Recepció del senyal de televisió

Texto completo

(1)

Recepció del senyal de televisió

Celestí Capell Arqués, Juan Manuel Millán Esteller

Infraestructures comunes de telecomunicació en

habitatges i edificis

(2)
(3)

Índex

Introducció 5

Resultats d’aprenentatge 7

1 Sistemes de transmissió de senyals de televisió 9

1.1 Tipus de sistemes de transmissió de senyals de televisió . . . 9

1.1.1 Serveis de radiodifusió . . . 9

1.1.2 Característiques dels senyals alterns . . . 10

1.2 Sistemes de radiodifusió dels senyals de ràdio i televisió . . . 13

1.2.1 La transmissió per ràdio dels senyals de televisió . . . 14

1.2.2 Transmissions per ràdio terrestre. . . 15

1.2.3 Procés de transmissió d’emissions de ràdio per satèl·lit . . . 17

1.3 Sistemes de modulació . . . 18

1.3.1 Sistemes de modulació analògics . . . 19

1.3.2 Mesura de la qualitat de les modulacions analògiques. . . 22

1.3.3 Sistemes de modulació digitals. . . 23

1.3.4 Modulacions digitals multinivell . . . 25

1.3.5 Mesura de la qualitat del senyal digital. . . 28

1.3.6 Modulacions emprades en transmissió de ràdio i televisió . . . 29

1.4 Sistemes digitals de transmissió del senyal de TV . . . 30

1.4.1 Avantatges de la televisió digital . . . 30

1.4.2 Explicació gràfica d’una codificació digital de vídeo i so . . . 31

1.5 Propagació electromagnètica . . . 34

1.5.1 Característiques de les comunicacions electromagnètiques . . . 34

1.5.2 Principi de funcionament d’una antena dipol . . . 36

1.5.3 Polarització de les antenes . . . 38

1.6 Estructura de l’espectre de radiofreqüència . . . 39

1.6.1 Bandes de radiofreqüència . . . 39

1.6.2 Estructura d’un canal de televisió terrestre digital . . . 41

1.6.3 Distribució de canals segons la norma CCIR (estàndard B + G europeu) . . . 42

2 Estructura de sistemes captadors de senyals de televisió 47 2.1 Característiques tècniques de les antenes . . . 47

2.1.1 Impedància característica. . . 48

2.1.2 Guany. . . 48

2.1.3 Amplada de banda . . . 48

2.1.4 Directivitat . . . 49

2.1.5 Relació davant-darrere (D/A) . . . 51

2.1.6 Càrrega al vent . . . 52

2.2 Estudi d’antenes comercials per a radiodifusió terrestre . . . 52

2.2.1 Dipols encreuats . . . 53

2.2.2 Dipol plegat. . . 53

2.2.3 Antena Yagi . . . 54

(4)

2.2.4 Antenes logaritmicoperiòdiques . . . 57

2.2.5 Antena de panell . . . 58

2.2.6 Dissenys especials de fabricants . . . 59

2.2.7 Antenes optimitzades per rebre la TDT . . . 59

2.3 Estudi de línies de transmissió . . . 60

2.3.1 El sistema antena i línia de transmissió . . . 60

2.3.2 El cable coaxial. . . 61

2.3.3 Característiques dels cables coaxials . . . 62

2.3.4 Connectors . . . 63

2.3.5 Empalmaments . . . 65

2.3.6 Manipulació i instal·lació del cable coaxial . . . 66

2.4 Instruments de mesura . . . 66

2.4.1 Unitats de mesura utilitzades en sistemes de recepció de senyals de televisió. . . 66

2.4.2 El mesurador de camp . . . 70

2.5 Dimensionat i instal·lació de sistemes captadors de senyal de televisió . . . 74

2.5.1 Procediment utilitzat en el disseny del sistema captador de senyals . . . 74

2.5.2 Instal·lació del sistema captador de senyals . . . 75

2.5.3 Càlcul de pals. . . 78

2.5.4 Muntatge de torretes . . . 80

2.6 Estudi d’antenes comercials per a recepció d’emissions per satèl·lit. . . 82

2.6.1 Elements que formen part del sistema de recepció SAT . . . 82

2.6.2 Tipus de paràboles utilitzades . . . 84

2.6.3 Característiques tècniques . . . 84

2.6.4 Interpretació de documentació tècnica d’antenes SAT. . . 85

2.6.5 Fixació mecànica de les antenes SAT . . . 87

2.6.6 El sistema de satèl·lits . . . 88

2.6.7 Dimensionament i selecció del tipus d’antena necessari. . . 90

2.6.8 Antenes multisatèl·lit . . . 91

2.6.9 Distribució dels canals satèl·lit . . . 93

2.6.10 Sistema digital de commutació DiseqC . . . 96

(5)

Introducció

En la unitat “Recepció del senyal de televisió”, dedicada a l’estudi de la trans- missió i la recepció de senyals de televisió, es presentaran una sèrie de conceptes bàsics per tal d’entendre el funcionament d’aquests sistemes.

Tenint en compte que, actualment, en l’àmbit de les transmissions de ràdio i televisió conviuen multitud de sistemes -com, per exemple, la televisió digital terrestre, més coneguda com a TDT; la ràdio FM i la ràdio digital DAB; les emissions per satèl·lit i els sistemes de transmissió per cable-, es fa del tot necessari fer un estudi de les diferents tecnologies aplicades en aquests sistemes per tal de poder afrontar, més endavant, la instal·lació dels equips utilitzats amb unes certes garanties, i per conèixer els tipus d’elements emprats en la captació de senyals de televisió segons es tracti d’un sistema o d’un altre.

L’estudi d’aquesta unitat us permetrà obtenir els coneixements bàsics necessaris per assolir amb èxit la resta dels continguts exposats al llarg del mòdul.

Per tal de facilitar l’estudi dels sistemes de recepció de senyals de ràdio i televisió, la unitat està dividida en dos apartats.

El primer apartat, “Sistemes de transmissió de senyals de televisió”, ens introduirà en les tècniques utilitzades per convertir imatges i sons en informacions elèctriques que es puguin processar amb equips electrònics, amb la finalitat de transmetre-les des d’un punt geogràfic a un altre mantenint uns nivells de qualitat acceptables segons les limitacions de cada sistema. Hem procurat posar a l’abast de tots vosaltres un seguit de recursos que, sens dubte, us ajudaran a comprendre tots aquests processos.

També coneixereu com s’estructuren el que coneixem com a canals de televisió, i les característiques que ha de tenir una antena per ser tan eficient com sigui possible. Per ajudar-vos a entendre aquest concepte us proposem una activitat per practicar amb una antena feta per vosaltres mateixos, amb la finalitat de comprovar d’una manera pràctica alguns conceptes relacionats amb la recepció electromagnètica.

