Sistemas de Modulação de TELEVISÃO

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  • Revista Cientfica Peridica Telecomunicaes ISSN 1516-2338

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    Telecomunicaes Volume 03 Nmero 01 Abril de 2000

    Sandro Adriano Fasolo, Yuzo Iano, Luiz Rmulo Mendes, Jos Geraldo Chiquito

    Universidade Estadual de Campinas - Faculdade de Engenharia Eltrica e de ComputaoDepartamento de Comunicaes - DECOM-FEEC-UNICAMP

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    Neste momento, os Estados Unidos da Amricaesto realizando testes de transmisso e recepo dosistema de televiso digital por eles desenvolvido,enquanto outros pases discutem a melhor opo entreos sistemas de televiso digital disponveis. Afinalidade substituir o sistema de televiso analgicaconvencional, que foi sob todos os aspectos e semsombra de dvida, um enorme sucesso, com influnciadecisiva sobre a cultura, a economia e a poltica dosculo XX.

    O sistema NTSC (National Television SystemCommittee) monocromtico foi estabelecido nos EUAem 1941, mas as transmisses efetivamente s foraminiciadas aps o final da 2a Guerra Mundial. Sob umponto de vista tcnico, a televiso analgicarepresentou um aproveitamento extremamenteinteligente e criativo de vrias descobertas e invenesrecentes da poca, como o tubo de raios catdicos, oiconoscpio de V.K. Zworykin, a modulao SSB(Single Side Band) e VSB (Vestigial Side Band), amodulao em freqncia, etc.

    Quando as transmisses de televiso foraminiciadas, ainda no havia sido inventado o transistor,

    mas os receptores de televiso podiam ser construdoscom no mais que 20 vlvulas. A introduo dateleviso em cores nos EUA, em 1954, exigiu umaadaptao do sistema de televiso em preto e branco,de forma a garantir uma dupla compatibilidade,permitindo a convivncia de: a) transmisso em corescom os antigos receptores preto e branco;b) transmisso em preto e branco com os novosreceptores em cores. Na poca, os receptores em corespodiam ser construdos com apenas 30 vlvulas. Essacompatibilidade no ser possvel de obter-seatualmente, face ao desenvolvimento de um sistemacom concepo totalmente diferente do atual sistemade televiso analgica.

    Foi fantstica a longevidade tcnica da televisoanalgica (nos vrios sistemas CCIR: A, B, C, D, E, F,G, H, I, K, K1, L, L1, M e N, e nos padres em coresNTSC, PAL (Phase Alternation (by) Line) e SECAM(Sequentiel (couleur/crominance) Mmoire), poisdurante sua existncia nos ltimos 50 anos, o mundoconheceu avanos tecnolgicos gigantescos, como asinvenes do transistor e do circuito integrado, aeletrnica digital e os computadores, a modulao e atransmisso digital, a transmisso em microondas evia satlite, a fibra tica, a gravao magntica devdeo, a codificao e compresso de imagens, etc.Essas novas tecnologias abriram a possibilidade deuma revoluo tcnica da televiso, porm, aocontrrio do que aconteceu por exemplo com aindstria de computao, a indstria de televiso (emsentido amplo: emissoras de radiodifuso, fabricantesde equipamentos e rgos de regulamentao) adotouuma atitude tcnica bastante conservadora,principalmente em relao manuteno dos padresde transmisso. Por isso, um receptor de televisoconstrudo h 50 anos pode receber perfeitamente ossinais transmitidos hoje!

    Pretende-se discutir aqui algumas razes tcnicasque explicam a longevidade extraordinria dateleviso analgica, com o objetivo de saber quais ascaractersticas que devem ser mantidas para que ateleviso digital consiga repetir o mesmo sucesso.

    Uma das chaves do sucesso da televisoconvencional foi a extraordinria robustez incorporadaao sinal transmitido, principalmente no que se refereaos pulsos de sincronismo e ao sinal de udio. Comose sabe, na televiso analgica os pulsos desincronismo so transmitidos junto com o sinal devdeo e representam um enorme overhead de potnciae ocupao temporal. O sinal de vdeo propriamentedito ocupa a escala de amplitude de 10% (nvel debranco) a 75% (nvel de preto), enquanto o pulso de

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    sincronismo vai de 75% a 100%. Se no existissem ospulsos de sincronismo, a potncia de pico dotransmissor seria reduzida de um fator de0,752=0,5625, ou seja, seria reduzida para pouco maisdo que a metade.

    No padro M, os pedestais dos pulsos desincronismo horizontal tm uma durao de 10,8 s, oque representa aproximadamente 17% do perodo deuma linha de varredura (63,5 s). O intervalo deretrao vertical consome, por campo, um perodo iguala 20 linhas, o que corresponde a uma perda de(40/525)=7,6%. Somando as perdas do retraohorizontal com as do retrao vertical, tem-se umaperda total da ordem de 22%. As perdas temporaisrepresentadas pelos pulsos de sincronismorepresentam dispndio de potncia e de faixa defreqncia (se no houvesse pulsos de sincronismo eintervalos de retrao, o sinal de vdeo poderia serexpandido temporalmente, reduzindo a sua larguraespectral).

    Apesar da queda geral da eficincia de transmisso,a utilizao de pulsos de sincronismo em grandeamplitude garante: a) sincronizao do receptormesmo em condies difceis de recepo (sinal muitofraco, antena interna, interferncia, fantasma, etc) - Osincronismo pode ser mantido para relaessinal-rudo de praticamente 0 db, quando at oreconhecimento do contedo da imagem torna-sedifcil ; b) simplificao dos circuitos de sincronismoe de varredura do receptor; c) aquisio muito rpidade sincronismo, o que permite que o usurio varra osvrios canais em busca de programas de maiorinteresse.

    A freqncia de varredura vertical (nmero decampos por segundo) foi escolhida para ser igual freqncia da rede de energia, da o uso de 60 Hz nosEUA e de 50 Hz na Europa. Garante-se assim quequalquer interferncia sobre a imagem causada pelarede de energia - tal como ondulaes no sinal dafonte de alimentao, campo magntico detransformadores - produza um padro de interfernciaestacionrio e, portanto, de baixa visibilidade.

    Ainda com o mesmo objetivo de uma elevadarobustez do sinal de televiso, quase todos os pasesadotaram a transmisso do som via FM (FrequencyModulation). (As excees so os sistemas L e L1,que utilizam AM (Amplitude Modulation)). O uso deFM garante que a recepo de som seja perfeita,mesmo que a imagem esteja muito degradada porrudo ou interferncia. Sabe-se que mais tolerveluma imagem ruim acompanhada de udio de boaqualidade do que uma imagem de boa qualidadeacompanhada de udio ruim.

    O uso de modulao em freqncia, em vez demodulao em amplitude, implica em uma pequenapenalizao devido expanso do espectro emfreqncia, mas que pouco significativa j que abanda ocupada por um canal de televiso dependebasicamente da largura em freqncia do sinal devdeo.

