente es la frecuencia de la
portadora que modula dicha señal) y que variará dependiendo de la naturaleza de la señal. En el caso
de la señal de TV analógica, el audio y el vídeo se modulan por separado, por lo que existen diferentes
portadoras (una para la luminancia otra para el color y otra para el audio) dentro de la misma señal.
En el caso de la señal de TV Digital terrestre, existe una única frecuencia central, aunque como se verá
en Unidades de Trabajo posteriores, existen múltiples portadoras y no solo una como suele ser habitual
en la señal analógica.
Cuando la señal de TV analógica se modula, ésta ocupa porciones de 8 o 7MHz, llamados canales
(también llamados canales de RF).
En TV digital, a dichos canales de RF se les conoce con el nombre de múltiplex y puede ocupar 6, 7 u
8MHz.
En muchos países se utiliza la norma PAL B-G. El sistema B correspondía a las emisiones de VHF y el
sistema G se emplea en la banda de UHF. Las emisiones en VHF están en desuso y actualmente la banda
utilizada para la difusión de TV terrestre corresponde a UHF (banda IV y banda V).
En la tabla de la figura se puede ver como se organizan los diferentes canales de radiofrecuencia según
CCIR para las bandas IV y V de UHF.
Cada una de las portadoras y subportadoras enumeradas en la tabla se pueden observar en el espectro
de la señal TV mostrada en la figura.
Bw vestiginal
0,75 Mhz
Remanente banda lateral inferior
Bw canal 8 Mhz (G)
Bw canal 7 Mhz (B) Portadora
de sonido
fpv – fps 5,5 Mhz
Ancho del
Banda Lateral Superior canal de
sonido
± 50Khz
-1 1 2 3 4 5 6 Mhz
fps
- 1,25 - 0,75 TV analógica 5,75 6,75
fpv
Espectro de la señal
Los sistemas de TV Digital terrestre (TDT) están basados en la digitalización y compresión de la señal de
TV analógica. Dichos sistemas, ofrecen las siguientes ventajas:
Mayor protección de la señal de audio y vídeo: como cualquier sistema digital, la protección de
la señal es mayor, así como las posibilidades de regeneración ante deterioro de la misma
causada por ruido o interferencias.
Proporciona imágenes más nítidas y mayor calidad de audio.
Posibilidad de incluir servicios de radio, además de los consabidos servicios de TV.
Posibilidad de emisiones en formato panorámico (16:9) en contrapunto a las emisiones
tradicionales en formato 4:3.
Mejor aprovechamiento del espectro radioeléctrico ya que permite alojar varios canales (o
programas) dentro de un canal de 8, 7 o 6 MHz.
Posibilidad de servicios avanzados en dichos canales tales como TV en Alta Definición, TV en
movilidad, servicios de datos, etc.
Mayores posibilidades de almacenamiento en medios asequibles
Para llegar a conseguir todas estas ventajas, la señal de TV analógica ha de pasar por determinados
procesos de digitalización, compresión, multiplexación y transmisión que se tratarán en Unidades de
Trabajo posteriores.
El DVB es un consorcio que está guiado por el mercado. Es decir, todas las recomendaciones y normas
que surgen de dicho consorcio han sido elaboradas conjuntamente por las empresas del mercado de TV
pertenecientes a este consorcio.
Existen multitud de estándares DVB, pero este curso se centrará en el estándar DVB-T que es el
estándar que regula la difusión de servicios de TV Digital Terrestre.
A pesar de que DVB-T lleva definido desde finales de los años 90, todavía no se encuentra totalmente
desplegado, simultaneando las emisiones de acuerdo a este estándar con las emisiones analógicas
convencionales.
Descripción
Estándar DVB
Las emisiones de TDT, al igual que las emisiones de TV analógica, se organizan en canales de
radiofrecuencia de 6,7 u 8 MHz, que como se ha explicado anteriormente se denominan Múltiplex
Digitales.
En el caso de la TDT se utiliza la misma canalización según CCIR, pero sin embargo, aquí no existe una
portadora de vídeo una subportadora de color y una subportadora de audio. En este caso lo que se
transmite es información digital, es decir, códigos binarios cuya energía se distribuye a lo largo de todo
el espectro mediante la utilización de la modulación COFDM.
Para la sintonización de la señal de TDT es la frecuencia central la que se sintoniza, de forma que
siempre se utilizará como frecuencia central aquella que se encuentra justo en el centro del canal. De
esta manera para el canal 58 (766-774MHz) se utilizará la frecuencia central 770MHz.
En la tabla se muestra la canalización para TV Digital Terrestre según CCIR para Europa y canales de
8MHz.
A día de hoy coexisten en el espectro asignado a difusión de TV, emisiones tanto analógicas como
digitales, de forma que el espectro de TV se encuentra totalmente saturado en algunas zonas con
emisiones analógicas y digitales.
La señal de TV Digital Terrestre, como se estudiará posteriormente, se modula utilizando COFDM (Coded
Orthogonal Frequency Division Multiplexing). El concepto de dicha modulación es distribuir la
información que se transmite en múltiples portadoras moduladas, para así hacerla robusta a los efectos
de la propagación multitrayecto.
El espectro típico de esta señal es similar al que se puede ver en la figura (canal de 8MHz), donde se
puede observar que la energía de la señal está repartida en todo el ancho de banda del canal.
1.5 RESUMEN
Que las señales pueden representarse en el dominio del tiempo y de la frecuencia, y que
cualquier señal tiene su representación en el dominio de la frecuencia.
Que el ancho de banda de una señal contiene todas las componentes frecuenciales de dicha
señal y contiene toda la energía de la misma.
Que los márgenes de frecuencias comprendidos entre 3 Khz y 3.000 Ghz están estructurados en
diferentes bandas y estas están adjudicadas a determinadas comunicaciones.