En l’apartat “Estructura de sistemes captadors de senyals de televisió” s’inclou l’estudi de les antenes comercials que ens ofereixen els fabricants especialistes en el sector, tant pel que fa a la recepció de televisió terrestre com pel que fa a les antenes utilitzades en recepció per satèl·lit. També abordarem l’estudi dels sistemes de fixació mecànica de les antenes i les precaucions que cal tenir a l’hora de fer una instal·lació d’aquest tipus; així mateix, coneixerem el que hi diu la normativa vigent.

Per treballar els continguts de la unitat és convenient llegir amb deteniment el material proporcionat, portar a terme les activitats recomanades i fer una ullada

(6)

als annexos.

Resultarà de gran ajut per entendre alguns conceptes el fet de consultar el material multimèdia (animacions i vídeos) en el moment en què es recomana en la lectura del text.

També és recomanable que, en la mesura del possible, es facin les activitats pràctiques proposades.

Per treballar correctament les unitats de mesura seria molt convenient tenir una cal- culadora científica, que us permetrà fer amb facilitat les operacions matemàtiques que utilitzen la funció logarítmica.

(7)

Resultats d’aprenentatge

En finalitzar aquesta unitat l’alumne/a:

1. Identifica els elements de les infraestructures comunes de telecomunicaci- ons en habitatges i edificis, analitzant els sistemes que les integren.

• Identifica els elements de connexió.

• Descriu la funció i les característiques dels elements i equips de cada sistema de recepció de ràdio i televisió (terrestre, satèl·lit i cable).

• Fa operacions de muntatge dels pals i de les torretes, entre d’altres.

• Ubica i fixa els elements de captació de senyals.

• Descriu les unitats i els paràmetres dels sistemes de la instal·lació (guany de l’antena, d’amplificadors, directivitat, amples de banda, atenuacions, interferències, entre d’altres).

2. Configura petites instal·lacions d’antenes en infraestructures comunes de telecomunicacions per a habitatges i edificis, determinant els elements que les conformen i seleccionant components i equips.

• Aplica la normativa i reglamentació vigents en la instal·lació d’ante- nes.

• Identifica les especificacions tècniques de la instal·lació.

• Aplica la normativa d’ICT i la REBT en la configuració de la ins- tal·lació.

• Utilitza eines informàtiques d’aplicació.

• Calcula els paràmetres dels elements i equips de la instal·lació.

• Elabora els croquis i esquemes de la instal·lació amb la qualitat requerida.

• Utilitza la simbologia normalitzada.

• Selecciona els equips i materials que compleixen les especificacions funcionals, tècniques i normatives.

• Aplica els criteris de qualitat en les operacions de muntatge.

• Confecciona el pressupost corresponent a la solució adoptada.

• Mostra interès per l’evolució tecnològica com a element de millora de la seva activitat.

3. Verifica i ajusta els elements de les instal·lacions d’antenes en infraestructu- res comunes de telecomunicacions per a habitatges i edificis, mesurant els paràmetres significatius i interpretant els seus resultats.

• Porta a terme les mesures dels paràmetres significatius dels senyals en els sistemes d’instal·lació utilitzant els mitjans, els equips i els instruments específics.

(8)

• Relaciona els paràmetres mesurats amb els característics de la ins- tal·lació.

• Utilitza eines informàtiques per a l’obtenció d’informació: situació de repetidors, posicionament de satèl·lits, entre d’altres.

(9)

1. Sistemes de transmissió de senyals de televisió

Els sistemes de transmissió de senyals de televisió permeten la transmissió a llarga distància d’imatge i so; segons la tecnologia que utilitzen, es determina la manera com es transporta la informació corresponent a la imatge i al so de l’escena que volem transmetre. Altres sistemes de transmissió només transmeten so: són els anomenats sistemes de transmissió de ràdio.

Aquests sistemes basen la seva tecnologia en sistemes electrònics, ja que el suport utilitzat per transportar la informació a llarga distància són les ones electromagnètiques.

Com a suports físics, per fer les transmissions, es fan servir equips transmissors de ràdio, antenes, fibres òptiques, cables coaxials i altres elements.

1.1 Tipus de sistemes de transmissió de senyals de televisió

Els sistemes de transmissió de senyals de ràdio i TV s’encarreguen d’adaptar els senyals d’informació que es volen transmetre al mitjà de transmissió utilitzat.

D’aquesta manera, la principal classificació dels sistemes de TV s’estableix en funció del mitjà de transmissió emprat:

• Si s’utilitza l’aire com a mitjà de transmissió; alhora, els sistemes es poden classificar en dos grups diferents:

– Sistemes de transmissió terrestres: el senyal de televisió arriba a l’antena receptora pels transmissors o repetidors terrestres.

– Sistemes de transmissió via satèl·lit: el repetidor que s’utilitza és un satèl·lit artificial.

• Sistemes de transmissió per cable: la transmissió es porta a terme per una línia de transmissió, com ara cable coaxial o fibra òptica. En aquest cas, no s’utilitzen les ones electromagnètiques, sinó senyals elèctrics o òptics.

1.1.1 Serveis de radiodifusió

Els serveis de radiodifusió són aquells serveis de telecomunicació en què les emissions estan destinades a ser rebudes directament pel públic. Aquests serveis es caracteritzen pel fet de ser unidireccionals, és a dir, l’equip emissor envia informació als usuaris i aquests no poden respondre. Els principals serveis de radiodifusió que podem trobar són els següents:

Per veure les aplicacions de les ones

electromagnètiques, visualitzeu el vídeo Les ones electromagnètiques, que trobareu en la secció

“Annexos” del web del mòdul.

(10)

DAB (digital audio broadcasting) és un sistema de ràdio digital terrestre.

La xarxa elèctrica La tensió de la xarxa elèctrica, coneguda amb el valor de 230 V, és un senyal altern que oscil·la a una freqüència de 50 Hz i que té un període d’oscil·lació de 20 ms.

Per experimentar amb les ones alternes, consulteu l’animació que trobareu en la secció “Annexos” del web del mòdul.

Múltiples de l’hertz Utilitzant els múltiples de la magnitud hertz, podem dir el següent:

• Un senyal té una freqüència d’1 kHz quan durant el temps d’1 s es produeixen 1.000 oscil·lacions.

• Un senyal té una freqüència d’1 MHz quan durant el temps d’1 s es produeixen 1.000.000 d’oscil·lacions.

• Un senyal té una freqüència d’1 GHz quan durant el temps d’1 s es produeixen 1.000.000.000 d’oscil·lacions.

• Radiodifusió sonora en AM.

• Radiodifusió sonora en FM.

• Radiodifusió sonora digital (DAB).

• TV digital terrestre (TDT).

• TV i ràdio via satèl·lit (analògica i digital).

