003-Radio-digital.pdf

8/18/2019 003-Radio-digital.pdf

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PRESENTADO POR:

Mg.Ing. Wilbert Chávez Irazábal

ADIO DIGITAL

¿Qué es Radio Digital Terrestre?

Es un sistema de radiodifusión de audio, que se distingue por la

emisión de señal digital. Actualmente existen tres sistemas de

radiodifusión digital conocidos con repercusión a nivel mundial:

IBOC (In-band On-channel), DAB (Digital Audio Broadcasting) y

DRM (Digital Radio Mondiale).

PERU, todavía no ha elegido el estándar de radio digital.


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Digital Audio Broadcasting

DAB

DAB en el Mundo


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Especificaciones Técnicas DAB

Banda de frecuencias: Banda III (174-240MHz) Banda L (1452-1492 MHz).

Banda de Frecuencia entre 30MHz a 3GHz

Velocidad de audio 8-384 kbps.

Ancho de Banda por canal 1.5 MHz

63 Canales de audio monourales.

o` 12 Canales de audio stereo.

Calidad de audio: CD a 192-225 kbps. Codificación de audio: MPEG-1 capa-2 (MUSICAM) y MPEG-2 capa 2.

DAB (Digital Audio Broadcasting)

El sistema se generó a partir del proyecto Eureka 147, el cual desarrollo el

sistema de radiodifusión de audio digital denominado DAB.

Este estándar es en Europa altamente difundida.


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Señales de Audio y Datos Asociados al Programa (PAD)

La señales de audio es la información que ingresan a un bloque

denominado codificador .

Los Datos Asociados al Programa (PAD), son informaciones que están

estrechamente relacionada con el programa de audio, puede tratarse de

la letra de las canciones, títulos, autores, etc..

Codificador de Fuentes

Esta dividido en dos bloques:Digitalizador Codificación



Digitalizador:

Este bloque se encarga de digitalizar las señales analógicas, utilizando

una frecuencia de muestreo de 48KHz, con una resolución de 22 bits

en cada muestra.

Codificación:

• DAB utiliza una técnica de compresión de audio, denominada MPEG-1capa 2, también conocido como MUSICAM, este proceso basa sufuncionamiento en la descompresión del espectro audible en32 sub-bandas equiespaciadas, a las cuales se asigna de forma dinámicalos bits de cuantificación según el modelo acústico del oído.


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Codificación:

• La señal codificada puede ser monofónica o estereofónica y de si se

emplean 48 KHz (MPEG-1) o 24 KHz (MPEG -2) de frecuencia de

muestreo.

• En el caso de usar una frecuencia de muestreo de 48 KHz, la velocidad

de los datos para sonido estéreo, oscila entre 32 y 192 Kbps.

• En el caso de emplear una frecuencia de muestreo de 24 KHz la

velocidad de los datos puede variar entre 8 y 160 Kbps.




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Trama de Audio DAB

En la trama de

audio DAB con

MPGE-1, la trama

tiene una longitud

de 24 msg.

En la trama de

audio DAB con

MPEG -2, la trama

tiene una longitudde 48 msg.


Servicio de Datos Generales

Son servicios que pueden no estar relacionados con la transmisión de

programas radiofónicos, los datos pueden ser cursados al multiplexor en

modo paquete o modo de ráfaga.

Modo Paquete:En este modo los datos son divididos en paquetes, los datos más comunes

transportados en este modo son la transferencia de objetos multimedia, el canal de

mensajes de tráfico y sistema de alerta de emergencia.

Modo Ráfaga:En este modo se envían los datos continuamente, un ejemplo de esto es latransmisión de datos GPS que son usados para localización geográfica de alta

precisión.


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Señales de Audio, Datos Asociados al Programa (PAD) yServicio de Datos Asignados


Servicios de Datos FIC, Control del Multiplex MCI e Información

del Servicio


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Servicios de Datos FIC(Fast Information Channel).

Este servicio de datos envía mensajes de tráfico y sistema de

alerta de emergencia.

Estos servicios son datos encapsulados en un canal denominado

FIC (canal de información rápida), que se encuentra en la trama

DAB.

Ensamblador (Bloque de Información Rápida)

En este bloque se ensamblan los datos para la selección de la

información (información de control de trama e información deservicios) con los servicios de datos FIC.


del Servicio


Información de Servicio (SI)

Describe la información de

los diferentes contenidos

emitidos, que se muestran

en el receptor, como son

nombre del programa,

hora y fecha, idioma,

tipo de programa

(noticias, deportes,

música, etc.). Ademásestablece vínculos con las

transmisiones FM o AM.


Control del Multiplex MCI.

En el se difunden los datos de control necesarios para que el

receptor pueda demultiplexar los servicios de radiodifusión.


del Servicio


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DAB (Digital Audio Broadcasting)Procesado de la Señal


Procesado de la Señal

Dispersión de Energía:La misión de este proceso es asegurarse que la energía de la señal se distribuya

uniformemente y mantenga un nivel medio constante. Así la energía se distribuye de

manera uniforme en el espectro.

Codificación Convolucional:Los datos que salen del bloque de dispersión de energía ingresan al codificador

convolucional. La misión de este bloque es generar un código redundante que sirva

para poder corregir los errores que aparecen en la recepción por efecto de la

propagación de la señal.

Entrelazado de Tiempo:

El entrelazado o barajado de tiempo mejora la seguridad de la transmisión de datos enun entorno cambiante. En este entrelazado los bits que salen del codificador

convolucional son separados y desordenados en el tiempo de forma que no se

transmitan consecutivamente.


