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Transmissão de TV Digital. Laboratório de RF Modulador Estrutura Padrão ISDB Transmissão de TV Digital Modulações Digitais Sistema TV Cultura.

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1 Transmissão de TV Digital

2 Laboratório de RF Modulador Estrutura Padrão ISDB Transmissão de TV Digital Modulações Digitais Sistema TV Cultura

3 Laboratório de RF Modulações Digitais

4 Uma portadora modulada de forma digital poderá ser alterada nos seguintes parâmetros: Amplitude Freqüência Fase Amplitude e Fase Laboratório de RF Modulações Digitais

5 Amplitude - ASK – Amplitude Shift Key Freqüência - FSK - Frequency Shift Key Fase - PSK - Phase Shift Key Amplitude / Fase - QAM - Quadrature Amplitude Modulation Laboratório de RF Modulações Digitais

6 A modulação ASK está baseada na variação de amplitude do sinal de portadora em função do símbolo de entrada. Se trabalhamos com um bit por símbolo, teremos duas amplitudes, sendo uma representando o nível lógico 0 e outra o nível lógico 1. Laboratório de RF Modulação ASK

7 Laboratório de RF Modulação ASK

8 A modulação FSK é bastante próxima da modulação FM, no entanto a alteração de freqüência ocorre de forma mais abrupta. Para cada símbolo teremos um valor de freqüência diferente. Laboratório de RF Modulação FSK

9 Laboratório de RF Modulação FSK

10 A modulação PSK é baseada na alteração de fase da portadora em função do símbolo aplicado a entrada da estrutura. Para cada símbolo teremos um valor de fase diferente Laboratório de RF Modulação PSK

11 Laboratório de RF Modulação PSK

12 Laboratório de RF Diagrama de Constelação Fase 0° Fase 180° Modulação PSK 01

13 Neste tipo de modulação estaremos modulando a portadora com 4 símbolos diferentes o que fará com que a fase da portadora cada instante esteja em um quadrante diferente Símbolo 1 00 Símbolo 2 01 Símbolo 3 11 Símbolo 4 10 Laboratório de RF Modulação QPSK

14 Diagrama de Constelação Laboratório de RF Modulação QPSK 45° 135° 225° 315°

15 A modulação QAM trabalha com variações de fase acompanhadas de variações de amplitude. Laboratório de RF Modulação QAM

16 Laboratório de RF Modulação 16 QAM

17 Laboratório de RF Modulação 64 QAM

18 Os pontos, que em um sistema com baixo ruído devem acumular mais no centro das fronteiras de decisão, quando perturbado por um ruído aleatório eles passam a espalhar, sendo que, em alguns casos pode-se ter, inclusive pontos que geram erros. Laboratório de RF Modulação 64 QAM

19 Laboratório de RF Modulação 64 QAM

20 Laboratório de RF Modulação OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplex

21 O sinal OFDM é a soma de várias sub-portadoras ortogonais entre si Divide uma única transmissão em múltiplos sinais Cada sub-portadora é modulada individualmente e independentemente QPSK ou QAM Cada uma das milhares portadoras carrega um pedaço da informação Modulação OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplex Laboratório de RF

22 Modulação OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplex Em um sistema OFDM, as portadoras são arranjadas de tal forma que as bandas laterais de cada sub-portadora não sobreponham a sub-portadora adjacente. Assim o espectro possui um nulo no centro da frequencia de cada uma das sub-portadoras.

23 Laboratório de RF Modulação OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplex Em um sistema OFDM, as portadoras são arranjadas de tal forma que as bandas laterais de cada sub-portadora não sobreponham a sub-portadora adjacente. Assim o espectro possui um nulo no centro da freqüência de cada uma das sub-portadoras.