    A utilizao de FM para o som e AM para o vdeopermite que os receptores utilizem-se de uma tcnica

    conhecida como converso interportadoras, onde sefaz um batimento entre a FI (FrequnciaIntermediria) de vdeo de 45,75 MHz e a FI de somde 41,25 MHz, gerando uma FI interportadoras de4,5 MHz modulada simultaneamente em amplitude efreqncia. A modulao em amplitude suprimidapor um limitador de amplitude e a modulao emfreqncia detetada por um demodulador de som. AFI interportadoras de 4,5 MHz muito menos sensvela possveis desvios de freqncia do oscilador local,pois um desvio de freqncia deste oscilador irdeslocar do mesmo valor a FI de vdeo e a FI de som,fazendo com que a diferena continue sempre em4,5 MHz.

    20MHz40MHz

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    torno da FI de vdeo compensa a assimetria doespectro do sinal vestigial transmitido.

    A escolha das freqncias dos canais de televisofoi fruto da preocupao com a integridade dos sinaisfrente s interferncias. So utilizadas 3 faixasbsicas: canais baixos de VHF (Very HighFrequency)(2 a 6), canais altos de VHF (7 a 13) ecanais de UHF (Ultra High Frequency)(14 a 83).

    Nos EUA, o comit Federal de Comunicaes(FCC-Federal Communication Committee)estabeleceu que emissoras transmitindo num mesmocanal de UHF devem manter uma distncia mnima de155 milhas para evitar interferncia mtua.

    Devido s dificuldades de se controlar com filtrossimples a interferncia entre canais adjacentes,adotou-se a estratgia da utilizao alternada de canaispara a transmisso numa mesma localidade.

    A grande robustez introduzida no sinal de televisotem como contrapartida uma baixa eficinciaenergtica e espectral. verdade que houve um certoesforo em aumentar a eficincia espectral atravs damodulao VSB (Vestigial Side Band), porm, oespectro de um sinal de televiso convencional mostraque a potncia se distribui de forma muito desigual,estando concentrada basicamente nas freqnciascorrespondentes s portadoras de vdeo, som esub-portadora de cor, conforme mostra a Figura 2.

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    Para que a televiso digital alcance sucesso, necessrio que represente um avano significativo (ebastante visvel) da qualidade geral da imagem e dosom. Os americanos acreditam que o sistema deHDTV digital que pretendem implantar ir empolgar opblico. A pergunta mais comum feita por americanoscomuns que viram as imagens de alta definioproduzidas no Advanced Test Center, era: "Quandopoderei comprar?" J os europeus tendiam aperguntar: "Quanto custar?". Os EUA pareceminteressados em uma televiso digital de altaresoluo, cuja transmisso possa ser acomodada numcanal de 6 MHz, enquanto os europeus esto maismotivados para uma televiso digital de resoluostandard que utilize uma frao do canal de 8 MHz.Enquanto os americanos querem qualidade deimagem, os europeus preferem quantidade deprogramas.

    A experincia do Japo com o sistema MUSE(MUltiple sub-Nyquist Sampling Encoding) de

    televiso (analgica) de alta definio demonstrou quea qualidade, sozinha, no garantia para o sucesso.Ao contrrio, h muitos casos de sistemas de baixaqualidade que fizeram enorme sucesso junto aopblico, enquanto que sistemas de melhor qualidadeforam preteridos. Um exemplo o sistema degravao magntica de vdeo VHS (Video HomeSystem) de qualidade inferior ao padro debroadcasting (Beta) (240 linhas versus 330 linhas deResoluo, respectivamente) que se tornou um padrona distribuio de fitas para alugar, enquanto que osistema S-VHS (Super-VHS), de qualidade superior(400 linhas) teve uma penetrao muito maisrestrita, ficando limitado ao uso profissional esemi-profissional.

    Qualquer que seja a forma que a televiso digitalvenha a ter - o desempenho frente a rudo,interferncia, fantasma, etc, no poder ser inferior aoda televiso analgica, sob pena de frustrar asexpectativas do pblico. Uma caractersticaparticularmente difcil de se incorporar aos sistemasdigitais a degradao suave do desempenho frente asituaes no ideais, caracterstica que tpica dossistemas analgicos. Os sistemas digitais tendem a secomportar da forma "tudo-ou-nada", isto , paraperturbaes moderadas o desempenho perfeito,porm se a perturbao ultrapassar um certo limiar, ainformao degrada-se rapidamente, ou at se perdecompletamente.

    Considere-se o caso de um receptor que est naborda da regio de cobertura de uma emissora. Natransmisso analgica, o receptor trabalha com umabaixa relao sinal-rudo e a imagem na tela apresenta"chuvisco" e tem uma baixa qualidade geral. Natransmisso digital, a relao sinal-rudo baixa,porm, como est acima de um certo limiar e aimagem na tela perfeita, o que demonstraaparentemente a superioridade da transmisso digital.Porm, nas condies reais, a relao sinal-rudo no constante, variando dia a dia, de acordo com ascondies de propagao; se o receptor for mvel, arelao sinal-rudo pode variar em grande escala e emgrande velocidade. A variao da relao sinal-rudona transmisso analgica far com que a qualidade daimagem recebida flutue entre pobre, medocre erazovel. No caso da transmisso digital, se a imagemrecebida nas bordas da regio de cobertura forrecebida de forma intermitente, ento o sinal irflutuar entre as condies de nenhuma imagem,imagem congelada ou de imagem perfeita. Isto temum efeito subjetivo devastador, porque pode haverintervalos, mais ou menos longos, em que otelespectador perde o contacto com a informao.Certamente muito mais aceitvel uma imagem dequalidade medocre do que uma com relaosinal-rudo de 30 dB (imagem perfeita), mas quedesaparece ou fica congelada 2 segundos a cadaminuto. Por ironia, o comportamento tudo-ou-nada datransmisso digital no se altera com o aumento dapotncia de transmisso: por maior que seja a potnciairradiada, sempre haver uma franja onde os efeitos derecepo intermitente iro ocorrer. Com um nvel depotncia adequado, o melhor que se consegue

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    deslocar esta "zona proibida" para alm das regiesdensamente habitadas.

    Infelizmente, o efeito tudo ou nada da transmissodigital pode ocorrer at mesmo para receptoresprximos da antena de transmisso se, por exemplo,os efeitos de multipercurso (fantasmas) no foremadequadamente tratados. Os problemas causados pormultipercurso so de difcil tratamento, especialmentequando os ecos forem dinmicos, isto , variveis como tempo. Multipercurso dinmico pode destruir atmesmo recepo com alta relao sinal-rudo.

    Uma caracterstica importante da televisoanalgica a rapidez da "aquisio" da imagem e dosom. Ao mudar de canal quase no se percebe atrasono aparecimento da nova imagem e do som, porque oscircuitos de demodulao e de sincronizao sereadaptam quase instantaneamente (para padreshumanos). Esta mesma agilidade deve possuir umreceptor de televiso digital. Nos receptores deteleviso digital h uma srie de PLL's (Phase LockedLoop)(s) para aquisio de portadoras, relgios(clocks) de smbolos, sincronismo de quadro;equalizadores de canal; decodificadores;desembaralhadores; etc, que devem entrar em regimepara que a imagem e o som apaream na tela. fundamental que o tempo total de aquisio noultrapasse alguns dcimos de segundo.

