Fundamentos de TDT 2

Fundamentos de TDT DVB-T2

DVB-T & Introducciรณn a DVB-T2 Jose Lago Ingeniero I+D Promax

Contenidos 1.

2.

3.

4.

Introducción a la Televisión Digital Compresión de Video Transmisión de Televisión Digital Televisión Digital Terrestre (TDT)

2

Principales Características DVB-T • • • •

Estándar de TV Digital Terrestre Europeo (1997) Primer sistema OFDM para TV (DAB para radio) Permite Redes de Frecuencia Única (SFN) Desarrollado para la radiodifusión de contenido MPEG-2 – Principalmente SDTV, pero puede transportar cualquier información – Vídeo (MPEG-4), audio, datos, paquetes IP, …

• Flexible, con muchos modos de transmisión – Adaptado para canalizaciones de 8, 7 y 6 MHz

• Gran capacidad de datos – Capacidad de 5 a 32 Mbps por canal radioeléctrico de 8 MHz – 3.7 a 23.8 Mbps en 6 MHz

• Tamaño de celdas de hasta 67 km @ 8MHz – 90km @ 6 MHz

3

Diagrama de Bloques Modulador DVB-T …

TV Channels (MPEG-2)

Energy Dispersal

Inner Interleaver

Symbol Mapper

Outer Coder

Frame Adaptation

Outer Interleaver

OFDM

Inner Coder

Guard Interval Insertion

Pilots & TPS signals

• La principal novedad con respecto a DVB-S/C es el uso de OFDM 4

Diagrama Bloques DVB-T (I/II) • Energy Dispersal – Para evitar secuencias largas de 0's o 1's

• Outer Coder – – – –

Codificación Reed-Solomon, RS(204,188, 8) Código acortado del código madre RS(255, 239) Se le añaden 51 bytes nulos antes de la información a codificar Corrige hasta 8 bytes erróneos por paquete MPEG-2

• Outer Interleaver – Entrelazador para distribuir los errores en ráfaga del decodificador interno de Viterbi – De tipo convolucional (de Fourney) con una profundidad de 12 bloques RS

• Inner Coder – Codificación convolucional. Código madre 1/2 – Mediante perforación (puncturing) se obtienen las tasas 2/3, 3/4, 5/6 y 7/8 5

Diagrama Bloques DVB-T (II/II) • Inner Interleaver – Entrelazador de bit (1 símbolo OFDM) – Entrelazado en frecuencia

• Symbol Mapper – QPSK, 16-QAM, 64-QAM, modulación jerárquica

• Pilot & TPS signals – Siguiente transparencia

• Frame Adaptation – La señal transmitida se organiza en tramas

• OFDM – Generación de la señal OFDM mediante IFFT – Número de portadoras (2K, 8K)

• Guard Interval Insertion – Inserción del intervalo de guarda de duración (1/4, 1/8, 1/16, 1/32) del periodo 6 útil de símbolo

Portadoras Piloto y de Señalización DVB-T • Las portadoras piloto son usadas para sincronización (en frecuencia, en tiempo y de trama), para estimación del canal y para seguimiento del ruido de fase

– Dos tipos: con posición fija (continual pilot carriers) o variable (scattered pilot carriers) en un símbolo OFDM – Las portadoras piloto se transmiten a una potencia 5 dBs mayor que las portadoras de datos

• Las portadoras TPS (Transmission Parameter Signalling carriers) indican el modo de transmisión para que el receptor se autoconfigure – Las portadoras TPS tienen una posición fija en un símbolo OFDM – Modulación DBPSK inicializada al comienzo de cada bloque TPS – Protección de errores BCH(67,53,2) acortado del BCH(127,113,2)

7

Estructura de Trama DVB-T

Portadoras Ortogonales en Frecuencia

8

Modo de Transmisión DVB-T • Parámetros Modo de Transmisión: – Tamaño de la FFT: 2K, 8K) – Intervalo de Guarda: 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 – Modulación: QPSK, 16-QAM, 64-QAM, jerárquica – Tasa de Codificación: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 • En total, 120 modos de transmisión con modulación regular y 1200 considerando la modulación jerárquica

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Indicadores Rendimiento DVB-T • Rendimiento – Capacidad (Mbps) – Mínima relación portadora a ruido CNR (dB) – Máxima distancia entre transmisores en una SFN (km) – Velocidad máxima (km/h)

