DAB (Digital Audio Broadcasting)

Telecomunicaciones. Auditorías. Emisores. Radio. Audio digital. Compresión. Codificación. Multiplexación. Modulación. Transmisión. Redes

  • Enviado por: Rarael Marañón Abreu
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 20 páginas
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EL SISTEMA DAB (DIGITAL AUDIO BROADCASTING)

1.- INTRODUCCIÓN.-

El sistema DAB permite la transmisión terrestre de señales de audio en calidad de disco compacto incluso para receptores en movimiento.

La radiodifusión está entrando a la era digital, donde los servicios son entregados, desde el estudio hasta el receptor, totalmente en el dominio digital. El sistema de Radio Digital (Digital Audio Broadcasting, DAB) provee a los radiodifusores servicios radio-digitales de alta calidad.

El DAB es un desarrollo europeo patrocinado como una parte del proyecto EUREKA 147 y en el que, desde mediados de los años ochenta, han estado involucrados institutos de investigación, operadores de telecomunicaciones, y compañías privadas de Francia, Inglaterra y Alemania. además existen versiones Americanas (DAR ó Digital Audio Radio) como IBOC, IBAC, IBRC que contemplan el uso de las bandas FM ya existentes, la DRB en Canadá y DSB (Digital Sound Broadcasting) del International Telecommunication Union (ITU). Sin contar algunas otras.

La estandarización internacional de las especificaciones del sistema, publicado en el documento ETS.300.401, se llevó a cabo en Febrero de 1995 por el ETSI (European Telecommunication Standards Institute) tras ser comprobado localmente con ayuda de los primeros equipos. A partir de ahí, has surgido diferentes proyectos pilotos por todos los paises de la vieja Europa.

La Radio Digital es el más significativo avance en tecnología de radio desde la introducción del FM stereo. Ofrece tanto a los auditores como emisores una interesante combinación de beneficios y oportunidades:

Por parte de los Auditores

  • Proporcionar gran calidad en la recepción de señales sonoras, equivalente a la del Disco Compacto.

  • Robustez del sistema de transmisión aéreo. Receptores móviles y portátiles libres de interferencia (multipath, fading, co-channel) en la recepción, es decir, resuelve los problemas de distorsión y cancelaciones que sufren las señales de FM en móviles (vehículos en movimiento).

  • Receptores de bajo costo (en el largo plazo).

  • Mayor variedad en la información recibida. Texto, Multimedia.

Por parte de las Emisoras

  • Permite configurar Redes de Frecuència Única, que permiten la recepción de un programa en la misma frecuencia a todo el territorio de cobertura sin necesidad de resintonizar el equipo receptor. Esta es una gran ventaja respecto a la FM convencional, donde se requieren redes multifrecuencia para la difusión de un programa en zonas amplias de cobertura o orograficamente complejas.

  • Garantiza calidad elevada en recepción con niveles de señal reducidos. Una relación entre la señal recibida y el ruido de 9 dB permite ya una calidad de señal sonoro de calidad, frente de los 50 dB s/n que se requieren en FM.

  • Optimiza y economiza el espectro radioeléctrico, combinando un solo bloque y, por tanto, un solo transmisor, dando lugar a un mayor número de Estaciones.

  • Ofrece mayor cobertura, llegando a lugares de difícil acceso.

  • Flexibilidad, el sistema DAB provee un canal digital de datos por el cual se puede entregar un amplio rango de tipos de servicios desde Audio hasta Multimedia, mediante el envio de información adicional visualizable en pantalla:

· informaciones asociadas al programa

· información complementaria e independiente

· imágenes, mapas, etc.

. incluso el sistema puede proveer servicios con más valor agregado, que son un desafío a la innovación de los radiodifusores, (Web, Video, Letras de Canciones, etc.).

  • Al ser un canal digital, se pueden multiplexar cinco o más servicios de alta calidad. El multiplex puede ser reconfigurado dinámicamente para introducir nuevos servicios temporales o de suscripción, por ejemplo.

Limitaciones de la FM convencional

Las emisiones de radio en FM han llegado prácticamente al límite de calidad y prestaciones. Incluso así , presentan una serie de limitaciones que son las que han dado pie al desarrollo del nuevo sistema de radio digital. Éstas son:

  • los problemas de recepción, donde se presentan problemas de ruidos, distorsiones, cancelaciones de la señal recibida cuando se trata de vehículos en movimiento.

  • la elevada saturación del espectro radioeléctrico, lo que implica perturbaciones de unas emisiones sobre otras para la proximidad de frecuencias. Este efecto es especialment acusado en las grandes ciudades.

  • la limitada capacidad del sistema de FM analógico actual en la transmisión de información adicional. El RDS admite una velocidad de 1.187,5 bps, el 50% de los cuales corresponden aproximadamente a datos de emisora.

Comparación respecto de AM/FM

El receptor de Radio Digital es inteligente, puede hacer mucho más que sintonizar estaciones, como por ejemplo:

- Facilidad de localización de Emisoras. Basta con seleccionar el nombre de la estación y el receptor hará el resto, localizando el canal donde se encuentra la transmisión deseada.