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Transmision de la Señal DAB

Este bloque une, las tramas MSC y FICs en elMUX.

Multiplexor (Trama De Transmisión):

Frequency Interleaved:

El entrelazado en frecuencia, es un entrelazado

de las portadoras, en un simbolo para proteger al sistema contra los desvanecimientos

selectivos.


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El canal de Sincronización utiliza dos símbolos:

Símbolo nulo: Marca el comienzo de la trama detransmisión. No se transmite señal, o solo unnúmero reducido de portadoras, comoidentificación del transmisor.

Símbolo de referencia de fase: Permite establecer una referencia de fase de todas las portadoras parala demodulación de los siguientes símbolos.

La duración del símbolo nulo es ligeramente

superior a la del resto de los símbolos, a fin de ajustar los 24, 48 ó 96 ms de duración de trama.

Synchronization Channel:


Generator de Signal OFDM


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Generator de Signal OFDM

Tras este multiplexado, en primer lugar se divide la trama para asignar un

símbolo a cada división, por consiguiente se lleva la trama a un mapeado de

símbolos Q-PSK.

El mapeado consiste en asignar un número complejo de la constelación Q-

PSK, a los datos que ingresan al modulador. Estos números complejos

corresponden a una representación en el dominio de la frecuencia. Por

consiguiente mediante una transformada discreta inversa de Fourier, se

genera la señal OFDM en el dominio del tiempo.

Estructura de la Trama de la Señal de Transmision DAB

4 modos de transmisión, todos ellos con la

misma velocidad binaria en el MSC.

La velocidad binaria global es del orden de 2,4 Mbit/s, lo que

incluye los canales de servicio y la codificación de canal.Uso preferido: Modo I y IV en redes de VHF. Modo II en redes

híbridas en banda L (1,5 GHz). Modo III en redes de satélite y

cable.


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Dos símbolos:

Símbolo nulo (Null): Marca el comienzo de la trama de

transmisión. No se transmite señal, o solo un número reducido

de portadoras, como identificación del transmisor.

Símbolo de referencia de fase: Permite establecer una

referencia de fase de todas las portadoras para la

demodulación de los siguientes símbolos.

La duración del símbolo nulo es ligeramente

superior a la del resto de los símbolos, a fin de ajustar los

24, 48 ó 96 ms de duración de trama.

Canal de Sincronización:


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No lleva entrelazado temporal, lo que permite acceder más

rápidamente a la información. Transporta la configuración del

múltiplex del MSC y, opcionalmente, algunos servicios de datos.

Se estructura en Bloques de Información Rápida (FIB) de 256 bits.

Hay 3, 4, 6 ó 12 FIB en el FIC, en función del modo de transmisión

Fast Information Channel (FIC):


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ESTRUCTURA DEL MSC (MAIN SERVICE CHANNEL):

El MSC transporta 1, 2 ó 4 CIF (Common Interleaved Frames). Cada

CIF está constituida por 55296 bits, que constituyen una unidad común,

ligada entre sí por el entrelazado temporal y frecuencial.

La unidad básica de información la constituyen bloques de 64 bits, que

constituyen una unidad de capacidad (CU). Esta equivale a una

velocidad binaria de 2,6 kbit/s (64 bits en 24 ms, duración de la CIF).

Cada CIF consta de 864 CU’s. Estos deben distribuirse entre los

subcanales, que corresponderán a cada componente de servicio.

A cada subcanal se le asigna un cierto número entero de CU’s, en función

de la velocidad requerida.

El número máximo de subcanales es 64, identificados por la CU en que

empiezan y su longitud. Esta información viaja en el FIC.


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MODO I


MODO I

La trama de transmisión dura 96 ms. Está formada por:

Dos símbolos del canal de sincronismo.

12 FIB en el canal FIC. Es decir, 3072 bits. Tras la codificación

convolucional de tasa 1/3, se obtienen 9216 bits, que se transmiten

en tres símbolos OFDM, con 1536 portadoras en QPSK. La

velocidad binaria útil es de 32 kbit/s.

4 CIF, cada una con 55296 bits. En total 221184 bits. Esto

equivale a 72 símbolos OFDM. La velocidad binaria es 2,304 Mbit/s

El periodo de símbolo es 1,246 ms. Es decir, se transmiten

aproximadamente 800 símbolos por segundo.

Las 1536 portadoras están separadas entre sí en 1 KHz (1/Tu) por

lo que el ancho de banda es 1,536 MHz.


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MODO II y III


MODO I I



3 FIB en el canal FIC. Es decir, 768 bits. Con la

codificación de tasa 1/3 se obtienen 2304 bits, que se transmiten

en 3 símbolos OFDM, con 384 portadoras en QPSK. La velocidad

binaria útil es de 32 kbit/s.

1 CIF con 55296 bits. Esto equivale a 72 símbolos

OFDM. La velocidad binaria es 2,304 Mbit/s El periodo de

símbolo es 312 µs. Es decir, se transmiten aproximadamente3200 símbolos por segundo.




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MODO IIILa trama de transmisión dura 24 ms. Está formada por:


4 FIB en el canal FIC. Es decir, 1024 bits. Con la codificación de

tasa 1/3 se transforman en 3072. Estos se transmiten en 8

símbolos OFDM, con 192 portadoras en QPSK. La velocidad

binaria útil es de 42,67 kbit/s.

1 CIF con 55296 bits. Esto equivale a 144 símbolos OFDM. La

velocidad binaria es 2,304 Mbit/s El periodo de símbolo es 156 µs.