Que para la difusión de señal de TV se organiza el espectro en canales de radiofrecuencia (TV
Analógica) y que el múltiplex digital es el equivalente en TV Digital a un canal en TV Analógica.
Que la señal de TV Digital tiene múltiples ventajas sobre las transmisiones de TV analógica.
Que el estándar DVB regula y recomienda todo lo concerniente a transmisiones de TV Digital.
Que la transmisión de televisión digital terrestre utiliza el estándar DVB-T.
Que la señal de TV Digital puede transmitirse en canales de 6, 7, u 8 MHz.
Que la frecuencia de sintonización de un múltiplex digital es la frecuencia central, que es justo
la que se encuentra en el centro del canal de RF asignado.
Que la información de la señal de TV Digital se reparte en todo el ancho de banda del canal.
2.1 INTRODUCCIÓN
Es muy importante conocer los diferentes tipos de modulación y principalmente los parámetros que las
caracterizan y sobre los cuales podrás actuar para conseguir una trasmisión/recepción óptima de la
señal.
En general las señales de audio vídeo o datos sufren de los siguientes inconvenientes:
Son de frecuencias muy bajas por lo que no es viable su transmisión utilizando ondas
electromagnéticas
Todas ellas se encuentran en el mismo rango de frecuencias por lo que si todos los usuarios
transmitiesen dichas señales interferirían unas con otras.
La eficiencia en la transmisión es baja al trabajar en bajas frecuencias
Existen multitud de hostilidades en el medio que no permitirían la recepción correcta de las
señales. No tienen mecanismos de protección de la señal frente a ruido, atenuaciones, etc.
Por estas razones, es necesario utilizar un mecanismo eficiente para la transmisión que permita enviar
múltiples señales de las mismas características sin producir interferencias entre ellas. Para ello se
utilizan las modulaciones que entre otras cosas permiten:
La modulación de señales consiste en alterar una señal de alta frecuencia, también llamada portadora,
con el contenido de una señal de baja frecuencia, también llamada moduladora.
Modulación de Amplitud AM: Los niveles de la señal se ven alterados con el contenido de la
señal moduladora.
Modulación de Frecuencia FM: La frecuencia de la señal se ve alterada con el contenido de la
señal moduladora.
Modulación de Fase PSK: La fase de la señal se ve alterada por el contenido de la señal
moduladora.
Las señales de TV, tanto de audio como de vídeo o datos, se han de modular para poder transmitirlas en
el medio de transmisión elegido.
El tipo de modulación variará dependiendo de si la señal de TV es analógica o digital y del medio por el
que se transmita (satélite, cable, terrestre) ya que no todos los medios de transmisión tienen las mismas
características.
En TV Analógica Terrestre se utiliza la modulación en Banda Lateral Vestigial, que es una modulación en
amplitud en la que se envía la banda lateral superior y parte de la banda lateral inferior (vestigio). En la
figura se muestra la representación de la señal de TV modulada en BLV. El audio de dicha señal se
modula en FM.
Este tipo de modulación es apto para la transmisión de TV analógica terrestre, dadas las características
del canal, aunque sufre ciertos efectos indeseados debido al medio de transmisión. En particular, un
efecto indeseado muy común es la aparición de doble imagen.
El efecto doble imagen ocurre por la propagación multitrayecto en la transmisión de la señal. Es decir, la
señal que se transmite no es la única que llega al receptor, sino que existen múltiples “rebotes” de la
señal que afectarán en la recepción de la misma, ocasionando que se reciba la señal directa y la misma
señal pero con la amplitud y/o fases y/o frecuencias alteradas.
En el caso de TV Digital Terrestre, este efecto podría ser devastador para la señal. Esto no sucede ya que
el sistema de transmisión utilizado permite evitar las consecuencias de este efecto.
En TV Analógica por Satélite la modulación utilizada difiere de la de TV Analógica Terrestre por razones
obvias: el canal de transmisión utilizado sufre de grandes atenuaciones debido a las grandes distancias
(36.000Km en el enlace ascendente) siendo además muy ruidoso.
Debido a que en las señales moduladas en amplitud la información de la señal original (moduladora) se
encuentra precisamente en la amplitud de la señal modulada, al transmitirse por un canal con fuertes
atenuaciones y ruido se perdería toda la información de interés en la señal. Es por ello que se utiliza una
modulación en frecuencia (FM) para transmitir la información.
Obviamente, estas señales no pueden visualizarse directamente en un TV, ya que los TVs están
preparados para desmodular BLV, y no FM. Por ello, es necesario disponer de un receptor/demodulador
de FM que permita pasar dicha señal FM a BLV, o directamente a señal de TV en banda base.
En TV Digital, las señales a modular son tramas de bits generados a través de diferentes procesos
(codificación, multiplexación etc) que se verán en las próximas Unidades de Trabajo. Dichas tramas de
bits, como es bien sabido son secuencias de bits de valor “1” o “0” (binario) resultado de digitalizar y
codificar las señales de video y audio.
A pesar de que las señales digitales son mas robustas y en general es más sencillo regenerarlas aunque
hayan sufrido alteraciones en su transmisión, no quedan exentas de los efectos indeseados del medio de
transmisión. Es decir, también sufren atenuaciones ruido e interferencias que en algunos casos pueden
alterar el estado de dichos bits (un “0” puede convertirse en un “1” por los efectos del canal).
Para poder transmitir estas señales también es necesario que pasen por un proceso de adaptación al
canal y modulación de manera que la recuperación de estas señales en el extremo receptor se realice de
forma correcta.
Las señales se combinan bit a bit con una secuencia pseudoaleatoria mediante una función EX-OR. El
Generador se implementa mediante un registro de desplazamiento reinicializado al comienzo de cada 8
tramas con un patrón de bits predeterminado. El byte de sincronismo no se embrolla.
