Sistema de transmisso para o ISDB-TBy: MASAYUKI TAKADA, MEMBER, IEEE, AND

MASAFUMI SAITO

1. CARACTERSTICAS DO SISTEMA DE TRANSMISSO ISDB-T O Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial (ISDB-T) do sistema projetado para oferecer vdeo de alta qualidade de confiana, som e transmisso dos dados no s para receptores fixos, mas tambm para receptores mveis. O sistema tambm foi projetado para oferecer flexibilidade, capacidade de partilha e / interoperabilidade para a radiodifuso de multimdia. O sistema robusto porque usa multiplexao por diviso de freqncia ortogonal (OFDM) de modulao, entrelaador bi-dimensional (domnio da freqncia e no domnio do tempo), e cdigos de correo de erro concatenadas. Seu esquema de modulao conhecida como Transmisso por Banda Segmentada OFDM (BST-OFDM), e consiste de 13 segmentos OFDM. O sistema tem uma grande variedade de parmetros de transmisso para a escolha do esquema de modulao do portador, a taxa de codificao do cdigo interno de correo de erros, duaraao do tempo de entrelaamento, etc Estes parmetros de transmisso podem ser ajustados individualmente para cada segmento. O sistema suporta transmisses hierrquicas de at trs camadas (camadas A, B e C). Os parmetros de transmisso pode ser mudado em cada uma destas camadas. Em particular, o segmento centro da transmisso hierrquica pode ser recebido pelos receptores portteis de um segmento. Devido estrutura comum do segmento OFDM, um receptor de um segmento pode "parcialmente" recebem um programa transmitido no segmento de centro de uma banda completa de sinal ISDB-T (recepo parcial o nome dado ao meio pelo qual um receptor capta apenas uma parte da largura de banda de transmisso). O sistema possui trs modos de transmisso (Modos 1, 2 e 3) para permitir a utilizao de uma vasta gama de frequncias de transmisso, e tem quatro opes de tamanho para o intervalo de guarda de modo a permitir uma melhor concepo de uma rede de freqncia nica (SFN) . Este sistema utiliza MPEG-2 de codificao de vdeo e codificao de udio avanado MPEG-2 (AAC). Alm disso, adota o MPEG-2 Systems para encapsular um fluxo de dados. Portanto, vrios contedos digitais, como texto, som, imagens fixas e outros dados podem ser transmitidos simultaneamente. Possui uniformizao e interoperabilidade com outros MPEG-2 Systems adoptados por outros sistemas usados no Japo, como o ISDB-S, ISDB-C, ISDB-T, e o Sistema de Transmissao de Audio Digital Via Satelite.

2.