24 Transmissão com portadora única Toda informação em uma portadora Transmissão OFDM A informação está espalhada em várias portadoras Modulação OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplex Laboratório de RF

25 O principio desta modulação consiste em repartir aleatoriamente os símbolos sobre um numero elevado de diferentes portadoras moduladas. O COFDM reparte o canal em células conforme o eixo dos tempos e das frequências. Modulação OFDM

26 Laboratório de RF A cada célula de frequência/tempo é atribuída uma portadora dedicada. Iremos repartir a informação a transmitir por uma mistura de portadoras. Um símbolo COFDM corresponde a mistura da informação contida em várias portadoras num instante t. Cada portadora é ortogonal as precedentes. Modulação OFDM

27 Laboratório de RF Para reduzir o efeito dos ecos, entre cada símbolo transmitido, é inserida a chamada zona de guarda. A duração útil de cada símbolo será escolhida de forma a evitar os ecos. Esta precauções vai limitar a interferência inter simbólica. Modulação OFDM

28 Laboratório de RF Existem também portadoras piloto de sincronização (de amplitude superior aos dados a úteis) são inseridas para facilitar o trabalho do receptor. Modulação OFDM

29 Laboratório de RF O padrão ISDB possui três modos de multiportadoras: O modo 2K (1405 portadoras por canal) O modo 4K (2809 portadoras por canal) O modo 8K (5617 portadoras por canal) Modulação OFDM

30 TUTU Laboratório de RF Ts Modulação OFDM

31 Laboratório de RF Intervalo de Guarda: Na prática, para manter a ortogonalidade entre as portadoras, a banda de guarda é preenchida com uma cópia da parte final do símbolo OFDM Tu t Ts Modulação OFDM

32 Laboratório de RF SISTEMA ISDB-T "Integrated Services Digital Broadcasting Terrestrial" Serviço Integrado de Transmissão Digital Terrestre

33 A banda de transmissão consiste de 13 segmentos OFDMs Transmissão Hierárquica. Cada Layer consiste de um ou mais segmentos OFDMs. Pode funcionar com até 3 Layers. Recepção parcial. O segmento para recepção parcial é considerado um layer hierárquico. Modos: 3 modos com espaçamento entre portadoras de aproximadamente 4kHz, 2kHz e 1kHz nos modos 1, 2 e 3 respectivamente. Laboratório de RF SISTEMA ISDB-T b

34 Laboratório de RF SISTEMA ISDB-T b Largura de faixa de cada seguimento: Seg = 6 MHz / 14 Seg = 428,57 KHz Largura de faixa do canal: Canal BW = 428,57 x 13 Canal BW = 5.571,41MHz

35 Laboratório de RF SISTEMA ISDB-T b 13 SEGMENTOS LARGURA DE FAIXA DE 6MHz HDTV / SDTV

36 Laboratório de RF SISTEMA ISDB-T b Transmissão Hierárquica

37 Diferentes Layers (3) = Diferentes Coberturas Diferentes modelos de recepção Indoor Fixa Indoor Portátil – Pior caso Outdoor Portátil Escolher a potência Correta Não saturar perto da torre Minimizar áreas de sombra Não extrapolar o contorno protegido Laboratório de RF SISTEMA ISDB-T b QPSK 64QAM 16QAM

38 Laboratório de RF SISTEMA ISDB-T b

39 Laboratório de RF A TRANSMISSÃO ISDB-T b

40 A Transmissão da TV Digital Em TV Digital, muitas vezes o aumento de potência não representa a solução do problema. Em vários casos, não adianta aumentar a potência, visto que o Sinal está chegando ao local, mas sem qualidade. Se aumentarmos muito o nível de sinal (potência) poderemos ter casos em que invadiremos o espaço de outras emissoras, sem resolver o problema, podendo até saturar receptores nas proximidades do transmissor. Agora, além de aumentar a potência, temos que cuidar também da qualidade do sinal. Laboratório de RF SISTEMA ISDB-T b

41 Laboratório de RF SISTEMA ISDB-T b Analógico Digital Margem Qualidade do sinal Condição de recepção BoaRuim Alta Baixa Sinal se degrada drasticamente com uma pequena mudança na condição

42 Laboratório de RF SISTEMA ISDB-T b Digital Margem Qualidade do sinal Condição de recepção BoaRuim Alta Baixa Sinal se degrada drasticamente com uma pequena mudança na condição MER (dB) Raio de cobertura do sinal

43 45 dB C/N 35 dB C/N 25 dB C/N 20 dB C/N Laboratório de RF SISTEMA ISDB-T b Efeitos do Ruído em um Sistema Analógico (Queda Gradual da C/N)

