basic theory of isdb-t - facultad de ingeniería · ①summary and characteristic of dtv and...

Basic theory of ISDB-T

Nobuyuki SatoJICA Expert

① Summary and characteristic of DTV and ISDB-T(12th .Mar)② Basic technology of ISDB-T (19th .Mar)⇒ Lecture cancellation(26th .Mar)③ Basic theory of ISDB-T (2nd .Apr)④ Channel plan and Radio wave propagation (9th .Apr)⇒ Lecture cancellation(16th 23th 30th Apr)⑤ NHK and its new technology(7th .May)⑥ Systems of Transmitter and Receiver (14th .May)

(including measurment)

Copyright 2009 NHK

Qué es una red RFU?

f2

f3f1

f1

f1f1

Estacion master

Estación repetidora

Red analogica

Red Frecuencia Unica

f1

f2f1

SFN and MFN Network

f1, f2, f3 ⇒ Canales de frecuencia

3

Sistema Analogico Sistema Digital

(C)Copyright NHK 2011


Estacion master



Estacion master



Copyright 2009 NHK

Condiciones para conformar una RFU

• Sincronización de la red de transmisiónEn el punto de recepción, los retardos entre 2 o mas señales deben ser igual o menores al Intervalo de Guarda. (GI※).

EstudioEstudio

Estacion MasterEstacion Master

RepetidoraRepetidora

Onda de transmision

HogarHogar

T1

T2

｜T2－T1｜＜ GI

4 (C)Copyright NHK 2011

Copyright 2009 NHK

Condiciones para conformar una RFU

EstudioEstudio

Estacion masterEstacion master

RepetidoraRepetidora

HogarHogar

T1

T2

D/U≧ tasa de protección・・・OKD/U＜ tasa de protección・・・(X)Si: ｜T2－T1｜ ≧ GI

(C)Copyright NHK 2011

Copyright 2009 NHK

SFN image in URUGUAY 1

6

t1 t2 t3

Copyright 2009 NHK7


Montevideo

t1SocaTNU

TNU Parque del plata Soca

TNU Piriapolis Soca

t2

t3

Optical line

Copyright 2009 NHK


8

Case1 : Desire wave = Montevideo

timet1 t2 t3

t3 - t1 < GI(126μｓ）

OK!!

GI

Copyright 2009 NHK


9

t3 - t1 > GI(126μｓ）

NG!!

Case1 : Desire wave = Montevideo

timet1 t2 t3

GI

t1+∆D

t3 - t1- ∆D < GI(126μｓ）

OK!!

Copyright 2009 NHK


10

Case1 : Desire wave = Parque del plata

timet1 t2 t3

t3 - t1 < GI(126μｓ）

OK!!

GI

Copyright 2009 NHK


11

t3 - t1 > GI(126μｓ）

NG!!

Case1 : Desire wave = Parque del plata

timet1 t2 t3

GI

t1+∆D

t3 - t1- ∆D < GI(126μｓ）

OK!!

① Explain the difference between ISDB-T and ISDB-Tｂ（Reference ARIB-Standard B-31,ABNT-NBR15601)

12

Homework１

ISDB-T ISDB-TbVideo coding(HD) MPEG2 Video

Main profile @High levelH.264/MPEG4 AVCMain profile @Level 4.0

Video coding(1seg) H.264/MPEG4 AVCBaseline profile @1.2

H.264/MPEG4 AVCBaseline profile @1.3

Audio coding (HD) MPEG2 AAC-LCADTS

MPEG4 AAC+SBRLATM/LOAS

Audio coding (1seg) MPEG2 AAC-LC+SBRADTS

MPEG4 AAC+SBR+PSLATM/LOAS

Middleware GINGA(NCL,J) BMLContents protection Yes No

② In Mode3 , how many carriers per one segment.