Encara que tots aquests són serveis diferents, el seu principi de funcionament és molt semblant; i tecnològicament, per fer la transmissió dels senyals associats a aquests serveis, s’utilitzen els sistemes de radiodifusió.

1.1.2 Característiques dels senyals alterns

Tots els tipus de senyals que intervenen en la transmissió per ràdio, tant d’imatges com de veu, responen a la tipologia dels anomenats senyals alterns.

Els senyals alterns són magnituds elèctriques que varien el seu nivell de tensió en funció d’un temps anomenat període d’oscil·lació.

En la figura1.1, podem veure tots els paràmetres relacionats en funció del temps en aquests tipus de senyals.

Per tal de fer aquest estudi, prendrem com a model un senyal altern que respon a la funció sinus, conegut amb el nom de senyal sinusoïdal.

F i g u r a 1 . 1 .Paràmetres dels senyals alterns en funció del temps

El cicle o període és el temps que tarda a tenir lloc una oscil·lació completa.

Es representa per la lletra T i es mesura en segons (s). La freqüència és el nombre de cicles que es produeixen durant 1 segon de temps. Es representa per la lletra f i es mesura en hertzs (Hz).

(11)

Val a dir que, pel que fa als senyals de ràdio, treballarem més amb els seus múltiples: kilohertz (kHz =103Hz), megahertz (MHz = 106) i gigahertz (GHz = 109Hz).

De la definició de freqüència es dedueix que un senyal té una freqüència d’1 Hz quan durant el temps d’1 s produeix una única oscil·lació.

Per tal de calcular la freqüència d’oscil·lació de qualsevol senyal, conegut el seu període, s’utilitza la fórmula següent:

f = T1

en què la freqüència ens donarà hertzs (Hz) sempre que el temps de període estigui expressat en segons (s).

Representació gràfica dels valors Vp, Vpp i V

Altres paràmetres importants que defineixen les ones alternes són els següents:

• Valor de pic (Vp). És el valor màxim a què pot arribar un semicicle o semiperíode. Per definir aquest valor s’utilitzen les sigles Vp. Les seves unitats estaran en funció de la magnitud elèctrica considerada (V, A...).

• Valor de pic a pic (Vpp). És el valor que hi ha entre els dos valors de pic (+Vp i -Vp). Per definir aquest valor s’utilitzen les sigles Vpp, de tal manera que Vpp = 2Vp. Les seves unitats estaran en funció de la magnitud elèctrica considerada (V, A...).

• Valor eficaç (V). És el valor que té un corrent continu que, aplicat en una resistència, produeix la mateixa dissipació de potència que el corrent altern motiu d’estudi. Es designa per una lletra sense subíndex, i les seves unitats estaran en funció de la magnitud elèctrica considerada (V, A...).

• Longitud d’ona (λ). És la distància expressada en metres que mesura una oscil·lació completa.

La longitud d’ona, juntament amb la freqüència, és la més important i la més utilitzada en les transmissions per ràdio.

A diferència de la freqüència, que és una representació del senyal sinusoïdal en funció del temps, en aquest cas fem una representació en funció de la distància prenent com a unitat de mesura el metre (m).

Aquesta representació és possible si tenim en compte que les ones electromagnè- tiques es desplacen a una velocitat constant, concretament a 300.000 km/s. Això vol dir que un senyal altern, durant el temps de període, haurà recorregut una certa distància a comptar des de l’instant en què es forma fins a l’instant en què acaba. Aquest valor de distància és el que es coneix com a longitud d’ona (λ). A continuació, i amb l’ajuda de la figura1.2, aclarirem aquest concepte.

Una oscil·lació completa tarda a produir-se un temps igual que el valor del període T.

(12)

El temps de període T és el temps que tarda a produir-se una oscil·lació completa.

Unitats de mesura Recordeu que, per obtenir la longitud d’ona en metres, tots els termes de la fórmula han d’estar expressats en la mateixa unitat;

per aquest motiu, si posem la velocitat de la llum en metres per segon, la freqüència ha de ser en hertzs.

F i g u r a 1 . 2 .Representació de la longitud d’ona

A fi de trobar una relació entre el valor de freqüència d’un senyal altern i de la seva longitud d’ona utilitzarem el raonament següent: gràcies a la física, sabem que un objecte en moviment a una determinada velocitat recorre un cert espai en un cert temps.

e = v × t en què:

• e = espai (metres)

• v = velocitat (metres/segon)

• t = temps (segons)

La fórmula equivalent per als senyals alterns és:

λ = c × T en què:

• λ = longitud d’ona (metres),

• c = velocitat de la llum (300.000.000 m/s),

• T = període del senyal altern (segons).

Atès que el nostre objectiu és posar la longitud d’ona en funció de la freqüència f i no del període T, i atès que

f = T1 ⇒ T = 1f

en la fórmula de la longitud d’ona, podem substituir el període T per la seva fórmula equivalent, i l’expressió ens quedaria finalment de la manera següent:

λ = fc

(13)

Exemple de càlcul de longitud d’ona

Calculeu el valor de la longitud d’ona d’un senyal sinusoïdal de 400 MHz.

Per solucionar aquest exercici, apliquem la fórmula de la longitud d’ona:

λ =fc =300.000.000m/s

400.000.000Hz = 3m/s4Hz = 0, 75m λ = 75cm

1.2 Sistemes de radiodifusió dels senyals de ràdio i televisió

Per poder efectuar una transmissió a distància per qualsevol mitjà, es necessiten una sèrie d’elements físics que permetin que la informació es transmeti d’un punt a l’altre, i una manera de codificar la informació perquè tant el punt emissor com el punt receptor puguin entendre el missatge transmès.

En la figura 1.3, podeu veure un diagrama en què es basa qualsevol sistema de transmissió.

F i g u r a 1 . 3 .Diagrama de funcionament d’un sistema de transmissió

Per tal d’entendre el funcionament del diagrama de la figura 1.3, l’aplicarem al sistema de transmissió que utilitzem per comunicar-nos entre nosaltres amb l’ajuda de la parla.

F i g u r a 1 . 4 .Procés de transmissió de la veu humana

(14)

En aquest cas, segons podem apreciar en la figura1.4, tenim el següent:

• L’emissor és una persona que fa ús del seu sistema vocal.

• El receptor és una altra persona que fa ús del seu sistema auditiu.

• El canal és l’aire, ja que les ones sonores que som capaços de generar amb el nostre sistema vocal són ones de pressió sonora.

• El missatge és allò que l’emissor explica al receptor.

• I, per acabar, el codi de la transmissió és l’idioma que estem utilitzant per tal d’emetre el missatge.