44 34 dB MER 23 dB MER 22.5 dB MER 22 dB MER Laboratório de RF SISTEMA ISDB-T b Efeitos do Ruído em um Sistema Digital (Queda Gradativa da MER)

45 SFN (Single Frequence Network) Rede de transmissores de pequena potência, operando no mesmo canal, transmitindo o mesmo conteúdo O relógio dos transmissores é sincronizado através de um satélite (mesma base de tempo). O COFDM é capaz de lidar com os ecos usando o recurso do intervalo de guarda e, portanto, permite a recepção de sinais de uma rede SFN. Laboratório de RF SISTEMA ISDB-T b

46 Menor potência localizada Serviço mais confiável, no caso de recepção móvel Permite a adoção de uma freqüência única, com abrangência nacional, para cada rede de emissoras Recepção móvel contínua de uma determinada programação, sem a necessidade de alterar a sintonia do receptor ao longo do itinerário Laboratório de RF SISTEMA ISDB-T b SFN (Single Frequence Network)

47 Topologias de Rede Laboratório de RF SISTEMA ISDB-T b

48 Laboratório de RF SISTEMA ISDB-T b

49 Laboratório de RF SISTEMA ISDB-T b

50 Laboratório de RF SISTEMA ISDB-T b

51 Local com ausência de qualidade do sinal Laboratório de RF SISTEMA ISDB-T b Gap Filler

52 Se apenas aumentarmos a potência não resolveremos o problema da qualidade de sinal, tendo ainda o inconveniente de invadir o espaço de outras emissoras ultrapassando o contorno protegido. Laboratório de RF SISTEMA ISDB-T b Antena TX 1 Área 2 Área 1 Gap Filler

53 Com os Gap Fillers, pequenos transmissores no mesmo canal, e antenas diretivas, conseguimos resolver os problemas de qualidade sem afetar o contorno protegido. Laboratório de RF SISTEMA ISDB-T b Área 2 G 1 G 4 G 3 G 2 Gap Filler Antena TX 1 Área 1

54 MUX BTS ENCODER HD TS ENCODER SD ENCODER LD TS Laboratório de RF Modulador FI Transmissor APLICAÇÕES SISTEMA ISDB-T b

55 TS 1 TS 2 TS 3 BTS EPG MUX ISDB-T B Gerador de Carrossel TS Laboratório de RF MULTIPLEXADOR

56 Uma das principais características da TV Digital será a Multiprogramação, ou seja, uma mesma emissora oferecendo ao mesmo tempo, mais de uma opção de programação para seu usuário. Para isto será necessária a acomodação dos vários sinais diferentes para serem transmitidos juntos. O grande responsável por isto na TV Digital é o Mux. Na sua entrada são conectados os TS – Transport Streams dos diversos sinais de áudio e vídeo, assim como os dados de EPG, interatividade, controle e middleware. Laboratório de RF MULTIPLEXADOR

57 O Modulador é responsável pela conversão do sinal vindo do MUX para entregar ao transmissor. Este equipamento recebe do MUX além do sinal BTS também as informações de modulação, tipo de correção de erros, interleaving,e entrega em sua saída a FI. Laboratório de RF MODULADOR

58 Laboratório de RF Dispersão de energia Codificação externa Entrelaçador Codificação Interna ModuladorTransmissor Dados Diagrama em Blocos

59 Laboratório de RF Dispersão de energia Codificação externa Entrelaçador Codificação Interna Modulador Transmissor Dados Dispersão de energia

60 Laboratório de RF Codificação externa ( Reed Solomon) Sua função principal é permitir ao receptor detectar e corrigir erros que apareçam no sinal digital demodulado e regenerado. Ele é um Forward Error Corretion Code ( FEC ) pertencente a familia dos Bloc Codes. Para cada 188 Bytes ele acrescenta 16 Bytes de redundância Devido a presença dos Bytes de paridade, este Bloco aumenta em aproximadamente, vezes ( 204/188) a taxa de bits do sinal de entrada. 1 Byte Sinc Dados 187 Bytes Paridade 16 Bytes 1 Byte Sinc Dados 187 Bytes 204 Bytes

