Aplicaciones De Satelites De Alta Potencia

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  • 1. Aplicaciones de Satelites de Alta Potencia Distribución de Televisión Privada al Hogar • Distribución de televisión privada al hogar • Recepción de televisión por satélite directamente a domicilio. • Elementos de un sistema de DTH comercial • Inicio a principios de los 80’s con TV • Capacidad de un sistema satelital DTH analógica. • Paquetización de video y audio digital • Recepción de TV solamente (TVRO). • Distribución inicial de canales a • Acceso a Internet mediante sistemas DBS/DTH compañias de TV por cable y comunitarias (CATV) Distribución de Televisión Privada al Hogar Distribución de Televisión Privada al Hogar • Uso de satélites comerciales con cobertura • Recepción de televisión casera por nacional, regional o internacional. satélite. • Uso inicial de transponders en banda C. • Grandes antenas receptoras de usuario (3m). • Primeros servicios en México a traves de Intelsat. • Receptores caseros con demodulación • Uso posterior de satélites Morelos y Solidaridad. analógica. • Señales de TV (NTSC) moduladas en frecuencia • Calidad de la señal proporcional a ocupan un transponder completo. relación S/N de audio y video. • Máxima capacidad de canales por satélite igual al • Baja calidad de video en forma de número de transpondedores. nieve, fantasmas.
  • 2. Distribución de Televisión Privada al Hogar Distribución de Televisión Privada al Hogar • Canales abiertos y gratuitos inicialmente. • Regla de Carson: • Codificación analógica posteriormente: Al modular en frecuencia (FM), el 98% de la energía total se distorsión previa de señal de video y/o encuentra dentro del ancho de banda definido por: audio en Tx. • Renta de servicio privado mediante subscripción individual. BFM = 2 (fmax + ∆f) • Remoción de distorsión en Rx con clave autorizada después de la demodulación. • fmax = Frecuencia máxima de señal de audio o video • Paquetes comerciales de canales básicos, • ∆f = Máxima desviación de frecuencia extendidos y especiales. Distribución de Televisión Privada al Hogar Distribución de Televisión Privada al Hogar • Ancho de banda ocupado por señales de TV analógica Señal analógica TVRO de TVRO por transpondedor satelital: Para el caso de TVRO típico: fmax video = 4.2 MHz (NTSC) fmax audio = 6.3, 6.8 o 7.2 MHz ∆f = 10.5 MHz BTVRO = 2 (fmax + ∆f) = 2 (7.2 + 10.5) = 35.4 MHz
  • 3. Distribución de Televisión Privada al Hogar Distribución de Televisión Privada al Hogar Capacidad del satélite Capacidad típica de satélites comerciales: • Ancho de banda de 500 MHz por polaridad (V/H). • Reuso de polaridad permite 1000 MHz de capacidad. • Uso común de transpondedores de 40 MHz c/u. • 12 transpondedores por polaridad = 24 canales/sat. • Canales TVRO analógicos usan 36 MHz, dejando los 4 MHz restantes como banda de guarda hacia los canales adyacentes. Distribución de Televisión Privada al Hogar Distribución de Televisión Privada al Hogar • Distribución de frecuencias ascendentes ↑, Banda C • Los sistemas TVRO utilizan las siguientes frecuencias de recepción en el enlace descendente: HOR Canal 1 3 23 Banda C: 3.7 a 4.2 GHz. 5,720 5,760 6,160 Banda Ku: 11.7 a 12.2 GHz. VER Canal 2 4 24 • Amplificación de canal de interés por convertidor de frecuencia 5,740 5,780 6,180 (downconverter + LNA) FI = 70 MHz • Amplificación de todos los transpondedores con la misma • Distribución de frecuencias descendentes ↓, Banda C polaridad por convertidor en bloque (LNB) HOR Canal 1 3 23 FI = 950 a 1450 MHz. 3,720 3,760 4,160 VER Canal 2 4 24 3,740 3,780 4,180
  • 4. Distribución de Televisión Privada al Hogar Distribución de Televisión Privada al Hogar Distribución de Televisión Privada al Hogar Distribución de Televisión Privada al Hogar Receptor TVRO Los sistemas TVRO utilizan las siguientes frecuencias:
  • 5. Distribución de Televisión Privada al Hogar Distribución de Televisión Privada al Hogar Los sistemas TVRO utilizan las siguientes frecuencias: • Amplificación por convertidor de frecuencia FI = 70 MHz • Amplificación por convertidor en bloque (LNB) FI = 950 a 1450 MHz. Distribución de Televisión Privada al Hogar Distribución de Televisión Privada al Hogar Sistemas DTH / DBS Difusión de TV directa al hogar (DTH) mediante el uso • El desarrollo de nueva tecnología satelital así de satélites de alta potencia (DBS) como la explosión de la tecnología digital permitieron mejorar los servicios de TV al • DTH = Direct to Home: usuario, así como aumentar la capacidad de los satélites. Servicio de TV y/o audio digital por satélite directo al usuario. • El desarrollo de satélites de alta potencia permitió reducir el tamaño de las antenas de • DBS = Direct Broadcast Satellite: 3m a 60 - 90 cm. Satélite de alta potencia para difusión directa de video y/o audio • El uso de video digital permitió aumentar de 1 al usuario. a 3 - 6 canales de TV por transpondedor.
