Recepcion de Tv Satelital

RECEPCION DETV DIGITAL

POR SATELITE

Saber Electrónica Nº 151 5

ARTICULO DE TAPA

En Saber Electrónica Nº 131 co-menzamos a analizar cómo serealizan las comunicaciones vía

satélite, describiendo la constituciónde estos equipos, la forma en que serealiza el enlace entre satélites y plan-tas transmisoras y receptoras, los dis-tintos sistemas satelitales (en espe-cial los que se encuentran sobre Amé-

rica Latina) y qué elementos son ne-cesarios para poder captar señalescon un televisor. Como estos artículosdespertaron el interés de la mayoríade nuestros lectores, en Saber Elec-trónica Nº 146 decidimos comenzarcon la edición de capítulos consecuti-vos sobre Comunicaciones Vía Satéli-tes destacando los servicios de televi-sión satelital. Por tal motivo, hacemosen esta sexta entrega, una síntesis delo visto hasta ahora a modo de “cie-rre” del primer tomo de esta serie, conel objeto de que el lector tenga unaidea clara del material publicado has-ta la fecha. Para la edición de este ar-tículo, solicitamos la colaboración delprofesor Juan Manuel González, deElectrónica y Servicio.

Por: Juan Manuel GonzalezCoordinación: Ing. Horacio D. Vallejo

Email:[email protected]:www.editorialquark.com.ar

Comunicaciones Vía SatéliteCapítulo 6

El sistema de televisión digitalpor satélite, mejor conocidopor las siglas DSS o DTH,

descansa en un concepto de transmi-sión de señales digitales comprimi-das, las cuales se envían a un satéliteque las retransmite con mayor po-tencia de retorno a la Tierra. Estopermite captar las señales con unaantena parabólica de orientación fijay de un tamaño muy reducido. Des-cribiremos cómo funciona este siste-ma de TV por satélite.

Cómo surge el sistema DSS

En 1957, el hombre por primeravez puso en órbita un satélite artifi-cial, con el lanzamiento del Sputnik(figura 1), de fabricación soviética.Comenzó entonces una carrera espa-cial que después de varias décadasdaría por resultado un vasto sistemade servicios satelitales, como la tele-fonía, las comunicaciones transoceá-nicas vía microondas, el monitoreo ypredicción del clima, lacartografía y las emisio-nes televisivas.

Los fundamentosteóricos de las comuni-caciones vía satélite fue-ron planteados en1945, por el físico y es-critor británico ArthurC. Clarke (el autor dela novela 2001, unaOdisea Espacial), aquien también se debeel concepto de satélitesgeo-sincrónicos, aque-llos cuyo movimientoalrededor de la Tierra

coincide con el del planeta mismo,de modo que para un observador te-rrestre parecería un cuerpo fijo, puesmantiene la misma posición relativa(figura 2). La tecnología de enton-ces, no permitía el desarrollo de estetipo de sistemas, y lo más aproxima-do a un cohete espacial se utilizabacon fines bélicos; fue el caso de lasbombas voladoras V-2, utilizadaspor los alemanes contra Inglaterradurante la Segunda Guerra Mun-dial.

En 1958, el ejército de los Esta-dos Unidos lanzó con éxito un pe-queño satélite capaz de manejar uncanal de voz, el cual recibía la señalque llegaba desde la Tierra y podíaretransmitirla inmediatamente o gra-barla para su posterior transmisión.En 1960 la NASA hizo el experi-mento de poner en una órbita bajaun satélite pasivo (una simple esferade gran diámetro y con acabado me-talizado) con el objetivo de que sir-viera a las transmisiones radiales co-

mo punto de rebote para alcanzarlugares remotos. En 1962 se envia-ron dos nuevos satélites para realizarpruebas de enlaces a baja altura, pe-ro no fue sino hasta 1963 cuando selanzó el Syncom-2, primer satélitegeo-sincrónico. Con todas las expe-riencias obtenidas, se pudo formarfinalmente la organización INTEL-SAT, que en 1965 puso en órbita es-tacionaria un satélite que fue muyfamoso en los años posteriores: elEarly Bird o Pájaro Madrugador,que podía manejar hasta 240 con-versaciones telefónicas simultáneasentre Estados Unidos y Europa.

A partir de ese año los avances sesucedieron en cascada, y pronto sepudieron manejar señales de TV pa-ra su transmisión vía satélite desdeun punto del planeta hasta sitiosopuestos. Ya en la década de los80’s, con los progresos obtenidos enla tecnología electrónica, fue posiblefabricar equipos de transmisión enlos satélites cada vez más poderosos,

al igual que circuitos re-ceptores más precisos einmunes al ruido; fueentonces cuando lasgrandes compañías tele-visoras pudieron ofrecerservicios de televisiónpor satélite directamentea los particulares.