61 Laboratório de RF Dispersão de energia Codificação externa Entrelaçador Codificação Interna Modulador Transmissor Dados Codificação externa

62 Sua função é tornar o feixe de entrada ( pacotes MPEG-2) Aleatório, espalhando os dados para evitar a concentração de energia no espectro, eliminando seqüências repetidas de zeros e uns. O Aleatorizador produz um espectro semelhante ao Ruído Branco e é constituído basicamente por um gerador de Pseudo Random Bynary Sequency ( PBRS ), somado ao sinal útil de dados. Laboratório de RF Dispersão de energia

63 Dispersor de energia / Randomizador / aleatorizador de dados Sinal modulado tem sempre a mesma aparência independente da informação de entrada Diminui a probabilidade de sequencias de 0 e 1 Faz o sinal se parecer com o ruído branco Laboratório de RF Dispersão de energia

64 Laboratório de RF Dispersão de energia Codificação externa Entrelaçador Codificação Interna Modulador Transmissor Dados Entrelaçador

65 Laboratório de RF Sua função é espalhar os pacotes provenientes do Reed Solomon e do aleatorizador ( dispersor de energia) para aumentar sua efeciência perante erros de bloco. É uma das tecnologias mais importantes nos sistemas de transmissão Os sistemas de correção de erro são mais efetivos quando a natureza do ruído é aleatória (randômica) O objetivo do interleaver é embaralhar o erro em rajada que ocorre no caminho do sinal Entrelaçador Codificação Externa Byte Interleave Codificação Interna Bit Interleave Mapping Frequency Interleave Time Interleave

66 Erro em rajada o FEC não funciona bem X X Erro aleatório o FEC funciona bem X X X X Laboratório de RF Byte Interleave

67 Antes da transmissão do Interleave Depois da transmissão com Interleave Laboratório de RF X X Ruido Impulsivo X X Recepção antes do De-Interleave Recepção depois do De-Interleave XXXX Byte Interleave

68 Multi-percursos causam uma região de menor potência onde a onda do multi- percurso tem fase contrária à da onda principal Laboratório de RF Frequency Interleave

69 Laboratório de RF Dispersão de energia Codificação externa Entrelaçador Codificação Interna Modulador Transmissor Dados Codificação interna

70 Laboratório de RF Formado por um codificador convolucional FEC ( Forward Error Corretion Code ). Tem a função de acrescentar bits para aumentar a capacidade de correção ( adiciona redundancia). Ele é constituído por um código de taxa-mãe ½, ou seja, para cada Bit de entrada saem dois na saida. O codificador Interno trabalha com code rate de : 1/2 2/3 3/4 5/6 7/8 Codificação interna

71 Laboratório de RF Dispersão de energia Codificação externa Entrelaçador Codificação Interna Modulador Transmissor Dados Modulador

72 Laboratório de RF Modulador ISDB-T B

73 Laboratório de RF Modulador ISDB-T B

74 Laboratório de RF O sistema ISDB possui 3 métodos de portadoras: Modo 1 (2K) 1405 portadoras Modo 2 (4K) 2809 portadoras Modo 3 (8K) 5617 portadoras Obtidas por DSP ( Digital Signal Processing ) pelo uso de uma IFFT ( Inverse Fast Fourier Transform) O sistema ISDB pode ser programado para modulações: QPSK 2 Feixes Digitais 16 QAM 4 Feixes Digitais 64 QAM 6 Feixes Digitais Modulador

75 Laboratório de RF No Mapeador, os Feixes Digitais ( 2, 4 ou 6, conforme a modulação escolhida) são destinados consecutivamente às portadoras: Modo 1 (2K) 1405 portadoras Modo 2 (4K) 2809 portadoras Modo 3 (8K) 5617 portadoras Modulador

76 Laboratório de RF Ts é composto de duas partes: TU Duração de tempo das portadoras Duração do Intervalo de Guarda Um símbolo OFDM com 13 seguimentos ocupa uma banda de 5,571 MHz Modulador A transmissão do sinal é organizada em quadros ( Frame). Cada quadro possui duração Tf com 204 símbolos OFDM. Cada símbolo OFDM com 13 seguimentos de banda é constituído por um numero K de portadoras conforme o modo escolhido, que são transmitidas com duração Ts

