ITU-R INFORME BS 2004 SPANISH-1995 Digital Broadcasting Systems Intended for AM Bands《数码广播系统趋向于AM带》.pdf

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1、- 1 -I. UIT-R BS.2004INFORME UIT-R BS.2004SISTEMAS DE RADIODIFUSIN DIGITAL PARA BANDASCON MODULACIN DE AMPLITUD(1995)1 IntroduccinEn las ltimas dcadas las tcnicas de radiodifusin en las bandas con modulacin de amplitud(150 kHz-30 MHz) han experimentado muy pocas innovaciones tcnicas. La sencillez de

2、l receptor ha sido siempre unagran ventaja de la modulacin de amplitud y debido a su largo alcance estas ondas con MA siguen siendo las msadecuadas para la radiodifusin nacional e internacional.Sin embargo, en condiciones de propagacin tpicas tales como inestabilidad ionosfrica, un sistema analgicoc

3、lsico puede ofrecer una baja calidad de recepcin.Los desarrollos tcnicos introducidos en otras bandas de frecuencias utilizadas para programas radiofnicos ascomo los cambios polticos que han tenido lugar han dado como resultado que las bandas con MA hayan perdido en granmedida su significado prctico

4、 y estratgico.La baja calidad de transmisin inherente a la radiodifusin con MA es una caracterstica debidafundamentalmente al procedimiento de modulacin y no a la banda de frecuencias. Si la modulacin de amplitud sesustituye por un procedimiento de modulacin digital puede obtenerse una calidad de tr

5、ansmisin muy buenamanteniendo a la vez el largo alcance de la misma. No obstante, la transmisin digital debe adaptarse a las estructuras decanales existentes.La transmisin digital es adecuada no slo para la radiodifusin de programas radiofnicos sino tambin para latransmisin de informacin adicional y

6、 para la transmisin de datos en forma general (servicios de valor aadido).2 Caractersticas del canal con modulacin de amplitudLas bandas con MA incluyen las ondas largas (banda de ondas kilomtricas, 150 a 285 kHz), las ondas medias(banda de ondas hectomtricas, 525 a 1 605 kHz) y las ondas cortas (ba

7、nda de ondas decamtricas, 3,3 a 26 MHz).Las caractersticas de los canales con MA varan considerablemente segn las bandas de frecuencias:Ondas kilomtricas: 150-285 kHz, canal con una anchura de 9 kHz; propagacin por onda de superficie,interferencia reducida por ondas ionosfricas.Ondas hectomtricas: 5

8、25-1 605 kHz, canal con una anchura de 9 10 kHz, propagacin durante las horas diurnas:como en el caso anterior pero con un alcance menor. Propagacin durante horas nocturnas:por onda de superficie y por onda ionosfrica y, en consecuencia, aparicin de fuerteinterferencia.Ondas decamtricas: 3,3-26 MHz,

9、 canal con una anchura de 10 kHz (DBL) y de 5 kHz (BLU); propagacin poronda ionosfrica.La ionosfera es un medio de propagacin dispersivo caracterizado por la presencia de multimodos ymultitrayectos, presentando cada modo (o cada trayecto) un retardo de grupo, amplitud, polarizacin y desviacin defrec

10、uencia Doppler particular.En el cuadro 1 aparecen los rdenes de magnitud tpicos de los parmetros principales de la propagacinionosfrica.- 2 -I. UIT-R BS.2004CUADRO 1Orden de magnitud de los principales parmetros de la propagacin ionosfricaParmetro Comportamiento del canal medio Comportamiento del ca

11、nalextremoNmero de modos y trayectos Dependiendo de la longitud del radioenlace: 8 para ondas ionosfricas con un nivel de la onda de superficie entre0 y -40 dB para cortas distanciasDispersin del retardo total 5 ms 8 msDispersin del retardo en cadatrayectoUnas pocas decenas de sDesviacin Doppler med