Es decir, se transmiten aproximadamente 6400 símbolos por

segundo.

Las 192 portadoras están separadas entre sí en 8 KHz (1/Tu) por lo que el ancho de banda es 1,536 MHz.


MODO IV


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MODO IV



6 FIB en el canal FIC. Es decir, 1036 bits. Tras la codificación

convolucional de tasa 1/3, se obtienen 4608 bits, que se

transmiten en tres símbolos OFDM, con 768 portadoras en QPSK. La

velocidad binaria útil es de 32 kbit/s.

2 CIF, cada una con 55296 bits. En total 110592 bits. Esto equivale a

72 símbolos OFDM. La velocidad binaria es 2,304 Mbit/s, El periodo de

símbolo es 623 µs. Es decir, se transmiten aproximadamente 1600

símbolos por segundo.





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Receptor DAB

Evolución del DAB+

El DAB+ (ETSI TS 102 563), es la evolución del DAB y aporta mejoras

notables respecto a éste: más cobertura, mayor eficiencia espectral, costes de

transmisión más bajos, posibilidad de sonido envolvente, mayor robustez, bajo

retardo en el “zapping” entre emisoras, etc.

DAB + utiliza MPEG 4 de alta eficiencia Advanced Audio Coding v2 (HE

AAC v2) para la codificación de audio.

Como MP2 HE AAC también utiliza un modelo psicoacústico para

cuantificar y codificar los datos.

Las frecuencias de muestreo puede ajustarse a 48 kHz, 32 kHz, 24 kHz o

16 kHz, con una duración de audio trama de 20 ms, 30 ms, 40 ms o 60ms, respectivamente..


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Evolución del DAB+

Las tramas de audio entonces se ponen en una súper trama con una

duración fija de 120 ms.

Cada súper trama contiene un encabezado con información complementaria

y las posiciones de partida de las tramas de audio junto con algún tipo de

protección de error.

Cada trama de audio contiene PAD, la datos de audio comprimido y un CRC.

Figura: DAB+ audio super frame structure with 16 kHz sampling rate.

Evolución del DMB


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Evolución del DMB

Otra innovación ha sido la introducción de capacidades adicionales de

vídeo y multimedia a DAB con DMB (Digital Multimedia Broadcasting) lo

cual lo han convertido en una plataforma de radio digital multimedia e

incluso de televisión móvil digital.

DMB (ETSI TS102 428) permite la difusión de un amplio rango de

servicios de televisión interactivos simultáneamente en el mismo

multiplex (servicios de vídeo, servicios de radio

DAB y DAB+, descarga de ficheros o podcasting, guía electrónica de

programación o EPG, etc.).

En el espectro de un multiplex de 1,5 MHz se pueden ofrecer alrededor

de 7 servicios DMB, lo cual lo hace mucho más eficiente que otros

estándares de TV móvil.

BENEFICIOS

DAB utiliza una técnica de codificación y compresión de audio muy eficiente,

denominada MPEG Audio Layer II (MP2) o Musicam. Así, mientras una

señal digital estéreo como la del CD necesita una capacidad de 1,4 Mbps,

con MP2 se necesitan sólo 192 Kbit/s sin afectar a la calidad.

DAB soporta entre 8 y 10 servicios en un multiplex de 1 MHz, mientras que

DAB+ puede acomodar de 20 y 30 servicios de radio en el mismo espectro.


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(In-Band On-Channel)

IBOC

Adopción del sistema IBOC a nivel mundial [IBIQ]

BOC EN EL MUNDO


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Usa la tecnología IBOC, In Band On Channel (en-banda, en-canal ). Fue

desarrollada en los Estados Unidos por el consorcio iBiquity y seleccionada

por la FCC (Federal Communications Commission) como el estándar

americano para radio digital.

BOC

Es un sistema en banda dentro

del canal, también conocida

en los Estados Unidos como

HD Radio (nombre

comercial).

¿Que es BOC ?

Es una tecnología que permite a las estaciones de radiodifusión seguir

transmitiendo su contenido en su canal de frecuencia asignado, dentro de

la banda asignada para radiodifusión de audio analógico, de ahí su

denominación de en banda dentro del canal o IBOC.

IBOC(IN-BAND ON-CHANNEL)


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Diagrama General del Sistema Digital BOC

Diagrama

General del

Sistema

Digital BOC

Los tres subsistemasprincipales del estándarIBOC:

Subsistema detransmisión de radiofrecuencias.

Subsistema detransporte y serviciosde multiplexado.

Subsistemas de audio.


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Consta de las respectivas entradas para servicios de audio, datos,

servicios de programa y otros tipos de datos, los cuales permiten ofrecer

al sistema IBOC, múltiples servicios, El sistema IBOC puede utilizar dos

tipos de códec:

Subsistema de entrada de Audio:

Códec (Codificador y compresor de la fuente de audio)

El sistema IBOC utiliza el códec AAC complementado por la SBR, con lo

que se obtiene audio estereofónico similar a FM de alta calidad dentro

de las restricciones de anchura de banda impuestas en el

funcionamiento por debajo de los 30 MHz.

El sistema IBOC puede utilizar dos tipos de códec:

• AAC + SBR

• Algoritmo de codificación PAC de Lucent Technologies



• Códec AAC + SBR:Codificación de Audio Avanzado AAC se basa en el modelo psicoacústico (propiedades deenmascaramiento del oído humano), a fin de reducir la cantidad de datos requeridos para representar la señal de audio digital.SBR (Spectral Band Replication): Técnica de repetición de banda espectral que se trata de unaherramienta que aumenta el poder de un códec, permitiendo mayor calidad de audio con velocidadesde datos bajos.