77 Laboratório de RF Modulador Modo 8K 5617 portadoras IG 1 / µs Tu 1008 µs Ts Ts = = 1260 µs Frame = 1260 µs x 204 = 257,04 ms

78 Laboratório de RF Modulador 5617 Portadoras Tu Ts 204 símbolos OFDM 257,04 ms 1260 µs 1008 µs 252 µs 13 Seguimentos

79 Laboratório de RF Modulador ISDB-T B

80 Layer A Layer B Layer C Layer A Layer B Layer C Laboratório de RF

81 Modulador ISDB-T B Layer A Layer B Layer C Layer A Layer B Layer C Laboratório de RF DQPSK, QPSK 16 QAM 64 QAM

82 Modulador ISDB-T B Layer A Layer B Layer C Layer A Layer B Layer C Laboratório de RF DQPSK, QPSK 16 QAM 64 QAM BPSK

83 Modulador ISDB-T B Layer A Layer B Layer C Layer A Layer B Layer C Laboratório de RF DQPSK, QPSK 16 QAM 64 QAM BPSK ¼ 1/8 1/16 1/32

84 Modulador ISDB-T B Layer A Layer B Layer C DQPSK, QPSK 16 QAM 64 QAM BPSK ¼ 1/8 1/16 1/32 Layer A Layer B Layer C Laboratório de RF Entrelaçadores

85 Modulador ISDB-T B Layer A Layer B Layer C Inner Code ½ 2/3 ¾ 5/6 7/8 DQPSK, QPSK 16 QAM 64 QAM BPSK ¼ 1/8 1/16 1/32 Layer A Layer B Layer C Laboratório de RF Entrelaçadores

86 Modulador ISDB-T B Layer A Layer B Layer C Inner Code ½ 2/3 ¾ 5/6 7/8 DQPSK, QPSK 16 QAM 64 QAM BPSK ¼ 1/8 1/16 1/32 Layer A Layer B Layer C Laboratório de RF Entrelaçadores Aleatorizador

87 Modulador ISDB-T B Layer A Layer B Layer C Inner Code ½ 2/3 ¾ 5/6 7/8 DQPSK, QPSK 16 QAM 64 QAM BPSK ¼ 1/8 1/16 1/32 Layer A Layer B Layer C Laboratório de RF Entrelaçadores Aleatorizador Codificador Externo

88 Laboratório de RF x = ÷ =

89 Taxa final de Transmissão Laboratório de RF

90 Medidas de RF

91 Laboratório de RF As Medidas Potência de Saída Emissões Espúrias Bit Error Rate (BER) Modulation Error Ration (MER) Ruído de fase Máscara de Emissão

92 Laboratório de RF As Medidas Potência de Saída Emissões Espúrias Bit Error Rate (BER) Modulation Error Ration (MER) Ruído de fase Máscara de Emissão

93 Laboratório de RF A potência de saída é o primeiro parâmetro a ser medido quando se estiver verificando parâmetros de desempenho ou realizando verificações de conformidade. Para um sinal digital com modulação OFDM, a potência é uniformemente distribuída através do canal de transmissão. Portanto, ao se fazer medidas neste tipo de sinais, a largura de faixa total do sinal modulado deve ser levada em consideração. No caso de sinais digitais, o valor da potência média é o mais apropriado para o tipo de modulação utilizada Potência de saída

94 Laboratório de RF É aceitável uma variação de +/- 2% do valor nominal especificado pelo fabricante do transmissor Especificação: A potência de saída pode ser medida utilizando um Wattímetro de absorção ou um analisador de espectro que possua este recurso. Método de Medição Potência de saída

95 Laboratório de RF A Configuração do analisador de espectro deve ser. Freqüência CentralSpanRBWVBWModo de DetecçãoBW do canal Freqüência do Canal10 MHz30 kHz300 kHzSample5,7 MHz Potência de saída

96 Laboratório de RF As Medidas Potência de Saída Emissões Espúrias Bit Error Rate (BER) Modulation Error Ration (MER) Ruído de fase Máscara de Emissão