Artículo de Tapa

6 Saber Electrónica Nº 151

El Sistema DSS

figura 1 - E lSputnik fue elprimer satéliteartificial puestoen órbita.

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En muchos países el panoramaurbano comenzó a cubrirse de ante-nas parabólicas, que por entonces seconsideraban de mediano tamaño(entre 2 y 5 metros de diámetro; fi-gura 3), pero ahora, con el nuevosistema DSS, resultan ser enormes.Incluso, surgieron canales de televi-sión dedicados solamente a transmi-tir su señal por satélite, compitiendoasí con los servicio de TV de pagapor cable.

Este acelerado crecimiento de losservicios de televisión satelital, coin-cidió con el afianzamiento definitivode la tecnología digital, que permi-tió la codificación numérica de loscanales; la fabricación de satélitescon transmisores cada vez más pode-rosos y receptores terrestres cada vezmás sensibles y baratos; la compre-sión de las señales enviadas paraaprovechar de manera más óptima el

ancho de banda asignado; la encrip-tación de canales para que sólousuarios autorizados pudieran reci-birlos; el mejoramiento del audioobtenido, con la misma calidad deun disco compacto; etc.

Finalmente, la compañía RCA,en conjunto con Huges Aircraft (ladivisión aeroespacial de GeneralMotors), lanzó a mediados de los90’ el primer sistema de televisión“directa al hogar”, conocido tambiéncomo DTH (siglas de Direct-to-Ho-me) o DSS (siglas de Digital Satelli-te System), el cual ha tenido unagran acogida en muchos países, in-cluido el nuestro.

Operación general del sistema

Un sistema de TV directa por sa-télite está compuesto por tres ele-mentos básicos (figura 4):

1) Instalaciones de transmisión desubida, las cuales envían las señalesde programación a los satélites en ór-bita sobre el ecuador.

2) Un satélite que recibe las seña-les y las retransmite a la Tierra.

3) Una estación receptora que in-cluye al plato de recepción de satélite.

Las señales de imagen y sonidooriginadas en un estudio (o en lasinstalaciones de radio), son prime-

ramente enviadas a una estación desubida, en donde son procesadas ycombinadas con otras señales parasu transmisión en frecuencias de mi-croondas. A continuación, un granplato de subida concentra estas seña-les de microondas y las transmite alsatélite localizado a unos 36.000 ki-lómetros sobre el ecuador (altura dela órbita geoestacionaria). La antenareceptora del satélite capta estas se-ñales y las envía a su receptor paraser procesadas; estas señales, quecontienen la información original deaudio y video, son convertidas enotro grupo de frecuencias de micro-ondas, y entonces se envían al am-plificador para, desde éste, ser trans-mitidas hacia la Tierra.

Al conjunto completo receptor-/transmisor se le denomina trans-ponder. Las señales de salida deltransponder son enviadas a la antenatransmisora, la cual enfoca las mi-

RECEPCION DE TV DIGITAL POR SATELITE


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figura 2 - Los satélites artificiales orbitando sobre la tierra.

3figura 3 - Lasantenas para-bólicas pararecepción deTV satelitalanalógica sonde gran tama-ño.

croondas en un haz electromagnéti-co que es dirigido hacia la Tierra,donde un plato receptor de satélitecapta la energía de esas microondasque contienen la información origi-nal de audio y video, y la enfoca ha-cia un bloque convertidor de bajoruido o LNB. A su vez, el LNB am-plifica y convierte las señales de mi-croondas en otro grupo de frecuen-cias más bajo, mismas que puedenser enviadas a través de un cablecoaxial al receptor decodificador desatélite dentro de la casa del usuario.El receptor sintoniza los transpon-ders de manera individual y convier-te la información original de audio y

video en señales que pueden ser vis-tas y escuchadas en un televisor con-vencional y en un sistema estéreo.

En el sistema DSS se transportandatos digitales, video y audio a la ca-sa del cliente, vía un satélite de ban-da KU de alta potencia (la bandaKU transmite con una frecuenciacercana a los 12 GHz). El proveedorde TV envía sus programas, tanto devideo como de audio a las instalacio-nes de subida, en donde la señal escodificada digitalmente (compresiónMPEG y encriptación). A estas se-ñales se añaden diversos elementos,como una serie de “llaves” codifica-das para activar los receptores de los

usuarios abonados, una señal exclu-siva con la programación de los di-versos canales manejados por el sis-tema (una especie de TV-Guía enpantalla) y algunos datos adicionalesde carácter digital, que podrían te-ner un uso en comunicaciones víaInternet, flujo de información co-mercial, etc.