Perquè la comunicació sigui fluida i el missatge, a més d’arribar, sigui interpretat correctament, és obvi que s’han de complir totes les condicions que s’han plantejat anteriorment. Només que una de les condicions no es compleixi, la transmissió no serà efectiva.

Aquest sistema general és vàlid per fer qualsevol tipus de transmissió d’informació.

Les úniques coses que canviaran seran el tipus de senyal utilitzat per transmetre el missatge, el tipus de canal o el tipus de codi. La transmissió serà efectiva sempre que tant emissor com receptor utilitzin el mateix tipus de sistema.

1.2.1 La transmissió per ràdio dels senyals de televisió

En l’actualitat, les transmissions d’informació per ràdio, tant si són de veu, com d’imatge o de dades, es poden fer per dos sistemes: les conegudes com a transmissions terrestres i les transmissions per satèl·lit.

1. Les transmissions de ràdio anomenades terrestres són les que es duen a terme utilitzant sistemes tècnics situats sobre la superfície de la Terra; és a dir, que tots els sistemes transmissors, receptors i elements auxiliars estan físicament fixats directament o indirectament a la superfície terrestre, inde- pendentment de la tecnologia utilitzada i del tipus d’informació transmesa.

2. Les transmissions de ràdio anomenades per satèl·lit són les que es fan utilit- zant sistemes tècnics que envien informació a un satèl·lit de comunicacions situat a l’espai exterior, amb la finalitat de propagar el senyal que s’ha de transmetre a distàncies molt grans, independentment de la tecnologia utilitzada i del tipus d’informació transmesa.

Transmissions de ràdio terrestres i per satèl·lit

Són transmissions de ràdio terrestres les que efectuen les emissores nacionals i autonòmiques de ràdio i televisió amb la finalitat de donar servei a tota la seva àrea d’influència.

Són transmissions de ràdio per satèl·lit les que necessiten una antena parabòlica per rebre els senyals de ràdio.

(15)

Altres sistemes de transmissió no utilitzen senyals de ràdio per propagar el senyal de televisió, ja que utilitzen el cable com a mitjà de transmissió. Aquests sistemes s’anomenen de telecomunicacions per cable.

1.2.2 Transmissions per ràdio terrestre

A fi d’entendre com es fa una transmissió per ràdio terrestre de senyals de televisió, comentarem el diagrama de blocs representat en la figura1.5, que correspon a l’aplicació per a aquesta tecnologia del diagrama general de transmissió.

F i g u r a 1 . 5 .Diagrama de blocs d’un transmissor de televisió

En aquest esquema, podem apreciar dos elements nous que no apareixen en el diagrama general: el transductor d’imatge i el transductor de so. Aquests elements són necessaris tenint en compte el tipus de tecnologia utilitzada. A continuació, explicarem la funció de cada mòdul i farem un seguiment de tot el procés de la transmissió.

El transductor d’imatge de la part de l’emissor transforma la llum captada pel dispositiu en electricitat.

Podem dir el mateix del transductor de so, però, aquesta vegada, fent referència a les ones de pressió acústica i no a la llum.

Procés de transmissió d’emissions de ràdio terrestre

El transductor d’imatge (càmera de vídeo) transforma la llum reflectida per la imatge que volem transmetre en un senyal elèctric altern proporcional conegut amb el nom de senyal de vídeo.

La part del so segueix un procés similar al de la imatge. El transductor de so, que en aquest cas és un micròfon, transforma les ones de pressió sonora en un senyal elèctric altern proporcional conegut amb el nom de senyal d’àudio.

El circuit de codificació transforma aquests senyals i els adapta en funció del format de transmissió utilitzat.

Transductors

Els transductors són elements que transformen una magnitud física en una altra, com, per exemple, un sensor de temperatura que és capaç de transformar la variació de temperatura en variació de tensió elèctrica.

Funció dels transductors A la part del receptor, la funció del transductor és la inversa que en la part de l’emissor, amb la finalitat de reproduir el missatge original; per tant, són dispositius diferents.

En TV analògica, la codificació del senyal de vídeo segueix la norma PAL G. En el cas de TV digital terrestre, segueix la norma DVB-T.

(16)

El procés de recepció té lloc íntegrament en l’interior del televisor.

A fi de reforçar la comprensió dels conceptes de transmissió i recepció terrestre, consulteu la secció

“Annexos” del web del mòdul. Utilitzeu l’activitat interactiva “Estudi per blocs d’una transmissió de televisió terrestre”.

A causa de la seva baixa freqüència, el senyal de vídeo i so codificat no és apte per ser transmès per ràdio; per això, la tècnica que s’utilitza és la coneguda com a modulació. La modulació consisteix bàsicament a utilitzar una ona d’una freqüència prou alta perquè sigui apta per a la transmissió per ràdio.

Després d’amplificar-les convenientment, les ones resultants de la modulació són radiades a l’ambient en forma de camps electromagnètics amb l’ajuda de l’antena transmissora. Aquest senyal es coneix amb el nom de senyal de radiofreqüència o RF.

Procés de recepció d’emissions de ràdio terrestre

El procés que se segueix en la recepció fa la funció inversa que en la transmissió, amb la finalitat d’obtenir la informació original. Per entendre-ho, comentarem el diagrama de blocs de la figura1.6.

F i g u r a 1 . 6 .Diagrama de blocs d’un receptor de televisió

El senyal de radiofreqüència arriba a l’antena receptora en forma de camps elec- tromagnètics, i aquesta el transforma en senyals elèctrics. L’etapa de sintonització i desmodulació s’encarrega de seleccionar un dels canals que està rebent l’antena, que podrem processar posteriorment.

En una primera fase, el circuit de descodificació fa el procés invers efectuat en l’emissió, i se separen els components de vídeo i àudio. Una vegada amplificats i adequada la informació elèctrica referent a la imatge, s’aplica al transductor d’imatge corresponent (pantalla), que el transforma en una reproducció de la imatge original. De manera semblant, el senyal elèctric associat al so s’aplica a l’element transductor, que en aquest cas serà un altaveu que reproduirà el so original.

(17)

En el procés de transmissió d’emissions de ràdio terrestre podem identificar totes les parts del sistema general, tal com segueix:

• Emissor (la càmera de vídeo i el micròfon).

• Receptor (la pantalla de televisió i l’altaveu).

• Canal (els camps electromagnètics).

• Missatge (l’escena que cal transmetre).

• Codi (el sistema de modulació i codificació utilitzat).

1.2.3 Procés de transmissió d’emissions de ràdio per satèl·lit

Com podem veure en la figura1.7, la part del transmissor i del receptor treballen segons el mateix procés que el de transmissió d’emissions de ràdio terrestre.

