FIEE – UNMSM RADIODIFUSIÓN.

MODULACIÓN OFDM EN TELEVISON DIGITAL

Tenorio Garamendi, Gerson Martin
gerson.tenorio@unmsm.edu.pe

protección a errores que pueden ser seleccionados y

RESUMEN: El incremento de la demanda de combinados para cumplir con los requerimientos de
servicios interactivos de televisión, incluyendo dichos sistemas. El sistema ISDB-T utiliza MPEG-2 como
programación de alta definición motivó la migración de codificación de video y la codificación avanzada de audio
transmisión analógica a digital. La transmisión digital de MPEG-2 (ACC). También utiliza un flujo de transporte
televisión ha sido un área de continua investigación e MPEG-2 para encapsular los datos. El sistema ISDB-T es
innovación, lo que se evidencia en el desarrollo un sistema basado en modulación OFDM, pero utiliza una
tecnológico plural y la creación de nuevos estándares. Así transmisión de banda segmentada OFDM (BST-OFDM),
mismo en el presente artículo se explican las técnicas de la cual divide el ancho de banda disponible en bloques de
modulación como OFDM que usas los diversos frecuencia llamados segmentos. Cada segmento tiene un
estándares de TDT, explicando sus ventajas, desventajas ancho de banda correspondiente a 1/14 del canal de
y principales características televisión terrestre disponible.

PALABRAS CLAVE: TDT, OFDM. Una característica fundamental de BST-OFDM es la

habilidad de utilizar diferentes modulaciones y parámetros
de codificación en uno o más segmentos OFDM. Esto
1 INTRODUCCIÓN lleva a la idea de transmisiones jerárquicas.

ISB-T utiliza transmisiones jerárquicas, donde los

La transición a la tecnología digital resulta en una parámetros de transmisión incluyen el esquema de
mejor utilización del espectro radioeléctrico, donde más modulación de las portadoras OFDM, la razón de
canales de programación se pueden transmitir dentro del codificación del código interno y la duración intercalada
mismo ancho de banda, lo que significa que parte del del tiempo, la cual puede ser especificada para cada
espectro ocupado por canales analógicos puede ser segmento de datos OFDM. ISDB-T define el máximo de
liberado para nuevos servicios. Sin embargo, esto tres capas o tres grupos de segmentos diferentes
introduce nuevos desafíos técnicos, pero tiene como conocidos como capa A, B y C, para transmitir en el
resultado una mejor calidad de imagen y sonido. Además, mismo canal al mismo tiempo. Los bits de video codificado
como parte de la revolución digital, la televisión digital normalmente tienen diferente sensitividad de error, ya que
puede combinarse con otros sistemas de son resultado de diferentes efectos. Por lo tanto, los bits
telecomunicaciones, redes de computadoras y medios más sensitivos son normalmente codificados por códigos
digitales, permitiendo servicios interactivos de multimedia FEC más fuertes y pueden ser mapeados a esquemas de
y dando oportunidad a nuevos negocios. modulación con menos errores.

El ISDB-TB (Integrated Services Digital Cada segmento de datos tiene su propia protección
Broadcasting - Terrestrial) utiliza el concepto del OFDM, de error y tipo de modulación (QPSK, DQPSK, 16-QAM o
de multiplexación en frecuencia con múltiples portadoras 64-QAM). Cada segmento posee sus propios
ortogonal. Se llama BST-OFDM porque utiliza también la requerimientos de sistema. Un número de segmentos
transmisión segmentada por bandas (jerarquías). La pueden ser combinados para proveer servicios de banda
transmisión segmentada por bandas (BST) permite al ancha.
sistema proveer tres tipos de servicios: recepción fija,
móvil y portátil. El estándar brasileño utiliza el CODFM, Es posible permitir la recepción de una sola capa,
con un códec Reed Solomon. esto se le conoce como recepción parcial y está
especificado para permitir recepción móvil para
2 MODULACIÓN EN ESTÁNDARES demodular la señal o para permitir la detección de los bits
más importantes del video, sin importar que los bits
menos importantes estén corruptos. Trece segmentos en
Se hace una rápida revisión tecnológica de los
el espectro OFDM están activos dentro de un canal de
estándares para TDT, tales como las distintas
televisión terrestre. El ancho de banda utilizable es el
modulaciones.
ancho de banda del canal multiplicado por 13/14; por lo
que un canal de 6 MHz tiene 5.57 MHz, un canal de 7 MHz
2.1 ISDB - T tiene 6.50 MHz y un canal de 8 MHz tiene 7.43 MHz.