Cuando se reinicializa el generador el Sync Byte (47H) se invierte (B8H) para advertir del comienzo de la
dispersión de energía al receptor.
La Codificación de bloque (Reed-Solomon) se utiliza para detectar y corregir hasta 8 bytes erróneos
dentro del paquete. Para ello se insertan 16 bytes de redundancia al final del paquete con los que se
consigue esta detección y corrección. La inclusión de estos 16 bytes genera un Paquete de Transporte de
204 Bytes.
Entrelazado: Este mecanismo evita la presencia de ráfagas de bits erróneos ante la presencia de
interferencias. Cuando existe una interferencia normalmente afecta a mas de un bit de la trama.
Realizando un entrelazado se consigue dispersar el error de forma que los bits erróneos que serían
contiguos en caso de no existir entrelazado se encuentran con una separación de al menos 205 bytes.
Viterbi Coding: Este mecanismo permitirá la recuperación de los errores en situaciones de baja relación
portadora/ruido (C/N). Este método consiste en añadir bits de redundancia de forma que aunque se
perdiesen bits en el proceso de transmisión, estos son recuperables en el momento de la recepción. Es
un método convolucional y permite obtener protección a nivel de bit. Generalmente la codificación de
Viterbi se indica con una fracción n/m donde:
n= bits de entrada
m= bits de salida
Es decir que por cada n bits de entrada se generan m bits de salida. Valores habituales son: 1/2, 2/3,
3/4, 5/6, 7/8
Modulación: Este es el proceso de la modulación en si, donde la señal es modulada por una o varias
portadoras. Dependiendo del medio de transmisión se tendrá:
La transmisión de TV por satélite consiste en enviar una señal de TV a un satélite que se encuentra en
una órbita geoestacionaria (36.000Km) de forma que desde dicho satélite se pueda dar servicio a una
gran área de cobertura.
Los transpondedores pueden ser transparentes o regenerativos. En estos elementos es donde se recibe
la señal desde la estación terrena transmisora y se retransmite a la estación terrena receptora. En la
figura se puede ver el esquema de bloques general en cuanto a tratamiento de señal se refiere.
El ancho de banda habitual de cada transpondedor es de unos 36MHz, aunque existen transpondedores
con otros valores de ancho de banda. Cada transpondedor habitualmente corresponde a una frecuencia
de portadora de modo que cada una de esas portadoras puede transmitir una trama de transporte
completa.
Para las transmisiones de TV Digital en satélite se sigue el estándar DVB-S que especifica los mecanismos
de protección contra errores a utilizar y la modulación QPSK para las portadoras (Ver figura).
Como se aprecia en la figura para la modulación QPSK la señal se divide en dos señales llamadas señal
en fase y señal en cuadratura (de ahí el nombre Quadrature Phase Shift Keing). Al utilizar la señal en
fase y en cuadratura permite tener dos bits por cada símbolo (o estado) transmitido. Es decir, cada
estado de la señal que se transmita tendrá alguno de los valores: 00, 01, 10, 11. Los diferentes estados
(o símbolos) que puede tomar la señal se representan en un diagrama llamado diagrama de
constelación.
QPSK también puede concebirse como una modulación en amplitud y en cuadratura con 4 estados (4-
QAM).
Las principales características que hacen de la modulación QPSK ideal para transmisiones de TV Digital
vía satélite son:
Modulación robusta para canales con alta componente de ruido, como es el caso del satélite.
Modulación basada en una portadora única, utilizando Time Division Multiplexing, para evitar
intermodulaciones.
No es posible utilizar modulaciones en amplitud ya que en las bajas potencias en las que se
Por otro lado la modulación QPSK tiene un gran inconveniente: es una modulación con baja eficiencia
espectral. Es decir, es necesario disponer de mucho ancho de banda para la transmisión de las señales.
La relación entre la tasa binaria (número de bits por segundo) y el ancho de banda se puede calcular
aproximadamente según la siguiente fórmula:
B = 1,57 bps/MHz
Para obtener la tasa binaria total este valor habrá que multiplicarlo por los Inner y Outer code rates
Ru = Rs x R1 x R2
Donde:
Rs = Symbol Rate
R1 = 0,922
En la transmisión de TV por cable el canal de transmisión es un canal con poca atenuación y poco ruido
ya que se transmite en un entorno más controlado que en el resto de medios.
Por ello la modulación utilizada no requiere ser muy robusta frente al ruido, razón por la que incluso
algunos mecanismos de protección no son utilizados (codificación de Viterbi). De esta manera se
consigue mayor eficiencia espectral al no existir tantos bits de redundancia que se introducirían si se
utilizase algún método de protección contra errores tipo codificación de Viterbi.
En la figura se puede ver el esquema de transmisión para un sistema de trasmisión de TV por cable.
En el estándar de cable DVB-C, debido a la “limpieza” del canal se pueden agrupar varios bits para
formar los símbolos y se puede transmitir con una amplitud en cuadratura de mayor orden. De esta
manera existen varias opciones de agrupación de bits: 4 bits (16-QAM), 5 bits (32-QAM), 6 bits (64-QAM
primera versión del estándar DVB-C), 7 bits y 8 bits por símbolo (128-QAM y 256-QAM, revisión del
estándar DVB-C).
En el proceso de modulación, la señal útil se multiplica por una portadora compleja que resulta en una
señal con frecuencia central igual a la de la señal portadora. En la figura se pueden ver las
constelaciones resultantes de esta modulación.
La constelación QAM se ha diseñado de forma que los diferentes estados (símbolos) adyacentes solo
difieren en un bit. De esta manera, si algún símbolo se recibe incorrectamente y cambia de estado solo
diferirá del esperado en un bit.
