Sistema DVB para
Transmissão de
Televisão Digital
Este artigo descreve o sistema de transmissão, definido pelas normas
DVB (Digital Video Broadcasting), que é usado em Televisão Digital
(TVD). A quantidade e diversidade de técnicas de comunicação digital
incluídas no sistema faz com este constitua um interessante caso de
estudo.
by Robert Sousa
Introdução ao Sistema DVB
Comunicações Digitais
1
Actualmente a quase totalidade das
comunicações à distância é efectuada
em modo digital, pelo que a
2
Televisão Digital
informação é representada de forma
A Televisão Digital (TVD) é um dos
discreta e a comunicação utiliza
serviços de telecomunicações com
técnicas de transmissão para sinais
maior potencial de integração, onde a
digitais.
Internet, a mobilidade e a
interactividade assumem um papel de
Normas DVB
O sistema de transmissão digital
adoptado para TVD em diversos
países, incluindo muitos países
Europeus, é mundialmente conhecido
por DVB (Digital Video Broadcasting),
uma vez que resultou do processo de
normalização internacional
desenvolvido no contexto do Projecto
DVB.
3
destaque.
Componentes do Sistema DVB
Codificadores
Transport Stream
Normas MPEG-2
O sistema básico de TVD tal
Estes últimos constituem um
A estrutura sintáctica e a
como definido pelas normas
fluxo de dados designado por
semântica dos dados
DVB, e ilustrado na Figura 1,
Transport Stream (TS). Um
comprimidos de áudio, vídeo
é constituído por
único TS pode incluir vários
e TS são definidas num
codificadores de áudio e
programas de TVD, áudio
conjunto de normas
vídeo, multiplexagem e
HiFi, etc.
conhecidas por MPEG-2 e
transmissão digital dos dados
desenvolvidas e
multiplexados.
desenvolvidas pelo grupo de
normalização MPEG.
Transmissão Via Satélite (DVB-S)
1
Canal de Satélite
2
Codificação Robusta
Em termos genéricos, o canal de satélite é
A sua utilização para comunicações
caracterizado pela limitação de potência
digitais com taxas de erros reduzidas
no downlink e por uma largura de banda
necessita de codificação de canal robusta
(LB) disponível relativamente elevada.
e um tipo de modulação com boa
imunidade ao ruído.
Diagrama Funcional DVB-S
Na Figura 2 representa-se o diagrama funcional do sistema de transmissão DVB via satélite (DVB-S).
Note-se que a entrada do sistema é um TS MPEG-2, proveniente da saída do multiplexer.
Funções do Sistema DVB-S
Dispersão de Energia
É uma função de scrambling que reorganiza a sequência de bits da entrada,
transformando-a numa sequência pseudo-aleatória à saída, Pseudo Random Binary
Sequence (PRBS).
Codificação Reed-Solomon
Consiste num codificador Reed-Solomon (RS) que adiciona 16 bytes a cada pacote TS
de 188 bytes, pelo que o comprimento final de cada pacote é de 204 bytes.
Interleaving
Esta função tem como objectivo aumentar a eficiência da correcção de erros RS,
espalhando no tempo os bytes de cada pacote TS em vez de os transmitir
sequencialmente.
Codificação Convolucional
É usado como complemento do codificador RS. O codificador convolucional introduz
100% de redundância nos dados de entrada, aumentando o débito binário de entrada
para o dobro, o que corresponde a um code rate RC=1/2.
Formatação Banda Base
Os bits a transmitir são combinados de modo a formar símbolos que por sua vez
correspondem a valores discretos da amplitude de um sinal, ou seja, pulsos
rectangulares.
Modulação QPSK
Capacidade de Transmissão Via Satélite
Exemplo
Modulação QPSK
Supondo uma largura de banda disponível
Em QPSK, cada símbolo transmitido
para transmissão no canal satélite de BT=33
transporta 2 bits, o que origina um débito
MHz e um factor de decaimento α=0.35,
binário bruto de Rb=48.8 Mbit/s.
então é possível obter um débito simbólico
de RS=24.4 Msímbolo/s.
Codificação de Erros
Débito Útil
Dado que os códigos de detecção e
Considerando os casos extremos de
correcção de erros introduzem redundância,
codificação convolucional, podem-se obter
o débito binário útil é menor que o valor
débitos úteis máximos e mínimos de,
anterior. Após retirar a redundância
respectivamente, RU_max=39.35 Mbit/s e
introduzida pelos códigos RS resulta um
RU_min=22.49 Mbit/s.
débito de Rb1=44.97 Mbit/s.