Este estándar fue diseñado para proveer audio,

video y servicios multimedia. Para integrar diferentes
requerimientos de servicios, el sistema de transmisión
ofrece una selección de esquemas de modulación y

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.

Este sistema da flexibilidad a los servicios que se

2.2 ATSC ofrecen al soportar la combinación de Redes de
Frecuencia Única (SFN) y Redes de Frecuencias
Este tiene un rendimiento de datos de 19.4 Mbit/s en Múltiples (MFN). Los diferentes modos y parámetros
un canal de televisión por cable. Se tienen dos modelos pueden ser escogidos en base al tipo de servicio y el
de operación: el modo 8-VSB (modulación de banda entorno de la red. La tasa de transmisión de bits se
vestigial de nivel 8) de difusión terrestre que es más encuentra entre 4.8 Mbit/s hasta 32.5 Mbit/s.
inmune a interferencias con el sistema NTSC de televisión
analógica y el modo 16-VSB de mayor cantidad de datos Tabla 1 – Resumen tecnológico de estándares
desarrollado para distribución en canales por cable. El
Principales
estándar ATSC utiliza video en formato MPEG y el Estándar País características
estándar ATSC AC-3, compresión digital de audio, para
la codificación del audio. Se adapta a canales de
tipo Gaussiano, Rice y
Rayleigh. El sistema es
2.3 DVB - T DVB - T
robusto a interferencia de
Difusión de
Europa señales con retrasos, a
Se adapta a canales de tipo Gaussiano, Rice y Video Digital
ecos resultantes de
Rayleigh. El sistema es robusto a interferencia de señales Terrestre
reflexiones causadas por
con retrasos, a ecos resultantes de reflexiones causadas el terreno o edificios. Más
por el terreno o edificios. Más utilizado a nivel mundial utilizado a nivel mundial
El sistema ATSC es
El sistema utiliza un gran número de portadoras por eficiente y capaz de
canal modulado junto a un proceso FFT (transformada operar bajo varias
rápida de Fourier), un método utilizado en OFDM. Se condiciones, como por
tienen dos modos de operación: 2 k y 8 k, y se pueden ATSC
ejemplo se diseñó para
elegir entre diferentes niveles de modulación QAM o Comité de
resistir varios tipos de
QPSK, y diferente razón de codificación interna. Además, Sistemas de USA
interferencia: sistemas
el intervalo de guarda permite al sistema soportar Televisión
existentes de televisión
diferentes configuraciones de red, con una gran área Avanzada
analógica NTSC, ruido
geográfica utilizando una frecuencia única para blanco, ruido de fase y
operación. reflexiones continuas por
multi-trayectorias.
El modo 2 k se usa en operaciones con un solo
Sistema basado en
transmisor y en redes pequeñas de frecuencia única con modulación OFDM, pero
una distancia limitada entre los transmisores. El modo 8 k utiliza una transmisión de
se puede utilizar para redes de un solo transmisor y para banda segmentada
redes pequeñas y grandes que usen frecuencia única. El ISDB – T OFDM (BST-OFDM), la
sistema utiliza audio y video en formato MPEG- 2. Radiodifusión cual divide el ancho de
Digital de banda disponible en
Japón
Servicios bloques de frecuencia
La segunda generación de este estándar es llamado Integrados llamados segmentos.
Difusión de Video Digital - Terrestre de segunda terrestre Cada segmento tiene un
generación (DVB-T2), el cual fue publicado en el 2008. ancho de banda
Los cambios más significativos con respecto a la primera correspondiente a 1/14 del
generación son: mejora de la eficiencia (tiene un 97 %
canal de televisión
más de capacidad), cambio al formato MPEG-4 AVC, terrestre disponible.
llamado también H.264; permite modulación en 256QAM
Este estándar utiliza
y tiene más opciones para el intervalo de guarda.
tecnologías que mejoran
su rendimiento, código
2.4 DTMB pseudo-aleatorio de ruido
(PN-Pseudo-
Este estándar utiliza tecnologías que mejoran su DTMB randomNoise).
rendimiento, como por ejemplo: un código pseudo- Difusión de Codificación LDPC (Low-
China
aleatorio de ruido (PN-Pseudo-randomNoise) como Multimedia Density Parity- Check)
intervalo de guarda que permite una sincronización más Digital Terrestre como protección contra
rápida del sistema y una estimación de canal más precisa; errores; modulación TDS-
codificación LDPC (Low-Density Parity- Check) como OFDM (Time Domain
protección contra errores; modulación TDS-OFDM (Time Synchronization -
Domain Synchronization - Orthogonal Frequency Division Orthogonal Frequency
Multiplexing) que permite la combinación de radiodifusión Division Multiplexing).
en SD, HD y servicios multimedia, etc.