La señal de audio se muestrea con una frecuencia de 24 KHz, el códec AACcodifica el espectro de audio hasta 6 KHz y posteriormente mediante técnicas SBR se reconstruye la banda hasta los 15 KHz.Mediante la técnica de replicación de banda espectral (SBR) se transmiten yreconstruyen los sonidos situados en la banda superior del audio, que songeneralmente:o Del tipo ruido: Instrumentos de percusión, silbidos, etc.o Periódicos y relacionados con los que aparecen en la parte baja del espectro

(armónicos de instrumentos y sonidos vocales).


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• Códec AAC + SBR:



Códec (Codificador y compresor de la fuente de audio)

El sistema IBOC utiliza el códec AAC complementado por la SBR, con lo

que se obtiene audio estereofónico similar a FM de alta calidad dentro

de las restricciones de anchura de banda impuestas en el

funcionamiento por debajo de los 30 MHz.

El sistema IBOC puede utilizar dos tipos de códec:

• AAC + SBR

• Algoritmo de codificación PAC de Lucent Technologies


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• Algoritmo de codificación PAC

Muestrea a frecuencia de disco compacto 44,1KHz y se aprovecha de laslimitaciones psicoacústicas del oído humano para eliminar aquellainformación que no oímos hasta una compresión de hasta 6Kbps en bajacalidad. A 64Kbps se asemeja al CD (ambos canales), entre 16-24Kbps essimilar a una FM y para el caso AM de un canal es de 6 a 8 Kbps. Elalgoritmo, analiza cada porción del espectro de audio y se codificaexclusivamente aquellas componentes necesarias para el oyente.

Diagrama

General del

Sistema

Digital BOC



Subsistema detransporte y serviciosde multiplexado.

Subsistemas de audio.


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Subsistema de Transporte y Servicio de Multiplex

Esto permite al sistema IBOC, ofrecer múltiples servicios:

Servicio del Programa Principal (MPS)El Programa del Servicio Principal mantiene los formatos de programación de la radioanalógica existentes en ambas transmisiones tanto en las analógicas como en lasdigitales. Además, incluye una determinada capacidad de datos para transmitir información relacionada con el programa, como por ejemplo artista, titulo de lacanción, etc.

Servicio de Programa Suplementarios (SPS)El SPS es una extensión del MPS en las transmisiones IBOC en FM. El SPS permite latransmisión de audio adicional en formato digital. Esto permite que los programasadicionales de audio sean difundidos en la misma portadora. Múltiples canales SPS

(hasta 7) o programas podrían ser transmitidos simultáneamente (multicast)..


Subsistema de Transporte y Servicio de Multiplex

Servicio de Identificación de la Estación (SIS)

El Servicio de Identificación de la Estación, proporciona los datos necesarios para el control e identificación de la información que indirectamente permite alusuario seleccionar estaciones de radio digital IBOC con sus respectivosservicios de soporte.

Servicio de Datos Avanzados (ADS)

Los servicios de datos avanzados son texto, audio o video, que están disponibles

en el sistema IBOC.


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Diagrama

General del

Sistema

Digital BOC



Subsistema detransporte y servicios

de multiplexado. Subsistemas de audio.


Subsistema de Transmisión

El sistema IBOC, opera en AM y FM. Estas bandas defrecuencia, diferencian al subsistema de transmisión. Paraambas bandas, en este subsistema, se encuentra la codificación,el entrelazado y la modulación de la señal a ser transmitida.


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Subsistema deTransmisión AM

Para estaciones de onda media, elancho de banda está definido en9 KHz para Europa y 20 KHz para el caso de EEUU que permite la emisión en estéreo.La FCC estandariza un sistemade radiodifusión sonora digital enlas bandas de frecuencias por debajo de los 30 MHz.


Subsistema de Transmisión AM

El canal lógico es un trayecto, por el cual los serviciosmultiplexados, son conducidos en tramas, al bloque de mezclado(Aleatorización).

El IBOC AM, suministra 4 canales lógicos principales: P1, P2,P3 y PIDS (Servicio de Datos primario ). Los canales P1, P2 y P3 se utilizan para configurar los

diferentes servicios de audio y el canal PIDS43 aporta lainformación de servicio de identificación de la estación (SIS).

Los canales P1 y P2 transmiten el audio asociado al códec principal y el canal P3 el audio asociado al códec mejorado(señal estéreo).

Canales Lógicos


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Canales Lógicos

El canal de control del sistema (SCCH, system control channel ), se

transporta la información de control y estado relativos al modo de

funcionamiento con parámetros de configuración.

Tabla:

Velocidad de

información

aproximada de los

canales lógicos en AM.



Mapeo de Subportadora OFDM

El mapeo es la representación de los tipos de modulación que se use, yasea 16- QPSK, DQPSK o 64-QAM y tiene como objetivo, representar acada uno de los símbolos a la salida del entrelazador, como un punto enel plano bidimensional, a la disposición específica de los puntos en el

plano se la conoce como constelación.

Generación de Señales OFDM

Los símbolos que se generan en el mapeo de subportadora son de formacompleja (Dominio de la frecuencia). Por tanto existe un bloque queconsiste en una Transformada de Fourier Discreta, el cual convierte lossímbolos complejos al dominio del tiempo.