  • 6. Distribución de Televisión Privada al Hogar Distribución de Televisión Privada al Hogar • Los primeros sistemas satelitales de alta potencia se conocieron • A principios de los 1990’s la compañía Hughes como Direct Broadcast Satellites (DBS). Network Systems (HNS), subsidiaria de General • PIRE en primeros DBS = 53 - 56 dBW/tp, banda Ku. Motors, inició el estudio de un nuevo estándard para transmisión de TV digital. (Morelos y Solidaridad = 45 - 48 dBW/tp, banda Ku) • HNS se basó en el uso del formato MPEG-2 de • Los pioneros en el uso de satélites de alta potencia fueron los video digital que permite el uso de compresión paises nórdicos europeos y Japón. digital, multicanalización TDM y paquetización • Los primeros satélites se usaron para transmisión de TVRO de la señal de información. analógica, logrando reducción en el tamaño de antenas. • El producto comercial resultante fué DirecTV. Distribución de Televisión Privada al Hogar Distribución de Televisión Privada al Hogar • En 1983 se definió en la ITU una nueva banda de frecuencias a • FSS Banda C: 5.9 - 6.4 GHz ↑ ser utilizadas en sistemas fijos de satélites (FSS) dentro de la 3.7 - 4.2 GHz ↓ banda Ku. FSS = Fixed Satellite Systems. • FSS Banda Ku: 14.0 - 14.5 GHz ↑ MSS = Mobile Satellite Systems. (típica) 11.7 - 12.2 GHz ↓ • Esta nueva banda sería utilizada específicamente para servicios de transmisión con alta potencia (DBS) • FSS Banda Ku: 17.3 - 17.8 GHz ↑ • Se definió una nueva y mayor separación orbital (9° entre (DBS) 12.2 - 12.7 GHz ↓ satélites) para evitar interferencias.
  • 7. Distribución de Televisión Privada al Hogar Distribución de Televisión Privada al Hogar • Distribución de frecuencias ascendentes ↑ RHCP 17,324.0 17,353.16 17,761.40 LHCP 17,338.58 17,367.74 17,775.98 • Distribución de frecuencias descendentes ↓ RHCP 12,224.0 12.253.16 12,661.40 LHCP 12,238.58 12,267.74 12,675.98 Distribución de Televisión Privada al Hogar Distribución de Televisión Privada al Hogar Posiciones Orbitales Actuales: Separación Orbital: • Actualmente hay satélites DBS/DTH autorizados en las siguientes posiciones orbitales, con su región de cobertura: • Gran potencia de transmisión de los • 61.5° W (Este de E.U.) satélites. • Diámetro pequeño de antenas receptoras • 101° W, 110° W, 119° W (México, CONUS) • Alta probabilidad de interferencia entre • 148° W, 157° W, 166° W y 175° W (Oeste de E.U., satélites. Hawaii, Alaska) • Cada posición orbital permite 32 transpondedores. Solución: Espaciar los satélites 9°.
  • 8. Distribución de Televisión Privada al Hogar Elementos de un Sistema DTH Comercial En 1992 se hizo la licitación y subasta de transpondedores y La arquitectura de un sistema DTH comercial se puede posiciones orbitales para servicios DBS/DTH en la banda Ku dividir en tres partes principales: extendida. Distribución inicial de transpondedores (1992): • Estación transmisora principal (uplink facility) • 101° W: DirecTV (27 tp), USSB (5 tp) • 110° W: MCI (28 tp), USSB (3 tp), Echosat (1 tp) • Satélite de alta potencia (DBS/DTH). • 119° W: Echostar (21 tp), TCI/Tempo (11 tp) • Estación casera receptora (home satellite receiving system). MCI pagó 628 Millones USD por 28 transpondedores de 24 MHz c/u, con cobertura continental CONUS. Elementos de un Sistema DTH Comercial Elementos de un Sistema DTH Comercial • Solo existe una estación maestra transmisora debido a la complejidad y alto costo que esto implica. • Es común contar con una estación secundaria de respaldo en caso de falla, emergencia o mantenimiento en la estación primaria. • Se recomienda tener ambas estaciones separadas por una distancia relativamente grande, para evitar fallas catastróficas en el sistema en caso de interrupciones por desastres naturales.