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3 ISDB – T El ISDB-TB (Integrated Services Digital

Broadcasting - Terrestrial) utiliza el concepto del OFDM,
de multiplexación en frecuencia con múltiples portadoras
Integrated Services Digital Broadcasting Terrestrial ortogonal. Se llama BST-OFDM porque utiliza también la
es el sistema de televisión digital usado en Japón, siendo transmisión segmentada por bandas (jerarquías). La
éste el único país que lo ha adoptado, debido también a transmisión segmentada por bandas (BST) permite al
que fue desarrollado para las necesidades específicas de sistema proveer tres tipos de servicios: recepción fija,
ese territorio. Ha evolucionado del DVB- T, por lo que usa móvil y portátil. El estándar brasileño utiliza el CODFM,
casi los mismos bloques que se presentan en ese con un códec Reed Solomon.
estándar pero es más versátil e incluye algunas mejoras
como: En el diagrama de bloques de la figura 1, el
procesamiento jerárquico es responsable de preparar
• Transmisión de datos. los 3 niveles. Un solo canal de televisión puede ser
• Recepción muy estable en celulares, utilizado simultáneamente para servicio de recepción fija,
computadoras y demás equipos inalámbricos. recepción móvil y recepción portátil. Cada capa jerárquica
• Búsqueda de programación y recuperación de debe formarse obligatoriamente por uno o más
información en cualquier momento. segmentos OFDM. La modulación puede ser DQPSK,
• Acceso a Internet. QPSK, 16QAM y 64QAM. Veremos con más detalle a
• Intercalación en el tiempo para ahorrar energía. continuación.
ISDB-T permite transmisión jerárquica, que hace
posible que diferentes receptores reciban la señal, la
procesen y generen imagen y sonido de acuerdo a sus
características. Estos receptores son de banda ancha y
banda angosta. Esta característica habilita a los
receptores de banda estrecha recibir apenas una parte de
la señal. Para que esto sea posible se divide el espectro
en segmentos donde cada uno tiene un número de
portadoras de datos y control dependiendo del modo que
se escoja. Esta agrupación de portadoras se denomina
OFDM de banda segmentada ó Band Segmented Figura 1. Bloques para CODFM.
Transmission (BST-OFDM), que divide el espectro en 13
segmentos iguales donde se pueden enviar un programa 3.1 Interleaving
HDTV o tres programas SDTV, y en el cual un segmento
está reservado para transmisión móvil. [5]
El interleaving (entrelazado) es una técnica para
mejorar la calidad de transmisiones en medios sujetos a

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.

