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Nota TécnicaMonitoreando la Red del Sistema ISDB-Tb

receptores móviles. Este sistema de multiportadoras de onda de RF per-mite eliminar ó al menos minimizar deterioración de la señal RF debido a los ecos de multicamino que se generan cuando la señal RF rebota en un edificio, por ejemplo. El número de portadoras en un sistema OFDM puede ser muy alto. ISDB-Tb tiene opciones para 1405, 2809 y 5617 portadoras. Debido a que el ancho de banda asignado a cada portadora es pequeña, la velocidad de símbolos se reduce correspondientemente, y la longitud de tiempo para transmitir cada símbolo se au-menta. Esta es una de las claves que permite que el sistema OFDM tenga mas tolerancia a la interferencia multicami-no, la otra clave es el uso de un intervalo de guarda. Fig. 2.1 muestra como el sistema con multiportadoras de onda ofrece mas margen de interferencia entre señales (ICI) cuando se compara el tiempo de retardo con el tiempo de un símbolo de la señal deseada.

El sistema ISDB-Tb utiliza un sistema de modulación lla-mado multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) para minimizar interferencia entre las portadoras (ICI). Esto quiere decir que las múltiples portadoras de onda son independientemente moduladas, portadoras ady-acentes tienen el espectro en las zonas de cero de las otras portadoras. Esto se verifica usando el proceso de [senx/x]. Esto crea portadoras mutuamente ortogonal y esto impor-tante para una eficiente operación en redes de una frecuen-cia (SFN).

También usa un código especial de corrección de errores progresivo (FEC). El esquema de modulación es de banda de transmisión segmentada (BST-OFDM), que consiste de 13 segmentos OFDM, 12 segmentos se pueden usan para

transmitir las señales a aparatos fijos y un segmento para transmitir la señal para aparatos móviles.

El sistema ISDB-Tb tiene una amplia variedad de parámetros de transmisión para elegir el esquema de modulación de la portadora, la tasa de codificación de la correc-ción de errores interno código, y longitud de entrelazado en tiempo. Estos parámetros de transmisión se pueden ajustar individualmente para cada segmento.

ISDB ofrece transmisiones jerárqui-cas de hasta tres capas (Capas A, B y C). Esto quiere decir que los parámetros de transmisión pueden ser diferentes en cada una de estas capas. Limitando el rango de inter-

calación de frecuencias dentro de un segmento, es posible separar un segmento independientemente de los otros seg-mentos en la señal transmitida. De esta manera, un receptor con una banda estrecha de solo un segmento OFDM, puede recibir parcialmente los servicios que están contenidos en el segmento central del canal de transmisión, mientras un receptor de HDTV en casa puede recibir los otros 12 segmentos a banda ancha. Fig. 3.1, muestra la estructura de transmisión jerárquica.

IntroducciónEn el mundo de la televisión digital, hay tres sistemas principales de radiodifusión usados en el nuevo continente. Estos son los sistemas ATSC, ISDB-Tb y DVB-T. La gran diferencia entre estos sistemas es el formato de modulación y transmisión. El sistema ATSC usa el sistema de trans-misión 8VSB de una sola portadora de onda, mientras los sistemas DVB y ISDB utilizan un sistema de transmisión con multiportadoras de onda. Cada de estos sistemas tienen diferentes especificaciones pero también similitudes en ar-quitectura de diseño. En esta Nota Técnica, ofrecemos unas guías como monitorear y medir la red del sistema ISDB-Tb. Fig. 1.1 muestra los sistemas de RF digital que son usados ó están siendo considerados en diferentes países.

Breve Descripción del Sistema ISDB-TbEl sistema ISDB-Tb (Servicios Integrados de Radiodifusión Dig-ital -Terrestrial) ha sido diseñado para ofrecer una alta calidad de transmisión no sólo para receptores de situación fija sino también para

ATSC:CanadáEl SalvadorHondurasMéxicoUSA

ISDB-Tb:ArgentinaBrasilBoliviaChileCosta RicaEcuadorParaguayPerúUruguayVenezuela

DVB-T:ColombiaPanamá

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Fig. 1.1 Sistemas de TV Digital

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El sistema OFDM tiene tres modos de transmisión (Mo-dos 1, 2, y 3) para permitir el uso de una amplia gama de frecuencias de transmisión, y tiene cuatro opciones de longitud de intervalo de guarda para permitir mejor funcionamiento de una red de frecuencia única (SFN). ISDB-Tb utiliza compresión MPEG-4 (H.264) de codifi-cación para vídeo y MPEG-2 avanzado para codificación de audio(AAC). Mantiene el flujo de transporte MPEG-2 TS para la encapsulación del flujo de datos, pero con algunas modificaciones necesarias para ISDB-Tb. Por lo tanto, vari-os contenidos digitales, como audio, texto, imágenes fijas, y otros los datos pueden se empaquetados y transmitidos simultáneamente.