  • 9. Elementos de un Sistema DTH Comercial Elementos de un Sistema DTH Comercial Estación Transmisora Principal: Estación Transmisora Principal: • Es la encargada de alimentar la señal de información de los distintos servicios a ofrecer por el sistema de comunicaciones via satélite. FI 1 Conv Frec RF 1 Sat TVRO Convertidor TP 1 • Las principales aplicaciones de esta estación son: TV analógica A/D de video FI 2 y audio. Conv Frec RF 2 – Codificación, compresión, multicanalización y modulación de Fibra óptica Compresión TP 2 información VCR MPEG 2 Acceso condicional + HPA RF Cámara TV/ Video DBV- S FI i Mod Conv Frec – Difusión de múltiples canales de TV digital QPSK TP i RF i – Difusión de múltiples canales de radio / audio digital DVD / CD / PC Mux Conv Frec – Menú de programación, horarios, publicidad, etc. Cámara digital TDM FEC FI n TP n RF n Sat DTH digital – Acceso condicional – Acceso a servicios de Internet (unidireccional – download) BB FI RF Elementos de un Sistema DTH Comercial Elementos de un Sistema DTH Comercial Satélite DBS/DTH Satélite de Alta Potencia: • El segmento espacial está constituido por un satélite de alta potencia, con cobertura nacional o regional dentro del área deseada de servicio. • Generalmente se cuenta con más de un satélite si se desea ofrecer muchos canales.
  • 10. Mux TDM Elementos de un Sistema DTH Comercial Elementos de un Sistema DTH Comercial Satélite de Alta Potencia: Satélite de Alta Potencia: • Un satélite para DBS/DTH cuenta con una gran área de FPB 1 FPBaj HPA fotoceldas de alta eficiencia, permitiendo el uso de múltiples Conv Frec TP 1 OL transpondedores de alta potencia cada uno. 1 • Tiene una distribución de 32 transpondedores con un ancho de 17.3 – 17.8 Red de 12.2 – 12.7 GHz Conmu- GHz LNA FPB 2 Conv Frec TP 2 HPA banda de 24 o 28 MHZ cada uno. tación y Transponder 2 Suma • TWTAs de 100 o 200 W de potencia. RF Transponder 3 • PIRE = 50 - 60 dBW. Transponder n • Satélites DBS/DTH son del tipo repetidor, no OBP. Elementos de un Sistema DTH Comercial Elementos de un Sistema DTH Comercial Estación casera receptora: • Es la encargada de recibir, demodular, decodificar y regeneral la señal de información digital proveniente del satélite. Generalmente se considera a la estación casera receptora como el receptor, aunque en realidad cuenta con dos elementos diferentes: ODU IDU / IDR • La Unidad Exterior (Outdoor Unit, ODU). TV • La Unidad Interior (Indoor Unit, IDU).
  • 11. Elementos de un Sistema DTH Comercial Elementos de un Sistema DTH Comercial Unidad Exterior Unidad Interior (Indoor Unit, IDU): (Outdoor Unit, ODU). • El elemento mas importante de la estación casera receptora es el Receptor/Decodificador Integrado (Integrated Decoder/Receiver, IDR). Consta de los siguientes elementos: • El IDR es un aparato con una gran capacidad de procesamiento • Antena con foco desplazado (offset) y (inteligencia) que permite explotar al máximo las ventajas de la soporte. transmisión digital. • Alimentador de antena y guía de onda. • Contiene interfaces analógicas y digitales para video, audio y • Amplificador de bajo ruido en bloque datos, además de otros dispositivos de I/O (LNB). Elementos de un Sistema DTH Comercial Elementos de un Sistema DTH Comercial Receptor IDR El Receptor/Decodificador Integrado permite: • Recibir las señales de FI provenientes del LNB. • Demodular la señal de FI a su formato digital original. • Regenerar el tren de bits y corregir errores que hayan ocurrido durante la transmsión. • Elegir un solo canal de TV de la trama TDM. • Decodificar la señal digital al formato MPEG-2. • Autentificar al usuario y validar el servicio elegido.
  • 12. Elementos de un Sistema DTH Comercial Elementos de un Sistema DTH Comercial Receptor Decodificador Integrado (IDR) MPEG 2 Las funciones principales del IDR son: Demod Demux Decod Decod LNB Sintonizador FEC QPSK TDM MPEG2 • Sintonizador. FI 950 - audio 1450 MHz • Modulador. Audio Proces. Analógico • Decodificador FEC. RAM Microprocesador Video (buffer) VCR • Demulticanalizador TDM. Proces. Salidas Panel gráficos TV Acceso Video • Memoria RAM. control condicional Analógico Modem Datos Modular • Procesador MPEG-2. Interfaz IR Tarjeta PC • Interfaces de entrada/salida: video, audio, datos, IR. inteligente Telco PSTN Capacidad de un Sistema Satelital DTH Capacidad de un Sistema Satelital DTH • El sistema DirecTV™ se puede imaginar como un sistema unidireccional para la difusión de servicios de comunicaciones de banda ancha con cobertura regional (broadcast). • Está basado en el uso de satélites de alta potencia que transmiten información digital a altas tasas de bit. • Además de proporcionar información digital para entretenimiento, también se puede considerar como un servicio de datos por satélite.