5617/13 = 432.07・・・(5617-1)/13=4321seg: 432 carriers12seg: 432 × 12 +1 carriers(1 carrier is CP(Continual pilot))

13

Homework１

③When transmitting at the same frequency from the location of the three different(A,B,C) ,interference occurs at the point D . The transmission time between studio an A,B,C are 300us , 500us, 800us. The distance between D and A,B,C are 60km ,27km,9km. How do you eliminate the interference ? （GI=126μｓ）

Homework2

Station A Point DStudio

Studio Station B Point D

Studio Station C Point D

60000/3*102+300 =500μs

27000/3*102+500 =590μs

9000/3*102+800 =830μs

830-126=704μs 830+126=956μs

Aspectos Básicossobre Tecnología Digital

Veamos el QPSK（ Modulación por Desplazamiento de Fase en Cuadratura ）！

４５°

００

０１

１1 １0

I

Q

１３５°

１0１１

００

０１

t

Ejercicio 1

Representacion vectorial（Constelación）

Longitud del símbolo

Veamos el QPSK（ Modulación por Desplazamiento de Fase en Cuadratura ）！

Transmisión de la información de 2bits en 1 símbolo por la fase de la portadora.

４５°

００

０１

１1 １0

I

Q

１３５°


１0１１

００

０１

t

Representacion vectorial（Constelación）

Ejercicio 1

Veamos el 16 QAM（ Modulación de Amplitud en Cuadratura ）！

1100

Ｉ

Ｑ0011 1000

1100

1000

0011

Ejercicio 2

t

Amplitud


Transmisión de la informacion por amplitud y fase de la portadora.En el caso de 16QAM, 4bits （2４=16） van en 1 simbolo.

1100

Ｉ

Ｑ0011 1000

1100

1000

0011

Ejercicio 2

Veamos el 16 QAM（ Modulación de Amplitud en Cuadratura ）！

Amplitud

Longitud del simbolo

t

64QAM

Se transmite la informacion de 6 bits （26 = 64） en 1 simbolo a traves de la amplitud y fase de la portadora.Para una misma potencia, la señal 64QAM es más debil que la16QAM debido a la sensibilidad a los ruidos. (facil de producir errores)

Ｉ

Ｑ

Ｉ

Ｑ

１６ＱＡＭ６４ＱＡＭ

Diagramas para iguales diferencias de

amplitud y fase.

Modulacion usada en el ISDB-T

Qué es la OFDM ?

Multiplexación por División de frecuencias ortogonales

Modulación por portadoras múltiples

Intervalo de Guarda

Es el sistema mas robusto contra

interferencias multivía (fantasmas)

Formas de Onda de la OFDM

La multiplexación se realiza por portadoras que tienen relación ortogonal una de otras.

+

f1f2f3f4+fx

ｆ

f1f2 fx

ｔ

Qué es ortogonalidad de la frecuencia (1)

Tomamos 2 ondas f(x),ｇ(x) y los multiplicamos.

Calcular el promedio de f(x)⋅g(x) para un cierto período.(Integración en un período de tiempo)

↓

Si el producto resulta cero, las 2 ondas tienen

relación ortogonal.

Ejemplo 1:

Ejemplo 2:

2

0

0)2sin()sin(21 t

t

dttt ･π

2

0

0)cos()sin(21 t

t

dttt ･π

-1

-0.5

0

0.5

1

0 90 180 270 360 450 540 630 720

A B

C

Período A-B → promedio ＝０ → ortogonal

Período A-C → promedio ０ → no es ortogonal

B

AdxxnBxmA sinsin

)(0 nm

)(0 nm

tt 4sin8.03sin2.1

Fijando un período adecuado, las ondas pueden transfor-marse en ortogonales.

Qué es ortogonalidad de la frecuencia (2)

Efectividad de la relación ortogonal

A partir de una onda compuesta, es posible extraer la frecuencia objetivo.

↓Conocida la f. objetivo, puede determinarse la fase.（La modulación/demodulación digital se realiza en base a la Transformada de Fourier）

Esto permite la modulación con portadoras

multiples.

6 Mhz / 14 = 3000/ 7 kHz

Total portadoras:432 portadoras

3000/7kHz

432x13+1=5617

Ancho de banda3000/7(kHz) x 13+125/126(kHz)

= 5.572‥MHz

(CP)

Número y rango de portadoras OFDM

Rango de portadoras OFDM

Ancho de banda de 1 segmento:

Dado que cada segmento tiene 432 portadoras:(3000 /7) /432 = 125/126 = 0.992‥kHz

Numero total de portadoras y sus AB:

1 símbolo 1 símbolode transferencia

frec frec

※ El volumen de información transmitido en cada caso es casi equivalente.