Toda esta información se agrupaformando paquetes de datos, mis-mos que se transmiten al satélite,donde la señal se capta, se procesa yse amplifica, para finalmente volver-se a retransmitir hacia la Tierra,donde los usuarios del sistema DSSpodrán captar los canales contrata-

Artículo de Tapa


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figura 4 - Sistema de transmisión y recepción de TV DIGITAL SATELITAL (DSS)

dos, con una alta calidad de imageny sin necesidad de receptores muycostosos.

Compresión MPEG2

Según mencionamos, en el siste-ma DSS el audio y el video sontransmitidos como señales digitales,en vez de las señales analógicas con-vencionales. Recordemos que todoel proceso de generación, transmi-sión y recepción de TV convencio-nal se lleva a cabo por métodoscompletamente analógicos, debido aque se sigue utilizando el mismoformato de televisión (el NTSC) di-señado hacia mediados de los años50’.

La cantidad de datos necesariapara transmitir toda la informaciónde audio y video en forma digital re-queriría velocidades de transmisiónde cientos de megabits por segundo.Simplemente, tome en cuenta que elancho de banda de la señal de TV esde 4,5MHz; dicha señal debe mues-trearse a por lo menos 9MHz paraobtener un resultado satisfactorio, yesta velocidad hay que multiplicarlapor la cantidad de bits por muestra,que no deben ser menos de 10 ó 12

para garantizar una reproducciónfiel de las señales originales; y aúnfaltaría la información de audio.Procesar datos a tal velocidad es algomuy complejo e impráctico, e impli-caría un costo muy elevado con lossistemas electrónicos actuales.

Para minimizar la velocidad detransferencia de datos, éstos se com-pactan mediante la compresiónMPEG (Motion Pictures ExpertGroup o Grupo Experto en Imáge-nes en Movimiento), organizaciónque ha desarrollado una especifica-ción para el envío de imágenes enmovimiento por redes de computa-doras. Básicamente, el formato estábasado en el principio de que lasimágenes contienen información re-dundante en las tramas de un cam-po de video a otro (por ejemplo, unmismo fondo puede permanecer fijovarios segundos, apareciendo en ca-da una de las tramas sucesivas que sedespliegan).

La compresión consiste, enton-ces, en predecir el movimiento queocurre de una trama de video a otra,para lo cual se transmiten vectoresde movimiento e información defondo. De esta manera, en vez detransmitir la información completa

de video, sólo se trasladan los datosque corresponden al movimiento y alas diferencias del fondo, por lo quela velocidad efectiva de video puedellegar a reducirse de cientos de me-gabits por segundo (Mbps) a unpromedio de 3 a 6Mbps. Por su-puesto, esa velocidad es dinámica, ypuede cambiar de acuerdo con lacantidad de movimiento que ocurraen el video. Dicho de otra forma, siuna imagen tiene mucho movi-miento, el grado de compresión po-sible se reduce. Vea la figura 5.

También se efectúa un procesode compresión de audio MPEG, pa-ra reducir la velocidad de transmi-sión del audio, es decir, la cantidadde datos que es necesario enviar porsegundo. Para efectuar esta compre-sión, si en un determinado puntodel audio un sonido fuerte se super-pone a uno débil, al grado que elprimero pierde su importancia den-tro de la gama audible, simplemen-te se omite la transmisión de dichosonido débil, reduciendo así el an-cho de banda requerido para el en-vío de tales datos. La compresión dela velocidad de datos de audio puedevariar de 56 kbps (kilobits por se-gundo) en monoaural, a 384kbps en



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figura 5 - El concepto de la compresión MPEG

señales estéreo (una señal de audioestereofónica muestreada con calidadde CD requiere más de 2Mbps parasu manejo).

Encriptación de datos

Con la intención de que usuariosno inscritos no reciban la programa-ción de cable, los productores deTV decidieron codificar sus señales,para que sólo pudieran ser captadaspor los usuarios abonados. Un usua-rio “pirata” sólo vería imágenes queno tienen sentido o una pantallacompletamente bloqueada.