- Para radios de auto, se puede realizar el Handoff automático cambiando de una señal con fading a una nueva señal mayor potencia y de la misma estación, ya que el receptor monitorea el estado de la señal a su alrededor. De esta forma el auditor no notará el cambio. Tal como ocurre en telefonía celular.

- Al poseer pantalla LCD, el "auditor" podrá ver títulos de canciones, nombre del álbum, letras. Obtener información en tiempo real, tráfico, estado del tiempo, emergencias, servicios de búsqueda (paging), etc.

- Un punto importante que ya se ha mencionado es el de poder contar con cobertura nacional con sólo un estudio central, permitiendo la llamada Red de Frecuencia Única (Single Frequency Network, SFN), constituyendo una de las principales mejoras respecto de la tradicional AM/FM.

Todo ello hara cambiar los habitos de emisoras (que deberan cambiar contenidos, formatos y, en definitiva, la forma de hacer radio) y radiooyentes que constituyen un mercado cada vez mas exigente y golosos en el consumo de las nuevas tecnologias y el mundo de las telecomunicaciones. Esto supondrá la mayor revolución de las cadenas de radio, la publicidad, la medición de audiencia y los contenidos.

Dicha tecnologia, a la que a continuacion iremos desengranando uno a uno todos los elementos que la integran, ha transformado la radio en un elemento esencial de la revolución digital que estamos viviendo; Hablamos del sistema de radio digital en su estandar europeo: el sistema DAB, y en particula del aporte hecho por el proyecto Eureka.

Estos son los 4 elementos principales que componen el sistema DAB, los cuales hacen posible su eficiencia:

  • Codificador MUSICAM.

  • Multiplexor.

  • Modulador COFDM.

  • Transmisor.

2.- CODIFICACION Y COMPRESION DE AUDIO DIGITAL: MUSICAM

Este método de codificación reduce la cantidad de info a una séptima parte sin degradar la calidad de la señal percibida.

Para esta compresión de información se parte de técnicas de codificación psico-acustico especificadas por MPEG-2 LayerII, y de respuesta del oido humano, basandose en una serie de efectos que sin deteriorar la calidad de la señal, posibilita eliminar información redundante o inservible para el sistema de audición del organismo humano. Estos son los efectos a considerar:

1.- Sólo tonos por encima del límite audible son percibidos por el oido, eliminando de este modo frecuancias inferiores a 20 Hz y superiores a 20 KHz.

2.- La percepción es diferente a distintas frecuancias.

3.- Tonos de menor nivel que se encuentre próximos en frecuencia a tonos de mayor nivel quedan enmascarados y no se pueden oir. También quedan enmascarados aquello tonos de menor nivel que están precedidos o seguido de tonos de mayor nivel; Es lo que se conoce con el nombre de de enmascaramiento ó sound masking en el cual se conciben las llamadas curvas de umbral. Una buena definición de la percepción psico-acústica de sonidos se ha dado en 1960 como "aquel proceso por el cual, el umbral de auditividad de un sonido, aumenta en presencia de otro sonido" (sonido enmascarante) .

Este principio de enmascaramiento de las frecuencias se ilustra en la figura N°1. El componente de señal de 1[kHz] deforma y eleva el umbral de percepción de otras frecuencias adyacentes. Si un segundo componente de audio está presente al mismo tiempo y cerca de 1[kHz], para que pueda ser reconocido, deberá estar sobre el nuevo umbral de energía impuesto por el componente de 1[kHz], de otra forma, es enmascarado por la primera señal.

Actualmente es un tema aún en estudio ya que hay diferentes aspectos y teorías al respecto. Algo interesante de destacar es la naturaleza no causal del enmascaramiento de sonidos, ya que un ruido fuerte (disparo), puede enmascarar a un sonido débil previo al disparo. Algunos psicólogos afirman que el oído humano puede percibir sonidos fuertes más rápido que los débiles.

En la realidad las señales son más complejas y el umbral de enmascaramiento está cambiando constantemente.

FIGURA 1

Esta técnica de codificación permite que , teniendo a la entrada de nuestro decodificador MUSICAM una señal de Audio de 16 bits estereo (calidad CD: 16 * 2 * 44,1 = 1411 Kbps), obtengamos a la salida la misma señal reducida a una tasa de 192 Kbps ( 7 veces menor).

Para ello se van a dar una serie de procesos que a continuación se detallan:

a.- La señal de audio (24[kHz] en banda base=BW de la señal con calidad CD muestreada a: fs = 48 KHz) digitalizada es dividida por circuitos de filtros en 32 sub-bandas de identico ancho de banda: BW= 750 Hz ( = [(fs/2) / 32] ). Lo anterior se realiza con DSP's que realizan FFT (Transformada Rapida de Fourier) de 1024 bits, entregando 512 valores del espectro, es decir, muestras cada 46[Hz] del espectro de audio original.

b.- Conocidas las componentes de frecuencia. Se divide el espectro en las 32 sub-bandas, cada una con 16 bits (512/32). Esta división del espectro permite la distribución óptima de los bits de acuerdo a los requerimientos psico-acústicos. Para aquellas sub-bandas que resultan completamente enmascaradas por otras, no hay necesidad de enviarlas, ya que no se escucharán.

c.- Una vez que se cuenta con la información necesaria, a cada muestra se le asigna un factor de escala de 6 bits (asegurando un rango dinámico de 120[dB]), junto con información para reconstruir la distribución óptima y un header para cierta información. De esta forma, se arma la trama.

d.- El sistema contempla técnicas de protección de la información, ya que la destrucción por pequeña que sea, resulta desastrosa. Además de la eliminación de redundancias para los factores de escala.