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Tamaño de la FFT DVB-T • Tamaño de la FFT: 2k vs. 8k – Ambos modos ofrecen la misma capacidad para un mismo GI – El modo ‘2K’ permite velocidades cuatro veces mayores que el modo ‘8K’ • Distancia entre portadoras (x4) – El modo ‘8K’ permite distancias entre transmisores en una red SFN cuatro veces más grandes que el modo ‘2K’ para un mismo intervalo de guarda relativo • Periodo útil de símbolo (x4) FFT 2K FFT 8K Portadoras Utilizadas 1705 6817 Portadoras de Datos 1512 6048 Periodo útil de Símbolo @ 8 MHz 224 µs 896 µs Distancia entre Portadoras @ 8 MHz 4464 Hz 1116 Hz Ancho de Banda @ 8 MHz 7.61 MHz 7.61 MHz Periodo útil de Símbolo @ 6 MHz 299 µs 1195 µs Distancia entre Portadoras @ 6 MHz 3348 Hz 837 Hz Ancho de Banda @ 6 MHz 5.71 MHz 5.71 MHz

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Intervalo de Guarda DVB-T • Depende del tamaño de la FFT (2K, 8K) y del intervalo de guarda relativo GI (1/4, 1/8, 1/16 o 1/32) – La FFT determina el periodo útil de símbolo (s) – El GI determina la proporción que representa el intervalo de guarda

• La capacidad disminuye cuando aumenta el intervalo de guarda relativo GI, pero aumenta la distancia máxima entre transmisores en una SFN • Capacidad relativa: – {1/4, 1/8, 1/16 o 1/32} = {x1, x1.17, x1.25, x1.29} • Máxima distancia entre transmisores SFN relativa: – {1/4, 1/8, 1/16 o 1/32} = {x1, x0.5, x0.25, x0.06} 12

Modulación y Codificación DVB-T • Modulación – QPSK, 16QAM, 64QAM – Capacidad vs. Robustez – Capacidad relativa: • {QPSK, 16QAM, 64QAM} = {x1, x2, x3}

• Codificación – Tasa de codificación: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 – Capacidad vs. Robustez – Capacidad relativa: • {1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8} = {x1, x1.3, x1.5, x1.6, x1.75} 13

Capacidad DVB-T • La capacidad (Mbps) depende de – La modulación – La tasa de codificación – El intervalo de guarda relativo

• Capacidad (Mbps) para 6 MHz – Capacidad máxima 64QAM 7/8 GI 1/32: 23.75 Mbps Intervalo de Guarda Relativo Modulación

Codificación 1/4

1/8

1/16

1/32

QPSK

1/2

3.73

4.15

4.4

4.5

QPSK

2/3

4.98

5.3

5.9

6.03

16-QAM

1/2

7.47

8.29

8.78

7.92

16-QAM

2/3

9.95

11.06

11.71

12.06

64-QAM

1/2

11.20

12.44

13.17

13.57

64-QAM

2/3

14.93

16.59

17.56

18.10 14

Carrier-to-Noise Ratio (CNR) DVB-T • La CNR depende de la modulación y codificación y del tipo de canal – Condiciones de laboratorio: Gaussiano – Recepción mediante una antena directiva fija, o rooftop: Ricean • Condiciones de visión directa, Line of Sight (LoS) – Recepción mediante una antena omnidireccional portable: Rayleigh • Ausencia de visión directa, Non-Line of Sight (NLoS) – Recepción móvil: TU6 Modulación Codificación

Canal Gaussiano

Ricean

Rayleigh

QPSK

1/2

6.1

6.6

11.5

QPSK

2/3

7.9

8.7

14.7

16-QAM

1/2

11.8

12.6

17.2

16-QAM

2/3

14.1

14.6

20.9

64-QAM

1/2

17.4

17.7

22.1

64-QAM

2/3

19.5

20.1

25.5

• Criterio de calidad: Quasi-Error Free (QEF) – BER = 10-11, menos de un error de decodificación por hora

15

Máxima Distancia entre Transmisores SFN • Depende directamente de la duración temporal del intervalo de guarda – Tamaño FFT e intervalo de guarda relativo GI • Canalización 8 MHz Distancia equivalente del Intervalo de Guarda

Periodo útil de Símbolo

1/4

1/8

1/16

1/32

2K

224 µs

16.8 km

8.4 km

4.2 km

2.1 km

8K

896 µs

67.2 km

33.6 km

16.8 km

8.4 km

Tamaño FFT

• Canalización 6 MHz Distancia equivalente del Intervalo de Guarda

Periodo útil de Símbolo

1/4

1/8

1/16

1/32

2K

299 µs

22.4 km

11.2 km

5.6 km

2.8 km

8K

1195 µs

88.9 km

44.8 km

22.4 km

11.2 km

Tamaño FFT

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Velocidad Máxima DVB-T • DVB-T no fue diseñado para recepción móvil – Diseñado para receptores fijos y portables – Sólo entrelazado en frecuencia, no en el tiempo

• Sin embargo, DVB-T puede emplearse para la radiodifusión a dispositivos móviles pero deben seleccionarse los modos de transmisión adecuados – FFT 8K, 64 QAM @ 626 MHz (C40, 8MHz): 40 km/h – FFT 2K, QPSK @ 626 MHz (C40, 8 MHz): 300 km/h