  • 13. Capacidad de un Sistema Satelital DTH Capacidad de un Sistema Satelital DTH Análisis de tecnología en DirecTV™ • El sistema cuenta con tres satélites posicionados en la ranura orbital de 101° W, llamados DBS-1, DBS-2 y DBS- 3. • Se puede tener dos o más satélites en la misma posición orbital (o cercana) debido a que utilizan distintas frecuencias cada uno, por lo que no hay interferencia entre ellos. • Para la antena receptora aparece como un solo satélite. Capacidad de un Sistema Satelital DTH Capacidad de un Sistema Satelital DTH Análisis de tecnología en DirecTV™ Parámetros técnicos de los satélites de DirecTV: • DirecTV™ usa una estructura de paquetes MPEG-2 con tamaño de paquete de 188 bytes para un total de 1504 bits/paquete. • DBS-1 cuenta con 16 transpondedores con TWTAs de 120 W cada uno (16/120). • DBS-2 y DBS-3 cuentan con 8 transpondedores con • Se utiliza un código Reed-Solomon de (146, 130) con un byte de sincronización para detección y corrección de errores. TWTAs de 240 W cada uno (8/240). • PIRE aproximado de 53 y 56 DBW para cada satélite. • La tasa efectiva del código es (147, 130), pudiendo corregir hasta 8 errores de byte en cada paquete de 147 bytes.
  • 14. Capacidad de un Sistema Satelital DTH Capacidad de un Sistema Satelital DTH • DirecTV™ puede tener 2 valores de códigos Dado el ancho de banda de 24 MHz por Tp y el uso de convolucionales entrantes r = 2/3 y 6/7, dependiendo de la modulación QPSK, la velocidad de transmisión digital potencia del transpondedor. máxima es Rb = 40 Mbps, incluyendo bits de redundancia. • En un transpondedor de baja capacidad, r = 2/3 Tp 120W → 130/147 × 2/3 = 0.589 El caudal eficaz (goodput) de información es: • Tp 120W → 40 Mbps × 0.589 = 23.56 Mbps • En un transpondedor de alta capacidad, r = 6/7 • Tp 240W → 40 Mbps × 0.758 = 30.32 Mbps Tp 240W → 130/147 × 6/7 = 0.758 Capacidad de un Sistema Satelital DTH Capacidad de un Sistema Satelital DTH Por lo tanto el caudal eficaz de información por La ranura orbital en 101° W puede todavía acomodar satélite es: a un cuarto satélite. • DBS-1 → 16 Tp × 23.56 Mbps = 376.96 Mbps • Se puede reconfigurar todo el sistema como 4 satélites con 240 Watts, del tipo DBS-1,2,3,4 → 8/240 c/u. • DBS-2 → 8 Tp × 30.32 Mbps = 242.56 Mbps • DBS-3 → 8 Tp × 30.32 Mbps = 242.56 Mbps 4 sat × 8 Tp/sat × 30.32 Mbps/Tp = 970.24 Mbps 862.08 Mbps Caudal eficaz total de DirecTV DirecTV puede difundir casi 1 Gbps de información efectiva en (información útil transmitida por DirecTV cada segundo) la región CONUS/México cada segundo.
  • 15. Capacidad de un Sistema Satelital DTH Capacidad de un Sistema Satelital DTH • Considerando tasas de compresión típicas de video entre Reporte económico de DBS 40:1 y 60:1, el sistema debe generar y distribuir entre 40 y • El impacto y penetración de la tecnología DBS/DTH han sido 60 Gbps de información sin compresión por segundo en explosivos en los seis años desde su inicio. todo momento, dia y noche. A nivel mundial se mencionan las siguientes estadísticas: • 3 satélites a 862.08 Mbps con canales de TV de 4 Mbps en • 1997 - 10 millones de usuarios en el mundo. promedio tienen una capacidad actual de 215 canales en • 2000 - 55 millones de usuarios en el mundo. total. • 2002 - 67 millones de usuarios en el mundo. • Puede aumentarse a 242 canales con el 4o satélite. • 2004 - 21.4 % de hogares con TV. • 2008/9 – 100 millones de usuarios de TV digital en el mundo. Capacidad de un Sistema Satelital DTH Capacidad de un Sistema Satelital DTH Reporte económico de DBS En los E.U. se espera el crecimiento de la tecnología • El impacto y penetración de la tecnología DBS/DTH han sido DBS/DTH de acuerdo a las siguientes estadísticas: explosivos en los seis años desde su inicio. • 2001 - 17.3 millones de usuarios. A nivel mundial se mencionan las siguientes estadísticas: • Ventas por $28,000 millones de USD para el 2001 • 2002 - 19.9 millones de usuarios. • Ventas por $46,000 millones de USD para el 2005 • 2003 - 21.9 millones de usuarios. • Ventas por $80,000 millones de USD para el 2009 • 2004 - 23.6 millones de usuarios. • 2005 - 25.0 millones de usuarios. Con ingresos. • 2010 - 36.1 millones de usuarios.