ruido impulsivo. Desafortunadamente, agrega retraso y modulación de portadora, la tasa de código interno y la
complejidad a los sistemas. En el entrelazado en longitud del tiempo de interleaving se pueden especificar
frecuencia, portadoras en frecuencias diferentes cargan para cada nivel jerárquico.
la señal. En el entrelazamiento temporal los símbolos se
transmiten con redundancia o barajadas. Como la El espaciamiento de frecuencia debe
información no es serializada, una ráfaga de ruido dañará obligatoriamente ser de aproximadamente 4 kHz, 2 kHz o
una parte de algunas palabras, permitiendo al corredor 1 kHz, respectivamente para los modos 1, 2 y 3. El
recuperar el error, lo que no sería posible si una palabra número de portadoras varía dependiendo del modo, pero
entera se dañó. la tasa útil de cada modo debe ser obligatoriamente ser
exactamente la misma en todos los modos. La frecuencia
de muestreo del IFFT es siempre la misma,
Para asegurar que el receptor configure
independientemente del modo de operación, provocando
correctamente la demodulación y la decodificación en la
transmisión jerárquica, en la que se utilizan múltiples diferentes tiempos de símbolo OFDM. Estos diferentes
tiempos de símbolo permiten ajustar la señal transmitida
conjuntos de parámetros de transmisión, una señal
a las condiciones de varias rutas, efecto Doppler y redes
TMCC (Transmission and Multiplexing Configuration
de frecuencia única.
Control) debe enviarse obligatoriamente mediante una
portadora específica.
4 DVB – T
Cada canal tiene una anchura de 6MHz. En el ISDB-
TB ese ancho se divide en 14 partes, siendo 13 partes Digital Video Broadcasting (DVB) es el estándar de
usadas para transmisión y una usada como banda de televisión digital más popular en el mundo, en especial en
guardia entre los canales. Luego cada parte tiene Europa donde casi todos los países de ese continente lo
428.57KHz, y se llama segmento OFDM. Cada tipo de han escogido.
servicio (fijo, móvil o portátil) puede estar compuesto de
uno o más segmentos OFDM. Las características antes Como DVB-T está destinado a reemplazar la
mencionadas se muestran en la figura 2 y 3. televisión analógica usa los mismos anchos de banda que
ésta (6, 7 y 8 MHz). En este caso el estándar MPEG
define básicamente los decodificadores, permitiendo
diversidad de codificadores.

DVB-T utiliza la modulación OFDM, implementa

redes de frecuencia única, que permiten emitir un grupo
de 4 programas a todo un territorio utilizando la misma
frecuencia.

Este estándar utiliza Codec OFDM (COFDM) que es

la modulación OFDM más un codificador convolucional y
un intercalador como podemos observar en la figura 4. [3]

Figura 2. Canal ISDB-TB.

Figura 4. Diagrama de bloques de sistema DVB-T.

En el caso de DVB-T la cantidad de portadoras

deberá ser como mínimo 2048 (1705 portadoras útiles) en
el modo 2k y 8192 (6817 portadoras útiles) en el modelo
8k. Por motivo de nuestra investigación usaremos el
modo 2k ya que es adecuado para la cantidad de
información que queremos enviar que son 1512 símbolos
por bloque. [4]
Figura 3. Canal ISDB-TB.
A continuación se muestra una tabla con los
Para ofrecer el servicio móvil, por ejemplo, sólo se parámetros establecidos para dicho modo.
utilizará la capa A. Los parámetros como esquema de

4
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.

Tabla 4. Modelos de canal HIPERLAN/2

Tabla 3. Parámetros de DVB-T en modo 2k

La respuesta impulsional en banda base del canal

es:

Donde τ y γi son el retardo y la variación de la

amplitud compleja en los tiempos de la ruta i. Lpath es el
5 Estándar Perú número de rutas totales y δ(t) es la función de Dirac.