  • MPEG 2 layer II

Puede afirmarse que MUSICAM es un proyecto del estándar MPEG desarrollado por Europa. Sin embargo en Estados Unidos se reconoce como él estándar de transmisión digital.

Debido a la naturaleza de la información que se trata y a la codificación, existen diversas versiones de compresión MPEG; principalmente respecto de la tasa de transmisión, cantidad de canales, frecuencia de muestreo y al tipo de información que se trata. El sistema usado en DAB posee las siguientes características.

  • Mayor Ancho de banda, sobre 40Mbit/s.

  • Compatible con el sistema 5.1 de salas de cine (central, izquierdo y derecho, más surround izquierdo y derecho y 1 canal de bajos)

  • Más rango para los tamaños de tramas (incluyendo HDTV)

  • Retardo de tiempo: 100[ms] (layer II)

3.- MULTIPLEXOR.-

Codificación de la Transmisión y Multiplexing

La informacción a ser entregada al auditor, ya sea audio, servicios personales, datos ó multimedia, deben ser combinados en una sola trama al momento de transmitirse (multiplexión), dando origen a una trama de datos.

La trama ilustrada en la Figura N°2, representa a la trama DAB multiplexada, distinguiéndose tres elementos:

  • Canal de sincronización, necesario para le sintonización y el timing del transmisor con el receptor.

  • Canal de información rápida (FIC), encargado de llevar información respecto de la estructura y tipo de datos, además permite la decodificación de información individual.

  • Canal de servicio principal (MSC), contienen las tramas de audio o paquetes de datos de los diferentes servicios impartidos. Esta es la parte importante de la información por la que el usuario paga.

Figura N°2

Se realiza una codificación convolucional, entrelazado de tiempo y de frecuencia (secuencias pseudo-aleatorias), para proveer una fuerte protección contra errores de bit de manera que los datos recibidos se consideran casi libres de errores.

  • La capacidad de datos bruta de una señal DAB es de 3Mbit/s aproximadamente, del cual, el Canal de Servicio Principal (MSC) ocupa 2.3 Mbit/s. Al usar codificación de canal agregando redundancia, la tasa neta de información a transmitir está entre los 0.6 y 1.8Mbit/s. Para el multiplex nacional de la BBC, el canal de información neta en el MSC es de 1.2Mbit/s. Multiplexando 7 servicios diferentes: 4 servicios de audio de alta calidad a 192kbit/s (CD stereo) y 3 servicios audio mono de 96kbit/s principalmente para transmisión de noticias y deportes y las sesiones del Parlamento (Ver Figura 2).

Gracias a la flexibilidad de MUSICAM se pueden lograr distintos tipos de servicio; variando principalmente la tasa de bits el nivel de protección de la información, algunas configuraciones por ejemplo son:

  • 5 programas de audio a 256kbit/s. Con 58kbit/s de otros datos de la programación.

  • 6 programas de audio a 192kbit/s (calidad CD stereo). Con 45kbit/s para otros programas de datos.

  • 2 programas de audio de 256kbit/s y 3 programas de audio de 192kbit/s, con un canal de datos de 150kbit/s.

  • 18 programas de audio usando 96kbit/s (CD's mono).

1 canal de datos usando 1824kbit/s.

Los interfaces de entrada al multiplexor ( dede el codificador) son varios :

  • RDSI (B1 + B2 + D : 2 canales bidirecionales de datos en 65 Kbits/s cada uno y uno de señalización.)

  • G703/G704 ( Interfaz de 2048 Kbits/s con dos propositos: Posibilita por una parte conectar varios multiplexores en cascada, ya que la salida normalizada del multiplexor es igualmente G703/G704. Y en segundo lugar permite multiplexar varior MUSICAM localmente y transmitir posteriormente.

  • X21, V.35/36/37

  • WG 1/2

4.- MODULADOR COFDM

La modulación tiene como fin fundamental adecuar los datos que se quieren transmitir a las características del canal empleado.

El canal de radiodifusión utilizado para recepción móvil en áreas urbanizadas como ciudades, es particularmente un entorno hostil para las transmisiones. Interferencia industrial, bastante mutipropagación causada por obstáculos naturales necesitan de un sistema de modulación sofisticado si se desea un nivel de comunicación excelente.

El modelamiento del canal con multipropagación (multipath), asume que la señal recibida es la suma de señales retardadas y esparcidas. El esparcimiento de la señal (debido a árboles, otros vehículos, etc.) se puede modelar por factores que multiplican a la señal original y retardada, estos factores obedecen a una distribución de Raleight con una función de probabilidad determinada.

Bajo este contexto de canal, los problemas que se presentan se pueden resumir en dos aspectos:

  • Respuesta al impulso del canal: debido a su esparcimiento causa interferencia intersimbólica a medida que la tasa de bits aumenta.