Transmisión y Recepción de Sistema ISDB-Tb:

Para medir la calidad de transmisión de una señal analógi-ca, prácticamente se media la calidad del VITS (Señal de prueba enviada en el intervalo Vertical) y el nivel de dis-torsión. Pero en redes de sistema digital, estas posibilidades no existen. Pero existen procesos y técnicas de medición para verificar que los programas de televisión estén sien-do recibidos no solamente en las casas si no también en unidades móviles de acuerdo a especificaciones y de buena calidad en general. El problema mas grave para todos los canales de televisión es el de arriesgar que la señal se pueda deteriorar ó perderse completamente.

Es importante saber que la señal deseada este en buen es-tado en diferentes puntos de la red desde la codificación de vídeo, audio y datos, hasta la recepción y presentación de la imagen y sonido en el televisor. Fig. 4.1 muestra diagramas básicos de transmisión y recepción donde se puede obser-var en que puntos se puede medir/monitorear la señal.

Medición y Monitoreo de ISDB-Tb

Las redes de televisión digital usan complicados compo-nentes y procesos para crear la señal y mandarlos a los transmisores. La televisión digital usa las mas modernas tecnologías para recibir la señal y para presentar la imagen. Pero aun los mejores equipos son sujetos a fallas debido a edad del equipo o de otras influencias. Esto generalmente resulta en una degradación de la señal o en casos extremos,

TT

T de retardo

T de retardo

T de retardo

4T

Sistema de una Portadora

ICI =

4TT de retardo

Sistema de Multiportadoras

ICI =

Señal Deseada

Señal Multicamino

Señal Deseada

Señal Multicamino

Fig. 2.1: El nivel de ICI (Interferencia entre señales) es menos en sistema con multiportadoras

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

CapasCapa AA B C

Receptor ISBD-Tbde banda ancha

Receptor ISBD-Tbde banda estrecha( 1 Segmento)

Multiplexadorde Datos

Espectro deTransmisión

Estructura y Modulación OFDM

Fig. 3.1: Diagrama de Transmisión Jerárquica y Recepción Parcial

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una falla del sistema de transmisión y recepción. Para garantizar una alta calidad y tener confianza en los servicios de televisión digital, una variedad de parámetros tienen que ser medidos y analizados durante el monitoreo y la medición de las señales de televisión digital. Los lugares indicados son donde se recomienda hacer el monitoreo y las mediciones en el sistema de ISDB-Tb:

Flujo ASI

Antes de enviar el flujo ASI al modulador de RF se debe verificar que los siguientes parámetros estén presentes ex-actamente de acuerdo a las especificaciones:

a. Paquete de Información de ISDB-Tb (IIP). Este parámet-ro básicamente cierra el cuadro de multiplexación e incluye paquetes de información para controlar la configuración de modulación (MCCI), esto se aplica a cada una de las capas. También incluye información de sincronismo de red (NSI).

b. Tabla de Control de Configuración para la Transmisión y Multiplexación (TMCC). Esto incluye confirmación de los segmentos usados en cada canal y también parámetros de modulación y codificación.

Los equipos de medición deben tener la capacidad de reconocer estos parámetros que han sido establecidos para

ISDB-Tb. Si estos parámetros no están de acuerdo a las es-pecificaciones, el decodificador va a tener serios problemas.

RF y Demodulación Los siguientes parámetros deben ser verificados en difer-entes zonas geográficas. De acuerdo a la capacidad del equi-po de prueba, se puede hacer la medición antes ó después del demodulador.• Frecuencia del piloto• Potencia de RF• Respuesta de frecuencia y forma de hombros.• Retardo de grupo (para evaluar impacto de ecos en

SFN). Cada señal debe consumir 6 Mhz de ancho de banda sin harmonicas ni aberraciones que puedan affectar canales vecinos.

• MER - Tasa de errores de modulación. También se combina con EVM que mide errores de vectores.

• Constelación y espectro - ver que las amplitudes estén balanceados sin errores de cuadratura ó interferencia en coherencia.

• Diagrama de ojo - bajo nivel de inestabilidad (jitter), adecuados tiempo en subida y bajada y nivel de sobre-impulsos.

Es importante medir la frecuencia de funcionamiento, pero también se deben comprobar que la modulación y la señal de banda de base estén de acuerdo a las especificaciones.