97 Laboratório de RF Emissões espúrias são emissões em freqüências que estão fora da largura de faixa do canal. São consideradas emissões espúrias as emissões de harmônicas, emissões parasitas, produtos de intermodulação, produtos de conversão de freqüência Especificação: Emissões espúrias Banda de Freqüência Básica Potência Média Permitida para Emissão Espúria De 70 MHz a 142 MHz ou de 144 MHz a 146 MHz Máximo 1 mW e pelo menos 60 dB abaixo da potência média do canal De 142 MHz a 144 MHz e de 146 a 162,0375 MHz Máximo 1 mW e pelo menos 80 dB abaixo da potência média do canal, quando a freqüência do canal está entre 142 MHz e 144 MHz ou entre 146 MHZ e 162,0375 MHz, e potência média 60 dB abaixo quando essa freqüência está em qualquer outro valor. De 162,0375 MHz a 335,4 MHz Máximo 1 mW e pelo menos 60 dB abaixo da potência média do canal De 335,4 MHz a 470 MHzMáximo 2,5 uW pra equipamentos de transmissão com potência média de 25 W ou menor. Máximo de 1 mW e pelo menos 70 dB abaixo da potência média do canal, para equipamentos de transmissão com potência de mais de 25 W. De 470 MHz a 960 MHzMáximo 25 uW para equipamentos de transmissão com potência média de 25 W ou menor. Máximo de 20 mW e pelo menos 60 dB abaixo da potência média do canal para equipamentos de transmissão com mais de 25 W.

98 Laboratório de RF As Medidas Potência de Saída Emissões Espúrias Bit Error Rate (BER) Modulation Error Ration (MER) Ruído de fase Máscara de Emissão

99 Laboratório de RF É a relação do número de bits recebidos incorretamente em relação ao número total de bits emitidos durante um determinado intervalo de tempo Taxa de erro na saída do transmissor = Zero Especificação: Bit Error Ratio - BER

100 Laboratório de RF As Medidas Potência de Saída Emissões Espúrias Bit Error Rate (BER) Modulation Error Ration (MER) Ruído de fase Máscara de Emissão

101 Laboratório de RF o valor de MER deve ser determinado com o uso de um receptor com o menor fator de ruído possível, com o objetivo de evitar a inserção de distorção. Um valor de MER de pelo menos 30 dB deve ser alcançado Especificação: Modulation Error Ratio - MER

102 Laboratório de RF Diagrama de constelação: Modulation Error Ratio - MER

103 Laboratório de RF Modulation Error Ratio - MER

104 Laboratório de RF Diagrama de constelação: Erro de amplitude - Saturação Modulation Error Ratio - MER

105 Laboratório de RF Diagrama de constelação: Erro de fase Modulation Error Ratio - MER

106 Laboratório de RF Diagrama de constelação: Ganho diferente entre I e Q Modulation Error Ratio - MER

107 Laboratório de RF As Medidas Potência de Saída Emissões Espúrias Bit Error Rate (BER) Modulation Error Ration (MER) Ruído de fase Máscara de Emissão

108 Laboratório de RF Pode ocorrer devido a instabilidade dos osciladores locais O ruído de fase pode causar um erro de fase que afeta todas as portadoras ao mesmo tempo. Giro intermitente de constelação Ruído de Fase

109 Laboratório de RF Potência de Saída Emissões Espúrias Bit Error Rate (BER) Modulation Error Ration (MER) Ruído de fase Máscara de Emissão As Medidas

110 Laboratório de RF Diretamente relacionada com a intermodulação A intermodulação é composta de energia espectral indesejável tanto dentro quanto fora da banda. Energia espectral dentro da banda: degradação do sinal transmitido Energia espectral fora da banda: interferência em canais adjacentes Mascara de emissão Especificação:

111 Laboratório de RF 36 dB 43 dB 50 dB Mascara de emissão

112 Laboratório de RF Mascara de emissão

113 Laboratório de RF Sala São Paulo,

114 Laboratório de RF Sala São Paulo 02/12/2007 Inauguração TV Digital no Brasil

115 Laboratório de RF Obrigado !!! Agosto de 2008


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