• La frecuencia de operación es un parámetro importante para determinar la velocidad máxima • En algunos países (Singapour, Taiwan, Alemania) se ofrecen servicios de DVB-T en transporte público mediante receptores con diversidad de antenas 17

Velocidad Måxima DVB-T • La velocidad måxima depende principalmente del tamaùo de la FFT (separación en frecuencia entre portadoras) – TambiÊn de la modulación y de la codificación – En menor medida del intervalo de guarda

• El modo de transmisión soporta una frecuencia Doppler måxima – Cuanto mayor sea la frecuencia de operación, menor la velocidad soportada CNR (dB) Recepción Correcta

CNR3dB CNRMIN

���� = ����� × Ν=����� ×

đ?‘?

đ?‘“đ?‘…đ?‘…

Frecuencia Doppler log10[f(Hz)] 1 Hz

fd3dB fdMAX 18

Recepción con Diversidad DVB-T • Receptor DVB-T con dos antenas: – Primero se demodula la señal de cada antena – Se combinan antes del decodificador soft, según la estimación del canal – Separación entre antenas de 10 cm suficiente Señal Recibida (MRC) Señal Recibida Antena 1 Señal Recibida Antena 2

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Rendimiento Diversidad Antenas • Características: – Menor CNR para frecuencias Doppler bajas – Mayores frecuencias Doppler (comportamiento más uniforme) – Ejemplo entorno urbano (TU6, Typical Urban 6 paths)

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Modos de Transmisión DVB-T en Colombia EJERCICIO 1 • Modos de Transmisión Tamaño FFT Intervalo Guarda GI Modulación Tasa Codificación

RTVC 8K 1/4 16QAM 3/4

• Rendimiento Capacidad Máx. Distancia Transmisores SFN Máx. Velocidad @ 700 MHz Máx. Velocidad @ 500 MHz

CCNP 8K 1/8 16QAM 3/4 RTVC ¿? Mbps ¿? km ¿? km ¿? km

CCNP ¿? Mbps ¿? km ¿? km ¿? km 21

Contenidos – Introducción a DVB-T2 • • • • • • • •

Proceso de Estandarización Requisitos Comerciales Principales Novedades Comparativa con DVB-T Arquitectura de Red Extensiones T2 Nuevos Aspectos de Planificación Nuevos Modelos de Negocio

Proceso de Estandarización DVB-T2

CRs

CfT

• Proceso de Estandarización: – – – –

Study Mission: Febrero 2006 Creación T2 ad-hoc group: Agosto 2006 Especificación aprovada por el Modulo Tecnico (TM) del DVB: Junio 2008 Primeros servicios comerciales en Reino Unido: Diciembre 2009 23

Especificaciones DVB-T2 • • • • •

Capa Física: ETSI EN 302 755, DVB Bluebook A122 Guías de Implementación: ETSI TR 102 831, DVB Bluebook A133 Interfaz del Modulador: ETSI TS 102 773 Identificación de Transmisores: TS 102 992, DVB Bluebook A150 Señalización PSI/SI: ETSI EN 300 468, DVB Bluebook A038

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Requisitos Comerciales DVB-T2 • Requisitos Específicos T2: – – – – – –

Reutilizar la infraestructura existente, tanto en transmisión como en recepción Proporcionar un aumento mínimo del 30% en capacidad con respecto a DVB-T Mejorar el rendimiento de DVB-T en redes de frecuencia única SFN Proporcionar robustez diferenciada para diferentes servicios en el multiplex Flexibibilidad en ancho de banda y frecuencia de uso Mecanismos para reducir la potencia de pico de la señal transmitida PAPR

• Requisitos Generales DVB: – Crear una familia de estándares de TV digital de segunda generación • No reinventar soluciones que ya existan en otros estándares

El estándar DVB-T2 cumple todos los requisitos, incluso los sobrepasa!

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Nuevas Tecnologías de DVB-T2 • Estructura de Trama con tramas para extensiones futuras: – Future Extension Frames (FEFs)

• • • • • • • • • • • • •

Unidad de capa física: Base Band (BB) frames Mecanismo corrector de errores FEC: LDPC + BCH Tuberías de capa física: Physical Layer Pipes (PLPs) Mayores tamaños de FFTs (16K, 32K) y también (1K, 4K) Espectro extendido Modulación (256 QAM) y Constelaciones Rotadas Entrelazado temporal Diferentes patrones de portadoras piloto Transport Stream (TS) con eliminación de paquetes nulos Generic Stream Encapsulation (GSE) para transmitir IP Multiple Input Single Output (MISO) Técnicas de reducción de la potencia de pico (PAPR) Identificación de transmisores en redes SFN

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Novedad: Estructura de Trama

• • •

Super tramas (duración máxima 64 s) Tramas T2 (duración máxima 250 ms) Símbolo OFDM P1: símbolo preámbulo que indica el inicio de una trama T2 – Posibilita una rápida detección y sincronización