La diferència rau en la propagació del senyal de radiofreqüència que, mitjançant els sistemes adequats, no s’envia en direcció a l’antena receptora, sinó a un satèl·lit de comunicacions situat en una òrbita geostacionària situada a 36.000 km de la Terra. Aquest satèl·lit rep el senyal per un canal de ràdio anomenat enllaç ascendent, l’amplifica i el torna a transmetre a la Terra per un canal de ràdio anomenat enllaç descendent, amb la finalitat de salvar distàncies de transmissió que, d’una altra manera, seria molt costosa o impossible.

F i g u r a 1 . 7 .Diagrama de blocs d’una transmissió per satèl·lit

El transponedor és l’aparell del satèl·lit que s’encarrega de rebre l’enllaç ascendent i de generar l’enllaç descendent. L’enllaç ascendent funciona amb una freqüència de 14 GHz, i el descendent, amb una freqüència de 12 GHz.

Per tal de reforçar la comprensió dels conceptes de transmissió i recepció per satèl·lit, vegeu la secció “Annexos”

del web del mòdul.

(18)

Antenes La mida de les antenes es calcula

a partir de la longitud d’ona dels senyals que s’han de transmetre.

No oblidem que, com més gran sigui la freqüència, més petita serà longitud d’ona. Treballar amb la transmissió amb senyals de baixa freqüència donaria com a resultat haver d’utilitzar unes antenes immenses i, per tant, aquest sistema no seria viable.

Les ones portadores de cada canal de TV terrestre estan separades 8 MHz perquè no hi hagi interferències entre elles.

Senyals analògics Són els que poden arribar a tenir

infinits valors diferents dins la magnitud que representin. Com a exemple de senyal analògic, ens podem fixar en un regulador d’intensitat d’una bombeta: si el variem, podem obtenir diferents valors lumínics. En canvi, si en volem variar la intensitat amb un interruptor, solament obtindrem encès o apagat, que serien valors digitals.

1.3 Sistemes de modulació

Els sistemes de transmissió utilitzen la tecnologia de la modulació, però, per què és necessari modular?

La mida de les antenes té molt a veure amb el valor de la freqüència del senyal que volem transmetre, i com que el senyal d’informació que volem enviar (siguin dades, so, imatge, etc.) mai no té el valor de freqüència apte per ser transmès, no pot arribar al seu destí per ell sol. Necessita un suport en forma d’ones electromagnètiques que, per les seves característiques de freqüència, siguin capaces de propagar-se a una certa distància mitjançant una antena i de ser rebudes pel sistema receptor.

Les ones electromagnètiques es desplacen per l’espai a la velocitat de la llum. Els sistemes de transmissió de ràdio s’aprofiten per enviar informació a certa distància i sense fils. Això és possible gràcies a la tècnica de modulació.

La modulació consisteix a utilitzar una ona d’una freqüència prou alta perquè sigui apta per a la transmissió per ràdio, que s’utilitza com a mitjà de transport, en què es “puja” o modula el senyal de vídeo que volem transmetre.

Aquest senyal es genera amb l’ajuda d’un oscil·lador, de manera local, en el transmissor, i es coneix amb el nom d’ona portadora. El dispositiu que fa aquesta funció es coneix amb el nom de modulador.

El senyal que surt del modulador es coneix amb el nom d’ona modulada, que és formada per l’ona portadora i el senyal d’informació que es vol transmetre, que es coneix amb el nom d’ona moduladora, que en aquest cas és el senyal de vídeo.

Les bases del funcionament dels sistemes de modulació utilitzats actualment seran diferents segons els tipus de sistema de transmissió de senyals de ràdio i televisió.

En funció de les característiques del senyal de televisió o de ràdio que es modula, es poden diferenciar dos tipus de modulació:

• Modulació analògica.

• Modulació digital.

La figura1.8compara aquests dos tipus de modulació, tots dos d’amplitud. En tots dos casos, el senyal d’alta freqüència de l’ona portadora és analògic. En canvi, la informació (ona moduladora) és analògica en el cas dels sistemes de transmissió analògics (figura 1.8.a) i digital en el cas dels sistemes de transmissió digitals (figura1.8.b).

(19)

F i g u r a 1 . 8 .Tipus de modulacions

1.3.1 Sistemes de modulació analògics

En les modulacions analògiques, el senyal de l’ona moduladora és un senyal analògic, que modifica les característiques de l’ona portadora que la modula.

Actualment, en emissions de senyals de televisió i ràdio analògics, els sistemes de modulació que s’utilitzen es basen a modificar l’amplitud o la freqüència de l’ona portadora, però també hi ha modulacions que en modifiquen la fase.

Modificar l’amplitud de la portadora

La tècnica de modificar l’amplitud de l’ona portadora es coneix amb el nom de modulació AM (amplitud modulada).

Com podem apreciar en la figura 1.9, consisteix a variar l’amplitud de l’ona portadora en funció del valor que aquesta pren.

F i g u r a 1 . 9 . Amplitud modulada AM

Els sistemes de modulació analògica estan obsolets i avui dia ja no s’utilitzen, però durant dècades i fins a l’any 2010 encara era el sistema de TV utilitzat al nostre país.

(20)

Oscil·lograma L’oscil·lograma és la representació gràfica que es pot obtenir d’un senyal elèctric altern quan es mesura amb l’ajuda d’un instrument de laboratori anomenat oscil·loscopi.

Per tal de reforçar la comprensió dels conceptes de modulació de televisió, vegeu la secció “Annexos” del web del mòdul.

F i g u r a 1 . 1 0 .Oscil·lograma real d’una modulació de vídeo en AM

Exemple de modulació analògica en AM

La imatge de la figura1.10mostra el senyal modulat d’una emissió analògica de televisió consistent en una imatge en què apareixen 8 barres verticals amb diferents nivells de gris (de blanc a negre).

El primer senyal correspon a la moduladora (senyal de vídeo), mentre que el segon és la portadora modulada en amplitud (AM) que serà radiada pel centre emissor.

Es pot apreciar que l’amplitud de la portadora depèn del nivell de vídeo en una relació inversa. És a dir, com més baixa és la tensió de vídeo, més gran és l’amplitud de la portadora modulada. Això és així perquè en TV s’utilitza la tècnica de la modulació negativa.

Oscil·loscopi

La part més baixa del senyal de vídeo correspon a l’anomenat impuls de sincronis- me horitzontal, i és el que permet que el receptor de televisió quedi sincronitzat amb l’estació emissora. L’amplitud de la portadora modulada és màxima durant aquest impuls.

Aquest sistema de modulació s’utilitzava en televisió terrestre analògica fins fa poc temps. Cada canal ocupava un espai d’espectre electromagnètic d’aproxima- dament 8 MHz. Un altre servei que emprava aquest tipus de modulació era el de ràdio en ona mitjana (ràdio AM).