La máxima tasa de transmisión de símbolo en este caso viene dada por la siguiente fórmula:
Rs = 6,96 Mbaud
El estándar de TV Digital Terrestre fue el último en aparecer en el seno de DVB. La modulación elegida
ha de hacer frente a unas necesidades determinadas:
Como es sabido, las transmisiones terrestres sufren de la propagación multitrayecto que ocasiona
efectos indeseados en la señal como es el efecto de doble imagen.
En cualquiera de las tres modalidades de modulación indicadas (QPSK, 16-QAM o 64-QAM) se modulan
múltiples portadoras. El número de estás depende de lo robusta que se pretenda hacer la señal. De esta
manera existen dos modos de transmisión:
Cada una de las portadoras se modula de forma independiente y cada símbolo contiene 1705 o 6817
portadoras.
En la Unidad de Trabajo siguiente se profundizará sobre cada uno de los parámetros y el proceso de
modulación.
Dependiendo de los parámetros de modulación se puede estimar la tasa binaria total que se puede
transmitir para cada uno de los anchos de banda. En la tabla se pone de manifiesto que la robustez de la
señal siempre será inversamente proporcional al flujo binario que es posible transmitir. O lo que es lo
mismo, a mayor robustez, menor flujo binario de salida.
2.8 RESUMEN
3.1 INTRODUCCIÓN
Otro aspecto muy importante que debes de conocer en profundidad como experto en TDT es el
estándar DVB-T. Como ya se ha visto este estándar hace uso de la modulación COFDM y define los
parámetros más importantes de la misma: numero de subportadoras, tipo de las mismas, intervalo de
guarda, modulación jerárquica etc.
Para finalizar vas a estudiar cómo funciona un modulador/trasmisor de DVB-T completo desde que
recibe la señal a trasmitir (en formato digital) hasta que esta es transmitida al aire.
¿Qué es COFDM?
¿Por qué una modulación Multi-Portadora?
Intervalo de guarda
El estándar DVB-T
Portadoras en transmisiones DVB-T
Modulación Jerárquica
El modulador/transmisor DVB-T
COFDM son las siglas para Coded Orthogonal Frecuency Division Multiplexing. Se trata de una
modulación multi-portadora que utiliza miles de portadoras entre las que se reparte la información a
transmitir. Dichas portadoras son ortogonales por lo que no interfieren entre ellas. Cada una de estas
portadoras se modulan vectorialmente (componente I: en fase; componente Q: en cuadratura)
utilizando modulaciones QPSK, 16QAM o 64QAM.
Todas las portadoras, que pueden ser del orden del millar, están separadas un intervalo Δf del orden de
pocos KHz. Esto es lo que se conoce como FDM (Frequency Division Multiplexing).
Al ser portadoras tan cercanas hay que tener especial cuidado en que unas no interfieran con otras. Por
esta razón, las portadoras son ortogonales entre si. La ortogonalidad de dichas portadoras se representa
en la figura. Se puede observar que el máximo de una portadora, siempre coincide con los nulos del
resto.
Por el carácter multi-portadora y la ortogonalidad de las mismas a este tipo de modulación se le llama
COFDM.
Las modulaciones Multi-Portadora son las más complicadas de todas las existentes. El por qué de utilizar
una modulación tan compleja estriba en la extrema dificultad del canal de transmisión terrestre.
Si la información se transmitiese en una única portadora a una determinada frecuencia, los ecos de la
señal recibida ocasionarían cancelaciones de la señal en esa misma frecuencia en particular. El efecto es
función de la frecuencia, la intensidad del eco y el retardo del eco. El aspecto que tiene la función de
transferencia del canal de transmisión terrestre será similar al de la figura. En la misma se observa el
efecto de desvanecimiento (fading) selectivo en frecuencia.
Estos ecos darían lugar a interferencia entre símbolos lo que perjudicaría claramente a la transmisión.
Por ello, se optó por hacer la duración de símbolo tan grande como fuera posible con el fin de minimizar
la interferencia entre símbolos.
Para ello se insertan “pausas” de la señal entre los diferentes símbolos (Intervalo de guarda) de forma
que la duración de símbolo es mayor Al separar los símbolos entre sí se consigue que los posibles ecos
caigan dentro de este intervalo de guarda.
A pesar de que con esta solución se protege la señal frente a interferencias entre símbolos, todavía hay
un problema que solucionar que es el fading selectivo en frecuencia y localización. Si la información se
transmite en múltiples portadoras (ver figura) en lugar de solo en una y además se aplican los métodos
habituales de corrección contra errores, el ancho de banda total permanecerá constante y el efecto de
fading afectará solo a algunas portadoras, pero no a todas, pudiendo de esta manera recuperar la señal
pese a haber perdido la información de múltiples portadoras.
Como se ha comentado, la inserción del intervalo de guarda permite reducir la interferencia entre
símbolos debida a la propagación multitrayecto. Pero ¿qué es exactamente el intervalo de guarda?
Realmente para la inserción del intervalo de guarda lo que se hace es una copia de la última porción del
símbolo siguiente en dicho intervalo de guarda. La porción que se copiará del símbolo será la
equivalente a la duración del intervalo de guarda es decir: 1/4, 1/8, 1/16 o 1/32.
A mayor intervalo de guarda el sistema estará protegido contra ecos con mayores retardos.
Existe por tanto una relación entre la duración del intervalo de guarda y la distancia máxima entre
transmisores de forma que un receptor en un punto intermedio de ambos transmisores pueda recibir
correctamente la señal. Para que esto ocurra la señal procedente de otro transmisor, o sus ecos, han de
caer siempre en el intervalo de guarda.
Con los valores de la tabla se puede deducir fácilmente que dos transmisores podrían llegar a estar a
una distancia máxima de 67Km aprox.