• •

Símbolos OFDM P2: símbolo preámbulo con señalización de capa física L1 y e información sobre cómo recibir los PLPs de datos Símbolos OFDM de datos: contienen los datos – Cada celda OFDM se modula independientemente

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Escaneado DVB-T & DVB-T2 • Casos de uso: – Instalación, primer escaneado – Re-escaneado para recepción portable/móvil – Sincronización al cambiar de canal RF

• Los receptores tienen que: – Evaluar cada canal RF – Comprobar si hay una señal DVB-T – si hay, sincronizarse y ver qué es – Comprobar si hay una señal DVB-T2 – si hay, sincronizarse y ver qué es

• Los escaneados en DVB-T requiren mucho tiempo: – Muchas opciones y offsets en frecuencia • DVB-T2 tiene muchas más opciones (FFTs, intervalos de guarda, etc.)

• El objetivo principal del símbolo P1 es proporcionar una sincronización rápida y robusca con muy poco overhead – Es más eficiente realizar primero un escaneado DVB-T2 y luego DVB-T! 28

Escaneado DVB-T2 • Primer escaneo rápido para detectar la presencia de P1 – Para cualquier modo T2, T2-Lite, NGH – Para cualquier offset de frecuencia hasta 500 kHz – Si no se encuentra, el receptor puede rápidamente pasar al siguiente canal RF

• Si se detecta el símbolo P1, el receptor: – Sabe que en ese canal RF contiene un múltiplex T2 – Puede permitirse dedicar más tiempo a procesar el símbolo P1 • El símbolo P1 proporciona información para decodificar los símbolos P2

• El símbolo P1 ayuda a los receptores a encontrar señales T2 – Instalación, primer escaneado – Re-escaneado para recepción portable/móvil – Sincronización al cambiar de canal RF

•

Diseñado para proporcionar una detección rápida y robusta con muy bajo overhead 29

Novedad: BB frames • Base Band (BB) Frames – Unidad de capa física • Substituye a los paquetes MPEG-2 TS en DVB-T • Cada BB frame es codificada por el mecanismo FEC: BCH + LDPC – Adoptado de DVB-S2 – Tamaño fijo: 16200 ó 64800 bits • Latencia vs. rendimiento

– Independiente del contenido • Perfiles TS y perfil IP con GSE

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Novedad: LDPC + BCH • Low Density Parity Check (LDPC) – – – –

Claro mejor rendimiento que el código convolucional utilizado en DVB-T Tasas de codificación (code rates): 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6 Tamaño de las palabras: 16200 o 64800 bits (latencia vs. rendimiento) Cada BB frame se codifica independientemente

Ganancia aproximada del 30% en capacidad para la misma robustez

• Bose-Chaudhuri-Hocquenghem (BCH) – – – –

Corrige BB frames con pocos bits erróneos (10 ó 12 bits, según el code rate) Tasa de codificación cercana a la unidad (menor overhead que RS en DVB-T) Elimina el ruido de fondo del LDPC (tasa residual BER objetivo 10-12) Se puede utilizar para detectar BB frames erróneas

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Novedad: PLPs • Physical Layer Pipes (PLPs) – Tuberías de capa física – Cada PLP es un canal de capa física separado del resto mediante una multiplexación por división en el tiempo (time-slicing) • Cada servicio emplea unas celdas (portadoras) dentro de cada trama T2 • Posibilita la reducción del consumo de potencia de los terminales – Cada PLP puede tener una modulación, tasa de codificación, y configuración de entrelazado temporal diferente • Evolución de la modulación jerárquica en DVB-T • Robustez específica por cada servicio (hasta 255 PLPs) – Datos comunes a un grupo de PLPs se pueden transportar una sola vez en un PLP comun

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Novedad: Tamaños FFTs 16K y 32K • DVB-T2 utiliza modulación OFDM – Como DVB-T

• Tamaños FFT: 1K, 2K, 4K, 8K, 16K, 32K – 16K y 32K mejoran el rendimiento en redes SFN – 1K y 4K aumentan la flexibilidad del sistema

• FFTs de 16K y 32K: – Aumentar el número de portadoras aumenta el periodo de símbolo OFDM • La FFT no influye en la capacidad pero...

– Para un TGI dado, permite mayores distancias entre transmisores – Permite reducir el overhead del GI para una distancia entre transmisores dada

• Valores de intervalo de guarda GI de DVB-T2: – 1/128, 1/32, 1/16, 19/256, 1/8, 19/128, 1/4

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Novedad: Espectro Extendido • Para FFTs de 16K y 32K: – Cuanto mayor es el tamaño de la FFT, más rápidamente decrece el espectro fuera de banda – Para estos tamaños de FFT es posible utilizar más portadoras, y seguir cumpliendo los requisitos de DVB-T • 32K permite una ganancia de ancho de banda (capacidad) del 2%

– También para 8K

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Novedad: Entrelazado Temporal • DVB-T no implementa entrelazado temporal – ISDB-T sí!