  • 16. Capacidad de un Sistema Satelital DTH Capacidad de un Sistema Satelital DTH Del 100% de los usuarios de sistemas de TV privada Calculo de enlaces en DirecTV en los E.U. para el 2001 se tenía: • DirecTV diseñó sus sistema para garantizar una disponibilidad del 99.7% al año (26.33 hr de • 70% - Sistema de TV por cable. interrupción) con un C/N)req = 8 dB. • 17% - Cable + DBS/DTH. • Como es una transmisión unidireccional (difusión) se • 13% - Solo DBS/DTH. debe asegurar que el enlace ascendente nunca falle. • Se debe contar con control de potencia de subida en la ETM. Capacidad de un Sistema Satelital DTH Capacidad de un Sistema Satelital DTH • El enlace ascendente debe garantizar un nivel constante de calidad a bordo del satélite en todo momento. • Se requiere control de potencia de subida para garantizar dicho nivel. • Para dimensionar la estación maestra (ETM) se debe calcular el enlace bajo cielo despejado y bajo lluvia. Control de potencia en subida
  • 17. Capacidad de un Sistema Satelital DTH Capacidad de un Sistema Satelital DTH • Ejemplo: Calcular PIRE y potencia requerida en ETM • Con lluvia para una disponibilidad de 99.7% en la Región F • PIRE)ET = 49.07 dBW, si GTX = 56 dBi, (modelo CCIR) y un C/N)ASC = 26 dB. • PIRE)ET = PTX + GTX , BN = 20 MHz = 73 dB-Hz Lg = 0.6 dB R= 4, L=13 km • PTX = -6.93 dBW = 0.2027 W con lluvia. fASC = 17.45 GHz a=0.0513, b=1.096 GRX = 34.8 Dbi Lr = LaRb = 3.05 = 4.54 dB • Sin lluvia Lp = 207 dB TSYS = 500 K = 27 dB-K • C/N)ASC = 26 dB, PIRE = 44.23 dBW, GTX = 56 dBi, C/N)ASC = PIRE)ET - LP - Lg - Lr - GRX - K - TSYS - B • PTX = -11.77 dBW = 0.0665 W con cielo claro. PIRE)ET = 49.07 dBW Capacidad de un Sistema Satelital DTH Capacidad de un Sistema Satelital DTH • Dado que se tiene PTX = -6.93 dBW con lluvia, • Para el enlace descendente, con disponibilidad de y que se tiene PTX = -11.77 dBW sin lluvia. 99.75% se requiere un C/N)DESC = 6 dB. • Si TSYS = 130 K, y 99.75% → 21.9 hr/año, ∆ PTX = 4.84 dBW. • Atenuación Disponib. 5 dB (3.16) 25 hr/año • El control de potencia de la ETM debe permitir un 6 dB (4) 16 hr/año incremento de 4.84 dBW en potencia de transmisión • 21.9 hr/año = 0.655, de su HPA. • x=0.655 (4 - 3.16) + 3.16 = 5.69 dB aten/lluvia
  • 18. Capacidad de un Sistema Satelital DTH Capacidad de un Sistema Satelital DTH • Como TSYS = 130 K (21.14 dB-K), y • 5.69 dB aten/lluvia = -5.69 dB = 0.2698, • TSYS = 130 K + 290 K (1 - 0.2698) = 130 K + 211.758K = 341.758 K → 25.3 dB-K ∆TSYS = TSYS)Lluvia - TSYS)Desp = 25.3 - 21.14 = 4.16 dB por lluvia. Por lo tanto, si C/N)DESC = 6 dB, C/N)REQ = C/N)DESC + LR + ∆TSYS = 6+5.69+4.16 Margen por lluvia en bajada = 15.85 dB en cielo despejado. Capacidad de un Sistema Satelital DTH Paquetizacion de Video y Audio Digital • Por lo tanto, si C/N)DESC = 6 dB bajo lluvia, Sistema MPEG 2 • C/N)REQ = C/N)DESC + LR + ∆TSYS = 6 dB + 5.69 dB + 4.16 dB Estándard generado por el Moving Pictures Experts Group: MPEG. = 15.85 dB en cielo despejado. • Desarrollado para generar imágenes con resolución completa y múltiples canales de audio. • Diseño inicial para aplicaciones de DBS. • Se tiene 9.85 dB de margen por lluvia. • Estandard básico para sistemas de televisión digital. • Esto garantiza una recepción con 99.75% de disponibildad al año.
  • 19. Paquetizacion de Video y Audio Digital Paquetizacion de Video y Audio Digital Receptor Decodificador Integrado (IDR) MPEG 2 Sistema MPEG 2 Demod Demux Decod Decod LNB Sintonizador FEC QPSK TDM MPEG2 audio FI 950 - Comités MPEG, 1988: 1450 MHz Proces. Audio Analógico • Video y audio asociados a velocidades de bit hasta 1.5 Mbps RAM Microprocesador Video (buffer) VCR (MPEG 1). Panel Proces. Salidas TV • Imágenes en movimiento y audio asociados a velocidades hasta Acceso gráficos control condicional Video Analógico 10 Mbps (MPEG 2). Interfaz Modem Datos Modular • Imágenes en movimiento y audio asociados a velocidades hasta Tarjeta IR inteligente PC 60 Mbps (MPEG 3). Luego bajó a 40 Mbps y finalmente Telco desapareció PSTN Paquetizacion de Video y Audio Digital Paquetizacion de Video y Audio Digital Sistema MPEG 2 Sistema MPEG 2 Sistemas genéricos MPEG: • Es un sistema basado en la transmisión multicanalizada de video • MPEG 1 está orientado hacia el almacenamiento de video y audio digital junto con un servicio de datos, en un solo flujo digital (Digital Storage Media, DSM) digital. • MPEG 2 está orientado hacia su difusión por medios de • El flujo de datos está comprimido y codificado, siendo luego comunicación masiva. Se puede usar a cualquier velocidad y se segmentado para mantener los errores de bit limitados. pretende usar como el estándard de compresión para TV de alta • La sincronización entre video y audio decodificados debe ser definicion, HDTV.) exacta.