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    No incio da implementao da televiso analgica,o espectro de freqncias estava quase que totalmentelivre, principalmente em freqncias acima de50 MHz, onde se instalou os canais das emissoras deteleviso. Com este panorama, a escolha da largura docanal, bandas de guardas podiam ser feitas de umamaneira generosa. Atualmente, a situao completamente diferente. O espectro est totalmenteocupado por diversos tipos de servios decomunicao. A transmisso digital oferece apossibilidade de codificao e correo de erros. Poroutro lado, a transmisso digital menos eficiente doque a forma analgica no que concerne utilizao dabanda de freqncia. Por exemplo, um sinalNTSC/PAL digitalizado produz aproximadamente100 MB/s, enquanto que um sinal HDTV exige umataxa inicial de aproximadamente 1Gb/s. Aacomodao de um canal de HDTV numa banda deapenas 6 MHz exige tcnicas eficientes de compressode imagem (fator de 55 vezes com codificaoMPG-2) e tcnicas de modulao de RF(radiofreqncia) multinveis relativamente complexas(8 VSB ou 16 QAM). A proposta da Grande Aliana um compromisso entre desempenho e facilidade deimplementao. fundamental que o sistema deHDTV apresente, alm da alta resoluo de imagem efidelidade do udio, uma grande imunidade contrarudos e interferncias.

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    A motivao para o uso de AM a necessidade deuma alta eficincia espectral, j que preciso

    transmitir da ordem de 20 MBit/s por um canal de6 MHz a 8 MHz. O sistema de televiso de altadefinio (HDTV) proposto pela Grande Alianaoptou por utilizar uma faixa de 6 MHz, mantendo alargura de banda utilizada na televiso convencional.O sistema europeu foi projetado para utilizar um canalde 8 MHz, sendo que possvel adaptar este sistemapara um canal de 6 MHz. Com isso no teremosreduo no nmero de canais disponveis para ateleviso aberta, tanto em VHF como em UHF. Osistema de transmisso da Grande Aliana utiliza amodulao AM-VSB (Amplitude Modulation -Vestigial Side Band) para a televiso digital terrestre evia cabo. O sistema europeu utiliza mltiplasportadoras tambm moduladas em amplitude (QPSK,16QAM e 64QAM) (Quadrature Phase Shift Keying ,Quadrature Amplitude Modulation).

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    , da modulao QAMcom nveis dada pela seguinte equao

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    , da modulao VSBcom nveis dada pela seguinte equao

    )//(log2 96%

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    onde:

    96%

    a eficincia espectral, em bit/Hz. o nmero de nveis.A modulao AM-VSB uma espcie de AM-SSB

    (Amplitude Modulation - Single Side Band)modificado para uso com sinais moduladores cujoespectro se estende at DC (direct current - frequnciazero). Isso desejvel, uma vez que o sinal deteleviso contm alto contedo espectral em torno dafreqncia zero. De uma certa forma, a modulaoVSB consegue combinar a capacidade da modulaoAM-DSB de operar at DC com a eficincia espectralda modulao AM-SSB. O sucesso na aplicao deVSB na televiso analgica e a simplicidade inerentede uma modulao unidimensional explicam, emparte, a sua escolha para padro da televiso digital daGrande Aliana. A Tabela 1 mostra a eficinciaespectral para alguns casos de modulao VSB eQAM. O valor V

    a taxa de bits por segundo e W alargura de banda em Hz.

    Esquema de Modulao Rs/W2VSB 4 QAM(=QPSK) 24VSB 16 QAM

    32 QAM4

    5,28VSB 64 QAM 6

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    A eficincia espectral das modulaes n2QAM enVSB a mesma.

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    Devido necessidade de se estabelecer uma bandade guarda entre os canais de comunicao, um canalde 6 MHz de largura de banda tem uma banda til deapenas 5 a 5,5 MHz, a transmisso de 20 Mbit/sexigiria uma eficincia de pelo menos 4 bit/s/Hz. DaTabela 1, os tipos de modulao que fornecem talvalor a modulao 16 QAM e a modulao 4 VSB.Aumentando o nmero de nveis, diminumos asensibilidade a rudos, interferncia entre smbolos.

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    Uma das caractersticas indesejveis dos mtodosde modulao utilizados pelos sistemas de televisodigital a relao desfavorvel entre a potncia depico e a potncia mdia do sinal irradiado. Como ostransmissores so limitados pela potncia de pico, umaalta relao (potncia de pico)/(potncia mdia)implica numa baixa potncia mdia, e portanto umabaixa relao sinal-rudo.

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    O sistema da Grande Aliana utiliza a modulao8 VSB, com um roll-off de 11,5%, produzindo umsinal com uma caracterstica de potncia conformemostra a Figura 3. Pode-se ver que o sinal pode atingirpicos de at 8 dB (6,3 vezes) acima do nvel dapotncia mdia. Porm, em 99,9% do tempo, apotncia est abaixo de 7 dB (5 vezes). Estudosmostram que esse valor para o sistema europeu DVB cerca de 2,5 dB maior que o ATSC (para 99,99% dotempo). O sistema DVB requer um transmissor compotncia superior ao do ATSC de 2,5 dB ou 1,8 vezes.

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    Ao contrrio do que houve com a introduo dateleviso em cores - os receptores monocromticospermaneceram operando - os receptores analgicosno podero tratar os sinais do novo sistema deteleviso. Existir um perodo de transio onde aconvivncia da transmisso analgica com atransmisso digital de televiso dever seradministrada. H uma grande preocupao em

    estabelecer os parmetros da televiso digital de modoque os nveis de interferncia mtua sejam aceitveis.Devido escassez espectral, os canais de TV digitaldevero ocupar bandas idnticas s bandas dos canaisde TV analgica, isto , 6 MHz nos EUA, Canad,Brasil, e 8 MHz na Europa.

    Os transmissores de TV digital ocuparo oschamados canais "tabu", que so deixados vagos emcada localidade. Nesse esquema, a possvelinterferncia entre transmissores prximos se dsomente quando operam em canais adjacentes. Asusceptibilidade interferncia entre canais adjacentesdepende de uma srie de fatores como: distncia entreos transmissores, potncias relativas, posio doreceptor, direcionalidade da antena de recepo e,destacadamente, a seletividade do filtro de recepo.

    O tipo de interferncia mais difcil de combater -pois no depende da seletividade do filtro do receptor- a interferncia de transmisses no mesmo canal.Para controlar a chamada interferncia co-canal, foiestabelecida uma distncia mnima entre ostransmissores que operam no mesmo canal. Nos EUA,essa distncia de 155 milhas, garantindo para cadaemissora um raio de cobertura de 57 milhas. Essecuidado permite um nvel de desempenho consideradosatisfatrio.

    A inteno de se introduzir o servio de TelevisoDigital levou o FCC a considerar um possvelrelaxamento da norma de distncia mnima de 155milhas. Chegou-se concluso de que, se a distnciamnima fosse reduzida para 100 milhas, todas asestaes de televiso atuais poderiam receber umsegundo canal para transmitir televiso digital. Se adistncia mnima fosse reduzida para 112 milhas,apenas 0,17% no poderiam receber um canaladicional. (The Digital Spectrum-Compatible HDTVTransmission System- p.208 Digital Video).

    A introduo da Televiso digital leva ao estudo de3 tipos novos de interferncia co-canal:

    a) TV digital sobre TV digitalb) TV digital sobre TV analgicac) TV analgica sobre TV digitalO caso tem importncia menor se comparado com

    os casos e !pois o sinal digital transmitido possuiuma caracterstica semelhante ao rudo branco. Assim,basta termos entre 15 e 20 dB de diferena entre osinal desejado e o sinal indesejvel para termos umarecepo perfeita (10 db no sistema 8 VSB e 14,6 dBno sistema OFDM). A interferncia da televisodigital sobre a analgica controlada utilizando-se umnvel de potncia da transmisso digitalsignificativamente abaixo do nvel de potncia datransmisso analgica. Isso necessrio (e possvel)porque a relao (S/N) (Signal/Noise) mnima dateleviso analgica bem maior que a correspondenteda televiso digital.