Para lograr este efecto, la señalde video es encriptada (revuelta) enlas instalaciones de subida. Un algo-ritmo seguro de encriptación es lafórmula conocida como Estándar deEncriptación Digital (DES), que seemplea para codificar la informaciónde video. Las claves para decodifi-car los datos son transmitidas en losmismos paquetes de informaciónque se reciben en el aparato delusuario (vea el artículo sobre softwa-re y circuitos para canales de TVcodificados de esta misma edición).

La “tarjeta” de acceso del clientedesencripta la clave, con lo cual elreceptor puede decodificar los da-tos. Cuando por primera vez la tar-jeta es activada en un receptor, elnúmero de serie de éste está codifi-cado; así se evita que una tarjeta deacceso que haya sido activada en undeterminado receptor, pueda activarcualquier otro para el que no estéautorizada. Y siempre que la tarjetaesté fuera del receptor, éste no fun-cionará (tenga en cuenta que estesistema se emplea en DSS y difierede la metodología normal para TVpor cable.

Paquetes de datos

La información de los programases completamente digital y se trans-mite en paquetes de datos. Este con-cepto es muy similar al de los datosque transfiere o envía una computa-dora a través del módem.

Hay cinco diferentes tipos de pa-quetes de datos, los cuales son:

1 y 2: audio y videoComo su nombre lo indica, los

paquetes de audio y video contienenla información visual y auditiva delprograma.

3: paquetesCA (accesos con-dicionales)

La informa-ción que contie-nen, y que es di-reccionada de ma-nera individual alos receptores, in-cluye E-mail (co-rreo electrónico)del cliente, datos

acerca de la activación de la tarjetade acceso y datos acerca de los cana-les de los que el receptor está autori-zado a decodificar.

4: paquetes de datos serialescompatibles con PC

Pueden contener cualquier formade datos que el proveedor de progra-mas quiera transmitir, como es el ca-so de un reporte de existencias.

5: guías de programaciónElaboran un mapa del número

de canal, para entregarlo al trans-ponder y a los SCDI´s (sobre esto sehabla más adelante); dicho mapa

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MPEG

MPEG

MPEG

MPEG

.

.

.

.

MPEG

MPEG

Datos

Modulador

Controlacceso

Guía deprogramas

Transmisor

Al satélite

Video Audio CA Nulo Nulo Datos Video Nulo Audio

Gracias a las técnicas digitales, es posible enviar simultánea-mente una gran cantidad de canales de TV y audio, ademásde una serie de datos que permiten controlar el acceso a loscanales, proporcionar la programación a los usuarios y manejardatos digitales, entre otra información.

MU

LTIP

LE

XO

R

Salida típica del multiplexor

figura 6 - Esposible en-

viar distintasinformacio-

nes en formasimultánea

por un mismovínculo, gra-

cias al aportede las técni-

cas digitales.

6

también informa sobre la programa-ción de TV.

En la figura 6 observamos laconfiguración típica de subida paraun transponder. Anteriormente, seutilizaba un solo transponder paracada canal de satélite. Ahora, graciasa las señales digitales, son varios loscanales de satélite que pueden utili-zarse para enviar a un mismo trans-ponder. En el ejemplo de esta figurase muestran varios canales de video,otros más de audio en estéreo (unopor cada canal de video, y dos extrapara otros servicios -como un segun-do idioma-), y un canal de datoscompatibles con PC.

Las señales de audio y video delproveedor de programas están codi-ficadas y convertidas en paquetes dedatos, en una configuración quepuede variar, dependiente del tipode programación. Tales paquetes dedatos son multiplexados en formaserial y enviados al transmisor, y ca-da uno tiene una longitud de 147bytes (recuerde que un byte equivalea 8 bits), distribuidos como semuestra en la figura 7.

Los primeros 2 bytes de informa-ción contienen banderas y el SCDI;este último, que se traduce comoIdentificación de Canal de Servicio,es un número único de 12 bits (del0 al 4095) con el que se identifica alcanal de paquetes de datos; las ban-deras contienen hasta 4 bits, los cua-les se emplean primeramente paraverificar que los paquetes estén en-criptados o no y para determinarcuál llave o clave de acceso están uti-lizando. El tercer byte de informa-ción, está conformado por un grupode 4 bits que indica el tipo de pa-quete y por un cuarto bit contadorde continuidad.

El tipo de paquete es una carac-terística que sirve para determinar acuál de los cuatro tipos de datos per-

tenecen los paquetes en cuestión;cuando se combina con el SCDI, eltipo de paquete determina cómo se-rán empleados dichos paquetes; elcontador de continuidad agrega unaunidad por cada tipo de paquete ySCDI.