  • Características dinámicas del canal, como resultado del entorno cambiante que rodea a un vehículo en movimiento. Lo anterior causará degradación en la estimación de la fase del receptor. Es lo que se conoce como efecto Doppler.

Para compensar estos problemas en la transmisión y otros se desarrolla la modulación COFDM (Coded Orthogonal Frecuency Division Multiplex). Esta modulación es un sistema de transmisión en paralelo, es decir, varios datos son transmitidos en el mismo instante de tiempo por múltiples portadoras; portadoras que se eligen de forma que sean ortogonales entre sí. El principio de ortogonalidad define la separación entre portadoras de manera que sea exactamente igual al recíproco del periodo de símbolo útil, es decir, que los máximos de una portadora coincidan con los ceros de la otra.

Este modulador COFDM es la pieza básica del sistema y el que aporta las mayores ventajas tecnológicas. Es un sistema basado en la modulación multiportadora que proporciona la recepción incluso en movimiento con altos niveles de seguridad y calidad. Estas ventajas tecnológicas que aporta la modulación COFDM son las siguientes:

· Permite el envío de un elevado volumen de información garantizando la recepción en equipos móviles.

· El sistema se muestra inmune al efecto Doppler (efecto de variación de la frecuencia en función del desplazamiento, perjudicial en Frecuencia Modulada), y permite la recepción con una calidad excepcional.

· Determina la posibilidad de configurar Redes de Frecuencia única, lo que facilita la recepción de un programa en la misma frecuencia en todo el territorio de cobertura. Esto representa una gran ventaja respecto a la F. M., donde el usuario debe resintonizar contínuamente el receptor de su vehículo a medida que se desplaza por zonas no cubiertas por un mismo centro emisor.

· Representa un ahorro de energía y recursos importante porque radia diferentes programas y servicios de datos a través de un mismo transmisor.

· Una de les características de la modulación C.O.F.D.M. es su capacidad para recuperar la información con los mínimos errores posibles, cuando se produce la recepción de una señal directa y una de retardada en el tiempo por efecto de rebotes y reflexiones.

A continuación vamos a detallar los diversos bloques de interés que constituyen la modulación COFDM:

A.- Modulacion QPSK.

B.- Intervalos de Guarda

C.- Codificador de Convolución

D.- FFT ( Transformada Rapida de Fourier)

A.- Modulación QPSK

La trama ETI se distribuye en 1536 portadoras ( en modo 1), que cada una de ellas están moduladas QPSK a la correspondiente baja velocidad. Las portadoras están colocadas de forma que una no influya en las demás. Como resultado, el periodo de cada símbolo que se obtiene es considerablemente superior que cualquier retardo de señal. La figura que se muestra a continuación muestra dicha distribución:

B.- Intervalos de Guarda

Para mantener la ortogonalidad de las portadoras y tratar de manera eficiente los efectos del multitrayecto, se introduce lo que llamamos intervalos de guarda. Veamos más detenidamente en que consiste este intervalo de guarda:

Este bloque del transmisor trata de combatir el multitrayecto, ya que ésta es una característica habitual en el tipo de canal para el que está destinada esta modulación (medio terrenal).

Para la consecución de este objetivo, la modulación emplea una técnica que consiste en habilitar un cierto intervalo temporal que se añade al intervalo de tiempo necesario para la transmisión de un supersímbolo. Con esto se evita que unos símbolos se vean afectados por otros (interferencia intersímbolo), aunque un símbolo siempre puede ser afectado por una versión retardada de sí mismo (interferencia intrasímbolo).

Los efectos anteriormente mencionados se pueden ver en la figura de abajo, en donde el símbolo K de la señal directa se ve afectado por la versión retardada de sí mismo. Ahora bien, si la duración del intervalo de guarda (ðð está bien dimensionada, el símbolo K de la señal directa no se ve afectado por el símbolo K-1 de la señal retardada, cosa que sí ocurriría en caso de no existir el intervalo de guarda. Es decir, repitiendo deliberadamente parte de cada símbolo en el llamado intervalo de guarda, COFDM provee tolerancia contra la interferencia intersimbólica. Mientras el retardo de las señales de eco sea menor que el intervalo de guarda, existirá un beneficio constructivo en la recepción.

La idea del sistema es aprovechar los ecos de una señal distante operando en el mismo canal, de modo que aumente la potencia en el receptor.

La realización de este bloque se lleva a cabo mediante una extensión cíclica de la salida de la IFFT. Esto nos lleva a que la duración total del periodo de símbolo será Tsímbolo = T0 + ð, siendo T0 la parte que denominábamos como parte de símbolo útil pues en ese intervalo se concentra toda la información transmitida, y ð la duración del intervalo de guarda. Esta extensión cíclica no es más que la copia de un determinado número de las últimas muestras de salida de la IFFT, y la colocación al principio a modo de prefijo, como se muestra en la figura de abajo.

La desventaja de la introducción del intervalo de guarda estriba en una reducción de la eficiencia espectral, ya que hay que transmitir muestras duplicadas que no aportan nueva información.

El estándar considera cuatro posibles valores para la duración del intervalo de guarda. Estos cuatro valores son 1/4, 1/8, 1/16 y 1/32 de la duración de la parte útil del periodo de símbolo de cada uno de los dos modos posibles.