DVB-T eligió como estándar de transmisión la modulación COFDM dado el carácter multitrayecto del
canal de transmisión que obligaba a disponer de modulaciones con múltiples portadoras ortogonales
para reducir la interferencia entre símbolos y los efectos del fading sobre la señal de TV a transmitir.
6 Mhz
7 Mhz
8 MHz
Un canal de transmisión DVB-T puede tener dos tipos de modos de operación:
El modo 2K tiene más espaciado entre las subportadoras pero la duración de símbolo es menor que en
modo 8K. Esto la hace más robusta en cuanto al doppler ocasionado por recepción en movimiento pero
más sensible a retardos de eco mayores que se dan con más frecuencia en redes de frecuencia única al
haber más separación entre los transmisores.
Aparte de la duración de símbolo, que depende de la elección de modo 2K u 8K, el intervalo de guarda
también puede ser ajustado entre 1/4 y 1/32 de la duración de símbolo, así como la modulación de las
portadoras (QPSK, 16QAM o 64QAM).
Además, el estándar DVB-T también contempla la codificación jerárquica como opción. Con este tipo de
codificación, el modulador puede transmitir dos señales (transport streams) diferentes y codificarlas
(FEC) de forma independiente. La idea es dotar de mucha protección a una señal con bajo flujo de datos
y transmitirla con un tipo de modulación muy robusta. Este sería el stream de Alta Prioridad (HP).
La segunda señal tiene un flujo de datos mucho mayor y se transmite con menor protección (FEC) y
menor robustez en la modulación de las portadoras (por ejemplo 64QAM). Este sería el stream de baja
prioridad (LP).
En DVB-T se usa COFDM coherente, de forma que las portadoras de datos no se codifican de forma
diferencial sino que se mapean de forma absoluta. Esto hace que sea necesario realizar una estimación
del canal y corrección del mismo en el extremo receptor por lo que se utilizan señales piloto (o
portadoras piloto) que se utilizarán como señales de test para estimar el canal de transmisión.
En DVB-T, como se ha comentado, se utiliza una IFFT de 2048 u 8192 puntos. En teoría se utilizarían
2048 u 8192 portadoras para la transmisión de información, pero no todas las portadoras que existen
son portadoras de información o datos.
En las figuras se puede ver la representación de los diferentes símbolos en un diagrama de constelación
y las diferentes portadoras según su posición en cada símbolo
Portadoras de datos
Las portadoras de datos son las que se utilizan para la transmisión de información. En el modo 8K
existen 6048 portadoras de datos y en el modo 2K 1512 portadoras de datos.
Portadoras inactivas
Las portadoras inactivas están en los extremos superior e inferior del canal de transmisión y son de
amplitud nula.
Las portadoras Piloto Continuas se localizan en el eje horizontal (eje I o en fase en la constelación), con
0º o 180º de fase y con amplitud de 3dB comparado con la media de potencia de las portadoras de
datos. Se utilizarán en el receptor como referencia de fase y para el control automático de frecuencia,
para la sintonización de la frecuencia de transmisión.
Portadoras distribuidas
Las portadoras distribuidas se distribuyen en todo el espectro del canal DVB-T símbolo a símbolo y
constituyen una señal de referencia para la estimación del canal en el receptor. En cada símbolo hay una
portadora distribuida cada 12 portadoras. Cada una de las portadoras piloto distribuidas se desplaza 3
portadoras con cada símbolo. Las portadoras distribuidas también se encuentran en el eje horizontal del
espectro, en 0º o 180º, y tienen la misma amplitud que las portadoras piloto continuas.
Portadoras TPS
Estas portadoras representan un canal de información rápida para que el transmisor le indique al
receptor los parámetros de transmisión utilizados (FEC, modo, Intervalo de Guarda, modulación de las
portadoras, etc).
Todas las TPS de un símbolo contienen la misma información. En cada símbolo, todas ellas están en 0º o
180º. Al ser una modulación DBPSK significará que se transmite un cero si el estado de las TPS cambia de
un símbolo a otro (cambia de 0º a 180º o viceversa) y un uno si la fase no cambia.
Toda la información de las TPS se transmite en 68 símbolos y tiene 68 bits. El segmento de 68 símbolos
se denomina FRAME (o TRAMA).
En la tabla se puede ver el significado de cada uno de los 68 bits de las portadoras TPS. De los 68 bits, 17
se utilizan para sincronización e inicialización, 13 bits son de protección contra errores, 22 bits se usan
actualmente para la transmisión de información y 13 bits son reservados para aplicaciones futuras.
El estándar DVB-T permite la transmisión de dos flujos de información con diferentes características de
protección. De este modo se podría enviar una señal con flujo de información bajo y alta protección
(video y audio en baja calidad) y simultáneamente enviar un flujo con alto flujo de información y baja
protección (video y audio en alta calidad).
Esto permitiría visualizar el vídeo y audio de baja calidad aún en situaciones muy complicadas en cuanto
a recepción mientras que el video y audio de alta calidad podría recibirse en condiciones más óptimas
del canal de transmisión.
El stream de alta prioridad se transmitiría con alta protección de la información (modulación QPSK) y el
stream de baja prioridad con una modulación con menor nivel de protección (64QAM).
En la modulación jerárquica, las portadoras no se modulan con diferentes tipos de modulación sino que
cada portadora transmite parte del stream de alta prioridad y parte del stream de baja prioridad. El
stream de alta prioridad se transmitiría en lo que se llama QPSK embebido en 16QAM o 64QAM.
La información del stream de baja prioridad se transmite en los puntos discretos de la constelación
mientras que el stream de alta prioridad está descrito por el cuadrante. Es decir, a pesar de que la
modulación 64QAM utiliza 6 bits por símbolo, en el caso de modulación jerárquica y dado que QPSK
utiliza 2 bits, se repartirían dichos bits de forma que 2 bits se utilizan para el stream de alta prioridad y 4
bits para el stream de baja prioridad.