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Transmisión:

El sistema utiliza el método de multiportadoras denominado OFDM, que esun esquema en el cual muchas portadoras (QAM, Q-PSK) pueden ser multiplexadas por división de frecuencia de una manera ortogonal, de modoque no haya interferencia entre las portadoras.

Para generar la señal hibrida, se aplica un retardo por diversidad a la señal deaudio analógico de banda base, para justificar los retardos de procesamientoen las señales analógicas y digitales.

Finalmente, la señal analógica se modula y se combina con el conjunto de

símbolos OFDM, para formar la señal hibrida IBOC AM.


Modo de Funcionamiento AM

El sistema AM IBOC (in-band on-channel) proporciona modos de transmisión

que son:

Modo Híbrido

Totalmente digital

En el modo híbrido se transmite la señal analógica y la señal digital en el

canal asignado a la señal analógica.

En el modo totalmente digital todo el ancho de banda asignado a la estación

se utiliza para la transmisión de las señales digitales por lo que aporta

capacidades mejoradas de funcionamiento.


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El sistema AM IBOC (in-band on-channel) proporciona modos de transmisión

que son:

Modo Híbrido

Totalmente digital

En el modo híbrido se transmite la señal analógica y la señal digital en el

canal asignado a la señal analógica.

En el modo totalmente digital todo el ancho de banda asignado a la estación

se utiliza para la transmisión de las señales digitales por lo que aporta

capacidades mejoradas de funcionamiento.



Modo Totalmente Digital:

P1

P2 P3P3

PIDSPIDS

PRIMARIA PRIMARIA

TERCIARIA SECUNDARIA

AM

En este modo la información analógica es reemplazada por subportadoras digitales de mayor potencia.

La portadora principal no está modulada y es transmitida como señal de referencia. Por tanto, noes necesario transmitir las subportadoras complementarias de los conjuntos asociados al códecmejorado.

Los conjuntos de núcleo comprenden 25subportadoras cada uno, situadosaproximadamente entre 0 KHz y 5 KHza ambos lados de la portadora principal.Las subportadoras son moduladasutilizando esquemas 64 QAM.


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Modo Totalmente Digital:

P1

P2 P3P3

PIDSPIDS

PRIMARIA PRIMARIA

TERCIARIA SECUNDARIA

AM

Los conjuntos de mejorado comprenden 25 subportadoras cada una, situados entre 5KHz y 10 KHz, .

Como complemento a las subportadoras descritas anteriormente se añaden otras 6, dossubportadoras espaciadas 182 Hz alrededor de la portadora principal transmiten losdatos del estado y control. El esquema de modulación utilizado es QPSK y su potencia sesitúa a 15 dB con respecto a la portadora principal,

Cuatro subportadoras (PIDS)situadas aproximadamente a 5 KHz y10 KHz a ambos lados de la

portadora principal y se utilizan parala transmisión de datos a baja

velocidad. El esquema demodulación es 16 QAM y su potencia se sitúa a 30 dB por debajode la portadora principal.


Subsistema de Transmisión FM

Para la configuración de los modos de serviciose dispone de 4 canales lógicos principales(P1, P2, P3 y PIDS) y 6 canales lógicossecundarios (S1, S2, S3, S4, S5 y SIDS).

Los canales lógicos primarios P1, P2 y P3 quese usan tanto para las formas de onda híbrida ycompletamente digital, se utilizan paraconfigurar los diferentes servicios de audio

primario y el canal PIDS aporta el servicio deinformación de la estación (SIS).

Canales Lógicos:


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Canales Lógicos:

Existen seis canaleslógicos secundarios S1, S2,S3, S4, S5 y SIDS48 quese usan solo en el sistematotalmente digital donde selos utiliza para latransmisión de datos o desonido ambiental (audiocomplementario).


Subsistema de

Transmisión FM

Forma de onda híbrida Forma de onda híbrida ampliada Forma de onda completamente digital

Modos de Funcionamiento:


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Modos de Funcionamiento Hibrida:

La señal digital se transmite en bandas laterales principales primarias a cadalado de la señal FM analógica en la forma de onda híbrida.

El nivel de potencia de cada banda lateral se encuentra aproximadamente a 23dB por debajo de la potencia total de la señal modulada en frecuencia analógica.

Modo de servicio MP1



Modos de Funcionamiento Hibrida Ampliada:

La anchura de banda de las bandas laterales híbridas puede ampliarse hacia laseñal modulada en frecuencia analógica para aumentar la capacidad digital.

Permite que un receptor común pueda recepcionar la señal FM analógica, lasseñal análoga y digital van emitirse en tiempos diferentes.

Modo de servicio MP2 a MP4


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Modos de Completamente Digital:

La potencia media de las subportadoras primarias principales estará a 10 dB por debajo alas que le correspondía en el sistema híbrido. La potencia media de las subportadorassecundarias estará entre 5 y 20 dB por debajo de las subportadoras primarias.

CAPAS DEL S STEMA BOC


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Capa 4. Codificación de fuente:

El sistema IBOC utiliza un codificador HE-AAC (High-Efficiency Advanced AudioCoding) de flujo múltiple usado para proveer una cobertura robusta y tiempos desintonización menores.

Codificador avanzado de audio de alta eficiencia es un formato de compresión deaudio digital con pérdidas definido como un perfil MPEG-4 Parte 3 de audio en laISO/IEC 14496-3 basado en la Replicación de banda espectral (Spectral BandReplication (SBR)) y el estéreo paramétrico (Parametric Stereo (PS)). Es una extensión de una de los tres perfiles definidos en el estándar MPEG-2 Parte

7 (AAC), el AAC LC (Low Complexity AAC), optimizado para tasas de bits bajas.