12、ia por cadatrayectoUnas pocas dcimas de Hzfd 2,5 HzUnos pocos Hzfd 10 HzDispersin Doppler para cadatrayectoUnas pocas dcimas de Hzfd 2 HzUnos pocos Hzfd 5 HzDebido a estas caractersticas de propagacin, a menudo se producen desvanecimientos planos profundos oselectivos de gran intensidad que deterior

13、an las seales con propagacin ionosfricas y afectan de forma significativa lacalidad de la recepcin con MA convencional.Por lo que se refiere a la recepcin mvil, la contribucin a la desviacin Doppler causada por el movimientode un receptor mvil es ms reducida que la contribucin a la desviacin Doppler

14、 debida al movimiento de las capasionosfricas.3 Criterios de seleccin para un procedimiento de modulacin digitalTericamente, los procedimientos de una sola portadora y los procedimientos multiportadora (ortogonales) soncasi equivalentes si la transmisin se lleva a cabo mediante canales variables en

15、el tiempo y selectivos en frecuencia y sise utiliza codificacin y/o ecualizacin para compensar los modelos de errores tpicos del procedimiento de modulacin.Por consiguiente, pueden emplearse ambos tipos para funcionamiento con red de una sola frecuencia.El nmero de estados de modulacin es el mismo e

16、n ambos casos. Depende de la relacin entre la velocidad detransmisin de datos necesaria y la velocidad de smbolo. Esta ltima depende a su vez de la separacin existente entrecanales.Por ltimo debe hacerse mencin a la anchura de banda de 9 kHz (o de 10 kHz) de los canales con MA queadmitir nicamente u

17、na velocidad de transmisin de datos de unas pocas decenas de kbit/s.La diferente separacin entre canales en las bandas de ondas kilomtricas y hectomtricas (9 10 kHz) y lasbandas de ondas decamtricas (10 5 kHz) da lugar a que aparezcan diferencias en los procedimientos de modulacindigital si se requi

18、ere que el procedimiento digital sea compatible con la actual separacin entre canales.Debido a estas limitaciones el codificador de sonido digital debe proporcionar una velocidad de transmisin dedatos de aproximadamente 20 kbit/s.Con una anchura de banda de radiofrecuencia utilizable de 7 kHz para l

19、as bandas de ondas kilomtricas yhectomtricas, es necesario que el procedimiento de modulacin tenga una eficacia espectral aproximada de 3 bits por Hzde anchura de banda.Para las bandas de ondas decamtricas, con una anchura de banda de radiofrecuencia utilizable de 4 kHz, esnecesaria una eficacia esp

20、ectral de 5 bits por Hz de anchura de banda si se desea obtener la misma calidad de sonido queen las bandas de ondas kilomtricas y hectomtricas.- 3 -I. UIT-R BS.2004Dependiendo de los parmetros seleccionados para el rgimen de cada, la velocidad de codificacin, larelacin de estructura de trama y el p

21、eriodo de guarda, ambos procedimientos requieren entre 32 y 64 estados demodulacin.La decisin en favor de un procedimiento multiportadora o de una sola portadora viene determinadaprincipalmente por la longitud de la respuesta del canal al impulso, que se especifica en trminos de longitud desmbolos.

22、Considerando la estructura tcnica necesaria en el receptor el procedimiento se selecciona normalmente deacuerdo con la siguiente regla:- Procedimiento de una sola portadora: la longitud de la respuesta del canal al impulso es inferior o igual a lalongitud de 16 smbolos.- Procedimiento multiportadora

23、: la longitud de la respuesta del canal al impulso es mayor o igual a la longitud de64 smbolos.Si la longitud de la respuesta del canal al impulso es inferior a la longitud de 64 smbolos, ya no quedaasegurada la reduccin en la complejidad que cabe esperar del procedimiento multiportadora. Por otro l

24、ado, la eficaciadel ecualizador necesario en el procedimiento de una sola portadora disminuye si las respuestas del canal al impulsorebasan la longitud de 16 smbolos.3.1 Soporte fsico del transmisorLa decisin en un favor de un procedimiento multiportadora o de una sola portadora viene tambin influen