  • 20. Paquetizacion de Video y Audio Digital Paquetizacion de Video y Audio Digital Sistema MPEG 2 Sistema MPEG 2 • El video digital es una secuencia de cuadros en donde cada cuadro individual se considera como muestras de una imagen analógica en una cuadrícula rectangular de muestras. • Las muestras individuales se llaman elementos de imagen, o pixel. • Una imagen de color requiere pixeles con tres colores (R, G, B) Paquetizacion de Video y Audio Digital Paquetizacion de Video y Audio Digital Sistema MPEG 2 Estructura de cuadros MPEG 2 I - Intracuadros (cuadros de referencia). Los pixeles de cada cuadro se dividen en bloques de 16×16 B - Predicción Bidireccional. (Macrobloques) P - Predicción de cuadros Previos. Estructura de cuadro: reduccion temporal de redundancia. Cuadros I - Intra-imágenes o cuadros de referencia. Cuadros P - Imágenes predecidas a partir del cuadro anterior de referencia. I B B P B B P I Cuadros B - Imágenes bidireccionales, predecidas o interpoladas entre los cuadros anterior y posterior.
  • 21. Paquetizacion de Video y Audio Digital Paquetizacion de Video y Audio Digital Compresión de cuadros MPEG Sistema MPEG 2 Para lograr máxima compresión se puede quitar redundancia en tres • El codificador en el transmisor toma la información fuente, la ejes: dos espaciales y uno temporal. adapta a forma digital, las comprime, codifica y multicanaliza • Los cuadros B y P logran compresión temporal. cada servicio. • P necesita solo 60% de los bits que requiere I. • La transmisión es multicanalizada en video y audio digital junto • B necesita solo 10% de los bits que requiere I. con un servicio de datos, en una sola señal digital. • El flujo de datos está comprimido y codificado, siendo luego Tiempo segmentado para mantener los errores de bit limitados. y • Sincronización exacta entre video y audio decodificados. x Paquetizacion de Video y Audio Digital Paquetizacion de Video y Audio Digital Sistema MPEG 2 Sistema MPEG 2 El decodificador requiere del Programa de Información Específica Transporte de flujos: (PSI) para decodificarel flujo de datos. Un receptor/decodificador MPEG 2 utiliza el PCI para: El flujo de transporte consta de paquetes con encabezados que • Multicanaliza los flujos individuales de bits (video, audio y contienen información para decodificar cada canal. datos) en un solo flujo de bits. Esta información incluye la elección del idioma en los canales de • Proporciona sincronización para recuperar servicios de video y audio, entre otros servicios. audio. • Paquetiza los bits en grupos. Un programa en MPEG se define como un conjunto de flujo de bits elementales (V,A D) con la misma base de tiempo.
  • 22. Paquetizacion de Video y Audio Digital Paquetizacion de Video y Audio Digital Sistema MPEG 2 Sistema MPEG 2 Transporte de flujos: Transporte de flujos: Flujo de paq. de Codificador Video Paquetizador video elemental • Se desean paquetes con encabezados pequeños para minimizar Video de video codif. PES Flujo de el encabezado (overhead). digital transporte MUX flujo de transporte • Servicios múltiples y parámetros grandes generan encabezados grandes. Codificador Video Paquetizador Audio de audio codif. Flujo de paq. de digital audio elemental PES Paquetizacion de Video y Audio Digital Paquetizacion de Video y Audio Digital Sistema MPEG 2 Sistema MPEG 2 El PSI proporciona la siguiente información: Longitud de paquetes MPEG 2: • Tabla de asociación de programas (asocia PES de video y • El flujo de paquetes MPEG 2 consta de paquetes de longitud fija audio). de 188 bytes. • Tabla de mapeo de programas. Esto facilita el uso de códigos Reed-Solomon, definidos por: • Tabla de acceso condicional. longitud de bloque → n = q - 1 (q = 28 = 256 =, n = 255) • Tablas de información de red. # dígitos de paridad → n - k = 2t (t = # errroes corregidos) distancia mínima → dmin = 2t + 1
  • 23. Paquetizacion de Video y Audio Digital Paquetizacion de Video y Audio Digital Sistema MPEG 2 Sistema MPEG 2 Un código Reed-Solomon (204, 188) se usa en el formato “Digital Permite usar grupo de 4 paquetes ATM sin usar overhead extra. Video Broadcast, DVB” con: 53 bytes ATM AAL Información • 188 bytes de información. header 5 bytes 1byte 53 bytes • 204 bytes por paquete • Corrije hasta 8 bits de error. 