En la siguiente tabla se muestra el número de muestras de las que se componen el intervalo de guarda atendiendo al valor de su duración y al modo de transmisión utilizado:

ðððððððð

ðððððððð

ððððððððð

ððððððððð

Modo 2K

512

256

128

64

Modo 8K

2048

1024

512

256

Nótese que el envío de un mayor número de muestras en el intervalo de guarda tiene repercusión directa en las tasas binarias que se logran transmitir.

C.- Codificador de Convolución

Otra ventaja que añade la modulación COFDM es la protección contra desvanecimientos.

Un desvanecimiento es una distorsión provocada por las variaciones de las características físicas del canal que tiene como resultado una disminución de la potencia recibida. Las mayores distorsiones son provocadas por los desvanecimientos profundos que son selectivos en frecuencia, afectando de manera distinta a las diferentes componentes frecuenciales de la señal enviada. De esta manera, algunas frecuencias se verán muy atenuadas mientras que otras pueden tener una ganancia en potencia. Suelen ser provocados por la existencia de multitrayecto al producirse una interferencia entre los rayos que alcanzan el receptor, teniendo como señal resultante la suma de las señales que llegan hasta él.

Como consecuencia inmediata de la atenuación soportada en las portadoras más afectadas por el desvanecimiento, se puede citar que si el nivel de ruido en el canal es suficientemente elevado, no va a ser posible recuperar la información transportada por las mismas, hecho que implicará la aparición de una ráfaga de errores en la decodificación como consecuencia de la pérdida de los símbolos que las modulan.

Lo visto hasta ahora sobre la modulación (llamada OFDM) no proporciona ninguna protección contra estos desvanecimientos. Como solución se dota a la modulación de un codificador de canal compuesto de dos elementos: un código convolucional y un barajador (por este motivo pasa a llamarse la modulación Coded-OFDM).

La intención pretendida al introducir un código convolucional es añadir cierta redundancia en los datos que se desean transmitir, redundancia que en recepción será empleada en la corrección de errores. Esa corrección de errores tiene ciertas limitaciones pues si a la entrada del decodificador apareciese una secuencia larga de errores, este elemento no sería capaz de decodificar de una manera correcta. Para acortar la longitud de estas ráfagas de errores, y que sean abordables por el código convolucional, se añade el barajador.

El barajador trata de introducir un cierto desorden de manera que las portadoras adyacentes no sean moduladas por datos consecutivos. Si se produce una pérdida de información llevada por portadoras adyacentes, al deshacer el desorden debido al barajador, el error debido a cada portadora queda aislado, acortándose la longitud de la ráfaga.

A modo de resumen se puede decir que el efecto conjunto del código convolucional y del barajador puede verse como un promediado de los desvanecimientos locales sobre todo el espectro de la señal.

Con la ayuda del codificador de convolución se pueden producir diferentes grados de protección ( 24 en el caso de DAB). Este mecanismo permite adaptar la trama codificada a los requisitos de canal optimizando su capacidad.

A continuación detallaremos brevemente cual es el modo de funcionamiento del Código Convolucional y del Barajadorç:

1.- Código Convolucional.-

El funcionamiento del convolucional está basado en registros

de memoria (de capacidad un bit) y sumas módulo dos. La codificación de los bits se realiza a partir del valor del bit presente a la entrada y los valores de los m bits anteriores que están guardados en los registros.

El codificador convolucional que define el estándar se construye a partir de un código convolucional que denominaremos como código base. Por lo tanto, se definirá este código en primer lugar, para posteriormente, obtener las distintas tasas que el estándar contempla en función del código base.

El código convolucional base está formado por seis registros de memoria y dos bits de salida por cada bit de entrada.

Los polinomios que generan el código son:

g1(D) = 1 + D + D2 + D3 + D6
g2(D) = 1 + D2 + D3 + D5 + D6

Estos polinomios se pueden ver representados en la siguiente figura sin más que tener en cuenta que D indica un retardo unidad.

Como se indicó anteriormente, el estándar contempla diversas tasas para el codificador convolucional. La tasa 1/2 viene aportada por el propio código base, mientras que las restantes tasas se consiguen a partir de estrategias de perforado. Estas estrategias consisten en descartar salidas del código convolucional base siguiendo ciertos patrones predeterminados que no se van a presentar.

2.- Barajador.

El barajador interno tiene como misión limitar en lo posible la longitud de las ráfagas de errores que se puedan producir durante la transmisión para que estas no desborden la longitud máxima soportada por el código corrector intentando conseguir así una decodificación libre de errores.

Para conseguir esta limitación se implantan dos barajadores, uno que trabaja a nivel de bits y otro que trabaja a nivel de grupos de bits (símbolos).

El barajador de bits consigue que los grupos de bits que dan lugar a un símbolo no estén formados por bits consecutivos de la entrada. Esto se consigue barajando los bits siguiendo un patrón fijo que se basa en una rotación cíclica.

Los bits serializados que provienen del bloque anterior se agrupan de 126 en 126 y cada grupo se introduce en los registros de cada una de las ramas que conforman el barajador. El número de ramas depende de la modulación empleada, así, para la QPSK y la 16-QAM habrá cuatro ramas y para la 64-QAM seis ramas.