En la modulació d’amplitud (AM), els paràsits d’origen elèctric (motors, vehicles amb bugies, electrodomèstics, etc.) i els d’origen atmosfèric (descàrregues de llamps) poden alterar la recepció del senyal i provocar l’aparició de punts blancs en la imatge. El grau d’immunitat es considera baix.

Modificar la freqüència de la portadora

Aquesta tècnica es coneix amb el nom de modulació FM (freqüència modulada).

(21)

Com podem apreciar en la figura1.11i figura1.12, la modulació FM consisteix a variar la freqüència de l’ona portadora en funció del valor que pren l’ona moduladora.

F i g u r a 1 . 1 1 .Modulació FM

F i g u r a 1 . 1 2 .Oscil·lograma d’una modulació FM

Aquesta imatge podria correspondre a l’ona moduladora i modulada de so, en una transmissió de ràdio FM o bé a una transmissió de TV per satèl·lit.

Televisió analògica des de satèl·lit

La modulació en FM és el mètode de modulació analògica que s’utilitza en la televisió des de satèl·lit. Actualment, el seu ús està en notable davallada davant dels sistemes digitals. Cada canal ocupa entre 20 MHz i 30 MHz (segons la qualitat que es vulgui).

Això el converteix en un dels sistemes de modulació més atractius pel que fa a ocupació d’espectre, i es qualifica de notablement gran.

En els sistemes de modulació de freqüència (FM), la immunitat davant els paràsits és alta, i la recepció correcta només és pertorbada per episodis de forta densitat de vapor d’aigua (pluja), ja que els senyals de microones emprats en la transmissió des dels satèl·lits són fortament atenuats i fan aparèixer, en la pantalla, una estesa de punts blancs i negres anomenats pixis.

La modulació en freqüència En el cas del so, permet tenir millor qualitat i so estèreo. En el cas de transmissions analògiques per satèl·lit, la imatge també està modulada en FM, ja que aquesta modulació proporciona un alt grau d’immunitat al soroll.

(22)

La fase Els senyals alterns poden tenir diverses formes de representació.

Si representem el seu nivell en funció d’una escala de temps, en podem expressar la freqüència i el període; si les representem en funció de la distància, en podem expressar la longitud d’ona, i si les representem en una escala de graus, en podem expressar la fase. Un període complet equival a 360°.

El nivell de senyal es mesura en una unitat anomenada dBµV.

Modificar la fase de la portadora

Una altra tècnica de modulació és l’anomenada modulació de fase o modulació PM (fase modulada). En aquest cas, la modulació consisteix a variar la fase de l’ona portadora en funció del valor que pren l’ona moduladora.

En els sistemes analògics de radiodifusió comercial no s’utilitza aquesta tècnica.

1.3.2 Mesura de la qualitat de les modulacions analògiques

Els dos paràmetres fonamentals que ens indiquen la qualitat d’un senyal analògic són el seu nivell de senyal i la relació S/N i la relació C/N.

Nivell de senyal d’un canal analògic

El nivell de senyal és la potència rebuda d’un canal de TV.

F i g u r a 1 . 1 3

Espectre d’un canal de TV analògic

El nivell de senyal d’un canal analògic és fàcil d’avaluar, ja que la part més gran de potència es concentra en les seves portadores. En aquest cas, el nivell de la portadora de vídeo coincideix amb el valor de potència de tot el canal de TV.

Com més gran sigui el nivell de senyal associat a un canal de ràdio o televisió, lògicament en millors condicions es rebrà aquest canal.

(23)

Relació C/N

El soroll és una part del senyal indesitjable que sempre acompanya el senyal útil i que empitjora la qualitat d’una comunicació.

La qualitat d’una comunicació depèn del senyal útil que arriba al receptor, però també del senyal de soroll que l’acompanya, ja que com més soroll es rebi, més fàcil és emmascarar la informació útil.

Per avaluar com afecta aquest soroll la comunicació s’utilitzen dos termes:

F i g u r a 1 . 1 4

Soroll

• Relació S/N. Aquest nom ve del terme anglès signal noise, que traduït al català vol dir ‘relació senyal-soroll’ i que ens indica la diferència d’amplitud entre el senyal que es vol rebre i el nivell de soroll que l’acompanya. Com més alt sigui el valor de la relació S/N, més qualitat tindrà la imatge. Aquest paràmetre s’avalua una vegada el senyal és desmodulat.

• Relació C/N. Una altra manera de mesurar la qualitat d’una comunicació és l’anomenada relació portadora de senyal-soroll (C/N), definida com la relació entre la potència útil rebuda del senyal sense desmodular i la potència de soroll que l’acompanya.

1.3.3 Sistemes de modulació digitals

En les modulacions digitals, el senyal de l’ona moduladora és un flux de bits que modifica les característiques de l’ona portadora que la modula.

El bit

En electrònica digital, el bit es considera la unitat mínima d’informació. S’acostumen a utilitzar els múltiples següents:

• kilobit (kb) = 1.000 bits.

• Megabit (Mb) = 1.000.000 bits.

• Gigabit (Gb) = 1.000.000.000 bits.

(24)

El principi de funcionament és molt semblant a les modulacions analògiques, però en aquest cas la informació que s’ha de transmetre és digital. Els tipus de modulacions digitals bàsiques són les següents:

• ASK (amplitude-shift keying). L’amplitud de l’ona modulada depèn del valor del bit de l’ona moduladora (figura1.15.a).

• FSK (frequency-shift keying). La freqüència de l’ona modulada depèn del valor del bit de l’ona moduladora (figura1.15.b).

• PSK (phase-shift keying). La fase del senyal de l’ona modulada depèn del valor del bit de l’ona moduladora (figura1.15.c).

F i g u r a 1 . 1 5 .Modulacions digitals bàsiques

En aquest tipus de modulació, el valor d’un bit modifica l’amplitud, la freqüència o la fase del senyal de l’ona portadora. Com que a la pràctica és poc eficient modular amb un únic bit, s’utilitzen les modulacions multinivell, en les quals un grup de bits s’encarrega de modificar l’ona del senyal portador.

(25)

Estàndards de TV digital

L’any 1993 es va formar el grup de treball anomenat Digital Video Broadcasting (DVB), que tenia com a objectiu la definició d’un sistema de televisió digital per a la difusió via satèl·lit, per cable i terrestre.

Aquest grup va adoptar l’estàndard MPEG-2 com a estàndard de compressió digital i va crear un conjunt d’estàndards anomenats DVB, que, entre d’altres, defineixen l’adaptació del senyal digital MPEG-2 a diferents canals de transmissió, i defineixen, entre altres característiques, el tipus de modulació que cal utilitzar en cada cas.