    A televiso analgica exige algo em torno de 40 dBde relao (S/N) para se obter uma imagem dequalidade apenas razovel, enquanto a televiso digitalpromete uma imagem perfeita com uma relao (S/N)de apenas 15 a 20 dB. Isto significa que a televisodigital pode trabalhar com menor potncia mdia,

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    gerando menos interferncia sobre um sinal analgicono mesmo canal.

    Chegou-se concluso de que um transmissor deteleviso digital a 100 milhas produziria um nvel deinterferncia igual ao produzido por um transmissoranalgico a 155 milhas (D/U = 28 dB) se a potnciairradiada pelo transmissor estivesse 12 dB abaixo dapotncia do transmissor analgico. (The DigitalSpectrum-Compatible HDTV TransmissionSystem- p.208 Digital Video).

    A interferncia que um transmissor digital produzsobre um sinal analgico de um tipo relativamentebenigno, porm, preciso considerar esse fato comalguma cautela. H uma tendncia a se pensar que osinal digital aparece para o receptor analgico como sefosse um rudo gaussiano. Isso, porm, nem sempre verdade, principalmente no caso do sistema 8 VSB:sinais digitais tambm possuem transientes que gerampicos de potncia relativamente elevada, que podemafetar canais adjacentes como se fossem rudoimpulsivo (Spectrum, abril de 1995, p 49).

    A interferncia de uma transmisso analgica sobreum sinal digital (caso ) mais difcil de se controlarporque o sinal da televiso analgica produz umespectro interferente com potncia altamenteconcentrada nas raias das portadoras de imagem, cor esom (CTB - composite triple beat). Esse tipo deinterferncia especialmente danosa para amodulao OFDM, que muito sensvel sinterferncias senoidais.

    Uma forma eficaz de se combater interferncias dotipo senoidal sobre um sinal OFDM no transmitiras portadoras de freqncia em torno das raias dasinterferncias, criando os assim chamados "buracos"espectrais. Testes mostraram, porm, que sonecessrios buracos espectrais de largura igual a400 , 200 e 100 kHz, respectivamente, em torno dasportadoras de luminncia, cor e som, para umaproteo efetiva. A perda de 700 KHz numa banda de6 ou 8 MHz muito grande e esse fato pode tornar atcnica de pouco uso prtico. Esse tipo de recurso noest previsto no padro DVB-T.

    O sistema da Grande Aliana prev o uso peloreceptor de um filtro pente com um atraso igual a 12vezes o perodo de smbolos, que atenua fortemente asfreqncias das portadoras de imagem, cor e udio deum sinal NTSC (seriam igualmente eficazes paratransmisso PAL-M). O filtro anti-NTSC acabatransformando o sinal original de 8 nveis num sinalcom 15 nveis, levando a uma perda deaproximadamente 3 dB na imunidade contra rudobranco. O filtro anti-NTSC poder ser eliminado dosreceptores fabricados aps o perodo de transio.

    -#,67(0$1-6%

    A seguir descreve-se o sistema 8-VSB.

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    A entrada do sub-sistema de transmisso so osdados montados pelo sub-sistema de transporte numa

    taxa de 19.392658... Mbit/s. Esses dados consistemem pacotes de 188 bytes MPEG-compatveis(incluindo um byte de sincronismo e 187 bytes dedados que representaro uma taxa total de dados de19.28... Mbit/s). Os pacotes de 188 bytes, juntos comos bits introduzidos para correo de erros (ForwardError Correction - FEC), sero convertidos emsegmentos de 832 smbolos com 8 nveis possveis.Esses smbolos ocorrero a uma taxa de

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    O termo K

    representa a freqncia de varredurahorizontal da TV no padro NTSC e PAL-M.

    A aleatorizao dos dados e o processo FEC noso aplicados ao byte de sincronismo no pacote detransporte, que representado na transmisso peloDado de Sincronismo de Segmento.

    A Figura 4 mostra como os segmentos soorganizados para a transmisso. A cada conjunto de312 segmentos de dados acrescido um segmento desincronismo de campo que contm uma seqncia detreinamento do equalizador do receptor. Essaseqncia de treinamento composta por smbolosbinrios (nveis 5).

    Os primeiros 4 smbolos de cada segmento sotransmitidos em forma binria (nveis 5) e soutilizados como sinais de sincronismo de segmento.Esses 4 smbolos correspondem ao primeiro byte dopacote MPEG-compatvel de 188 bytes enviado pelosub-sistema de transporte.

    Sincronismo de Campo #1

    Dados + FEC

    Sin

    c

    r

    o

    n

    ism

    o

    de

    Se

    gm

    e

    n

    to

    Sincronismo de Campo #1

    Dados + FEC

    828 Smbolos4

    313Segmentos

    313Segmentos

    24,2ms

    24,2ms

    1 Segmento = 77.3 s

    2:%"#$

    A Tabela 2 apresenta os parmetros utilizados paratransmisso VSB nos dois modos: radiodifusoterrestre e cabo de alta taxa de dados.

    Na sada do codificador Reed-Solomon, teremos umpacote com 207 bytes efetivos (187 do pacoteMPEG-compatvel mais 20 bytes adicionais devido ao

    (3)

    (4)

    (5)

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    Telecomunicaes Volume 03 Nmero 01 Abril de 2000

    codificador). Este pacote representa 1656 bits efetivos(207 bytes * 8 bits/byte). O codificador em trelia irassociar 1 smbolo de 8 nveis a cada 2 bits de formaque cada pacote de 207 bytes dar resultado a 828smbolos (1656 bits/ 2bits). Estes 828 smbolos, maisos 4 smbolos binrios de sincronismo, comporo umsegmento de 832 smbolos.

    A freqncia em que ocorrem os segmentos dadapor :

    #

    UVHJ

    /...38,935.12832

    ==

    A freqncia em que ocorrem os quadros dada por

    VHJTXDGUR

    /...663,20626

    ==

    A taxa efetiva de bits gerada pelo sub-sistema detransporte ser dada por:

    '

    #-U

    /...3926,19

    2208188

    313312

    =

    ==

    312/313 a cada 312 segmentos de dadosacrescenta-se um segmento de sincronismo de campo.

    188/208 20 bytes acrescido a cada pacote de188 bytes.

    2 Codificador em trelia; aqui cada 2 bits resultaem 1 smbolo de 8 nveis.

    O clculo para o modo cabo com alta taxa de dados idntico, exceto que o sistema 16 VSB carrega 4 bitsde informao por smbolo. Assim, a taxa efetiva debits para o 16 VSB igual a:

    ./785,3823926,192)8(

    )16(

    '

    "#$-

    "#$-

    ==

    =

    Os smbolos com 8 nveis combinados com osDados de Sincronismo de Segmento e os Dados deSincronismo de Campo sero utilizados para modularuma portadora simples com portadora suprimida.Antes da transmisso, a parte da banda lateral inferiordever ser removida. A caracterstica global(transmissor+receptor) do tipo co-seno levantado,em ambas as extremidades da banda. A resposta dividida igualmente entre o transmissor e o receptor,de modo que o transmissor possua uma resposta dotipo raiz quadrada de um co-seno levantado. Como oprocesso de modulao suprime a freqncia daportadora, um tom piloto com potncia apropriada somado ao sinal, 310 kHz a partir do limite inferior doespectro.)