25、ciadapor la complejidad aadida en el extremo del transmisor.Si se desean mantener las zonas de cobertura de un sistema de radiodifusin con MA, la transmisin digitaldebe permitir la reduccin de la potencia del transmisor en algunos dB en comparacin con la transmisin analgicaactual. Sin embargo, por r

26、egla general el nivel de potencia de radiofrecuencia necesario deber ser lo suficientementeelevado como para compensar la baja eficacia de la etapa de salida del transmisor lineal.Por consiguiente, debe ser posible continuar la explotacin de los actuales transmisores con MA (clase C). A talefecto el

27、 transmisor deber complementarse con un modulador de fase, insertado tras el oscilador maestro. El moduladorde amplitud debe ser capaz de transmitir una componente de continua. Este requisito lo cumplen los moduladores MID(modulacin de impulsos en duracin), los moduladores de impulsos por pasos, etc

28、., es decir todos los tipos demoduladores modernos.Normalmente la modulacin digital se representa en coordenadas cartesianas con partes reales e imaginarias(seales I y Q). Por esa razn los procedimientos de modulacin con un nmero elevado de etapas, por ejemplo elprocedimiento MAQ 64, presenta a menu

29、do estrellas de fase cuadrtica (constelaciones de smbolos).Sin embargo, para una modulacin digital compleja de un transmisor con MA convencional reequipado, laseal de modulacin debe convertirse en una seal de amplitud y una seal de fase. Se trata de la representacin polarmediante las seales A y .La

30、seal de amplitud se aplica al modulador de amplitud y la seal de fase al modulador de fase. Porconsiguiente, conviene que los procedimientos de modulacin que incluyen un nmero elevado de estados muestren unacierta simetra rotacional en el diagrama en estrella de fases. Tales procedimientos se denomi

31、nan MDAP (modulacin pordesplazamiento de amplitud y fase). Los puntos de estado se disponen en anillos concntricos. En la fig. 1 aparece unejemplo de MDAP. Tambin son posibles otras formas de MDAP.- 4 -I. UIT-R BS.2004Este procedimiento de modulacin, que se ajusta a las caractersticas del transmisor

32、 con una elevada eficacia,presenta las siguientes ventajas:- Las no linealidades del modulador de amplitud afectan nicamente los dimetros de los anillos concntricos.- Las conversiones amplitud-fase en la etapa de la salida del transmisor darn lugar a una ligera rotacinnicamente de los anillos concnt

33、ricos. Ello puede compensarse mediante codificacin diferencial de losanillos.Sin embargo el procedimiento tambin tiene sus inconvenientes, que deben aceptarse si se considera de granimportancia la eficacia del transmisor:- A pesar de la limitacin en banda aplicada a las seales I y Q, las seales A y

34、normalmente no estn limitadasen banda. No obstante, en la prctica las seales A y pueden presentar una limitacin de banda de unas 2,5veces la frecuencia de smbolo.- Debido a los retardos en el transmisor aparecen desplazamientos de tiempo entre las seales A y que debecompensarse. En el caso de un pro

35、cedimiento de modulacin de 32 estados, el desplazamiento de tiempo nodebe rebasar el 2% de la longitud de smbolo.Estas consideraciones son independientes del sistema de modulacin elegido.4 Modulacin multiportadora destinada a las bandas con MA (MDFCO)Una solucin para la radiodifusin digital en las b

36、andas con MA puede ser el sistema MDFCO (mltiplex pordivisin de frecuencia con codificacin ortogonal) que ya ha sido implantado en el proyecto EU 147-DAB (Digital AudioBroadcasting - radiodifusin de audio digital), asociado con la codificacin de audio ISO-MPEG para cumplir losrequisitos de la radiod