D’aquesta manera, s’han definit els estàndards següents:

• DVB-S. Estàndard que estableix les característiques dels sistemes de trans- missió de TV per satèl·lit. La modulació que s’utilitza en la transmissió via satèl·lit s’anomena modulació QPSK, que té en compte la gran atenuació del mitjà de transmissió, la limitació en potència del satèl·lit de comunicacions i el soroll atmosfèric que contamina el senyal. L’inconvenient d’aquesta modulació és la gran amplada de banda que necessita, típicament de 32 MHz.

• DVB-C. Estàndard que estableix les característiques dels sistemes de trans- missió de TV per cable. Utilitza una modulació anomenada QAM. Aquesta modulació és poc immune a les interferències, però en canvi és molt eficient, ja que el senyal modulat ocupa poca amplada de banda, típicament de 8 MHz. Per això, s’utilitza un mitjà de transmissió, com ara el cable coaxial, que és força immune a les interferències.

• DVB-T. Estàndard que estableix les característiques dels sistemes de trans- missió de TV terrestre. La modulació utilitzada s’anomena modulació COFDM, i té en compte el problema més greu en la transmissió terrestre, que és l’efecte multitrajecte del senyal. Els canals de radiofreqüència de la televisió digital ocupen la mateixa amplada de banda que els canals utilitzats per la televisió analògica, és a dir, de 8 MHz.

1.3.4 Modulacions digitals multinivell

Els tres tipus bàsics de modulacions multinivell utilitzats en els sistemes de transmissió del senyal de TV digital són:

• QPSK.

• QAM.

• COFDM.

Les modulacions digitals Les diferents modulacions digitals utilitzades depenen de les característiques dels sistemes de transmissió de TV (terrestre, per satèl·lit o per cable) i satisfan els requeriments del mitjà de transmissió particular per al qual han estat dissenyats.

(26)

QPSK és la sigla de Quadrature Phase Shift Keying.

Per tal de reforçar la comprensió del concepte de modulació QPSK, consulteu l’animació

“Modulació PSK”, que trobareu en la secció

“Annexos” del web del mòdul.

Múltiplex digital:

Una de les característiques dels canals de TV digitals és que en un mateix canal radioelèctric es transmeten múltiples programes.

Típicament, són vuit, en el cas de TV per satèl·lit, i quatre, en el cas de TV terrestre.

Combinacions de bits En tecnologia digital, si tenim 6 bits i cada bit pot tenir dos estats diferents, 1 i 0, en total podrem fer 26 combinacions diferents de 6 bits, la qual cosa dóna com a resultat 64 combinacions de 6 bits.

La constel·lació digital És una representació gràfica de

la taula que defineix les característiques de la modulació digital utilitzada. Cada punt representa una de les combinacions de bits que es poden fer amb el nombre de bits de què es disposa.

QPSK

La modulació QPSK és una modulació digital en què s’emeten 2 bits simultàni- ament que permeten quatre estats diferents de la fase del senyal portador.

La taula1.1mostra una relació entre la combinació de 2 bits i la fase corresponent, i en la figura1.16.a es mostra la representació gràfica d’aquesta relació.

Tau l a 1 . 1 .Exemple de modulació PSK amb 2 bits de dades

Combinació de bits Fase portadora

Baix (0) Baix (0) 45º

Baix (1) Alt (0) 135º

Alt (1) Baix (1) 225º

Alt (0) Alt (1) 315º

S’empra en la transmissió de televisió per satèl·lit i permet que, en l’espai que ocupava un canal analògic (FM), ara hi puguin anar un mínim de cinc programes de TV i fins a un màxim de vuit. Això qualifica la seva ocupació d’espectre com a petita.

El grau d’immunitat enfront dels paràsits es considera molt alt. La causa és que les variacions de fase són més difícils de ser anul·lades pels impulsos pertorbadors, tot i que el fenomen d’absorció per part del vapor d’aigua també en pot alterar la recepció.

F i g u r a 1 . 1 6 .Constel·lacions digitals

QAM

La modulació QAM és una barreja de modulació de fase i amplitud que en el cas més favorable permet que s’emetin fins a 6 bits d’una manera simultània. Això dóna lloc a l’establiment de 64 estats possibles, combinats amb diferents amplituds i angles de fase. El gràfic que relaciona aquest dos paràmetres rep el nom de constel·lació digital, i és el que es presenta en la figura 1.16.b Els punts que hi apareixen representen els 64 nivells corresponents a cada combinació de 6 bits enviats.

Aquesta alta densitat d’informació té l’avantatge d’ocupar molt poc espai radioe- lèctric (amplada de banda molt petita), però, en contrapartida, és molt vulnerable

(27)

als episodis pertorbadors. Per això es qualifica de molt baixa pel que fa a la immunitat enfront dels paràsits. Aquesta circumstància fa que el seu ús estigui restringit a un mitjà molt protegit, com és la distribució de televisió per cable coaxial.

Exemple de modulació QAM amb 3 bits

La taula1.2ens mostra la relació entre la informació digital i les variables amplada i fase del senyal portador.

Tau l a 1 . 2 .Exemple de modulació QAM

Entrada binària Sortida 8QAM

Q I C Amplada Fase

0 0 0 0,765 V -135º

0 0 1 1,848 V -135º

0 1 0 0,765 V -45º

0 1 1 1,848 V -45º

1 0 0 0,765 V +135º

1 0 1 1,848 V +135º

1 1 0 0,765 V +45º

1 1 1 1,848 V +45º

Combinacions de bits

Les columnes Q, I i C representen les vuit combinacions que podem tenir amb 3 bits, i la sortida 8QAM, els valors que prendrà l’ona modulada per cada combinació d’entrada, com es mostra en la figura1.17.

F i g u r a 1 . 1 7 .Modulació QAM de 3 bits coneguda com a 8QAM

COFDM

La modulació COFDM és un sistema de modulació molt més complex que fa servir un gran nombre de portadores (típicament, 8.000), amb poca separació entre elles i modulades cada una amb una fracció del total de dades binàries. Això fa que la velocitat binària de cada una sigui molt baixa i que els seus espectres individuals no se sobreposin els uns amb els altres (freqüències ortogonals).

La modulació QAM La modulació QAM és una modulació combinada d’amplitud i fase que s’empra en transmissió de senyal de televisió digital per cable. Tot i que fa servir una portadora, aquesta no és radiada a l’espai, sinó que és confinada a l’interior del cable coaxial que transporta el senyal.

COFDM és la sigla de coded ortogonal frequency division multiplexing.

(28)

El descodificador de televisió Es tracta del dispositiu que s’encarrega de desmodular el senyal digital i de desfer la trama MPEG-2 amb la finalitat de poder presentar la informació original que es volia transmetre.

Nivell de senyal d’un canal digital En les modulacions digitals no hi

ha una portadora que concentra la major part de la potència del senyal, ja que l’espectre es reparteix de manera uniforme per tota l’amplada de banda del canal. Per això, quan parlem del nivell de senyal d’un canal digital ens referirem al nivell de senyal mesurat en tota la seva amplada de banda. És important, doncs, utilitzar un equip que estigui preparat per fer mesures digitals.