Transmissão por Cabo (DVB-C)
Diferenças em Relação
ao Satélite
Modulações QAM
Codificação de Erros
Em DVB-C podem utilizar-se
Dado que o cabo é um meio
Em relação à transmissão via
modulações do tipo
de transmissão com boa
satélite, a transmissão por
Quadrature Amplitude
relação sinal/ruído, não é
cabo (DVB-C) tem duas
Modulation (QAM) em que os
usado o codificador
diferenças fundamentais:
símbolos transmitidos
convolucional como em DVB-
relação sinal/ruído bastante
representam combinações de
S. Apenas o codificador
mais elevada e canais RF
4, 5, 6, 7 e 8 bits, ou seja,
RS(204,188,T=8) com
com LB menor.
16QAM, 32QAM, 64QAM,
interleaving é necessário para
128QAM e 256QAM.
obter uma taxa de erros,
suficientemente reduzida.
Capacidade de Transmissão por Cabo
Exemplo
Modulação 64QAM
Supondo modulação 64QAM numa largura
Dado que em 64QAM cada símbolo
de banda disponível para transmissão no
transmitido representa 6 bits, o débito binário
canal de cabo de BT=8 MHz e um factor de
bruto vem Rb=41.76 Mbit/s.
decaimento α=0.15, então é possível obter
um débito simbólico de RS=6.96 Msímbolo/s.
Codificação Reed-Solomon
Comparação com Satélite
Retirando a redundância introduzida pelos
Verifica-se que o débito binário útil num canal
códigos RS, resulta um débito útil de
de cabo com BT=8 MHz é da mesma ordem
RU=38.5 Mbit/s.
de grandeza daquele que se consegue obter
num canal de satélite com BT=33 MHz.
Transmissão Terrestre (DVB-T)
1
Modulação OFDM
2
Coded OFDM
O caso da transmissão terrestre
A combinação de OFDM com
(DVB-T) é substancialmente
códigos de detecção e correcção de
diferente dos anteriores. A
erros resulta na designação de
transmissão terrestre utiliza o
Coded OFDM (COFDM).
sistema de modulação Orthogonal
Frequency Division Multiplexing
(OFDM).
3
Portadoras Ortogonais
Cada portadora transporta apenas uma parte reduzida do TS a transmitir, a um ritmo
binário muito mais reduzido do que o débito total do TS.
Geração do Sinal OFDM
Mapeamento de Bits
Soma de Produtos
Mapeamento das combinações de bits
atribuídas a cada portadora, em factores
Soma de todos os produtos obtidos
complexos que definem o símbolo a
anteriormente.
transmitir por cada uma.
1
2
Multiplicação por Portadoras
Multiplicação desses factores pelas
portadoras respectivas.
3
Sinal OFDM no Tempo e Frequência
Domínio do Tempo
No tempo consiste em conjuntos de símbolos
transmitidos sequencialmente. Um símbolo
OFDM corresponde ao conjunto de símbolos
transportado por todas as portadoras durante o
tempo de duração de um símbolo.
Domínio da Frequência
Na frequência consiste num conjunto de
portadoras adjacentes, moduladas por pulsos
correspondentes aos símbolos que cada uma
transporta.
Ortogonalidade das Portadoras OFDM
A condição de ortogonalidade das portadoras determina uma distância mínima entre portadoras igual a
1/TS, em que TS é o tempo de duração de cada símbolo OFDM. A Figura 4 representa o espectro de
portadoras de um sinal OFDM. Como se pode verificar, este espectro é constituído por uma sequência
de funções sinc, correspondentes a pulsos rectangulares de duração TS, cujas passagens por zero
coincidem exactamente nas frequências das várias portadoras.
Relação Bit-Símbolo em OFDM
Débito Binário
Relação Rb e RS
Exemplo
Num sistema de
Esta relação determina-se
Se, por exemplo,
transmissão OFDM, a
facilmente a partir do
Np=2000 e Nb=5
relação entre os períodos
débito binário Rb, do
(32QAM), então a duração
de duração de um bit e um
número de portadoras NP
de um símbolo é 10000
símbolo é extremamente
e do o número de
vezes superior à duração
reduzida, ou seja, um
bits/símbolo Nb, que é
de um bit.
símbolo tem uma duração
definido pelo tipo de
muito superior à duração
modulação usado nas
de um bit.
portadoras. O débito Rb é
distribuído por NP
portadoras, sendo que
cada uma consome Nb
bits para construir um
símbolo a transmitir.
Portanto, a relação entre
Rb e o débito simbólico
RS é dada por Rb =