ProcesadorJerarquico- Corrector de errores- Interlazado- TMCC

Re-multiplexadorpara (TS)Flujo deTransporte

Multiplexorde AccesoConditional(MPEG, ACC)

IFFTy insertarIntervalo deGuarda

Modulación I/Q

Convertidor D/AAmpli�cador RF

Corregidor DemultiplexadorDe-InterlazadorDecodi�cadorinterno/externoDe-escrambalador

Demodulador y Procesador FFT

Sintonizador

De-Multiplexadorde (BTS)Flujo deTransporte

Decodi�cador MPEG AAC

Codi�cador de Video

Codi�cador de Audio

Codi�cador de Datos

Convertidor deFormato - Video

Convertidor deFormato - Audio

Convertidor deFormato - Datos

Video

Audio

Datos

Video

Audio

Datos

RF

Frecuencia de pilotoMER/EVM/SNRConstelación (total y por capas)Potencia de señalRetardo de grupoRefleciones de multicaminoIntervalo de guarda (Recepción SNF)Respuesta de Frecuencia / Forma de hombroDesequilibrio I/Q

MPEG-2 TS plus (BTS)(Usando Especificaciones de ETSI TR 101 290)Datos de TMCC

Calidad de imagen y sonidoSonoridad (Usando BS.1770)Sincronismo de A/V

Flujo ASI: IIP (Paquete de Información de ISDB-Tb) TMCC ( Control de Configuración para la Transmisión y Multiplexador)

RFSeñal desalida

IF

Fig. 4.1: Areas criticas para monitorear y medir dentro de la transmisión y recepción de ISDB-Tb

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Uno de los puntos de referencia más importantes es la medición de la calidad de modulación , y esto se hace midi-endo la tasa de errores de modulación (MER), y la cantidad de errores durante la transmisión (BER). Al especificar un aparato de medición, es importante que el aparato tenga capacidad de medir altos niveles de MER, por lo menos de 30 a 40 dB. También es bueno que el aparato pueda medir el MER total y el MER por cada capa de transmisión. Fig. 5.1 muestra niveles de MER con respecto al barranco digital. Fundamentalmente, se busca que la condición de la señal este siempre lejos del precipicio digital.

Flujo de transporte (TS ó BTS) Esto es el último paso antes de que la señal va a ser decodi-ficada a MPEG2/4 y AC3. Es importante que si el aparato de medición no tenga capacidad de medir el flujo de trans-porte (TS) directamente, que tenga salida para el flujo de transporte, así se puede conectar otro aparato para medir el TS. Las medidas aquí deben ser de acuerdo a las especifica-ciones y prioridades de ETSI TR 101 290 y datos de TMCC.

Prioridad 1: Parámetros críticos para que la señal pueda ser decodifica-da. Fallas en estos parámetros contribuyen a que se pierda la señal. TS_sync_loss (Pérdida de sincronización del Flujo de Transporte. Una pérdida de 2 sync bytes indica pérdida de sincronismo). Sync_byte_error (Error de transmisión del byte de sincro-nismo. El sync byte debe ser de valor 47 en hexadecimal cada 204 bytes).PAT_error (Error de codificación en la Tabla de Asociación de Programas. El ID de este paquete debe ser 0000 en hexa-decimal y debe ocurrir por lo menos cada 0.5s).Continuity_count_error (Error de transmisión en la cuenta de continuidad).PMT_error (Error en codificación en el Mapa de Tabla de Programas. Debe ocurrir por lo menos cada 0.5s).PMT_error_2 (Error en codificación en el Mapa de Tabla de Programas con ID 0x02).PID_error ( Error en codificación en la Identificación de

Fig. 5.1: Demuestra como el nivel de MER (Tasa de Errores de Modulación) indica que el abismo digital se aproxima

Pseñal

Perror[ [MER = 10 x log 10 EVM

MER

Zona Lejos del Abismo DigitalCerca al Abismo Digital

Abismo Digital

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programas. Cada PID tiene que indicar un flujo de datos).

Prioridad 2: Parámetros que afectan la decodificación de programas individuales, no afectan el flujo de transporte. Generan congelación de cuadros y errores en sincronismo de video con audio.Transport_error (Error de Transporte que el demodulador no puede corregir).CRC_error (Error en Verificación de Redundancia Cíclica. Este error indica que las tablas como CAT, PAT, NIT, EIT y PMT están corruptas).PCR_error ( Error del reloj de referencia del programa de más de 100 ms. PCR es usado para re-generar el reloj del sistema de 27 Mhz. Un error contribuye a inestabilidad ó en perdida de sincronismo).PCR_repetition_error (Intervalo de tiempo entre valores consecutivos de PCR no debe ser de más de 40 ms, de lo contrario el reloj de 27 Mhz pierde sincronismo).PCR_accuracy_error ( Error cuando el PCR del programa seleccionado no esta dentro de +/- 500 ns).PTS_error (Error de Sello de Tiempo de Presentación. In-tervalo de repetición de mas de 700 ms).CAT_error ( Error en la Tabla de Acceso Condicional. El

receptor usa el CAT para encontrar servicios ó mensajes de operación).