SISTEMA DE TRANSMISSO ISDB-T

A. Descrio do Sistema de Transmisso

A fig. 1 descreve o sistema ISDB-T. O sistema de transmisso, BST - OFDM, configura uma banda de transmisso constituda por segmentos OFDM, cada um com uma largura de banda de 6 / 14 MHz. Os parmetros de transmisso podem ser definidos individualmente para cada segmento, tornando o canal mais flexvel. Alm disso, para conseguir uma sincronizao entre os fluxos de transporte MPEG-2 (TS transport Stream) e o sistema de transmisso BST-OFDM, as TSs so remultiplexadas em um nico pacote TS. Alm disso, informaes de controle de transmisso, tais como configurao do canal segmento, parmetros de transmisso, etc, so enviados para o receptor na forma de um sinal de controle da configurao de transmisso de multiplexao (TMCC). B. Parmetros bsicos para transmisso O ISDB-T possui trs modos de transmisso com diferentes intervalos entre as portadoras de modo a lidar com uma variedade de condies, tais como o intervalo de guarda varivel, conforme determinado pela configurao da rede e do efeito Doppler que ocorre na recepo mvel. A Tabela 1 apresenta os parmetros bsicos de cada modalidade. Um segmento OFDM corresponde a um espectro de freqncia tendo uma largura de banda de 6 / 14 MHz (430 kHz). No Modo 1, um segmento composto por 108 operadoras, enquanto que os modos 2 e 3 apresentam duas vezes e quatro vezes maior que o nmero de portadores, respectivamente. A radiodifuso televisiva emprega 13 segmentos com uma largura de banda de transmisso de cerca de 5,6 MHz. Por outro lado a radiodifuso digital sonora, usa um ou trs segmentos. Um sinal digital transmitido em conjuntos de smbolos. Um smbolo composto por 2 bits em QPSK e DQPSK, 4 bits em 16QAM, e 6 bits em 64QAM. Aqui, o durao de um smbolo eficaz o inverso do intervalo entre portadoras - esta condio visa prevenir interferncia entre portadoras. O intervalo de guarda uma seo de tempo redundante de informao que acrescenta uma cpia da ltima parcela de um smbolo de "varanda da frente" do smbolo, com o objectivo de absorver a interferncia originada pelo multipercurso. Assim, aumentando a taxa de intervalo de guarda no sinal diminui a taxa de bits de informao. Um quadro OFDM consiste de 204 smbolos, com intervalos de guarda anexados, independentemente do modo de transmisso. A durao do entrelaador temporal depende dos parmetros definidos na fase de sinal digital e da durao do intervalo de guarda, e os valores mostrados na tabela para este parmetro so valores aproximados consequentemente. Esquemas de correo de erros so cdigos concatenados, ou para o codificador externo e de um cdigo convolucional para o informao assume valores diferentes dependendo do esquema codificao do ccodificador interno, e do intervalo de guarda. O valores mnimo e mximo dos 13 segmentos. C. Configurao de codificao de canal Seo seja, cdigo Reed-Solomon (204, 188) cdificador interno. A taxa de bits de de modulao escolhido, da taxa de variao mostrada na tabela reflete os

A figura 2 mostra o diagrama de blocos do codificador de canal. Este sistema passa um TS do multiplexador MPEG-2 para a seo de remultiplexaao de TSs (remux), onde ele converte o TS em um fluxo de pacotes 204 bytes com bytes nulos em anexo. A TS um sinal de corrente consiste de um pacote de 188 bytes de fluxo de transporte (TSP). Aqui, os bytes nulos anexados podem ser substitudos por bits

de paridade no cdigo Reed-Solomon que o cdigo externo. No caso da transmisso hierrquica, o fluxo resultante pode ser dividida em sries de pacotes de acordo com as informaes do programa e na contribuio para um mximo de trs sistemas de processamento paralelo. Este processo chamado de separao hierrquica. A seo de processamento paralelo comea pela disperso de energia, a intercalao de bytes, e outros processos com o objetivo de minimizar a correlao frente e trs do sinal digital em ambos os domnios de tempo e freqncia. Em seguida, realiza a codificao do canal de acordo com os parmetros selecionados para satisfazer as caractersticas de transmisso requeridas, como o formato de recepo. Estes parmetros incluem a taxa de codificao do cdigo de convoluo (cdigo interno) e as do esquema de modulao digital, tais como QPSK. Como as camadas hierrquicas submetido a processamento paralelo tm diferentes taxas de bits de informao, o sistema executa armazenamento temporrio de dados na memria buffer e l dados em unidades de smbolos de acordo com a Transformada rpida inversa de Fourier (IFFT), relgio de amostragem. Este processo conhecido como a sntese da camada e taxa de converso. Em seguida, com o objectivo de melhorar a recepo mvel e robustez interferncia de multipercursos, o sistema executa, em unidades de smbolo, intercalao de tempo juntamente com a de frequncia a de acordo com o arranjo de segmentos OFDM. Informaes TMCC consistem em sinais piloto para demodulao e controle dos smbolos, que so combinados com as informaes de smbolos para configurar um quadro OFDM. Aqui, os smbolos de informao so modulados por (DBPSK) e intervalos de guarda so adicionados na sada IFFT. D. Transmisso hierrquica A mistura entre programas de recepo fixa e programas de recepo mvel possvel atravs da aplicao da transmisso hierrquica alcanada pela diviso da banda dentro de um canal. "A transmisso hierrquica" significa que os trs elementos da codificao de canal, ou seja, o esquema de modulao, a taxa de codificao convolucional para correo de erros de cdigo, e a durao do entrelaador temporal, podem ser selecionados independentemente. O entrelaamento no tempo e na freqncia realizado em cada segmento de dados. Conforme descrito anteriormente, a menor unidade hierrquica em um espectro de freqncia um segmento OFDM. Referindo-se a fig. 3, um canal de televiso composto por 13 segmentos OFDM, e at trs nveis hierrquicos (camadas A, B e C) podem ser definidos com relao a esses segmentos. Se o sinal OFDM transmitido usando apenas uma camada, a camada A. Se o sinal transmitido usando duas camadas, o centro da camada de "robusta" a camada A, e a camada exterior B. Se o sinal transmitido atravs de trs camadas, a centro da camada de "robusto" A, a camada mdia B, e a camada exterior C. Tomando em conta a operao de seleo de canal de um receptor, um espectro de freqncia segmentado dessa forma deve seguir uma regra para organizar os segmentos. Especificamente, os segmentos DQPSK utilizando modulao diferencial so colocados no meio da faixa de transmisso, enquanto QPSK e QAM segmentos que utilizam modulao coerente so colocados em cada extremidade da faixa de frequncias. Alm disso, uma camada pode ser definida para o segmento nico no centro, como um segmento de recepo parcial para os receptores de transmisses de udio digital terrestre. Neste caso, o segmento central Camada A. Usando toda a banda de 5,6 MHz, desta forma chamado de banda larga ISDB-T. Transmisses de udio possuem um formato de um segmento-base, bem como um formato de trs segmentos expandida, ambos referidos como banda estreita ISDB-T. E. Modulao e correo de erros