4 paquetes ATM → 4 × 47 = 188 bytes Paquetizacion de Video y Audio Digital Paquetizacion de Video y Audio Digital Compresión de video MPEG 2 Necesidad de compresión de video: • Se utiliza un formato de video digital con cuadros de 480 × 720 • Para operar económicamente un transponder DBS/DTH requiere pixeles (CCIR 601-1) con una repetición de 30 cuadros por de 4 a 8 canales de TV por transpondedor. segundo. • Si la capacidad de transmisión digital de un transponder es de 30 Con tres planos de color la velocidad de transmisión (bit rate) del Mbps, el bit rate total (video + audio + datos) debe tener entre video digital con 256 niveles de intensidad por pixel es: 3.75 y 7.5 Mbps por canal. cuadro = 480 × 720 pixeles = 345,600 pixeles/cuadro • Audio y datos requieren 0.2 Mbps, por lo que es necesario reducir el video entre 3.55 y 7.3 Mbps. color = 3 colores × 345,600 pix/cuadro = 4,036,800 pix-col/cuadro • Para lograr esto se debe comprimir el video a tasas de # bits = 8 bit/pix × 1,036,800 pix-col/cuadro = 8,294,400 b/cuadro compresión entre 34:1 y 70:1 para tener un sistema rentable. bit rate = 30 cuadros/s × 8,294,400 b/cuadro = 294 Mbps Necesidad de compresión
  • 24. Paquetizacion de Video y Audio Digital Paquetización de Video y Audio Digital Compresión de audio: Compresión de audio con MPEG 1: • La calidad del audio digital se debe a las técnicas de cuantización y muestreo utilizadas, aunque esto genera grandes • Se muestrea a 48 k muestras/s por cada canal (I + D). cantidades de información digital. • Tasa de bits = 192 kbps en sistema estéreo. • El formato de discos compactos (CD) se basa en el muestreo de • Estéreo unido → I + D en un solo flujo de datos, sin estéreo y audio a 44.1 k-muestras/s y se cuantiza a 16 bits por muestra, o con explotación de redundancia. 705.6 kbps. • Estéreo intenso → I, D separados, sonido estereofónico normal. • Como se necesitan dos canales para tener sonido estéreo se requiere 1.4112 kbps Mbps para reproducir audio digital en El audio DBS tiene cuadros a 24 ms muestreando señales discos compactos, lo cual no es eficiente en DBS/DTH. analógicas entrantes a 48 kmuestras/seg y cuantizando a 16 bits/muestra. Paquetización de Video y Audio Digital Paquetización de Video y Audio Digital Compresión de audio con MPEG 1: Compresión de audio con MPEG 1: • La salida es 192 kbps para ambas salidas de audio I, D Cuadro de audio: Unidad básica del estándard MPEG-1 para combinadas. compresión de audio en estéreo de alta calidad. • Bits entrantes = • Representa una duración igual al máximo de muestras divididas = 2 señales × 48×103 muestras/s × 16bits/muestra × 24 ×10-3 s por la tasa de muestreo. Para DBS se tiene 1,152 muestras a = 36,864 bits una tasa de muestreo de 48 k-muestras/s. • Bits salientes = 96 ×103 bps/canal × 2 canales × 24 ×10-3 s • El periodo de un cuadro es: 1,152muestras / cuadro Tf = = 24ms / cuadro • = 4,608 bits 48,000muestras / s • MPEG-1 proporciona compresión de audio bent/bsal de 8:1 • Cuadros de audio concatenados forman secuencias de audio.
  • 25. Acceso a Internet Mediante Sistemas Acceso a Internet Mediante Sistemas DBS/DTH DBS/DTH Transmisión de datos usando Sistemas DBS/DTH Transmisión de datos usando Sistemas DBS/DTH • Se puede aprovechar la gran cobertura que proporciona un • Los sistemas digitales de banda ancha vía satélite pueden satélite DBS/DTH para transmitir servicios de datos distribuir contenido digital en una amplia área de cobertura. unidireccionales. • Interés especial en áreas suburbanas, rurales o remotas. • Se han usado sistemas satelitales como conexión entre servidores y nodos de acceso a Internet regionales. • Necesidad en áreas con servicio telefónico deficiente o de baja • Recientemente han surgido terminales VSAT de baja capacidad calidad. para proporcionar este servicio a usuarios individuales o para • Se puede ofrecer servicio hasta 36 Mbps en banda Ku y 155 interconectar redes locales o de baja capacidad (cafés Internet). Mbps en banda Ka cuando esté disponible. Acceso a Internet Mediante Sistemas Acceso a Internet Mediante Sistemas DBS/DTH DBS/DTH Transmisión de datos usando Sistemas DBS/DTH Transmisión de datos usando Sistemas DBS/DTH • La tecnología de difusión de video digital (Digital Video • Se han desarrollado tarjetas receptoras IRD para PC, basadas en Broadcast, DVB) se puede usar para transmisión de datos de el estándard MPEG-2 de los sistemas DBS/DTH. Internet al usuario. • Se basa en el supuesto tráfico asimétrico que predomina en las • Se puede transmitir servicios de Internet sobre satélites aplicaciones de Internet. DBS/DTH siempre que se proporcione un canal secundario para • Se han medido tasas de asimetría de 10:1 a 20:1 entre el tráfico el regreso de la señal digital. entrante y el tráfico saliente en sesiones típicas de Internet. • Ese canal secundario puede ser incluso un canal telefónico de baja capacidad. • Se requieren cambios en la configuración de la interfaz de red para transmitir y recibir datos bidireccionales.