• Aumenta la robustez de la señal frente a ruido impulsivo y en movilidad • El entrelazador temporal de DVB-T2 permite un entrelazado intra-trama e inter-trama – Los dos son compatibles – El entrelazado intra-trama se puede mejorar utilizando sub-slicing • Se puede aumentar el entrelazado temporal igual a la duración de la trama

– No proporciona zapping rápido, los terminales tienen que esperarse a recibir un Interleaving Frame antes de decodificar

Entrelazado intra-trama con sub-slicing

Entrelazado entre-tramas

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Novedad: 256QAM • Constelaciones DVB-T2: – QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM

• 256QAM – Eficiencia espectral 8 bits/portadora – 6 bits/portadora 64QAM – Robustez con BCH + LDPC similar a 64QAM DVB-T – Ruido de fase no es hoy en día problema

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Novedad: Constelaciones Rotadas • Permiten aumentar la robustez de la señal transmitida – Ligero aumento de la complejidad en el receptor (demapper) – Especialmente para tasas de codificación altas

• Las componentes en fase y cuadratura se transmiten en diferentes celdas – Experimientan desvanecimientos independientes

• Cada componente contiene toda la información del símbolo transmitido – Es posible recuperar la información con una única componente

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Novedad: Portadoras Pilotos • Las portadoras piloto son símbolos con una amplitud y fase conocida por los receptores que se utilizan para estimación de canal – Pilotos continuos y dinámicos – En DVB-T, 1 de cada 12 celdas OFDM es un piloto (8% overhead), independientemente del intervalo de guarda

• DVB-T2 define 8 patrones de portadoras piloto – Minimizar el overhead introducido según el intervalo de guarda

• Las celdas piloto pueden transmitirse con hasta 7 dB más potencia – Mejorar la relación señal a ruido

• Pilotos modulados por una secuencia pseudo-aleatoria – Se puede utilizar para mejorar la sincronización en el tiempo

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Novedad: MISO • Multiple Input Single Output (MISO) – Técnica de diversidad espacial para redes SFN • Técnica distribuida entre dos transmisores • No es necesario modificar las antenas (sistemas MIMO)

– Codificación Alamouti en frecuencia • Tx1 transmite la pareja de datos (S0,S1) en dos portadoras contiguas • Tx2 transmite (-S1*,S0*) en las mismas portadoras

– Permite aumentar la covertura con respecto a una SFN • Ganancia real de 3 dB si las dos señales se reciben con el mismo nivel de señal y sin retardo • Pero es necesario doblar el porcentaje de portadoras piloto para que el 39 receptor pueda estimar los dos canales (h1 y h2)

Novedad: Reducción del PAPR • OFDM es una modulación multiportadora que tiene una potencia elevada de pico PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) – Los amplificadores no son utilizados en saturación – Implica una pérdida directa de cobertura – DVB-T2 implementa dos técnicas TR y ACE

• TR (Tone Reservation) – 1% de las portadoras se reserva para contrarestar picos de potencia • Pérdida de capacidad

• ACE (Active Constellation Extension) – Distorsión de la constelación para contrarestar picos de potencia • Pérdida de cobertura por aumento de la SNR

• La potencia de pico se puede reducir en un 25%

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Eliminación de Paquetes TS Nulos • Adoptado de DVB-S2 • Los paquetes nulos se descartan en transmisión y no se transmiten • En el receptor, se generan los paquetes nulos

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Novedad: Encapsulación GSE • Generic Stream Encapsulation (GSE) – Para aumentar la eficiencia de la transmisión de contenidos IP – IP sobre TS tiene una elevedada overhead de señalización • Paquetes TS pequeños: 188 bytes • Protocolo adicional MPE (Multi Protocol Encapsulation) – GSE permite una tamaño del payload variable • 1 único protocolo en vez de 2 – Comparación overhead: • TS/MPE: 10-15% • GSE: 2-3% – Aún no esta comercializado

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Modos de Transmisión DVB-T2 vs. DVB-T

• Más: constelaciones rotadas, múltiples PLPs (vs. modulación jerárquica), reducción PAPR, MISO, IP sobre GSE, etc.