Um sinal digital contido em um TS primeiro submetido a codificao Reed-Solomon no cdificador externo e ento dividido em camadas hierrquicas de codificao de canal em paralelo. A Fig. 4 mostra um exemplo de um caso de duas camadas. Quatro esquemas de modulao digital so possveis aqui: DQPSK, QPSK, 16QAM e 64QAM. DQPSK um tipo diferenciado de modulao que transmite a diferena entre o smbolo presente e o prximo como informao. Como tal, no necessita de um sinal de referncia e , portanto, apropriado para a recepo mvel. A forma particular de DQPSK caracteriza uma mudana de fase de / 4 smbolo muito para que os pontos aps a demodulao do sinal diferencial passar a ser o mesmo que em QPSK. Os outros (QPSK, 16QAM e 64QAM) so tipos de modulao coerente. Como o nmero de bits transportados por um smbolo aumenta de dois para quatro e seis bits, os aumentos de taxa de bits. Ao mesmo tempo, porm, a distncia entre os pontos do sinal se torna menor e o sinal torna-se menos robusto ao rudo e outros distrbios. Fig. 5 mostra o circuito de modulao de QPSK incluindo entrelaamento de bits e do diagrama de fases. O atraso de 120 bits depois da converso serial/paralela uma forma do entrelaador de bits reduzir a interferncia entre portadoras. A Fig. 6 parcelas de capacidade de transmisso versus CN relao com o esquema de modulao e taxa de codificao convolucional como parmetros. Se a taxa de erro pouco depois da decodificao de cdigos internos inferior a 2 10-4, uma taxa de quase sem erros na ordem de 10-11 pode ser obtido atravs da decodificao de Reed-Solomon no cdificador externo. A informao de controle TMCC e canais auxiliares (ACs) descrito a seguir tambm so transmitidos atravs da modulao DBPSK.

F. Estrutura de quadro OFDM O formato de quadro de transmisso da BST-OFDM descrito usando um modo de segmentos como um exemplo. Neste modo, um segmento usa 96 portadoras de dados para transmisso de informao e as restantes 12 portadoras para controlar a transmisso. Aqui, a disposio dos portadores de controle difere de acordo com o esquema de modulao aplicada ao segmento, e h, portanto, dois tipos de quadros de segmento, como mostrado na figura. 7. A transmisso do sinal OFDM apresenta 13 segmentos de quadros destes dois tipos seqenciados no domnio da freqncia na mesma portadora. A Fig. 7 (a) mostra os quadros do segmento OFDM para os casos de modulao coerente, cada um tendo uma portadora TMCC, duas portadoras de AC, e um equivalente de nove pilotos espalhados (SPs) dispostos em uma forma dispersa. Uma SP inserida uma vez a cada 12 portadores no domnio da freqncia e uma vez a cada quatro smbolos no domnio do tempo. Por outro lado, SPs no so necessrios para o caso de modulao diferencial mostrado na figura. 7 (b). Aqui, um quadro de segmento composto por cinco portadoras TMCC, seis portadoras AC, e um piloto contnuo (CP) colocados consecutivamente na extremidade inferior no domnio da freqncia de cada segmento. Ao organizar os segmentos como descrito na Seo II-D, esta CP atua como o maior sinal de freqncia de referncia para uma modulao coerente do segmento OFDM, adjacentemente situado a uma banda de freqncia mais baixa.