Además, el stream de alta prioridad modulado en QPSK puede hacerse aún más robusto mediante la
utilización de un factor α= 2, 4. Este factor permite expandir el diagrama de constelación en el eje I y el
Q. Esto hace que la posibilidad de que puntos que deberían caer en un cuadrante caigan en el adyacente
sea menor (dándole así mas robustez al stream de alta prioridad), mientras que los puntos discretos de
la constelación se juntan mas siendo la probabilidad de error en los puntos mayor (haciendo así menos
robusta la modulación del stream de baja prioridad)
En este punto se va a entrar en detalle en el modulador/transmisor DVB-T. Para ello se van a describir
cada uno de los pasos que se dan en el proceso de modulación de la señal. Algunos conceptos ya fueron
introducidos en UT’s anteriores por lo que no se profundizará sobre ellos aquí.
PASO 1: Cuando llega una señal, el modulador se sincroniza con el byte de sincronismo que tiene el
valor 0x47, este se recibe cada 188 bytes. Cada octavo byte de sincronismo este se invierte (etapa de
inversión de sincronismo) y pasa a tomar el valor 0xB8. A su vez en esta etapa se hace la dispersión de
energía que hace que la energía (información) de la señal pase a ocupar todo el ancho de banda posible
de la señal.
PASO 2: Se pasa una primera etapa de control de errores mediante un codificador Reed Solomon que
añade 16 bytes de protección contra errores. Es lo que se llama la codificación de bloque.
PASO 3-4: Se realiza un entrelazado para evitar ráfagas de errores en recepción y posteriormente se
realizar la codificación convolucional.
PASO 5: Hasta aquí se tiene una única trama de datos. A continuación se demultiplexa dicha trama de
datos para dividirse en 2, 4, o 6 caminos dependiendo del tipo de modulación (QPSK, 16QAM, 64QAM,
respectivamente). Estas tramas de bits pasan por el bit interleaver donde se forman bloques de 126 bits
de longitud que se entrelazan en cada uno de los caminos. El siguiente paso es hacer un symbol
interleaver donde los bloques se mezclan bloque a bloque y los datos protegidos se distribuyen
uniformemente por todo el canal.
PASO 6: Los requisitos principales para la señal COFDM es que se haga un control de errores adecuado y
se distribuya la información correctamente por todo el ancho de banda del canal. Todas las portadoras
son entonces mapeadas, resultando en dos tablas, una para la parte real (Re(f)) y otra para la parte
imaginaria (Img(f)).
PASO 7: A continuación se hace la adaptación del frame que insertará las portadoras piloto y TPS dando
como resultado 2048 o 8192 valores.
PASO 8: Estos valores pasan entonces por el bloque IFFT que será el núcleo del modulador DVB-T.
Todos estos pasos dan lugar a una señal de TV Digital modulada cuya velocidad de transmisión será
función de la duración de símbolo, duración del intervalo de guarda, número de portadoras y
modulación de las portadoras.
3.9 RESUMEN
En esta Unidad de Trabajo se ha estudiado que la modulación multi-portadora es la más adecuada para
la transmisión de TV Digital Terrestre dada la característica multitrayecto del canal terrestre. Las
múltiples portadoras reducen el efecto de los desvanecimientos (fading) así como la interferencia entre
símbolos. Estos efectos se ven aún más reducidos con el uso del intervalo de guarda.
En DVB-T se usan dos modos atendiendo al número de portadoras utilizadas: Modo 2K y 8K.
Las portadoras de la modulación COFDM son portadoras ortogonales y se modulan en QPSK, 16QAM o
64QAM.
Además de las portadoras de datos se insertan portadoras con información sobre el canal de
transmisión (portadoras piloto) y portadoras con información de los parámetros de modulación (TPS)
que en el diagrama de constelación se encontrarán en el eje horizontal y se transmiten con
modulaciones y/o amplitud diferente a las portadoras de datos.
Además, se ha podido estudiar el proceso completo de modulación y el efecto que ésta tiene sobre el
flujo de datos final que se puede transmitir.
4.1 INTRODUCCIÓN
Ser capaz de determinar la calidad de una señal realizando las medidas oportunas sobre la misma es una
competencia que como experto en TDT debes adquirir.
En esta unidad vas a estudiar cuales son las medidas principales a realizar sobre redes de trasmisión
digital TDT y vas a aprender a interpretar la información que te suministra cada una de ellas.
La importancia de las medidas en una red TDT es aún más relevante que las medidas en red de satélite o
cable dada la complejidad de la propagación multitrayecto y sus efectos sobre la señal, la complejidad
del modulador COFDM y la modulación analógica basada en señales I/Q (fase y cuadratura).
Las medidas principales que se van a estudiar en la presente Unidad de Trabajo son:
Todas estas medidas se pueden realizar haciendo uso de las portadoras piloto que permiten entre otras
cosas conocer las características del canal de transmisión. Estas medidas combinadas con medidas
realizadas con ayuda del diagrama de constelación y/o análisis de espectros permitirán conocer la salud
de la señal DVB-T recibida.
Antes de entrar en detalle en cada una de las medidas importantes es conveniente analizar el
funcionamiento de un demodulador DVB-T.
El Adaptador al dominio del tiempo permite adaptar el demodulador al ancho de banda de 6,7 u 8MHz
así como adaptarse a diferentes frecuencias intermedias, diferentes frecuencias de muestreo, diferentes
offsets de frecuencia. Este se encarga asimismo de eliminar interferencias del canal adyacente.
El bloque FFT convierte los símbolos COFDM en el dominio de la frecuencia proporcionando los valores
de la parte real e imaginaria.