HE-AAC está considerado como un codificador de calidad alta. Las tasas de bits que

se consiguen en audio estéreo de “buena calidad” van de 16 a 48 Kbits/s dependiendode la versión. Las frecuencias de muestreo que soporta oscilan entre los 24 y 96 KHz.Soporta canales mono, estéreo y multicanal


Capa 4. Codificación de fuente:

Tabla I.

Modos de códec deaudio [NRSC-5B]

National Radio

Systems

Committee


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Capa 2. Multiplexacion de servicios.

La función principal de la capa 2 es recibir el audio y los datos provenientes delas capas superiores del sistema de radio digital IBOC, multiplexar esta informacióndentro de las Unidades de Datos de Protocolo (PDU, Protocol Data Unit) yenviarla al Canal Lógico (LC, Logical Channel) apropiado, dentro de la capa 1.


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La capa 2 le permite al sistema IBOC proporcionar cuatro tipos de servicios de transporte[NRSC-5B]:

1. Servicio del Programa Principal (MPS, Main Program

Service).

2. Servicio del Programa Complementario (SPS, Supplemental

Program Service).

3. Servicios de Aplicación Avanzada (AAS, Advance Application

Services).

4. Servicio de Información de Estación (SIS, Station

Information Service).




1. Servicio del Programa Principal (MPS, Main Program Service): Incluye elAudio del Servicio del Programa Principal (MPSA, Main Program Service Audio) ylos Datos del Servicio del Programa Principal (MPSD, Main Program Service Data).Las Unidades de Datos de Protocolo (PDU, Protocol Data Unit) del MPS songenerados por el Transporte de Audio y encapsulan tanto la información del MPSAcomo del MPSD.

2. Servicio del Programa Complementario (SPS, Supplemental Program Service):

Este servicio da al radiodifusor la opción de multiplexar información de programas adicionales junto con la información del MPS. Al igual que losPDU’s del MPS, los PDU’s del SPS incluyen el Audio del Servicio delPrograma Complementario (SPSA, Supplemental Program Service Audio) y losDatos del Servicio del Programa Complementario (SPSD, Supplemental ProgramService Data).


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1. Servicio del Programa Principal (MPS, Main Program

Service).

2. Servicio del Programa Complementario (SPS, Supplemental

Program Service).

3. Servicios de Aplicación Avanzada (AAS, Advance Application

Services).

4. Servicio de Información de Estación (SIS, Station

Information Service).



3. Servicios de Aplicación Avanzada (AAS, Advance Application Services): Junto con elMPS, provee el mecanismo de transporte de paquetes de información de contenidoadicional, diferente al SPS. Existen dos métodos para multiplexar los datos del AASdentro de una PDU de capa 2: fija y oportunista. Los datos fijos tienen asignado un anchode banda específico que se obtiene reduciendo el ancho de banda asignado al MPS; losdatos oportunistas, por su parte, hacen uso de cualquier ancho de banda que no seautilizado por el MPS o el SPS.

4. Servicio de Información de Estación (SIS, Station Information Service): Es una

conexión especializada para transmitir los datos del SIS en el canal lógico del Servicio deDatos Primarios IBOC (PIDS, Primary IBOC Data Service) de la capa 1. Para estecanal lógico, la capa 2 no realiza la función de multiplexaje, simplemente envía losPDU’s del SIS directamente, sin agregar cabeceras; esto debido a que aquí setransporta la información de las características de transmisión de la señal.


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Capa 1. Capa Física.

La Capa 1 ( L1, Layer 1) del sistema IBOC AM convierte la información que provenientede la Capa 2 ( L2, Layer 2) y la información del control del sistema proveniente deladministrador de configuración, en una forma de onda AM de Alta Definición ( HD, High Definition) que es transmitida dentro del canal ya asignado en la banda MF, o en una formade onda FM también de alta definición que será transmitida en la banda VHF .Estos Datos de información y Control son transportados en tramas de transferenciadiscretas, las cuales son llamadas Unidades de Datos de Protocolo ( PDU ) de Capa 2.

La información de control

del sistema que se añade ala señal IBOC, a través delCanal de Control del

Sistema (SCCH, ServiceControl Channel ).


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1. Control de Modo de Servicio (SMC, Service Modo Control).

2. Control de Nivel de Potencia ( PL , Power Level Control ).

3. Control del Ancho de Banda del AudioAnalógicoAAB.

4. Selección del Factor de Escala de Amplitud ( ASF, Amplitude

Scale Factor Select ).

Las informaciones de control del sistema que añade el Canal deControl del Sistema (SCCH, Service Control Channel ) son:



1. Control de Modo de Servicio (SMC, Service Modo Control):

Determina la configuración y funcionamiento de los Canales Lógicos (LC, Logical Channel). El sistema IBOC AM trabaja con dos Modos de Servicio (SM, Service Mode) diferentes;

MA1 y MA3, donde MA1 es un modo híbrido y MA3 es un modo totalmente digital. Para IBOC FM existen diez modos de servicio divididos en dos tipos básicos:

a.- Modos de servicio primarios:

Definidos por el Control de Modo de Servicio Primario (PSM, Primary Service ModeControl) y son MP1, MP2, MP3, MP11, MP5 y MP6.b.- Modos de servicio secundarios:

Definidos por el Control de Modo de Servicio Secundario (SSM, Secondary Service ModeControl) y son MS1, MS2, MS3 y MS4. Todas las formas de onda disponibles para FMnecesitan que ambos SM’s sean defindos; No todas las combinaciones son posibles. Únicamente los SM’s primarios MP5 y MP6

pueden ser combinados con cualquiera de los SM’s secundarios. Los modos MP1 a MP3 y MP11 son solo para las formas de onda híbrida e híbrida

extendida.