    -#62'8/$&2-.

    Os nveis nominais de entrada no modulador VSBso dados por -7, -5, -3 , -1, +1, +3, +5 e +7, enquantoque os nveis de sincronismo de segmento e osincronismo de campo so dados por -5 e +5. Umvalor de 1,25 deve ser adicionado a cada nvelnominal com o objetivo de se criar um tom piloto depequena amplitude. Antes da adio do nvel DC de

    1,25 para gerao do tom piloto, o sinal enviado aomodulador VSB ser dado por :

    +

    = )()( .-Q

    onde:Q

    representa nvel nominal (-7,-5,...,+5,+7) dopulso p(t).

    '#

    .U

    ...917,92...762,1011

    ===

    A potncia mdia de -() ser dada por./- /)( 2 >< , onde / a energia de (). O

    acrscimo do tom piloto transforma -() em:

    +

    += )()25,1()( .-Q

    Sabendo-se que Q

    possui mdia igual a zero, -()ter agora uma potncia mdia igual a

    ./- /25,1)( 22 >+< , ou seja, a potncia mdiaaumentar por um fator de

    ...0744,14/)1357(

    )25,1(4/)1357(2222

    22222=

    +++

    ++++

    o que corresponde a um aumento de apenas 0,31...dBna potncia transmitida. A relao entre a potncia dotom piloto e a potncia mdia anterior de -() serdada por:

    $...28,11...074404,04/)1357(

    25,12222

    2==

    +++

    O tom piloto ser utilizado pelo receptor para arecuperao da portadora. A amplitude do tom piloto suficientemente baixa para no produzir interfernciasignificativa sobre um sinal NTSC ou HDTVoperando no mesmo canal.

    3DUkPHWUR 0RGR7HUUHVWUH 0RGR&DERGH

    DOWDWD[DGH

    GDGRV

    Largura de Bandado Canal

    6 MHz 6 MHz

    Excesso deLargura de Banda

    11.5% 11.5%

    Taxa de smbolos 10.76 Msymbols/s 10.76Msymbols/sBits por smbolos 3 4TCM 2/3 taxa No usadaReed-SolomonFEC

    t = 10 (207,187) t = 10 (207,187)

    Comprimento deSegmento

    832 smbolos 832 smbolos

    Sincronismo deSegmento

    4 smbolos porsegmento

    4 smbolos porsegmento

    Sincronismo deQuadro

    1 por 313segmentos

    1 por 313segmentos

    Taxa de dados 19,28 Mbit/s 38,57 Mbit/sRejeio co-canalNTSC

    filtro de rejeioNTSC no receptor

    No usado

    Contribuio dePotncia do Piloto

    0.3 dB 0.3 dB

    N threshold 14.9 dB 28.3 dB

    6/0"#$

    (6)

    (7)

    (8)

    (9)

    (10)

    (11)

    (12)

    (13)

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    Telecomunicaes Volume 03 Nmero 01 Abril de 2000

    -#81/,6('2352&(662'(02'8/$d2

    Considere que a seqncia dos smbolos digitaisque saem do codificador em trelia seja dada por :

    { }Q

    # = , onde { }1,3,5,7 =Q

    A modulao VSB consiste em se transformar cadatermo da seqncia em pulsos de RF, chamados de(). Devido simetria do espectro, os pulsos ()podem ser considerados como o resultado damodulao de uma portadora numa freqncia

    )4/( 0 U + por pulsos em banda bsica,denominados (). A escolha da freqncia daportadora como )4/( 0 U + garante um espectrosimtrico, conforme mostra a Figura 5.

    No domnio do tempo, o pulso () ser dado por:[ ])4/(2cos)()( 0 U +=

    onde:

    0 freqncia da portadora de RF.MHz...690,24/ ==U

    () pulso do tipo coseno levantado dado por:

    2)4(1)2cos(

    2)2sen()(

    =

    onde : roll-off = 0,31MHz/2,690MHz = 0,115...

    0 Sr/4 f0

    P(f)P(f+fo+Sr/4) P(f-fo-Sr/4)Sr=10,76 MHz

    fo+Sr/4-fo-Sr/4-fo -Sr/4

    2;()()

    Substituindo () na equao para (), e usando afrmula trigonomtrica do coseno de uma somacos()=cos()cos()-sen()sen(), ficamos com

    [ ]

    U

    )4/(2cos)4(1

    )2cos(2

    )2sen()( 02 +

    =

    )2sen()2sen()4(1

    )2cos(2

    )2sen(

    )2cos()2cos()4(1

    )2cos(2

    )2sen()(

    02

    02

    =

    )2sen()4(1

    )2cos(2

    )2sen()2sen(

    )2cos()4(1

    )2cos(2

    )2cos()2sen()(

    02

    02

    =

    )2sen()4(1

    )2cos(2

    )2sen(

    )2cos()4(1

    )2cos(4

    )4sen()(

    02

    2

    02

    =

    Pode-se escrever () como:)2sen()()2cos()()( 00 4, =

    onde ,

    () representa a componente em fase e onde4

    () representa a componente em quadratura do sinalVSB, isto :

    2)4(1)2cos(

    4)4sen()(

    ,

    =

    2

    2

    )4(1)2cos(

    2)2sen()(

    4

    =

    Estes sinais, ,

    () e 4

    (), so apresentados na Figura6. As componentes em fase e quadratura modulamrespectivamente portadoras defasadas de 90, gerandobandas laterais que se cancelam, completa ouparcialmente, de modo a gerar o espectro VSBmostrado na Figura 5.

    A Figura 7 apresenta o diagrama de olho do sinal8VSB no padro de televiso digital da GrandeAliana.

    -,,2'8/$d2%2

    O padro de transmisso terrestre de televisodigital de alta definio adotado pelos pases europeus(DVB-T - Digital Video Broadcasting - Terrestrial)utiliza uma tcnica de modulao conhecida comoOFDM (Orthogonal Frequency DivisionModulation). Quando existe codificao de canalantecedendo o processo de modulao (como o casodo padro DVB-T), esta modulao chamada deCOFDM (Coded Orthogonal Frequency DivisionModulation). A codificao de canal realizada paradiminuir os erros introduzidos pelas imperfeies docanal de transmisso. No Sistema DVB-T acodificao de canal envolve codificao deReed-Solomon e de Trelia.

    -0.8

    -0.6

    -0.4

    -0.2

    0.0

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1.0 hI(t)hQ(t)

    am

    plitu

    de

    tempo

    2

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    Telecomunicaes Volume 03 Nmero 01 Abril de 2000

    OFDM uma tcnica de modulao que utilizadiviso em freqncia para transmitir blocos de dados.Cada smbolo do sinal constitudo por um conjuntode portadoras, cada uma transportando informaesindependentes. No sistema DVB-T [12], os dados deentrada do modulador so nmeros complexosrepresentando pontos de uma constelao. Aconstelao utilizada pode ser QPSK, 16-QAM ou64-QAM.