Mediante la localización de las portadoras piloto se realiza la corrección de los errores de fase presentes
en el canal así como la estimación y corrección de efectos del canal.
El bloque de decodificación de FEC (Forward Error Correction) permite corregir bytes y bits erróneos
presentes en la trama. Para ello hace la decodificación de Viterbi y Reed Solomon obteniendo
finalmente la información original en banda base.
El BER (Bit Error Rate) básicamente mide la tasa de bits erróneos detectados en la recepción de señal.
El BER habitualmente se mide como la relación entre los bits erróneos y los bits transmitidos.
Normalmente se expresa como un número decimal multiplicado por potencias negativas de 10. De esa
manera un BER de 2E-4 especificará 2 bits erróneos de cada 10.000 bits recibidos.
El BER antes de Viterbi especificará la tasa de bits erróneos antes de realizar la corrección de dichos bits.
El BER antes de Viterbi es el más interesante en cuanto a la información que proporciona. Por regla
general se considerará una transmisión QEF (Quasi Error Free: Casi Libre de Errores) a transmisiones con
BER antes de Viterbi de 2E-4.
El bloque de Viterbi permitirá corregir bits erróneos pero no podrá corregir todos los errores dejando
algunos de ellos para el bloque Reed Solomon. Contando los bits corregidos en el bloque de Viterbi y
relacionándolos con los bits recibidos totales proporcionará el BER antes de Reed Solomon (o después
de Viterbi).
La diferencia entre el BER después de Viterbi y el BER antes de Viterbi dará una indicación de la
capacidad de recuperación de los errores de bit en la etapa de decodificación de Viterbi.
A pesar de que el bloque Reed Solomon es capaz de corregir más información habitualmente no es
capaz de corregir todos y cada uno de los bits que erróneos que existen por lo que aún existirán bits
erróneos en la trama de salida. Estos bits erróneos son los que darán el valor final de BER después de
Reed Solomon.
Los valores de C/N requeridos para la correcta recepción dependerán del tipo de canal y de la
modulación utilizada. Los tipos de canales posibles son:
Canal Gausiano: Este canal representa la recepción directa de la señal sin efecto multitrayecto
añadido. Es una situación ideal y como tal los requisitos de C/N serán los más bajos de todos los
canales.
Canal Rice: Representa la recepción de la señal directa y ecos procedentes de la propagación
multitrayecto.
Canal Rayleigh: Representa la recepción de “rebotes” de la señal útil. No hay visibilidad con el
transmisor por lo que no existe señal directa. Los requisitos de C/N en este caso son los
mayores.
En la tabla se presenta las C/Ns requeridas para la recepción atendiendo a la modulación de las
portadoras y al canal de transmisión.
Para la medida con un analizador de espectros hay que tener en cuenta que la señal COFDM se mide
como si fuese ruido y que es necesario tener en cuenta el ancho de banda de la señal DVB-T.
Para la medida del nivel de portadora se mediría en el centro del canal de transmisión dando un valor
C'. Dicho valor ha de ser corregido de acuerdo al ancho de banda del canal de forma que el nivel de
portadora se estima según la fórmula:
La medida del nivel de ruido se haría de forma similar pero teniendo en cuenta que el nivel de ruido hay
que medirlo en zonas muy próximas a la señal y además asumir que éste nivel es similar en toda la
banda de la señal. Si se hiciera esta medida el resultado que daría se le llamaría N' y el valor de ruido
para la relación C/N se calcularía según la fórmula:
En este caso el ancho de banda coincide con el ancho de banda del canal de transmisión, es decir:
De esta manera, la relación C/N se calculará como la diferencia entre ambos niveles medidos:
A pesar de que las medidas basadas en la constelación se tratarán en la Unidad de Trabajo siguiente,
existe una medida en particular que es interesante presentar en este punto ya que da lugar a un valor
numérico muy utilizado en DVB-T y que proporciona una indicación de la desviación de los puntos de la
constelación.
La señal emitida por el transmisor o recibida por el receptor idealmente debería tener todos los puntos
de la constelación en unos puntos determinados. Debido a las imperfecciones de la implementación
estos puntos se desvían de su posición ideal. Esta desviación es medida por el MER.
Habitualmente es un valor proporcionado por los equipos de medida directamente ya que su cálculo en
base a la observación de la constelación podría resultar bastante complejo.
El MER suele medirse en dB y suele ser menor o igual que el valor de la C/N. En algunos equipos de
medida se representa como función del número de portadora ya que esto permitiría ver la situación
global del canal y que portadoras se ven más afectadas por las imperfecciones del mismo.
Además de los parámetros explicados anteriormente existen otros errores producidos en la transmisión
de la señal DVB-T que se producen en el canal de transmisión.
Estos errores son habitualmente detectados gracias a las portadoras piloto distribuidas, que darán una
caracterización de dichos problemas. Entre estos, cabe destacar las distorsiones lineales de amplitud,
fase y retardo de grupo.
4.7 RESUMEN
En esta Unidad has estudiado las medidas más importantes en cuanto a la recepción de señales de
Televisión Digital Terrestre.
Has podido aprender que el BER es la relación de bits erróneos en la señal recibida respecto al número
total de bits recibidos y que puede medirse antes de Viterbi, después de Viterbi o después de Reed
Solomon.
Se ha podido ver gráficamente el significado del MER y algunos errores adicionales en la medida de las
señales DVB-T.
5.1 INTRODUCCIÓN
En la Unidad de Trabajo anterior se han estudiado las principales medidas numéricas que te permitirán
evaluar la calidad de la señal TDT. En esta unidad vas a seguir estudiando otras formas de medir la
calidad de la señal atendiendo a medidas visuales del diagrama de espectro, de la constelación y de la
respuesta impulsiva.
Estas medidas complementan a las medidas estudiadas en la Unidad de Trabajo anterior y el uso de
todas ellas será el que finalmente te permita determinar la calidad óptima de la señal.