Una vez que tenemos cada registro lleno con los 126 bits, se les aplica una rotación que depende de la rama con la que se esté trabajando. Después de aplicar dicha rotación los bits de cada rama pasan a alimentar la entrada del barajador de símbolo.

En la figura se puede observar un diagrama de bloques del barajador interno:

El último bloque de la figura es el barajador de símbolo que como se observa agrupa los bits de 4 en 4 (QPSK o 16-QAM) o de 6 en 6 (64-QAM) cogiendo uno de cada rama.

Ahora que ya se han formado los símbolos el barajador de símbolo será el encargado de desordenarlos. El barajador de símbolo es el primer bloque que se ve afectado por el modo de transmisión. Dependiendo del modo utilizado la profundidad de trabajo de este barajador será de 1512 posiciones en el modo 2K o 6048 en el modo 8K; con profundidad de trabajo se quiere decir la cantidad de símbolos que se cogen cada vez para desordenar.

Debe observarse que, puesto que en el barajador de bits, en cada ejecución, se crean 126 grupos de bits (símbolos) hacen falta 12 ejecuciones de este barajador para cubrir las 1512 posiciones en el caso de trabajar en el modo 2K, mientras que para cubrir las 6048 posiciones del modo 8K hacen falta 48 ejecuciones.

Para finalizar cabe destacar que al desordenar símbolos lo que se está consiguiendo es separar portadoras (cada símbolo modula una portadora) que estén correladas entre sí de forma que ante un desvanecimiento profundo la posibilidad de que símbolos contiguos se vean afectados sea pequeña. Así, una portadora atenuada puede ser recuperada a partir de la correlación que existe con otras portadoras que no han sido atenuadas.

D.- FFT ( Transformada Rapida de Fourier)

Después de la asignación de información a las subportadoras, se lleva a cabo la transformación rápida de Fourier, obteniendose la banda base DAB que está disponible como una señal en fase I y en cuadratura Q, es decir, una vez que se tienen todos los datos distribuidos en frecuencia, el siguiente paso que establece el estándar es la aplicación de la IFFT con lo cual, a partir de este punto, se pasa a trabajar en el dominio temporal.

La realización del algoritmo de la IFFT no es de interés en este trabajo; sólo cabe destacar que para que sea eficiente el algoritmo, el número de puntos con los que debe trabajar tiene que ser potencia de dos.

5.- TRANSMISIÓN.

Ya hemos visto que la señal modulada en COFDM consiste en 1536 portadoras espaciadas 1KHz, todas ellas moduladas en QPSK. Vista en un osciloscopio la señal COFDM es muy parecida a una señal de ruido con gran amplitud de pico resultado de la suma de las portadoras individuales. La relación entre pico y potencia térmica de la señal DAB está entrre 7 a 10 dB, como se puede observar en la siguiente figura:

Espectro de una señal COFDM

El amplificador del transmisor debe ser capaz de transmitir esta potencia de pico con una extrema linealidad, si no fuera así aparecerían productos de intermodulación dentro y fuera de la señal DAB. Los productos dentro de la banda degradarían la relación S/N y fuera provocarían interferencias con otros servicios.

Pero antes de amplificar hay que convertir la señal DAB a las frecuancias donde se podría dar el servicio DAB.

Existe dos posibles bandas de trabajo, o bien el canal 11 y 12 de TV (UHF) o bien la banda L (1452 a 1492 MHz).

La conversión en frecuencia se hace en dos pasos, el primero convierte la señal de banda base 2,048 MHz a frecuancia intermedia siendo esta FI la misma que la de los actuales transmisores de TV, el segundo pasaría de FI al bloque asignado dentro del canal 11 o 12 de TV (VHF).

Es recomendable que la frecuancia del oscilador local sea ajustable en pasos pequeños = 25Hz. Asimismo es usual que los osciladorses locales se enganchen a una frecuancia de entrada muy estable, por ejemplo 10MHz. Esta puede provenir de un receptor de GPS. Edemas del control de etapas de amplificación posteriores, la sección de FI contiene un corrector de linealidad en amplitud y fase con el objeto de mejorar la salida del transmisor. La potencia de salida del excitador se controla con un aclopador directivo.

Las diferentes potencias de salida de los transmisores dependerán de la frecuancia de trabajo, ya sea VHF o banda L. Así pues en VHF se dispone de amplificadores de 250 W que, combinados edecuadamente, nos darán las diferentes salidas de potencia en VHF, 250, 500,750 o 1000 W, mientras que en banda L (1452-1492 MHz) el amplificador base es de 100 W proporcionando potencias de salida de 100,200,300 o 400 W.

Lo que si es importante significar es que cada módulo amplificador dispone de las siguientes protecciones, contra potencia reflejada excesiva, potencia de entrada excesiva y sobretemperatura. En cuanto al conjunto de amplificadores ya combinada tienen un control del nivel de potencia que previene de sobreexcitaciones de los amplificadores cuando uno de estos falla. Este control además habilita al excitador con 4 distintos niveles de potencia de salida.

A la salida de cada transmisor deberá de integrarse un filtro paso banda, que limita las emisiones fuera de la banda de frecuancia ocupada por las portadoras, de acuerdo con las máscaras propuestas por el CEPT en el acta final de Wiesbaden en julio de 1995.