    O Padro DVB-T define o mapeamento dos bits aserem transmitidos em pontos de uma constelao deforma a se permitir, se assim desejado, transmissohierrquica de informao em dois nveis deprioridade. Isso possibilita a utilizao de tcnicas deescalonamento de dados definidas no PadroMPEG-2[13]. Essa possibilidade no admitida nopadro de HDTV americano.

    Alm dos dados complexos (pontos da constelao),tambm so transmitidas portadoras-piloto eportadoras de parmetros de sinalizao (portadorasTPS - Transmission Parameter Signaling). Asportadoras-piloto podem ser utilizadas parasincronizao de quadro, de freqncia e de tempo,estimao de canal e ainda para acompanhar o rudode fase introduzido pelo canal. As portadoras TPS soutilizadas para se transmitir parmetros do sistema(por exemplo, tamanho do intervalo de guarda,constelao utilizada, etc.).

    2=

    O sinal transmitido organizado em quadros dedurao TF com 68 smbolos de modulao OFDMque podem ser implementados no modos 2k e 8k.Cada smbolo constitudo por um conjunto de G46portadoras, chamadas de clulas, sendo que G46 = 1705no modo 2k e G46 = 6817 no modo 8k. Cada smbolotem durao 6

    , sendo que esse intervalo divididoem duas partes: uma parte til de durao 8

    e um

    intervalo de guarda de durao . O intervalo deguarda tem como objetivo reduzir a interfernciaintersimblica e consiste de uma repetio cclica deuma parte final do sinal til ( 8

    ) inserida no incio dosmbolo.

    O sinal transmitido definido pela seguinteexpresso :

    =

    = = =

    0

    67

    0,,,,

    2 max

    min

    )(Re)(P O

    .

    .N

    NOPNOP

    WIM &

    onde

    ( ) ( ) ( )

    ++=

    .contrrio caso0,6868)(

    682

    ,, 66

    7P7OW

    7

    N

    M

    NOP

    7POW7POH

    W

    66

    8

    Os parmetros utilizados nas Equaes (23) e (24)so apresentados na Tabela 3.

    ! Nmero da portadora Nmero do smbolo COFDM Nmero do quadro transmitidoG46 Nmero de portadoras transmitidas 6

    Durao de um smbolo COFDM 8

    Inverso do espaamento entre portadoras Durao do intervalo de guarda&

    Freqncia central do sinal em RF!" ndice da portadora relativo a freqncia central:

    K = k - (Kmax +Kmin)/2

    PON

    Dado complexo (ponto da constelao)transmitido pela portadora k do smbolo (l-1) doquadro m

    8#$%&'

    O Padro DVB-T[12] define os valores numricosdestes parmetros para os modos 2k e 8k. Essesvalores so apresentados na Tabela 4.

    -##5((5$d2'2,1$/%2

    No Anexo D do Padro ETS 300 744 [12] sugere-seque seja utilizada a Transformada Discreta de Fourier(DFT - Discrete Fourier Transform) como ferramentapara se implementar o sistema de modulaoCOFDM. Entretanto, neste padro no especificadaa maneira como se deve realizar esta implementao,ainda que sejam apresentados alguns aspectosprticos. A seguir ser apresentada uma maneira de serealizar esta implementao.

    Para se gerar o sinal COFDM utilizando-se a DFTinversa, ser realizado um desenvolvimentomatemtico para o primeiro smbolo COFDM doprimeiro quadro. Dessa forma, utilizando =0 e =0na Equao 1, e considerando-se =0, tem-se

    = =

    max

    min

    )(Re)(,0,0,0,0

    2.

    .N

    NN

    WIM &

    onde

    =

    contrrio.caso0,0)(

    2

    ,0,0 6

    W

    7

    N

    M

    N

    8

    Considerando o sinal E

    () como o equivalente embanda base de (), fazendo N

    =N

    e substituindo aEquao (26) na Equao (25), obtm-se

    (23)

    (24)

    (25)

    (26)

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    Telecomunicaes Volume 03 Nmero 01 Abril de 2000

    =

    =

    contrrio.caso0

    ,0)(max

    min

    2

    6

    .

    .N

    W

    7

    N

    M

    N

    E

    8

    Como G46PLQ

    =0 e = - (G46max +G46min)/2, tem-se

    =

    =

    .contrriocaso0

    ,0)(max

    max

    0

    2

    6

    .

    N

    W

    7

    N

    M

    N

    W

    7

    .

    M

    E

    88

    A expresso acima semelhante equao daTransformada Discreta de Fourier Inversa (DFT-1), asaber,

    =

    =

    1

    0

    21)(1

    N

    1

    QN

    M

    N

    Essa semelhana sugere a utilizao da DFT inversa(DFT-1) para sntese do sinal COFDM, pois autilizao de um oscilador para cada portadora torna aimplementao desse sistema excessivamentecomplexa e cara. Alm disso, a DFT-1 pode sercalculada por meio de algoritmos rpidos. Se onmero de subportadoras (G46) fosse pequeno, poderiaser vivel a utilizao de um banco de filtros digitaisonde cada filtro implementaria um oscilador.Entretanto para um nmero de portadoras grande(G46>32), como o caso do sistema de modulao doPadro DVB-T, a utilizao da DFT mais eficiente.

    7> 1? 6?Nmero de portadoras G46 6817 1705G46min 0 0G46max 6816 17048

    896 s 224 sEspaamento entreportadoras 1/8

    Hz Hz

    Espaamento entra asportadoras G46min e G46max(nota 2)

    MHz MHz

    NOTA 1: Os valores em itlico so valoresaproximadosNOTA 2: 6,66 MHz no caso de canais de lagura de

    faixa de 7 MHz

    : !

    A utilizao da Transformada de Fourier paramodulao e demodulao de sistemas de mltiplasportadoras foi proposto pela primeira vez porWeinstein e Ebert em [11]. Nesse trabalho, Weinsteine Ebert apresentam um sistema de transmisso commultiplexao em freqncia semelhante ao COFDM,onde se utiliza a DFT ao invs da DFT-1 para seconstruir o sinal a ser transmitido. Nesse sistema, cadasmbolo constitudo de N portadoras quetransportam N dados complexos. O sinal a sertransmitido obtido atravs de uma filtragem passabaixas de N impulsos, cujas amplitudes so dadas pelaDFT dos dados complexos de entrada. Entretanto,como foi demonstrado em [4], o nmero N deamostras no suficiente para construir o sinaldesejado atravs de um filtro passa baixas ideal.

    Segundo o teorema da amostragem de Nyquist, umsinal contnuo limitado em freqncia pode serperfeitamente recuperado a partir de suas amostras sea taxa de amostragem for pelo menos duas vezes amaior freqncia desse sinal. Caso esse princpio noseja observado, ocorrer distoro do sinal devido asuperposies de componentes do espectro do sinal.Essa distoro conhecida como "aliasing", e casoocorra "aliasing" o sinal no poder ser reconstrudoperfeitamente. Portanto, de acordo com o Teorema deNyquist, N amostras no so suficientes parasintetizar o sinal a ser transmitido, pois com Namostras a taxa de amostragem menor que duasvezes a maior freqncia do sinal a ser sintetizado1.