El Estado deberá decidir de qué manera cobrará las El perfil de la potencia media de cada ruta decrece
licencias correspondientes al uso del espectro, exponencialmente en el tiempo. Las rutas tienen un
recordemos que ya no será uno sino hasta cuatro comportamiento estadístico Rayleigh, excepto la primera
programas que se podrán transmitir al mismo tiempo. ruta que presenta un factor Ricean de 10 db (canal D).
También se considera el efecto doppler correspondiente
Además, los canales se tendrán que conformar con a un terminal móvil a una velocidad maxima de 3m/s. [12]
el estándar que el Estado escoja ya que debe ser Los siguientes son los valores finales usados en
unificado para el país. También deberán acatar las nuestra simulación que corresponden al canal B:
políticas regulatorias que se especifiquen para el nuevo
uso del espectro. Se deberán cumplir plazos para la Tabla 5. Modelo B
transición a la TV digital, plazo en el cual las emisoras el
esquema actual deberá coexistir con el analógico hasta
que se produzca el apagón analógico. [6]

Para el Perú conviene el uso del estándar ISDB –T.

el cual ya fue implementado y es el estándar vigente en
el territorio nacional.

6 Simulación

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6.1 Diseño de canal

Se han definido dos entornos en concreto, los
entornos domesticos y los entornos de negocios
(aeropuertos, universidades, hospitales). La BRAN
(Broadband Radio Acces Network) define 5 modelos de
6.2 Simulación de la técnica SOFDM
canal para utilizar en las simulaciones definidas en la
tabla 2 en función de los respectivos entornos: Matlab cuenta con un demo del estándar DVB-T
usando la técnica de modulación OFDM sobre el cual
trabajamos para realizar la simulación de la modulación
SOFDM.

5
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.

En la figura 5 se pueden diferenciar el transmisor y

el receptor SOFDM, los cuales explicamos en detalle en
las secciones 4.2.1 y 4.2.2. Nótese que aumentamos un
canal multiruta para asemejar lo más posible a la realidad
el camino que deberá cruzar la señal, y al canal de ruido
Gaussiano le configuramos una varianza de 4e- 6 dando
un SNR de 25.4dB.

Figura 6: Transmisor SOFDM

6.4 Receptor SOFDM

En el receptor se usan los datos del canal obtenido
de la fuente F, como se muestra en la figura 7. Estos datos
forman una matriz diagonal que se multiplica con la matriz
de Hadamard mh que viene de la misma fuente que en la
figura 6. La matriz resultante se multiplica con los datos
que vienen de la transformada de Fourier.

Figura 5: Simulación DVB-T usando modulación

SOFDM

6.3 Transmisor SOFDM

En la figura 6 podemos apreciar una fuente llamada
mh que no es otra cosa que la matriz de Hadamard, que
va multiplicada con los datos a transmitirse, antes de
pasar por la transformada de Fourier inversa.

El archivo mh.mat contiene lo siguiente:

Figura 7: Receptor SOFDM
mh = Hadamard(2048)

Debido a que deseamos obtener una matriz cuyo

tamaño sea igual al número de portadoras que vamos a
utilizar, es decir 2048.

6
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.

casi nula, al configurar la SNR en valores superiores al 13

7 Resultados el lector de la BER presenta un valor de cero, como se
puede apreciar en la figura 10. Por lo que podemos
Como muestra la figura 9, el espectro se ubica en concluir que se genera una mejora significativa en
alrededor de los 7MHz, que es el ancho de banda comparación a su predecesora OFDM.
aproximado de un canal analógico. Y en la figura 10 se
puede observar la constelación generada. 8 Conclusiones

A lo largo de la elaboración de este trabajo se ha

llegado a las siguientes conclusiones:

Cada sistema tiene sus propias ventajas y

desventajas. El estándar ATSC es más robusto en un
canal Gaussiano y tiene mejor uso en la eficiencia del
espectro. Por lo tanto, ATSC puede ser más ventajoso en
la implementación de redes de frecuencias múltiples para
televisión en alta definición.