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2. Control de Nivel de Potencia ( PL, Power Level Control ):

Usado por el sistema IBOC AM, define la forma de onda híbrida, el nivel nominal de potenciarelativo a la portadora analógica, de las bandas laterales secundarias, las bandas laterales terciariasy el Canal Lógico de Servicio de Datos Primarios ( PIDS , Primary IBOC Data Service LogicalChannel).

El PL tiene dos posibles valores, bajo o alto. Cuando PL toma el valor de un cero lógico (bajo nivel de potencia), las sub portadoras híbridas

son escaladas por los factores CH S1, CH I1 y CH T1 para aumentar la cobertura digital.

Cuando PL toma el valor de un uno lógico (alto nivel de potencia), las sub portadoras híbridasson escaladas por los factores CH S2, CH I2 y CH T2 para reducir la interferencia analógica[NRSC-5B] (tabla II.3.2).

Cuando se transmite la forma de onda digital, el PL es ignorado, ya que solo está presente laseñal digital.


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3. Control del Ancho de Banda del Audio

AnalógicoAAB:

Este especifica, en la forma de onda híbrida, elancho de banda que será utilizado por la señalanalógica. Cuando el AAB toma el valor de uncero lógico, el ancho de banda seleccionado esde 5 kHz, mientras que si el AAB toma el valor de un uno lógico, el ancho de bandaseleccionado es 8 kHz. En la forma de ondadigital, como no existe señal analógica, el AABes ignorado.

Sin embargo, cuando se transmite con un anchode banda de audio analógico de 8 kHz, lacobertura digital de una estación híbrida (solo lassub portadoras primarias) se ve afectada por lastransmisiones híbridas adyacentes.


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4. Selección del Factor de Escala de Amplitud ( ASF, Amplitude Scale Factor Select ):

Las bandas laterales primarias y secundarias de la señal IBOC FM son escaladas en amplitud demanera independiente. Los factores de escala de las bandas laterales primarias (a 0 y a 1) sondeterminados al momento de elegir el SM, mientras que el factor de escala de amplitud para las

bandas laterales secundarias (a 2 hasta a 5) es elegido por el usuario y es indicado mediante el ASF(Ver la Tabla).


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Capa 1. Canales lógicos:

En La L1 de la interfaz de aire de FM provee once LC’s a las capas de protocolos

superiores; sin embargo, no todos los LC’s son utilizados en cada SM.

Canales lógicos Primarios:

Existen 5 canales lógicos primarios que pueden ser utilizados con las tresformas de onda (híbrida, híbrida extendida y totalmente digital) y son; P1,P2, P3, P4 y PIDS.

Los canales P1 a P4 están diseñados para transportar paquetes de datos yaudio.

El canal PIDS, al igual que en AM, transporta la información del SIS.


Capa 1. Canales lógicos.

Canales lógicos Secundarios:

Existen 6 canales lógicos secundarios que son utilizados únicamente conla forma de onda totalmente digital y son; S1, S2, S3, S4, S5 y el canallógico de Servicio de Datos Secundarios IBOC SIDS (SIDS, Secondary

IBOC Data Service). Los canales S1 a S5 también son utilizados para transportar paquetes de

audio y datos, El canal SIDS está diseñado para transportar información del SIS.


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Caracterización

de los canales

lógicos de

acuerdo al

modo de

servicio BOC.



Caracterización

de los canales

lógicos de

acuerdo al

modo de

servicio BOC.


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Parámetros

del sistema

IBOC FM


Capa 1. Capacidad de transmisión del sistema

Para calcular la salida de información de un LC, se utiliza la siguiente fórmula


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Para el caso de AM, el modo MA3 es el que ofrece la mayor velocidad detransmisión, 40 kbps, mientras que el modo MA1 ofrece una velocidad de 36kbps.

En FM, la unión de los modos de servicio MP5 y MS4 (transmisión de laforma de onda híbrida o totalmente digital) ofrece la mayor velocidad detransmisión con 278 kbps, mientras que el modo de transmisión híbrido MP1ofrece la mínima velocidad con solo 98 kbps.

Tabla: Velocidad de información de salida

para cada canal lógico de IBOC AM.



Tabla: Velocidad

aproximada de

transferencia de

información de

los LC’s

primarios de

IBOC FM .

Tabla: Velocidadaproximada de

transferencia de

información de

los LC’s

secundario de

IBOC FM .


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CAPAS DEL S STEMA

BOC

Componentes funcionales

de la capa 1 del sistema

IBOC.

Componentes funcionales de la capa 1 del sistema IBOC.

Este es el primer proceso dentro de la L1; los bits provenientes de la L2(encapsulados en las PDU’s) a través de los LC’s, son revueltos de maneraindependiente para aleatorizar la información en el dominio del t iempo.

A la salida de este primer bloque tenemos tramas de transferencia de bitsaleatorizados que son enviados al proceso de codificación de canal para

aplicarles la Corrección de Errores Hacia Adelante (FEC, Forward Error

Correction).

Aleatorización:


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CAPAS DEL S STEMA

BOC



IBOC.