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Recepción Fija con DVB-T & DVB-T2 • Canal Ricean (recepción fija en tejado) – Proyecto Europeo Celtic B21C (Broadcast for the 21st Century)

– Ganancia de 16 Mbps para la misma cobertura que 64QAM 2/3 • Modo utilizado en España y en la mayor parte de Europa 44

Recepción Portable con DVB-T & DVB-T2 • Canal Rayleigh (recepción portable) – Proyecto Europeo Celtic B21C (Broadcast for the 21st Century)

– Ganancia de 6 dB para la misma capacidad que 16 QAM 2/3 • Modo utilizado en Alemania

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Modos de Transmisión DVB-T2 Colombia Tamaño FFT Intervalo Guarda GI Modulación Tasa Codificación Patrón Portadoras

RTVC 16K Ext. 1/8 64QAM 3/5 PP3

CCNP 16K Ext. 1/8 64QAM 3/4 PP2

Tamaño FFT Intervalo Guarda GI Modulación Tasa Codificación

RTVC 8K 1/4 16QAM 3/4

CCNP 8K 1/8 16QAM 3/4

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Impacto DVB-T2 en Colombia • Rendimiento Capacidad Máx. Distancia Transmisores SFN

RTVC ¿? Mbps ¿? km

EJERCICIO 2

CCNP ¿? Mbps ¿? km

RTVC CCNP 11.2 Mbps 12.4 Mbps 45 km 90 km

• ¿Qué modo de transmisión (MODCOD) se podría utilizar para mantener la cobertura de DVB-T y maximizar la capacidad?

MODCOD Capacidad MODCOD Capacidad Recepción Fija ¿? Mbps ¿? Mbps Recepción Portable ¿? Mbps ¿? Mbps Interiores iTEAM en © 2014 47

Arquitectura de Red • Arquitectura Típica DVB-T

• Arquitectura Típica DVB-T2

Gateway DVB-T2 • Nuevo elemento de red • Señalización L1, sincronización SFN, múltiples PLPs, schedulling

Modulador DVB-T2 • Único elemento nuevo en transmisores DVB-T existentes 48

Topología de Red: Modo de Operación A

• Modo de operación A es similar a DVB-T pero con mayor capacidad – Un único PLP y para redes MFN – Gateway T2 no necesario

• Multiplexador DVB: – Genera un único Transport Stream (TS)

• Modulador T2: – Convierte el transport stream en una tubería de capa física PLP – Genera tramas T2 con el contenido del PLP

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Topología de Red: Modo de Operación B

• Modo de operación B explota todas las funcionalidades de DVB-T2 – Múltiples PLPs (hasta 255), PLP común, sincronización SFN – Gateway T2 necesario

• Gateway T2: • • • •

Recibe como entrada varios flujos TS Genera tuberías de capa física PLP (BB frames) con los datos Genera información de señalización de capa física L1 Genera paquetes T2-MI para configurar los moduladores T2

• Modulador T2: – Genera tramas T2 (RF) a partir de la información de los paquetes T2-MI

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T2-MI (Modulator Interface) • En una red SFN, todos los moduladores deben generar tramas T2 idénticas – El procesado de entrada en DVB-T2 NO es determinístico

• El nuevo elemento de red T2 Gateway genera paquetes T2-MI que tienen que ser distribuidos a todos los transmisores de la red SFN – Los transmisores generan la señal T2 de una manera deterministica – Un T2 Gateway por red SFN – Los paquetes T2-MI se encapsulan en paquetes MPEG-2 TS

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Sistema T2 & Gateway T2 • Sistema T2 – Generalización del concepto de múltiplex en DVB-T – Conjunto de transmisores sincronizadas (tanto en la estructura de trama como en SFN) que utilizan el mismo configuración de capa física (BW, FFT) y transmiten el mismo número de PLPs. Información de señalización L1 idéntica (excepto el cell_id que puede ser diferente)

• Gateway T2 – Todas las transmisiones de un sistema T2 son controladas por un único gateway T2 – Genera el T2-MI stream común para todos los transmisores con información sobre la construcción de las tramas T2 y sincronización SFN • El contenido del T2-MI stream puede ser reemplazado en la red de distribución (por ejemplo con contenidos locales – regionalización)

– Genera BB frames, información de señalización (L1, PLP común), sincronización SFN, schedulling de MPLPs en la trama, etc.

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Diagrama de Bloques Sistema T2

• Los módulos de Entrelazado, Codificación & Modulación, Constructor de Trama, y Generación OFDM corresponden al Modulador T2 • El Gateway T2 se corresponde con el módulo de procesamiento de entrada, aunque puede en la práctica abarcar el módulo de pre-procesamiento de entrada que no forma parte de DVB-T2 53

Regionalización de Redes DVB-T2 • Es posible gestionar varias redes SFN con un único T2 Gateway – Contenidos nacionales y regionales – Redes SFN con diferentes frecuencias en diferentes áreas geográficas – Parte o todo el contenido generado por el T2 Gateway puede ser reemplazado en la red de distribución manteniendo la SFN • En la cabecera de los paquetes T2-MI se indica el PLP ID

Transport streams / Generic streams

Modulator

Tx

Modulator

Tx

T2gateway TS

TS

Regional content insertion

Modulator

Tx

Modulator

Tx

– El inconveniente es que los contenidos nacionales hay que distribuirlos a cada zona regional