6.- REDES DE FRECUANCIA ÚNICA.-

El tomar ventaja de la multipropagación es una idea que permitirá crear la llamada red de frecuencias únicas, en donde, la interferencia causada por transmisores a grandes distancias del mismo programa y en la misma frecuencia dejará de ser considerada como negativa, algo que con los sistemas FM habría sido imposible de concebir. Trabajar en redes de frecuancia única es una de las principales ventajas del DAB. Veamos donde radican las ventajas de trabajar en este tipo de redes:

En un principio se podría pensar que el multitrayecto es debido a causas exclusivamente naturales, pero el hecho de tener herramientas para paliar los efectos del mismo, puede inducir a pensar que de manera artificial se introduzca un multitrayecto controlado como consecuencia del empleo de redes de frecuencia única.

El espectro para radiodifusión de televisión está muy saturado ya que con el actual sistema de modulación un canal de televisión ocupa el propio canal, los adyacentes, los canales del oscilador y el canal imagen, es decir, cinco más aparte del propio. Además, para la radiodifusión de una misma señal por parte de dos transmisores geográficamente adyacentes, se tiene que usar dos canales distintos, precisamente por culpa del multitrayecto. Usando la modulación COFDM se podría tener una red de transmisores que operen todos en la misma frecuencia, una red de frecuencia única (SFN).

COFDM se apoya en el intervalo de guarda para paliar los efectos del multitrayecto, sea este natural o artificial, fruto de que un receptor reciba señales procedentes de diversos transmisores.

Aparte del mejor aprovechamiento del espectro, otra ventaja de las redes de frecuencia única es que debido a la adicción de señales provenientes de dos transmisores cercanos pertenecientes a la red, se produce una ganancia que se denomina ganancia de red. Esta ganancia trae consigo múltiples ventajas: la infraestructura para la radiodifusión es más barata, ya que se necesita menos potencia en los transmisores; hacen un mejor uso de la potencia transmitida y logra una mejor cobertura.

Un inconveniente es que la división de la red no es posible; es decir, en caso de querer radiodifusión regional sería necesaria la creación de una red por ámbito de radiodifusión.

La estructura de las redes de transmisores de DAB pueden ser de estos 3 modelos básicos:

- Transmisor único.

- Redes de frecuencia única con antenas no directivas también llamadas “redes abiertas”.

- Redes de frecuencia única con antenas directivas también llamadas “redes cerradas”.

En las redes de frecuancia única se definen 4 distancias fundamentales:

1.- Radio de cobertura es la distancia entre el centro del área cubierta y el perímetro de la misma.

2.- Distancia de reutilización es la distancia entre los límites de 2 zonas de DAB donde se usa el mismo bloque de frecuencia llevando información distinta.

3.- Distancia entre transmisores es la distancia entre los diferentes centros de transmisión de una red de frecuencia única.

4.-Distancia entre los límites de dos áreas cubiertas servidas por dos servicios diferentes.

Para poder trabajar en red de frecuancia única lo que hay que garantizar es que todos los transmisores de la red estén transmitiendo el mismo bit en el mismo instante. Esto se consigue de la siguiente manera:

1.- Habrá que añadir una supertrama de sincronización a la salida del multiplexor, por lo que habrá que añadir un equipo que convierta el interface de transporte de la trama ensemble independiente de la red ETI (NI) a la que lo adapta a la red ETI(NA).

2.- Cada modulados CODFM deberá poder convertir la trama ETI (NA) a ETI(NI).

3.- Tanto los moduladores de CODFM como el multiplexor deberán estar sincronizados mediante GPS.

7.- APLICACIONES Y PROYECCIONES DEL SISTEMA DAB.

Servicios y aplicaciones de DAB

El DAB, por lo que hemo visto hasta ahora, es un medio de difusión de elevada capacidad. Admite la transmisión de canales de audio, datos, imágenes e incluso video con aplicaciones múltiples, lo que hace del sistema un medio de información unidireccional potente y de amplia cobertura. A continuación se citan algunas de las aplicaciones posibles.

Mediante el canal de datos asociado al programa PAD

Como ya hemos dicho más arriba, cada programa estereofónico conlleva asociado un canal de datos (PAD - Programme Audio Data) que permite, entre otros, aplicaciones como:

· datos sobre la canción que se emite en ese instante.

· publicidad asociada, como el distribuidor del disco precios.

· información complementaria de la emisora.

· anuncios de tráfico, con rutas alternativas.

· mapas del tiempo.

· etc.

Mediante canales de datos independientes

Por otro lado, se pueden transmitir canales de datos de información independiente, no generada por el radiodifusor, en formato de velocidad variable en múltiples de 8 kbps. Esto proporciona un volumen de aplicaciones enorme, con informaciones visualizables por pantalla. Nombramos algunas:

· envío de señales diferenciales GPS, que permiten posicionamentos geográficos con precisiones de +1-1 cm.

· periódico electrónico, con el acceso a los medios de información de manera directa.

· servicios especializados de información del tiempo, con imágenes del satélite actualizadas en tiempo real.