    Voltando para a anlise do sinal E

    () econsiderando esse sinal no intervalo [0,6

    ], verifica-seque esse sinal tem seu espectro limitado pelafreqncia mxima de "0

    =G46max/8. Dado que G46 onmero de portadoras (G46#G46max$G46min+1=G46max+1), umnmero de G46 amostras no ser suficiente para seobter o sinal E

    () pois, de acordo com o teorema deNyquist, a freqncia da amostragem, "$

    , deve ser%"$

    2"$

    #2G46max&8. Se forem utilizadas 2G46 amostras afreqncia de amostragem ser de %"$

    =2G46/8

    =2'G46max+1)/8. Neste caso, a freqncia deamostragem suficiente para a sintetizao do sinal apartir dessas amostras.

    Tomando-se 2G46 amostras do sinal E

    ()uniformemente espaadas no intervalo [0,8

    )(portanto, com perodo de amostragem de 8

    /2G46),tem-se :

    =

    =

    =

    maxmax

    0

    22

    2)2

    ()(.

    N

    .

    7Q

    7

    N

    M

    N

    .

    7Q

    7

    .

    M

    8

    E

    E

    8

    8

    8

    8 G46

    onde n [0,2G46-1]Como G46max = G46-1, tem-se

    =

    =

    1

    0

    212

    21

    )(.

    N

    .

    QN

    M

    N

    .

    .

    QM

    E

    O somatrio da Equao (31) semelhante aosomatrio da Equao (29), que a equao datransformada discreta inversa de Fourier. A diferena um fator de meio que aparece no expoente dosomatrio da Equao (31). Para tornar esses doissomatrios equivalentes, de forma a possibilitar o usoda DFT-1 no clculo do sinal E

    (), deve-se realizarmanipulaes algbricas na Equao (31). Dessaforma, a Equao 9 passa a ser representada por duasequaes, uma vlida para os ndices n pares, e outropara os ndices n impares. Fazendo(= /2 = 2( para par,onde ( [0,K-1], e((= (-1)/2 = 2((+ 1 para mparonde (( [0,K-1]e substituindo na Equao (31), tem-se

    eLPSRUWDQWHREVHUYDUTXHHPVHXDUWLJR>@:HLQVWHLQQmR

    HVSHFLILFDFRPRGHYHVHULPSOHPHQWDGDDILOWUDJHPSDVVDEDL[DV

    VXJHULGD

    (27)

    (28)

    (29)

    (30)

    (31)

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    Telecomunicaes Volume 03 Nmero 01 Abril de 2000

    ( )( ) .2/1onde)(

    ,2/onde)(

    .mparpara)(,parpara)()(

    1

    0

    21122

    1

    0

    2122

    21

    ==

    ==

    =

    =

    +

    =

    .

    N

    .

    QN

    M

    N

    E

    .

    N

    .

    QN

    M

    N

    E

    E

    E

    .

    .

    QM

    E

    Dessas equaes obtm-se:

    ( ) .2/1onde)(

    ,2/onde)(

    .mparpara)(,parpara)()(

    1

    0

    2

    1

    0

    2

    21

    ==

    ==

    =

    =

    =

    .

    N

    .

    QN

    M

    .

    N

    M

    N

    E

    .

    N

    .

    QN

    M

    N

    E

    E

    E

    Q

    .

    .

    M

    E

    Fazendo .N

    M

    NN

    =

    tem-se

    ( ) .2/1onde)(

    ,2/onde)(

    .mparpara)(par,para)()(

    1

    0

    2

    1

    0

    2

    21

    ==

    ==

    =

    =

    =

    .

    N

    .

    QN

    M

    N

    E

    .

    N

    .

    QN

    M

    N

    E

    E

    E

    Q

    .

    .

    M

    E

    Observa-se que as equaes de E

    () e )E

    ()correspondem ao clculo da transformada discretainversa de Fourier dos vetores N

    e )N

    ,

    respectivamente. As DFT-1's podem serimplementadas atravs de algoritmos rpidosconhecidos como FFT (Fast Fourier Transform).Desta forma, possivel obter-se o vetor de amostrasE

    () de maneira eficiente. Como E

    () composto poramostras de E

    () atendendo ao critrio de Nyquist, osinal E

    () pode ser construdo atravs de umafiltragem passa baixas de um trem de impulsos cujasamplitudes so dadas por E

    (). A freqncia de cortedesse filtro deve ser de 3%

    #G46&8

    .

    N

    .

    M

    H

    ')7

    ')7

    F

    N

    Q

    .

    .

    M

    H

    *HUDGRU

    GH

    ,PSXOVRV

    )3%

    I

    3%

    .7

    X

    WIM

    F

    H

    6

    E

    Q

    6

    E

    W

    6W

    2 1 1 2(' N

    (.

    O diagrama de blocos da Figura 8 ilustra como osinal #() pode ser gerado a partir dos dadoscomplexos N.

    A chave alterna posies nas sadas das DFT-1s daseguinte maneira: para par, a posio da chave amostrada no diagrama, e para n impar a chave seconecta sada da DFT-1 inferior. O gerador deimpulsos apresentado no diagrama da Figura 8 geraimpulsos espaados em intervalos de .8

    /2G46 segundose com amplitudes dadas por #E

    ().No diagrama apresentado, o filtro passa baixas

    contnuo. Entretanto, pode-se opcionalmente utilizarum filtro discreto. Nesse caso, o gerador de impulsos substitudo por um interpolador que insere zeros entreas amostras de #E

    (). Deve-se tambm inserir umconversor D/A (digital analgico) na sada do filtrodigital para se converter as amostras no sinal contnuo#().

    No processo de filtragem discreta (supondo umfiltro ideal), os zeros inseridos pelo interpolador sosubstitudos por amostras do sinal #(). O nmero totalde amostras de #() obtidos dessa forma deve ser talque mantenha em nveis reduzidos a distorointrnseca do processo de converso D/A. Quantomaior for o nmero de amostras, menor ser essadistoro. Por outro lado, a escolha de um nmeroexcessivamente grande aumentar desnecessariamentea complexidade do modulador.

    -##6%$5$&7(567,&$6'2(63(&752'(3271&,$'26,1$/

    O smbolo OFDM constitudo por um conjunto deG46 portadoras ortogonais uniformemente espaadas. Seo tempo de durao de um smbolo fosse infinito (oque no teria sentido prtico), o espectro do sinal seriaum trem de impulsos pois o sinal composto de umsomatrio de exponenciais. Como a durao de umsmbolo finita ento o espectro de cada portadora dado por uma funo ao quadrado. Dessa forma, adensidade de potncia espectral /N

    () de cadaportadora N

    , definida pela seguinte expresso:( )[ ] 2

    )(sen)(

    =

    6N

    6N

    N ..

    /

    onde

    )(;2)( maxminminmax G46,G46.G46G46,

    8

    N

    +

    +=

    O grfico da Figura 9 apresenta a potnciaespectral, /N

    (), de uma portadora. A amplitude e afase de cada portadora podero variar dependendo dovalor N

    a ela associado.A densidade espectral de potncia do sinal OFDM

    a soma das densidades espectrais de potncia de todasas portadoras moduladas. A Figura 10 apresenta oespectro terico do sinal OFDM para um intervalo deguarda =1/4. Comparando o espectro apresentado naFigura 9 com o espectro do sinal de televisoanalgica apresentado na Figura 2, pode-se observarque no caso do sistema DVB-T o espectro melhoraproveitado.