37、ifusin de audio digital de alta calidad destinada a receptores mviles, porttiles y fijos.El sistema MDFCO funciona adecuadamente a pesar de los desvanecimientos selectivos experimentados por lasbandas con MA, debido a que ha sido diseado para hacer uso de la presencia de trayectos mltiples en vez de

38、 serrestringido por este fenmeno.El sistema MDFCO se basa en dos principios:- El primer principio consiste en dividir la informacin a transmitir en un nmero determinado de portadorasmoduladas con velocidades binarias individuales bajas, de forma que cada portadora resulta afectadanicamente por un de

39、svanecimiento plano o no selectivo.- 5 -I. UIT-R BS.2004- El segundo principio explota sistemticamente los trayectos mltiples entre el transmisor y el receptoraprovechando el hecho de que las seales suficientemente separadas en frecuencia y tiempo no pueden serafectadas de forma idntica por las cond

40、iciones de propagacin. Esto es exactamente lo que sucede en un canalde 9 kHz en el caso de retardos de unos pocos milisegundos y en presencia de desplazamiento por efectoDoppler. Por consiguiente, el sistema MDFCO realiza una transmisin de seales elementales a ubicacionesdistantes en el dominio tiem

41、po-frecuencia. Ello se logra mediante una codificacin convolucional asociada auna decodificacin de Viterbi con decisin flexible, junto con un entrelazado en la frecuencia y en el tiempo;cuanto mayor sea la diversidad, ms robusto ser el sistema.Adems, debido a su capacidad de manejar a situaciones mu

42、y acusadas de trayectos mltiples, incluidos losecos artificiales, el sistema MDFCO proporciona la oportunidad de disear redes de radiodifusin ms eficaces desde elpunto de vista de utilizacin del espectro.La capacidad del sistema MDFCO para permitir el funcionamiento con un eco de 0 dB asegura que pu

43、edenutilizarse antenas no directivas para recibir un programa difundido, de forma celular, al menos a escala nacional,procedente de dos o ms transmisores que funcionan en la misma frecuencia (red de una sola frecuencia). Este tipo de redexige diversas frecuencias en un sistema de radiodifusin analgi

44、co (o digital) convencional, circunstancia que esimportante tener en cuenta considerando la escasez de recursos del espectro.4.1 Un prototipo de demostracinTras los estudios de simulacin, el CCETT (Francia) ha desarrollado un prototipo de laboratorio de un sistemaMDFCO destinado a las bandas con MA.

45、El objetivo fundamental de los trabajos era disear un sistema con una velocidad de transmisin de datos tilsuficiente en un canal de 9 kHz para soportar servicios tales como la radiodifusin de audio de muy buena calidad.A tal efecto, el CCETT ha desarrollado tcnicas digitales avanzadas tales como:- m

46、odulacin con codificacin en cuadrcula de elevada eficacia espectral y resistente contra la distorsin decanal;- estimacin de canal continua insertando portadoras de referencia entre las portadoras utilizadas por el sistemaMDFCO.Los parmetros principales del prototipo figuran en el cuadro 2. Este prot

47、otipo se ha diseado para unadispersin de retardo de canal con un valor mximo de 2 ms (tpico de una red de una sola frecuencia del tamao deFrancia) y para una velocidad de transmisin de datos til de 24 kbit/s.- 6 -I. UIT-R BS.2004CUADRO 2Parmetros de funcionamiento del prototipo de laboratorioAnchura

48、 de banda de canal 9 kHzAnchura de banda utilizada 8,7 kHzModulacin de cada portadora MAQ-64ndice de codificacin 2/3Tamao de la transformada rpida de Fourier 256 puntosDuracin de smbolo til 21,333 msIntervalo de guarda 2,666 msDuracin total de smbolo 24 msNmero total de portadoras 184Nmero de portadoras tiles 144Nmero de portadoras de referencia para estimacin de canal continua 24Nmero de portadoras para control automtico de frecuencias (no se utiliza por elmomento)16Velocidad de transmisin de datos til 24 kbit/sEficacia espectral neta 2,8 bit/s/HzRelacin C/N para funcionamient