· envío de paquetes de software a destinatarios específicos (cabe recordar las aplicaciones de 'Acceso Condicional)

· sistemas de control a distancia, como órdenes de movimiento de vallas publicitarias, puesta en marcha de sistemas de iluminación o calefacción, etc.

· correo electrónico.

· sistemes de búsqueda <paging> y telemensajería.

· video.

Uso de Bandas de Frecuancias

Por otra parte, dependiendo de la zona del espectro radioeléctrico utilizado para la transmisión, se dan ciertas características a considerar; por ejemplo, se argumenta que moviendo las actuales emisoras AM/FM hacia la Banda-L, todas las compañías tendrán la misma oportunidad de competir ya que se estaría ocupando un espacio no saturado.

En otras palabras, cada radioemisora puede entrar al mercado digital con iguales capacidades, donde la creatividad marcará la diferencia.

Sin embargo, existen otras propuestas de uso de bandas. En Estados Unidos no se usa la Banda-L para las transmisiones digitales de audio, Ellos argumentan que utilizar una tercera banda, implicaría nueva competencia a las otras dos, existiendo dos mercados paralelos (incluyendo el de los receptores). Luego se habla de proyectos "In Band on Channel" ó IBOC.

En el Reino Unido, la BBC ha estado transmitiendo en la Banda III de los 217.5-230[Mhz].

Realidad Mundial

Hace menos de un año que han aparecido los primeros productos de consumo para Eureka 147 DAB. Se encuentran tanto equipos para radiodifusión como para recepción incluso de automóviles. Entre las principales marcas se encuentran Bosch, Phillips, Sony, Panasonic, Pioneer, Blaupunkt, Groundig, Kenwood.

Existe un Foro Mundial DAB, el cual asegura que al menos 20 países como China, Canadá, Australia, India y varios países europeos disponen o dispondrán en el corto plazo, servicios digitales operativos. Sin embargo existen importantes costos que se debe asumir en cada país: la planificación de una red nacional de frecuencias (planificación de uso de frecuencias), pago de regalías a los autores del proyecto Eureka 147 y costo de los aparatos, los cuales aparecen en el mercado con altos precios.

Pero habría que preguntarse para qué necesitamos esta nueva tecnología y por qué está siendo fomentada tan intensamente por organismos radiofónicos regulatorios, los fabricantes y los políticos. Las simples razones económicas provistas por un sistema en que la oferta supera la demanda y las innovaciones son raras, hacen que nuevas oportunidades de negocios en nuevos segmentos de mercado crezcan y se conviertan en una poderosa razón en la implementación de esta tecnología.

Futuro del DAB

La evolución de la Radio Digital DAB ha contado con un apoyo importante por el hecho de ser un proyecto amparado por los organismos europeos del sector de las telecomunicaciones.

Al margen de los estándards tecnológicos de difusión, en la Conferencia de Wiesbaden de 1995 se llevo a cabo la planificación de canales y bloques para cada país y región de Europa; por este motivo, los parámetros básicos para el inicio de emisiones están fijados.

El inicio de las emisiones en diversos países de Europa ha incentivado un factor clave: la fabricación de receptores y el desarrollo de modelos de coste asequibles para el usuario.

Igual como pasó con la FM respecto a la Modulación de Amplitud, el DAB se plantea inicialmente como un medio que complementan a los anteriores, ya que de hecho los equipos receptores equipan las tres bandas de difusión (AM-FM-DAB).

Pero es obvio que sus mayores prestaciones y calidad han de permitir al DAB convertirse en el medio de radiodifusión sonora del futuro.

8.- CONCLUSIÓN.

El sistema DAB provee tanto al auditor como al radioemisor nuevas oportunidades y significativos beneficios en comparación a los sistemas analógicos existentes. Proveerá una recepción confiable y robusta para servicios de audio de alta calidad, incluyendo multimedia hacia receptores portátiles: móviles y fijos.

Finalmente se puede afirmar que el sistema DAB asegura que la radio está preparada para entrar a la era digital.

9.- BIBLIOGRAFÍA.

  • Antena de Telecomunicación. Nº 134 . Octubre 1997. Edita

el COITT Y ANITT.

  • Antena de Telecomunicación. Nº 141 . Septiembre 1999. Edita el COITT Y ANITT.

  • “Hierarchical Transmission and COFDM Systems”. Seamus O´Leorly, Member; Proceding of the IEEE Transactions on Broadcasting. Vol. 43, Nº 2. Junio 1997.

  • “Performace Analysis of a DODFM/FM In-band Digital Audio Broadcasting Systems”. Proceding of the IEEE Transactions on Broadcasting. Vol. 43, Nº 2. Junio 1997.

  • “Subband- Multipulse Digital Audio Broadcasting for Mobile Receivers”. X.Lin, L.Hanzo, R.Steele, W.T. Webb. Proceding of the IEEE Transactions on Broadcasting. Vol. 39, Nº 4. Diciembre 1993.

  • "Audio In Digital Radio- The Eureka 147 DAB System". Electronic Engineering, Abril 1998.

  • "Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing". Le Floch, Alard, Berrou. Proceedings of the IEEE, Volumen 83, N°6. Junio 1995.

  • “Radio Digtal DAB”. Centre de Telecomunicacions. Generalitat de Catalunya. www.bibliocast.hatmbibliocast.htm