    (32)

    (33)

    (34)

    (35)

    (36)

  • Revista Cientfica Peridica Telecomunicaes ISSN 1516-2338

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    Telecomunicaes Volume 03 Nmero 01 Abril de 2000

    -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

    0,0

    0,2

    0,4

    0,6

    0,8

    1,0

    7N

    N

    V

    ,

    Isso ocorre porque o espectro do sinal OFDM aproximadamente plano dentro da faixa espectral til,ao contrrio do espectro do sinal de televisoanalgica que apresenta regies de maiorconcentrao de potncia (relativas s portadoras devdeo, som e sub-portadora de cor).

    2(' 45)6

    $5*$7,/75$160,7,'$

    Como j foi apresentado, o sistema americanoestabelece uma nica taxa de bits referente carga til(vdeo, udio e dados multiplexados) deaproximadamente 19.39 Mbits/s. O sistema europeu,ao contrrio, possibilita a utilizao de diferentes taxasde bits referentes carga til. Essas taxas dependemda modulao, taxa de cdigo e intervalo de guardautilizados. A Tabela 5 apresenta essas possveis taxaspara o sistema DVB-T de 8 MHz de largura de banda.

    Intervalo de guardaModulao Taxa decdigos 1/4 1/8 1/16 1/32

    1/2 4,98 5,53 5,85 6,032/3 6,64 7,37 7,81 8,043/4 7,46 8,29 8,78 9,055/6 8,29 9,22 9,76 10,05

    QPSK

    7/8 8,71 9,68 10,25 10,561/2 9,95 11,06 11,71 12,062/3 13,27 14,75 15,61 16,093/4 14,93 16,59 17,56 18,15/6 16,59 18,43 19,52 20,11

    16-QAM

    7/8 17,42 19,35 20,49 21,111/2 14,93 16,59 17,56 18,12/3 19,91 22,12 23,42 24,133/4 22,39 24,88 26,35 27,145/6 24,88 27,66 29,27 30,16

    64-QAM

    7/8 26,13 29,03 30,74 31,67Obs: Estes valores so vlidos para transmisso no

    hierrquica..-78("$9.+'

    No Brasil a faixa utilizada para transmisso de TVanalgica de 6 MHz, enquanto que a faixa utilizadapelo padro DVB-T de 8 MHz. Por isso, se osistema de televiso digital de alta definio adotadono Brasil for o europeu, ser necessrio adaptar opadro europeu para transmisso em uma faixa de6 MHz, pois os dois sistemas (analgico e digital)devero conviver por pelo menos uma dcada. Nessecaso, as taxas de bits de dados teis sero menores.Essas taxas so apresentadas na Tabela 6.

    Para que o sistema europeu tenha uma qualidade dereproduo de vdeo e udio no inferior do sistemaamericano, a taxa de bits teis deve igual ou maior doque 19,39 Mbits/s. Esses valores esto destacados nasTabelas 5 e 6 que indicam as possveis combinaesde parmetros que poderiam ser utilizadas. Observa-sequea combinao, para o sistema adaptado com faixade 6 MHz, que resulta em uma taxa mais prxima dosistema americano aquela que utiliza modulao64-QAM com taxa de cdigo de 3/4 e intervalo deguarda de 1/16.

    Intervalo de guardaModulao Taxa decdigos 1/4 1/8 1/16 1/32

    1/2 3,74 4,15 4,39 4,522/3 4,98 5,53 5,86 6,033/4 5,6 6,22 6,58 6,795/6 6,22 6,99 7,32 7,54

    QPSK

    7/8 6,53 7,26 7,69 7,921/2 7,46 8,3 8,78 9,052/3 9,95 11,06 11,71 12,073/4 11,2 12,44 13,17 13,585/6 12,44 13,82 14,64 15,08

    16-QAM

    7/8 13,07 14,51 15,37 15,831/2 11,2 12,44 13,17 13,582/3 14,93 16,59 17,57 18,13/4 16,79 18,66 19,76 20,365/6 18,66 20,75 21,95 22,62

    64-QAM

    7/8 19,6 21,77 23,06 23,75.- 7 8 ') (".9. - :'

    21&/862

    Apresentou-se neste trabalho os dois sistemas demodulao propostos para transmisso do sinal deteleviso de alta definio. A comparao dedesempenho entre os dois mtodos deve ser feitaatravs de testes experimentais.

    *5$'(&,0(1726

    Os autores deste artigo gostariam de agradecer oapoio e o suporte fornecido pelos seguintes rgos defomento pesquisa: Fundao de Amparo Pesquisa do Estado de So Paulo; ConselhoNacional de Desenvolvimento Cientfico e Tcnol-gico; Coordenao de Aperfeioamento dePessoal de Nvel Superior; ! Fundao Centrode Pesquisa e Desenvolvimento em Telecomuni-caes; - Fundo de Apoio ao Ensino e Pesquisa da "#

  • Revista Cientfica Peridica Telecomunicaes ISSN 1516-2338

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    Telecomunicaes Volume 03 Nmero 01 Abril de 2000

    $()(51&,$6%,%/,2*5),&$6

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    &'('&()((nasceu em Santo ngelo-RSem 2 de fevereiro de1968. Licenciado em Fsica em1989 pela PUC-RS e formado em Engenharia Eltricapela UFSM-RS em 1993. Em 1996 obteve o ttulo demestre em Eletrnica e Comunicaes pelaUNICAMP. Atualmente, aluno de doutorado doDECOM/FEEC/UNICAMP. Sua rea de interesseabrange simulaes de sistemas de comunicao, maisprecisamente filtragem adaptativa aplicada transmisso de televiso de alta definio.

    *+( &( recebeu os ttulos de EngenheiroEletrnico, Mestre e Doutor em Engenharia Eltricaatravs da UNICAMP (Universidade Estadual deCampinas). Atualmente Professor Adjunto doDepartamento de Comunicaes da Faculdade deEngenharia Eltrica e de Computao da UNICAMP(DECOM/FEEC/UNICAMP). o responsvel peloLaboratrio de Comunicaes Visuais do DECOM.Seus interesses esto voltados para processamentodigital de sinais de udio e vdeo. Trabalha compesquisas em televiso e em especial com a HDTVdesde 1986.

    ,+ $-.( #&') recebeu os ttulos deEngenheiro Eletricista com nfase em Eletrnica pelaUniversidade Federal de Uberlndia, e Mestre emEngenharia Eltrica e Telecomunicaes pelaUNICAMP (Universidade Estadual de Campinas).Atualmente estudante de Doutorado doDepartamento de Comunicaes da Faculdade deEngenharia Eltrica e de Computao da UNICAMP(DECOM/FEEC/UNICAMP). Seus interesses estovoltados para as reas de processamento digital desinais de udio e vdeo e redes de alta velocidade.

    /()0 1'( 2 3( recebeu o ttulo deEngenheiro Eletrnico pelo ITA (InstitutoTecnolgico da Aeronutica) em 1974. Recebeu ottulo de Doutor em Engenharia Eltrica atravs daUNICAMP (Universidade Estadual de Campinas) em1983. Atualmente o responsvel pelo Laboratrio deProcessamento de Sinais do DECOM/FEEC/UNICAMP.Seus interesses esto voltados para Transmisso eModulao Digitais, Processamento de Sinais,Instrumentao Eletrnica e televiso de altadefinio.

    e-mail: [email protected];[email protected];[email protected];[email protected]