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Regionalizaciรณn de Redes DVB-T2 โ ข Utilizando un Gateway T2 por cada regiรณn, es posible optimizar la distribuciรณn de contenidos de las cabeceras de red a los transmisores

55

Extensiones DVB-T2: FEFs • Future Extension Frames (FEFs) – tramas de futuras extensiones – Proporcionan un mecanismo para incorporar futuras tecnologías en el mismo múltiplex: T2-Lite, NGH, MIMO, …

– Multiplexación por división en el tiempo – El único requisito es que el FEF tiene que empezar con un símbolo preámbulo P1 • Los receptores detectan que es un FEF, y no decodifican su contenido TSF Super Frame

Super Frame

Super Frame

TF T2-frame 0

TP1

TS

P1

P2 0

T2-frame 1

T2-frame 2

FEF

TS P2 NP2-1

Data symbol 0

Data symbol 1

Data sym.

Ldata-1

T2-frame NT2-1

FEF

Otro mecanismo para futuras extensiones son los Auxiliary Streams

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Extensión T2: Identificación de TX's en SFNs • En una red SFN, NO es posible distinguir la contribución de los diferentes transmisores • Aplicaciones: – Identificar si un transmisor de la red tiene un timing incorrecto – Identificar si un transmisore de la red tiene una frecuencia incorrecta – Monitorizar el canal y detectar efectos de propagación anómalos

• DVB-T2 permite dos opciones: – Tramas de extensión futura FEF – Auxiliary streams

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T2-Lite (T2 for mobiles)

DVB-T2 T2-Lite

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¿Qué es T2-Lite?

• T2-Lite es básicamente un subconjunto de DVB-T2 enfocado a movilidad • Máxima compatibilidad, muy pocos elementos nuevos • Permite tramas con diferentes FFTs y patrones de portadoras piloto: – Aparte de diferente MODCODTI con MPLPs – También puede ser utilizado exclusivamente en un múltiplex

• Menos complejo (tamaño de los chips <50%) – Máxima tasa binaria del servicio 4 Mbps

• Es una parte íntegra del estándar DVB-T2 (v.1.3.1)

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Motivación T2-Lite • DVB-T2 tiene un muy buen rendimiento en movilidad – LDPC+BCH rendimiento cercano al límite de Shannon en AWGN – Entrelazado temporal flexible en capa física • Frame hopping + sub-slicing + entrelazado inter-trama – MISO en redes SFN

• DVB-T2 permite proporcionar servicios móviles conjuntamente con servicios fijos en un mismo múltiplex (MPLPs) – Diferente MODCODTI: modulación, tasa de codificación, y entrelazado temporal

• Sin embargo ...

– Es complejo para ser implementado en dispositivos móviles – El patrón de portadoras y el tamaño de FFT es común para todos los servicios del múltiplex 60

Desarrollo T2-Lite • Desarrollado dentro del proceso de estandarización DVB-NGH • No estaba incluido en los requisitos comerciales de DVB-NGH • Surge por demanda de los radiodifusores y operadores de red – BBC, Teracom y RAI

• Motivación original fue poder transmitir servicios con diferentes FFTs y patrones de portadoras piloto en el mismo multiplex DVB-T2 – Servicios fijos: FFT 32K con pocos pilotos – Servicios móviles: FFT 8K con más pilotos

• Estándar DVB-NGH tiene mejores prestaciones, pero no estará disponible a corto plazo y su futuro es incierto • Principal ventaja de T2-Lite es que será implementado en la próxima generación de demoduladores DVB-T2 automáticamente – Forma parte integral del estándar DVB-T2 (v.1.3.1) – Sub-conjunto de DVB-T2 enfocado a movilidad con pequeñas modificacionese – Menor complejidad para facilitar su implementación en dispositivos móviles 61

T2-Lite Sub-conjunto de DVB-T2 • Elementos eliminados

– Tamaños de FFT 32k & FFT 1k – Patrón de portadoras piloto PP8 – Tres combinaciones de tamaño de FFT, intervalo de guarda, y patrón de portadoras piloto eliminados (otras combinaciones posibles más sencillas) – Tamaño de bloque LDPC 64K – Tasas de codificación 4/5 y 5/6 (tasas 2/3 y 3/4 no pueden usarse con 256QAM) • Constelaciones rotadas no se pueden usar con 256QAM

• Restricciones

– Memoria de entrelazado temporal reducida a la mitad • Aceptable debido a las menores velocidades de los servicios móviles – Máxima tasa binaria del servicio: 4 Mbit/s – Menor velocidad de la cadena de decodificación LDPC • Velocidad de procesado de las celdas por el Receiver Buffer Model

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Nuevos Elementos de T2-Lite • Tasas de codificación 1/3 y 2/5 – Permite aumentar la robustez de la transmisión (menor capacidad) – Códigos LDPC de DVB-S2