  • 26. Acceso a Internet Mediante Sistemas Acceso a Internet Mediante Sistemas DBS/DTH DBS/DTH Transmisión de datos usando Sistemas DBS/DTH Transmisión de datos usando Sistemas DBS/DTH • La ETM en el enlace ascendente juega un papel central. • Se basa en el envío de datagramas de IP y son encapsulados, • Es responsable de enrutar el tráfico digital hacia el usuario a fragmentados o segmentados dentro de la secuencia de paquetes través del canal satelital para el enlace de retorno. MPEG-2/DVB. • Actúa como gateway configurando la señal de Internet como • Posteriormente se codifican con FEC, se multicanalizan, una subportadora de audio o una cadena digital MPEG-2. modulan y convierten a señales de RF. • Los paquetes se envían a través del sistema operativo y • No se utiliza protocolos ARQ en ningún momento del sistema y protocolos al socket IP y se entrega a los programas de la corección de errores se lleva a cabo en el destino final. aplicación. Acceso a Internet Mediante Sistemas Acceso a Internet Mediante Sistemas DBS/DTH DBS/DTH Transmisión de datos usando Sistemas DBS/DTH Transmisión de datos usando Sistemas DBS/DTH La arquitectura de protocolos MPEG-2/DVBse puede separar en tres niveles: El estándard MPEG-2 permite flujos de datos privados y sus • La capa física cubre la modulación, sincronización, codificación correpondientes protocolos de adaptación. y funciones de procesamiento de la forma de onda. Existe una gran similitud entre el modelo ATM y la arquitectura • La capa de enlace de datos proporciona transporte a las celdas MPEG-2. de 188 bytes sobre el canal de difusión. MPEG-2 utiliza celdas de tamaño fijo y encabezados mas su carga útil de daatos. • La capa PES (Packetized Elementary System) se utiliza para los paquetes de audio y video y la transmisión de tablas internas del Una celda MPEG-2 puede contener 4 celdas ATM que lleven sistema. datagramas IP en ellas.
  • 27. Acceso a Internet Mediante Sistemas Acceso a Internet Mediante Sistemas DBS/DTH DBS/DTH Transmisión de datos usando Sistemas DBS/DTH Transmisión de datos usando Sistemas DBS/DTH Flujo de transporte TDM asíncrono MPEG-2 Las tres maneras en las cuales se transmiten datagramas IP sobre MPEG-2 son: Audio Video Video Video Audio Datos Contrl Video • Paquetes de datos encapsulados dentro de los paquetes PES de video y audio (data streaming). Paquetes PES Sección de • Llevados dentro de la sección de paquetes definidos para las tablas tablas internas del sistema (multiprotocol encapsulation). Celda de flujo de transporte (188 bytes) • El protocolo de adaptación puede segmentar los paquetes de Encabezado Carga útil (información) datos directamente dentro de un secuencia de celdas (data piping). Acceso a Internet Mediante Sistemas Acceso a Internet Mediante Sistemas DBS/DTH DBS/DTH Transmisión de datos usando Sistemas DBS/DTH Transmisión de datos usando Sistemas DBS/DTH Todos los métodos anteriores involucran el uso deencabezados ya • El principal problema con el enrutamiento de enlaces que los paquetes IP no vienen en múltiplos de 184 bytes. unidireccionales es que los protocolos comúnes no soportan La mayoría de los datagramas originados en paquetes TCP, FTP o este tipo de conección. HTTP tienen entre 576 y 1500 bytes. • Se puede configurar estáticamente el enrutamiento IP en la El contenido de overhead para la encapsulación es entre 13 y 15 estación maestra. porciento. • Se asigna el número de usuario (asignación de encripción), pero esto casusa problemas a veces. • Se puede usar tunneling a través de los protocolos de capa de enlace en los paquetes normales.
  • 28. Acceso a Internet Mediante Sistemas Acceso a Internet Mediante Sistemas DBS/DTH DBS/DTH Transmisión de datos usando Sistemas DBS/DTH Transmisión de datos usando Sistemas DBS/DTH • HTTP, dado que está basado en TCP, sufre en enlaces con alto • HTTP, dado que está basado en TCP, sufre en enlaces con alto producto retardo-ancho de banda. producto retardo-ancho de banda. • Cada sesión TCP se establece una conección y usa inicio lento, • Cada sesión TCP se establece una conección y usa inicio lento, pudiendo incrementar su velocidad de transmisión. pudiendo incrementar su velocidad de transmisión. • Con el fin de aumentar la velocidad del servicio al usuario, y de • Con el fin de aumentar la velocidad del servicio al usuario, y de reducir congestionamiento en el enlace satelital, se puede reducir congestionamiento en el enlace satelital, se puede ofrecer web caching. ofrecer web caching. • Un servicio multicast se combina con caching local de páginas • Un servicio multicast se combina con caching local de páginas populares en un nodo cerca de los usuarios interesados. populares en un nodo cerca de los usuarios interesados.