Ancho de banda AB de 1 portadora

Portadora única Multicarrier

Sistemas de portadora única y multicarrier

64QAM PA

t1cos

t2cos

tKcos

64QAM

64QAM

64QAM

tncos

1e

2e

Ke

ne

receiver

tKcos

Ke

Multi carrier

B

AKKK tdxtAtAtA cos)coscoscos( 2211

の情報Ke

B

AK

B

AK tdxtAtdxtA ＋・＋・ coscoscoscos 1111

B

AKnn

B

AKKK tdxtAtdxtA coscoscoscos ・・

0 0

00

cosω1t

sinω1t

cosω2t

sinω2t

ａ1

ｂ1

ａ2

ｂ2

cosω16t

sinω16t

ａ16

ｂ16

1 16kHz

y1 x( )

x0 6.28 12.57 18.85 25.13

1.05

0

1.05

y2 x( )

x0 6.28 12.57 18.85 25.13

1.05

0

1.05

y3 x( )

x0 6.28 12.57 18.85 25.13

1.05

0

1.05

y4 x( )

x0 6.28 12.57 18.85 25.13

1.05

0

1.05

y5 x( )

x0 6.28 12.57 18.85 25.13

1.05

0

1.05

y6 x( )

x0 6.28 12.57 18.85 25.13

1.05

0

1.05

y16 x( )

x0 6.28 12.57 18.85 25.13

1.05

0

1.05

y x( )

x0 6.28 12.57 18.85 25.13

10

0

10

ＯＦＤＭ変調部の原型ＱＰＳＫの場合の、各キャリアの被変調波形

ｆ１

ｆ16

ＭＯＤ出力＝ｆ1～ｆ16までの合成波形(左)とスペクトル(右)

ｆ

ｆ2

２kHz

１kHz

３kHz

４kHz

５kHz

６kHz

16kHz

OFDM(Orthgonal Frequency Division Mutiplex)

Normas comunes para la TV digital

MUX

（STD-B10, B25）

Codificado

（STD-B32, B24）

Informacións/seteos

・MPEG-2 Video(perfil principal)

・MPEG-2 Audio AAC

・Sistemas MPEG-2・Multi2 Scrumble

・ Transmision jerarquica por 1 TS・ Demultiplexacion TS segun modelo recep.・Transferencia de control flexible: TMCC*.

imagen

audio

datos

Codific.Imagen

Codific.Audio

Codific.Datos

Sistemas MPEG-2

Restricc. Recep.TV

TS

Codificacion ruteo

（STD-B31）

Dem

ultip

lexa

do Control Jerarquico・Correc.errores・Mapeo・Intrelazado・Estruc. cuadro・Agregado señalde control

IFFT

Compartido con TV satelital Receptores TV（STD-B21）

• TMCC: Transmission Modulation Configuration Control• Los números entre ( ) corresponden a la Norma ARIB.

ＯＦＤＭスペクトルの周波数軸拡大図

ゴーストあり

直接波

ゴースト

ゴースト

直接波合成波

合成波

ａｂ

ａ点の場合ｂ点の場合

ＳＰi+j

Ｑ

Ｉ

Ｑ

ＩＩ

Ｑ

ｆSPi SPj SPk SPl

(4/3,0)

ＳＰk+l

妨害のない場合

Ejemplo de ecualización de fases (64 QAM)

Cuando ocurre una interferencia multivía, la constelación rota (por cada portadora)

La característica en frecuencia oscila (perfil de retardo)

Se inyecta una señal por cada frecuencia con fase y amplitud conocidas (SP), y se hace una compensación con respecto a fases-am-plitudes en el momento de la detección FFT.

Sin interferenciasEspectro OFDM ampliado

Caso del Punto “a” Caso del punto “b”

Imagen con “fantasmas”

Onda directa

Onda directa

Estructura de la trama OFDM

Correcciones de Errores y Entrelazado

Corrección de errores en Receptores

Correcciones de Errores y Entrelazado

Aplicacion simultánea de la Codificacion convolucional y RS (Reed-Solomon).

Reconstruccion de los datos entrelazados.Transformar errores “continuous” (por ruidos) en errores“esporadicos”.Codificado Convolucional (denominado: Codificacion Interna)Ajustar lor errores esporadicos aleatorios.Codificacion RS (denominado: Codificacion Externa)Luego de la decodificacion convolucional, ajustar los errores continuos(rafagas).