Alm disso, cada AC desempenha o papel de um canal adicional, que tambm pode funcionar como um sinal de referncia para a demodulao.

G. Sinal TMCC de Informao e Controle

Uma variedade de formatos de transmisso e recepo, como a transmisso hierrquica e recepo parcial pode ser considerado para a radiodifuso digital terrestre. A este respeito, o sinal TMCC, que transmitida atravs da modulao DBPSK, inclui informaes sobre o sistema de controle, como a configurao do segmento que o receptor deve decodificar primeiro. A Fig. 8 mostra a configurao do sinal TMCC. Na figura, o cdigo de sincronizao de quadros uma palavra de 16 bits, que inverte todos os quadros e 3 bits so usados para diferenciar cada modulao coerente ou modulao diferencial em um segmento. O sinal TMCC de informaes e controle comum a todas as portadoras TMCC e correo de erros realizada com a diferena do set cdigo cclico. Como existem vrias operadoras TMCC em um segmento OFDM de modulao diferencial utilizado para recepo mvel, a maioria das decises tomada em relao aos bits de controle transmitidos para aumentar a confiabilidade das informaes de controle. A Tabela 2 resume a configurao dos 102 bits de controle TMCC e suas funes. Treze bits so atribudos aos parmetros de transmisso hierrquica da taxa de codificao do cdigo interno, ao esquema de modulao, e entrelaamento temporal, e o espao por trs camadas destes bits sempre reservado para uso real.

H. Intervalos de Guarda

Smbolo de dados para 13 segmentos OFDM so convertidos em um momento em smbolos de um perodo Tu realizando clculos IFFT. Como mostrado na figura. 9, um intervalo de guarda formado adicionando diretamente uma parte dos dados de forma de onda no fim de um smbolo para a sua "parte da frente." O smbolo do perodo de transmisso contnua, resultando Tu + Tg, o que significa que o smbolo eficaz Tu pode ser demodulado contanto que se encontra em algum lugar deste perodo.

3.

CONCLUSO

Conforme descrito anteriormente, o esquema de transmisso do sistema ISDB-T foi projetado para oferecer vdeo de alta qualidade, confiabilidade e som, transmisso de dados e no apenas para recepo fixa, mas tambm para a recepo mvel. O sistema tambm foi projetado para oferecer flexibilidade, capacidade de partilha e / interoperabilidade para a radiodifuso de multimdia.

No Japo, lanamos digitais terrestres de radiodifuso televisiva (DTTB) utilizando o sistema ISDB-T no final de 2003. Considerando a distncia entre os locais de transmisso, a maioria das empresas de radiodifuso utilizam Mode 3 e uma relao de intervalo de guarda de 1 / 8, o que implica um intervalo de guardo de durao igual a 126s. Programas em HDTV so transmitidos atravs de parmetros de transmisso de modulao 64QAM, a taxa interna de codificao de 3 / 4, e um entrelaamento temporal de 0,2s. Programas em HDTV esto actualmente a ser transmitidos para receptores de recepo fixa. No entanto, as tecnologias que se tornar vivel para receber programas de HDTV em mover carros ou nibus tambm tm sido desenvolvidos. Agora, quase de todas as emissoras do Japo a transmitir programas HDTV usando apenas uma camada, no entanto, na Primavera de 2006, as emissoras comearo um servio de radiodifuso de qualidade mdia de vdeo para portteis / receptores portteis usando o segmento central. Isso significa que em breve ser capaz de assistir programas de TV em nossos telefones celulares com recepo de TV digital capacidade.