Prioridad 3: Parámetros no críticos pero de interés para específicas apli-caciones/Servicios. Tienen que ver con errores en las tablas de información de red (NIT).NIT_error (Error con la Tabla de Información de la Red. También incluye errores actuales NIT_actual-error).SI_repetition_error (Error en tasa de repetición de la tabla de Información de Servicios).Buffer_error (Indica errores de desborde (Overflow) ó secadía (Underflow) en el regulador de datos)Unreferenced_PID (PID de otra clase fuera de la estructura de PMT).SDT_error (SDT es la Tabla que describe los servicios que están disponibles al usuario, sin el SDT no se puede obtener la lista de servicios).EIT_error (EIT es la Tabla de Información sobre los even-tos, sin el EIT no se puede obtener la agenda completa de la programación).TDT_error (TDT es la Tabla de Tiempo y Fecha, transporta la hora y fecha actual, un error aquí malogra la secuencia de programas).

Pantalla de Tektronix MTM400A with TSCA (Cortesia de Tektronix)

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portalDTVRST_error (RST es la Tabla de Estado en Operación, es un mecanismo para actualizar información en el EIT).Empty_buffer_error (Cuando el regulador de datos no es vaciado por lo menos cada segundo). Es importante que el equipo de monitoreo y medición, reporte las fallas usando los nombres exactos de los parámetros para evitar confusiones y también deben usar las mismas pre-condiciones como se llaman en las espe-cificaciones. Pueden observar abajo como ejemplo, como el equipo MTM400A de Tektronix muestra los resultados de una medición del flujo de transporte de acuerdo a las especificaciones ETSI TR 101 290. (Ilustración por cortesia de Tektronix).

Decodificador

Último pero no menos importante es la calidad de la ima-gen y del sonido en el televisor en casa ó el receptor portátil. Cual es el nivel de la Calidad de Servicio total (QoS). Facto-res son:• Calidad de imagen: alta resolución, fiel reproducción de

colores, sin anomalías, sin macroblocks

• Calidad del sonido• Nivel de sonoridad que debe ser consistente entre cana-

les, programas y comerciales.• Sincronismo de audio y vídeo (Lip sync).

En el futuro, vamos a relatar sobre sonoridad, que es, como se mide y como se mantiene a nivel aceptable de acuerdo a la especificación BS 1770.

Especificaciones

En la Fig. 6.1 al final del documento se pueden ver las mas básicas especificaciones de ISDB-Tb.

Equipos de prueba y medición:

Hay varios proveedores de equipos de monitoreo y medición. Durante NAB 2013, Tektronix presento sus equi-pos RFM220 específicamente para probar RF y modulación del sistema ISDB-Tb y el MTM400A para RF, modulación y MPEG2 TS.

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Sumario

El desafío mas grande para los ingenieros y técnicos es de mantener la calidad de la señal digital en condiciones de trabajo siempre dentro de las especificaciones y mantenién-dolo lejos de abismo digital.

En el sistema de televisión digital dos de los eslabones más importantes son la cadena de transmisión/recepción y el flujo de transporte (TS). Algunas estaciones ya tienen la suerte de tener un equipo de monitoreo y medición, ahora el reto es que los operadores entiendan no solo las técnicas de como verificar el funcionamiento de las señales pero también entender la tecnología utilizada en estos sistemas.

Siempre hay que estar pro-activo y no conformarnos con solo ver que los diferentes canales se reciben en el receptor, esto solo puede indicar que las señal esta siendo transmit-ida por ahora , pero no da ninguna información sobre la calidad de la señal. Todo esto es importante especialmente cuando una instalación es nueva. Una vez que se ha veri-ficado que la red de transmisión y recepción cumplen con las especificaciones con buen margen de errores, entonces quisas solo se puede hacer una prueba subjetiva , pero no se puede remplazar pruebas objetivas hechos con buenos equipos de monitoreo y medición.

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También es importante de no solo hacer medidas in-stantáneas, las señales deben ser monitoreadas durante varias horas y hasta de varios días para tener en cuenta cambios debido a cambios meteorológicos y ambiente en general.

Al recomendar equipos de monitoreo y medición, es recomendable que los equipos tengan la capacidad de ser operados o controlados remotamente vía protocolo SNMP y que estos aparatos puedan generar y enviar alarmas cuan-do detectan fallas de red.

Referencias

1. Transmission System for ISDB-T. Masayuki Takada and Masafumi Saito, PROCEEDINGS OF THE IEEE, VOL. 94, NO. 1, JANUARY 2006

2. ARIB Standard B32 - Version 2.1: Association of Radio Industries and Businesses, Japan

3. Predict your TV viewing quality with ISDB-Tb RF Monitoring - Tektronix

4. RFM-220 ISDB-Tb Analizador de Espectro RF - Tektr-onix

5. ETSI TR 101 290 V1.2.1 Specifications