TS transmitido(video y audio

demultiplexado)

RS

dec

odin

g

De-

inte

rleav

e

Con

volu

tiona

l de

codi

ngLuego dedemodulac.

OFDM

De-

inte

rleav

e

Estructura de codificación en la trayectoria de transporte

SP Señal Piloto Disperso (Scattered Pilot):Para la demodulacion de la señal y sincronizacion. Es una señal con amplitud y fase conocidas.

CP Piloto de Continuidad (Continual Pilot):Señal con una fase fija en el tiempo (trabaja igual que la SP)

TMCC(Control de Configuracion de TX y multiplexación):Transmite la informacion de modulacion de portadoras, codificación interna etc.

Transmisión Jerárquica

１

Ｂ

２

Ｂ

０

Ａ

３

Ｃ

５

Ｃ

６

Ｃ

４

Ｃ

７

Ｃ

９

Ｃ

１０

Ｃ

８

Ｃ

１１

Ｃ

１２

Ｃ

Se pueden crear hasta 3 tipos de capas en base a combinación de segmentos.Para cada capa pueden setearse: tipo de modulación, tasas de codificación, tiempos de entrelazado (cada capa posee características individuales)

９

Ｃ

７

Ｃ

１１

Ｃ

５

Ｃ

１

Ｂ

３

C

２

Ｂ

６

Ｃ

８

Ｃ

４

Ｃ

１０

Ｃ

１2

Ｃ

０

Ａ

Secuencia de Multiplexado

Secuencia de Transmisión

Corrección de Errores

RSCoding

ConvolutionalCoding

ViterbiDecoding

RSDecoding

CodificaciónExterna

CodificaciónInterna

Si el factor de correccion = 7/8, La tasa de correccionde errores será:

7 x 10 -3 2 x 10 -4 10 -11

Libre de errores pseudo-aleatorias

Ajuste de capacidad de codificación externa (RS coding)Cuando la tasa de errores antes del ajuste es menor a 2×10-4 , una vez ajustado puede alcanzar a 1 x 10-11.

Libre de errores Pseudo-AleatoriasEsta situación (tener tasa de errores <2×10-4) es lo que se llama “libre de errores Pseudo-Aleatorias”. Cuando el valor real es menor a dicho valor, aparece en la imagen una distorsión “Block Noise”. Este es un parámetro importante que define la recepción de la transmisión digital.

Se aplica la codificación RS (204,188) de abreviación.Pueden corregirse errores aleatorios de hasta 8 bytes en un total de 204 bytes.Cuando la tasa de errores de bits antes de la corrección es menor a 2×10-4, puede obtenerse una señal Libre de errores Pseudo-Aleatorias (tasa de errores menores a 1 x 10-11)

TSP (188 bytes) RS coding (16 bytes)

Codificación Externa

1.00E-20

1.00E-19

1.00E-18

1.00E-17

1.00E-16

1.00E-15

1.00E-14

1.00E-13

1.00E-12

1.00E-11

1.00E-10

1.00E-09

1.00E-08

1.00E-07

1.00E-06

1.00E-05

1.00E-04

1.00E-03

1.00E-02

1.00E-01

1.00E-051.00E-041.00E-031.00E-021.00E-01

BER(INPUT)

BER(O

UTPUT)

Capacidad de Corrección de la Codificación RS (204,188) (ReferencIA )

BE

R (o

utpu

t)

BER (input)

ModulaciónTasa de Codificación

1/2 2/3 3/4 5/6 7/8

QPSK 4.9dB 6.6dB 7.5dB 8.5dB 9.1dB

DQPSK 6.2dB 7.7dB 8.7dB 9.6dB 10.4dB

16QAM 11.5dB 13.5dB 14.6dB 15.6dB 16.2dB

64QAM 16.5dB 18.7dB 20.1dB 21.3dB 22.0dB

Parámetros de transferencia y C/N requerido

C/N Requerido: El valor de C/N de modo de obtener una tasa de errores de 2 x 10-4 luego de la codificación interna, para un ruido ambiental Gausiano con características estáticas.

Next lecture 9th April

Muchisimas gracias

basic theory of isdb-t - facultad de ingeniería · ①summary and characteristic of dtv and...

Documents