Los siguientes 127 bytes de in-formación se refieren al pago de ren-ta que es enviada por el proveedorde programas.

Los Satélites

Dos satélites de banda KU de al-ta potencia, proporcionan la señalDSS al receptor.

Los satélites, localizados en órbi-tas geoestacionarias en el cinturónde Clarke, a 36.0000 km sobre elecuador, están posicionados a menosde 0,5° uno del otro; el punto me-dio entre ellos se encuentra en 101°longitud Oeste, lo que permite queuna antena fija sea orientada a los101° y reciba entonces la señal deambos satélites.

La frecuencia de bajada se en-cuentra en una banda de frecuenciascomprendida entre 12,2 y 12,7GHz.El ancho de banda total del canaldel transponder es de 24MHz por



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figura 7 - Paquete de datos enviados en el sistema DSS

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figura 8 - El sentido derotación determina el tipo

de polarización.

canal, con un espaciamiento de14,58MHz. Cada satélite cuentacon 16 transponders de 120 watts, ytiene una expectativa de vida de 12años (vea nuevamente la figura 4).

Mientras que los satélites de ban-da C emplean la polarización hori-zontal y vertical, los satélites DSSusan la polarización circular.

La energía de microondas estransmitida en un patrón tipo espi-ral. El sentido de la rotación deter-mina el tipo de polarización circular(figura 8).

En el sistema DSS, uno de lostransponders de un satélite es confi-gurado para polarización circular de-recha y el otro para polarización cir-cu-lar izquierda; de dicha configura-ción resulta un total de 32 transpon-ders entre los dos satélites.

Aunque sólo hay 16 transpon-ders por satélite, la capacidad de ca-nales que se pueden manejar a travésde ellos es grande.

Mediante la compresión de datosy multiplexaje, los dos satélites, entrabajo conjunto, tienen la posibili-dad de llevar hasta 150 canales con-vencionales (no están consideradoscanales de TV de alta definición) deaudio y video vía 32 transponders.

El plato

El plato re-ceptor de satélite(figura 9) es unaantena para labanda KU, es de

18” y ligeramente ovalado. Esta últi-ma característica se debe a los 22,5°de desplazamiento para el LNB (elbloque convertidor de bajo ruido).Fue posible utilizar una antena tanreducida debido a una característicafundamental del sistema DSS: abso-lutamente todos los satélites retrans-misores de TV que se fabricaron an-tes de la aparición de este sistemautilizaban transmisores de baja po-tencia (unos 20 ó 30 watts), lo queobligaba al uso de grandes antenasque pudieran captar la minúsculamagnitud de energía que llegabahasta los hogares.

En cambio, el sistema DTH uti-liza transmisores de potencia elevada(alrede-dor de 120 watts), lo que ga-rantiza que con una antena de tama-ño reducido se obtenga la mismaproporción de señal captada ante-riormente con antenas de varios me-tros de diámetro.

Para maximizar la magnitud deenergía que es recibida, se ha colo-cado al poste que sostiene al LNBde tal forma que evite el bloqueodel área de la superficie del plato,con lo que se previene la atenua-ción de la señal de microondas deentrada.

LNB

El LNB hace que la señal de ba-jada del satélite pase del rango delos 12,2 a 12,7GHz, al rango de los950 a 1450MHz, para que puedaser procesada por el sintonizador delreceptor.

• De salida simple, es decir, conun solo conector de RF.

• De salida doble, es decir, con dosconectores de RF. (La salida doble delLNB puede aprovecharse para alimen-tar a un segundo receptor o a otro sis-tema de distribución.)

Ambos tipos de LNB pueden re-cibir señales de polarización derechae izquierda. La polarización es selec-cionada eléctricamente, vía un volta-je de CD enviado en el centro delconductor del cable del receptor. Lapolarización derecha es seleccionadacon +13V y la izquierda con +17V.

Decodificador

Una vez que el LNB ha reducidola frecuencia de la señal recibida delsatélite, la envía hacia el aparato de-codificador, que es finalmente el en-cargado de descomprimir los canalesde audio y video y expedir única-mente los que tenga derecho unusuario en particular. Es en el deco-dificador donde se alojan la tarjeta otarjetas de activación de canales, y esaquí donde las señales de TV reco-bran su forma original, de modoque ya pueden alimentarse directa-mente a la entrada de antena decualquier televisor convencional.Con esto habrá concluido el recorri-do de la señal desde su generaciónhasta su recepción. ✪

Artículo de Tapa


9figura 9 - E l“Disher” oplatosatelital.

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