El sistema DVB-T tiene ventajas de rendimiento en

Figura 8: Espectro de la señal transmitida cuanto a distorsiones creadas por retrasos por
multitrayectorias. Este sistema puede ser más ventajoso
en la implementación de servicios que requieran redes de
frecuencia única a gran escala.

El sistema ISDB-T tiene ventajas en rendimiento

parecidas al sistema DVB-T. Este estándar fue diseñado
para operar en redes de frecuencia única a gran escala y,
en ambiente para recepción móvil.

El estándar DMTB fue el último en salir al mercado

y fue diseñado para recepción fija y móvil. También tiene
la ventaja de que funciona para redes de frecuencia única
como para redes de frecuencia múltiple.

La elección de un estándar a implementar es de gran

importancia, ya que no existe compatibilidad entre los
Figura 9: Constelación QAM 64 resultante después cuatros estándares existentes. Uno de los grandes retos
de la ecualización y la decodificación de la matriz de de la televisión digital es la compatibilidad entre
hadamard estándares, lo que permitiría la adaptación de avances
tecnológicos de televisión digital de una manera más
Luego del análisis correspondiente se recogió rápida.
información para realizar el siguiente gráfico de la BER.
La técnica de modulación SOFDM es teóricamente
superior a su predecesora OFDM en cuanto a calidad de
señal y emisión de potencia.

El Ministro de Transportes y Comunicaciones,

Enrique Cornejo, anunció la adopción del sistema de
televisión digital terrestre (TDT) japonés ISDB-T para
nuestro país, con esto nos sumamos a los países de la
región como Brasil, México, Uruguay y Colombia, que ya
decidieron por un estándar.

EL modelo a seguir debería ser el de

multiprogramación, con la compra de un decodificador
digital para disfrutar de ambas tecnologías, la digital y la
analógica, y al menos costo para el usuario.

Figura 10: BER vs SNR del estándar DVB-T Después de haber realizado las comparaciones
usando ambas modulaciones respectivas, se ha escogido el esquema que para
nosotros debería converger hacia la televisión digital, el
El sistema SOFDM demostró ser más eficiente en cual es SOFDM debido a que presenta una menor tasa
los ambientes multiruta, al tener una tasa de error de bit de error de bit y menor PAPR. Siempre y cuando se

7
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cuente con los recursos suficientes para ello, ya que

estaríamos hablando de tener nuestro propio estándar.

9 REFERENCIAS

[1] “Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM):

Tutorial and análisis”; Erich Cosby, Northern Virginia Center,
Virginia Tech, diciembre 2001
[2] “Modulation and Channel Effects in Digital Communication”,
Sara Sandberg, Suecia, 2005, pág. 20.
[3] “Cobertura de un sistema de televisión digital terrenal”;
Juan Félix Beteta Cejudo, febrero 2000
[4] Smart Antenna Research Laboratory, OFDM Simulation
Using Matlab”; Guillermo Acosta, Estados Unidos, agosto
2000.
[5] “Standard I ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting
Terrestrial)”; Osvaldo Kawakita, NEC Argentina SA, octubre
2006.
[6] “Desafíos regulatorios para la adopción de la norma de la
televisión digital terrestre TDT”; Fernando Acuña, mayo
2006.
[7] “Televisao digital terrestre: sistemas, padroes e modelos”;
Almir Antonio Rosa, Sao Paulo, 2005
[8] “TV digital , potencialidades e disputas”; Valério Cruz Brittos,
César Ricardo Siqueira Bolaño, Brasil, 2004
[9] “Convergencia de Redes. Rol de la TV Digital”; José Manuel
Martín Ríos, Ciudad de Guatemala, septiembre del 2006
[10] “DVB-T Ventajas Tecnológicas para un éxito mundial”;
Empresas Europeas en Argentina, agosto 2006
[11] “Adoptar o no DVB, ¿he ahí el dilema!”; pc-news, octubre
2006
[12] “Equalitzador de canal per a modulacions ofdm segons
l’estándar hiperlan/2”, Moises Serra, David Novo, Pere Marti,
Francia, 2003