Al finalizar la unidad serás capaz de entender e interpretar las medidas realizadas de la observación de
la constelación, el diagrama de espectro y la respuesta impulsiva.
En la figura se observa la constelación para una transmisión DVB-T donde se pueden identificar las
portadoras piloto y TPS. Estas portadoras proporcionan información de las características del canal y por
tanto suponen un punto de comprobación de la calidad de la recepción.
Las siguientes medidas han de ser consideradas atendiendo al diagrama de constelación de una señal
DVB-T:
Ruido
El ruido blanco (AWGN) proporciona una constelación en forma de nebulosa. Es decir, proporciona una
constelación con los puntos de la misma poco definidos. Cuanto mas dispersos se encuentran los puntos
de la constelación mayor será el nivel de ruido detectado en la misma. En las figuras se pueden observar
dos constelaciones una con bajo nivel de ruido y otra con nivel de ruido muy alto.
Jitter de fase
El jitter de fase proporcionará una distorsión estriada en la constelación. Habitualmente está causada
por los osciladores en el modulador y también afecta a todas y cada una de las portadoras de la señal.
En la figura se puede observar una constelación afectada por jitter de fase.
Errores de I/Q
El símbolo COFDM se produce en el mapeador. Las partes real e imaginaria son generadas en dicho
mapeador y se configuran en el dominio de la frecuencia antes de la IFFT. Cada portadora se modula
independientemente en alguno de los esquemas de modulación indicados anteriormente.
Después del bloque IFFT se produce una señal compleja en el dominio del tiempo. Para cada portadora
la parte real (re(t)) y la parte imaginaria (Im(t)) han de tener exactamente la misma amplitud e Im(t)
debe estar desfasada exactamente 90º respecto a Re(t). Todas las Re(t) alimentan la rama I
(componente en fase) del mezclador complejo I/Q y las Im(t) alimentan la rama Q (componente en
cuadratura).
Las ramas Re(t) e Im(t) han de mostrar exactamente la misma relación de niveles mutuamente. No debe
existir ninguna componente DC (continua) superpuesta y el cambiador de fase de 90º ha de
En la figura se observa una señal con desbalanceo de amplitud (Amplitude Imbalance) en el mezclador
I/Q del modulador. El patrón de la constelación se observa distorsionado rectangularmente, comprimido
en una dirección (horizontal o vertical). Este efecto puede producirse por una diferencia de ganancia
entre las ramas I y Q del modulador.
En el caso de error de fase I/Q, lo que se observa es una distorsión romboide en la constelación, como la
presentada en la figura.
Una portadora residual en el mezclador I/Q presentará una constelación desplazada respecto al centro
de la misma. El patrón no presenta distorsiones y es producido por una componente de continua (DC)
después de la etapa de IFFT.
El análisis de espectro es muy útil para las medidas de potencia en DVB-T, especialmente a la salida del
transmisor.
Algunas medidas del espectro se trataron en la Unidad de Trabajo sobre medidas en redes TDT (por
ejemplo la C/N) por lo que solo se entrará en el detalle de algunas medidas no tratadas con
anterioridad. Cabe destacar que existen otras muchas medidas posibles, que escapan al alcance de este
texto, ya que requieren de equipamiento muy avanzado (analizador de espectros con grandes anchos de
banda y multitud de resoluciones en frecuencia diferentes).
Cuando existe un desvanecimiento muy grande, debido a los ecos, aparecen en el espectro valles
pronunciados siendo claramente visibles. En muchos casos se puede simular el desvanecimiento, o
fading, mediante eliminación de portadoras en el modulador de test para ser visualizado en un
analizador de espectros.
Efecto Doppler
En recepción móvil y debido al efecto doppler, ocurre un cambio en la frecuencia en todo el espectro
DVB-T. Por si mismo éste no presenta un gran problema ya que un cambio en unos cuantos hercios
puede manejarse de forma sencilla en la recepción mediante los mecanismos de estimación de canal y
corrección de acuerdo a estimaciones que existen en el receptor. Es únicamente cuando el efecto
doppler y la propagación multitrayecto se unen cuando suponen un problema en la recepción DVB-T.
Los ecos que se mueven hacia el receptor cambiaran el espectro en dirección diferente a los que se
mueven alejándose del mismo y como resultado la relación señal/ruido se verá deteriorada.
La respuesta impulsiva es la transformación de los datos de estimación del canal (obtenidos de las
portadoras distribuidas) al dominio del tiempo mediante una IFFT.
La longitud máxima de la respuesta impulsiva calculable depende de las muestras proporcionadas por el
estimador del canal. La distancia entre dos puntos de interpolación del estimador de canal es 3 veces el
espaciado entre portadoras. Por tanto la longitud máxima calculable de la respuesta impulsiva es una
tercera parte del espaciado entre portadoras (un tercio del periodo de símbolo). En el caso ideal, la
respuesta impulsiva únicamente consiste en un impulso principal en t=0, es decir, solo hay un trayecto
de la señal. Con la medida de la respuesta impulsiva los ecos pueden ser clasificados de acuerdo a su
retardo y atenuación del camino de recepción.
En las figuras se puede observar la situación de un canal ideal, libre de ecos, y la de un canal con ecos
presentes.
De acuerdo a la teoría de COFDM, cualquier eco presente en el canal no afectará a la señal útil cuando
éste se reciba dentro del intervalo de guarda. En la figura del canal con ecos se observa que todos los
ecos caen dentro de dicho intervalo por lo que es previsible que no afecten a la señal útil.
El ancho del intervalo de guarda determinará entonces, tal y como se ha explicado en Unidades de
Trabajo anteriores, la robustez de la transmisión frente al multitrayecto.
5.5 RESUMEN