Codificación de canal:

La información de entrada a este proceso son tramas de transferencia de bitsaleatorizados, provenientes del bloque de la aleatorización.

Este proceso de codificación de canal utiliza la codificación convolucional para añadir redundancia a los datos digitales en cada uno de los LC’s paramejorar su confiabilidad y resistencia ante interferencias.

Las técnicas de codificación son configuradas dependiendo del SM activo.

El sistema IBOC AM cuenta con tres codificadores convolucionales: El codificador E1 (usado por ambos SM’s) utiliza una tasa madre de 1/3 la

cual es perforada para obtener una tasa de 5/12. El codificador E2 (usado solo por el SM MA1) también utiliza una tasa

madre de 1/3 perforada para obtener una tasa de 4/6; finalmente. El codificador E3 (usado por ambos SM’s) utiliza la misma tasa madre, sin

perforar.


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El sistema IBOC FM utiliza cuatro tasas de código diferentes:De 2/6 (usado por los SM’s secundarios)De 2/5 (usado por todos los SM’s excepto MS1)De 2/4 (usado por todos los SM’s excepto MP1 y MS1),

Todos generados a partir de una tasa madre de 1/3, y un código con tasa 2/7(usado por el SM MS1), generado a partir de una tasa madre de 1/4.

Codificación de canal:

CAPAS DEL S STEMA

BOC



IBOC.


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Entrelazado:

El Entrelazado es una función que toma un vector de bits como entraday genera una matriz de bits reordenados; este reordenamiento antes de latransmisión, esta mitiga el impacto de los errores de ráfaga causados por el desvanecimiento de la señal e interferencias.

Cada matriz de salida contiene información completa o parcial de losLC’s y se asocia con una porción específica del espectro transmitido.

Salidas son luego dirigidas al bloque de mapeo de sub portadorasOFDM, donde se mapea un renglón de cada matriz de entrelazado a surespectiva banda lateral superior e inferior.

El mapeo depende del SM seleccionado para la transmisión.

CAPAS DEL S STEMA

BOC



IBOC.


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Mapeo de la Sub Portadora OFDM:

En este bloque se asignan las matrices de entrelazado y el vector de controldel sistema a las sub portadoras OFDM correspondientes.



Para el caso del sistema IBOC AM En la forma de onda híbrida, los renglones de las matrices de entrelazado que

están destinados a las bandas laterales primarias, son mapeados utilizando unamodulación 64QAM, aquellos destinados a las bandas laterales secundarias yla información del PIDS utilizan una modulación 16QAM, finalmente, los

renglones destinados a las bandas laterales terciarias utilizan modulaciónQPSK . Para la forma de onda totalmente digital, la información de las bandas

laterales secundarias y terciarias utilizan modulación 64QAM, mientras que lainformación del PIDS usa modulación 16QAM. En ambos casos, para las sub portadoras de referencia se utiliza la modulación BPSK.

Dependiendo del sistema (IBOC AM o IBOC FM) y de la posición de las sub portadoras dentro del espectro, es el tipo de modulación utilizada para el mapeo de lainformación.


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CAPAS DEL S STEMA

BOC



IBOC.



Para el sistema IBOC FM , independientemente del SMseleccionado y de la forma de onda transmitida (híbrida, híbridaextendida o totalmente digital), las sub portadoras de datos utilizanuna modulación QPSK y las sub portadoras de referencia utilizan lamodulación BPSK.

El módulo de generación de la señal OFDM recibe símboloscomplejos OFDM en el dominio de la frecuencia, provenientes de lasalida del módulo de mapeo de las sub portadoras OFDM, y genera

pulsos en el dominio del tiempo que representan la porción digital dela señal de radio IBOC AM o IBOC FM.

Generación de la señal OFDM:


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Transmisión digital en la misma frecuencia que las transmisiones

analógicas: La señal digital es transmitida como una banda lateral de la señal

analógica actual; el uso de la misma frecuencia permite que los radioescuchas

no tengan que memorizar una nueva frecuencia de sus estaciones favoritas.

Capacidad de ofrecer canales multidifusión en la banda de FM: La

multidifusión es la capacidad que tiene el sistema para difundir varios

programas sobre una misma frecuencia. Las estaciones de FM tienen un

ancho de banda disponible de 150 kbps [IBIQ], de los cuales 96 kbps son

utilizados para la programación de audio y a su vez, estos se pueden dividir

en diferentes canales para transmitir diferentes programas.

Esto permite a las estaciones de FM expandir la variedad de contenido que

ofrecen sin necesidad de ocupar más canales de frecuencias dentro del

espectro radioeléctrico. permite a las radiodifusoras ofrecer hasta 3

canales independientes de audio y datos desplegados en pantalla.

Mejoras de BOC:


Transmisión libre de interferencias: La interferencia por trayectoria

múltiple y fuentes de ruido son eliminadas a través de la codificación y

técnicas de combinación de potencia. Por otro lado, el uso de la corrección

de errores utiliza procesadores digitales para comparar constantemente la

calidad de transmisión de las dos bandas laterales digitales,

combinándolas para obtener una mayor ganancia en potencia cuando sea

posible, o eligiendo la que tenga mayor potencia.

Las transmisiones en AM alcanzan una calidad de audio igual a la que

se escucha actualmente en las estaciones de FM analógicas.

FM alcanza una calidad de audio semejante a la de un disco compacto[IBIQ]

Permite la transmisión de información escrita (textos) a los receptores

(título de la canción, artista, alertas de tráfico o clima, etc.)

Mejoras de BOC:



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