• Mayor duración de FEF (hasta 1 segundo) – Permite mayor flexibilidad para asignar tramas T2-base & T2-lite

• Señalización de capa física in-band tipo B obligatoria – Ayuda a los receptores a sincronizarse

• Aleatorización del L1-post

– Reduce la potencia de pico PAPR en el símbolo P2 – Se detectó que era un problema para números elevados de PLPs – En v.1.2.1 se resolvió utilizando una combinación de varias técnicas (ACE, TR, ...), pero la aleatorización es más efectiva

• Combinación flexible de tramas de varios perfiles – Cada perfil, ve el resto de tramas de los otros perfiles como FEFs 63

Ejemplo Típico T2-Lite

• T2-Base – servicios HDTV para recepción fija – 80% utilización del múltiplex – FFT 32K (ancho de banda extendido), 256QAM 2/3, PP7, etc.

• T2-Lite – servicios TV móvil – – – – –

20% utilización del múltiplex FFT 8K (ancho de banda extendido), QPSK 1/2, PP1, etc.

Entrelazado temporal inter-trama de 5 tramas T2-Lite Capacidad(8 MHz): 1.5 Mb/s 4 servicios de TV móvil (con StatMux) • 320 kb/s video H.264, 48 kb/s audio HE AAC v2, 7 kb/s overhead señalización

• T2-Lite – servicios TV móvil – 10% utilización del múltiplex – 10 servicios @ 68 kbps HE AAC v2

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Combinación de Varios Perfiles • Ejemplo T2-Base y T2-Lite

• Ejemplo T2-Base, T2-Lite, y un tercero (eg. NGH)

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DVB-NGH (I/II) • DVB-NGH (Next Generation Handheld) es la evolución handheld de DVB-T2 • Incorpora nuevas soluciones técnicas que hacen que no sea un estándar de 2G sino de 3G • Cambio de concepto con respecto a los estándares de TDT móvil de primera generación DVB-H & DVB-SH – Transmisión de DVB-NGH en FEFs de múltiplexs DVB-T2 • No hace falta desplegar una red dedicada – DVB-NGH incorpora una componente satélite opcional • Despliegue MFN: terrestre banda UHF, satélite banda L o S

• DVB-NGH se basa en T2-Lite – Receptores DVB-NGH deben de ser capaces de recibir T2 Lite 66

DVB-NGH (II/II) • Principales novedades: – SVC (Scalable Video Coding) con MPLPs • Diversidad en frecuencia para aumentar la robustez

– TFS (Time Frequency Slicing) • Diversidad en frecuencia para aumentar la robustez

– MIMO (Multiple Input Multiple Output) • Diversidad espacial para aumentar la robustez y capacidad

– Componente satélite opcional • Entrelazado temporal de larga duración con zapping rápido

– Reducción del overhead • Compresión de cabeceras TS/IP RoHC (Robust Header Compression)

– Señalización L1 • Robustez, overhead, capacidad, PAPR

– Transmisión de servicios locales en redes SFN

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Nuevos Aspectos de Planificación T2 • Redes SFN más grandes con FFTs 16K y 32K – Mismas reglas para la combinación de señales y generación de interferencias dentro de la misma red • FFT 32K no es apta para servicios móviles

• Configuración de antenas MISO en redes SFN – Decidir para cada transmisor si transmite en modo “normal” o “conjugado” – Hay que evaluar la ganancia MISO

• Mecanismos de reducción del PAPR – La potencia de pico de los moduladores T2 puede ser menor que en T – Los amplificadores pueden ser operados más cerca del punto de saturación

• Múltiples PLPs – Varios niveles de cobertura (uno por cada PLP)

• T2-Lite/DVB-NGH – Planificaciones de dos redes independientes (diferentes niveles de cobertura) – En caso de redes SFN, el valor del GI puede ser diferente!

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Ejemplo de Despliegue MPLPs • PLP con SDTV – MODCOD 16QAM 1/2 – CNR (portable) 6 dB

• PLP con HDTV/3DTV – MODCOD 64QAM 5/6 – CNR (portable) 16,8 dB

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Múltiples PLPs • DVB-T2 Demo at Broadcast Asia 2011

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Nuevos Modelos de Negocio • DVB-T2 no sólo hace un uso mucho más eficiente del espectro radioeléctrico que DVB-T, sino que también posibilita nuevos modelos de negocio • DVB-T2 permite transmitir eficientemente diferentes tipos de servicios con una única red en un mismo múltiplex – 3DTV, HDTV, SDTV, móvil • Soluciones técnicas – Múltiples PLPs – FEFs (T2-Lite, NGH, etc.)

• Otras aplicaciones de los FEFs – Servicios interactivos en el mismo canal RF – Compartición de espectro con otras redes (LTE-Advanced)

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Muchas gracias por su atenciĂłn ÂżPreguntas?