L’ús principal de la modulació COFDM és la difusió de senyals de televisió per ona terrestre, que ha substituït progressivament l’espai dels emissors de TV en AM tradicionals. El seu gran avantatge és la poca ocupació d’espectre, ja que en l’espai necessari per a un canal analògic en AM, ara hi cap un canal digital amb prop de quatre programes que conviuen amb dades digitals portadores d’emissions de ràdio d’alta qualitat. Per això es qualifica de petita quant a l’ocupació d’espectre.

Aquest tipus de modulació també és la base dels sistemes digitals de ràdio (DAB).

El fet d’emprar múltiples portadores simultànies el fa molt resistent als paràsits, ja que aquests difícilment poden interferir en moltes freqüències en el mateix instant; en conseqüència, la pèrdua d’informació (bits erronis) en una de les moltes portadores representa un percentatge d’error petit i pot ser acceptable per al descodificador. Rep, per tant, el qualificatiu d’alta immunitat.

1.3.5 Mesura de la qualitat del senyal digital

Els dos paràmetres principals que ens permeten avaluar la qualitat dels senyals digitals són el nivell de senyal i el BER.

Nivell de senyal

El nivell de senyal és la potència associada al canal de TV.

La principal diferència entre els canals digitals i els canals analògics rau en el fet que, en les modulacions digitals, el nivell de senyal es refereix al valor de la potència en tota l’amplada de banda del canal, que en TV terrestre és d’uns 8 MHz.

F i g u r a 1 . 1 8

Espectre d’un canal de TV terrestre digital

(29)

BER

Encara que en els sistemes de transmissió digital també es pot utilitzar el paràmetre C/N per avaluar com afecta el soroll a la transmissió, el principal que s’utilitza per mesurar la qualitat del senyal digital consisteix a valorar un paràmetre que rep el nom de BER (bit error rate, taxa d’error de bits).

En els sistemes de modulació digital, el BER consisteix a fer un recompte de bits rebuts incorrectament (bit error) per cada milió de bits enviats per l’emissor.

Per a una recepció correcta, aquest BER no ha de ser inferior a uns barems establerts. Els aparells de mesura necessaris ja efectuen aquestes operacions automàticament i presenten els resultats a l’usuari d’una manera gràfica i fàcilment estimativa.

Com passa amb els sistemes digitals (QPSK, QAM, COFDM), és necessària la utilització d’aparells especialitzats que permeten valorar el bit error rate per certificar una instal·lació com a vàlida i rebre correctament el senyal de la televisió digital terrestre (TDT).

1.3.6 Modulacions emprades en transmissió de ràdio i televisió La taula 1.3 és un resum dels diferents tipus de modulacions emprats en els diversos sistemes de transmissió de senyals de televisió.

Tau l a 1 . 3 .Tipus de modulacions dels diferents sistemes de transmissió de senyals de televisió

Tipus de servei Tipus de modulació Observacions

Televisió analògica terrestre AM Amb modificacions per limitar l’amplada de banda ocupada

Televisió digital terrestre COFDM Modulació especial amb moltes portadores simultànies Televisió analògica per satèl·lit FM Modulació de freqüència

Televisió digital per satèl·lit QPSK Modulació digital combinada de fase i amplitud

Televisió digital per cable 64QAM Modulació digital combinada de fase i amplitud

Ràdio FM FM Modulació de freqüència

Ràdio digital terrestre (DAB) COFDM Modulació especial amb moltes portadores simultànies

La taula1.4resumeix les principals virtuts i els principals defectes dels sistemes de modulació de televisió emprats en cada mitjà de transmissió (terrestre, per satèl·lit i per cable).

El BER (bit error rate) és la taxa d’errors de bit.

(30)

Canal múltiple digital o múltiplex digital Cadascun dels canals radioelèctrics de TV transporta diferents programes de TV i de ràdio, depenent de la qualitat volguda, a més d’altres dades, com ara la guia electrònica de programes. Típicament, un canal TDT transporta quatre programes de TV, mentre que un canal de TV per satèl·lit en transporta vuit.

Tau l a 1 . 4 .Virtuts i defectes dels sistemes de modulació de televisió

Tecnologia Analògic Digital

Mètode de modulació

AM FM QPSK QAM COFDM

Mitjà de transmissió

Ona terrestre Via satèl·lit Via satèl·lit Cable coaxial Ona terrestre

Amplada de banda ocupada per canal

8 MHz 27-32 MHz 32 MHz 8 MHz 8 MHz

Immunitat als sorolls elèctrics

Baixa Alta Molt alta Molt baixa Alta

Mesura de qualitat

Relació C/N Relació C/N BER BER BER

1.4 Sistemes digitals de transmissió del senyal de TV

Actualment, els principals serveis de radiodifusió utilitzen la tecnologia digital.

Des de l’any 2010, per exemple, ja no existeixen transmissions analògiques de TV terrestre. La resta dels serveis, com ara la TV digital per satèl·lit, va substituint a poc a poc les emissions analògiques. El mateix succeeix en els sistemes de transmissió per cable.

El servei analògic que sobreviu a aquest fenomen és la ràdio en FM, que difícilment serà substituïda per la ràdio digital DAB a causa del poc èxit que ha tingut aquest servei entre els usuaris.

1.4.1 Avantatges de la televisió digital

A més d’una millor qualitat d’imatge i so, la utilització de la tecnologia digital en la transmissió del senyal de TV comporta múltiples avantatges, d’entre els quals destaquen els següents:

• Les tècniques de transmissió digital fan un ús més eficient de l’espectre radioelèctric, de manera que permet augmentar el nombre de programes transmesos en la mateixa amplada de banda. Cadascun dels canals radioe- lèctrics és un canal múltiple digital o múltiplex digital.

• No cal utilitzar una banda de guarda gran entre canals adjacents per evitar interferències, com ocorre en el cas de la televisió analògica.

• El senyal digital és més robust enfront de senyals interferents.

(31)

• Amb el senyal de TV es poden afegir dades addicionals que proporcionen serveis afegits (teletext, guia electrònica de programes, etc.), i hi ha la possibilitat de prestar serveis interactius.

• És possible oferir serveis de pagament.

1.4.2 Explicació gràfica d’una codificació digital de vídeo i so

El diagrama de blocs de la figura 1.19representa els processos que tenen lloc des que surt el senyal elèctric de la càmera de vídeo i del micròfon fins que s’obté un flux de dades digital associat al programa de TV. Aquest flux de dades s’organitza amb unes regles establertes desenvolupades pel grup DVB que van rebre la denominació de MPEG-2.

F i g u r a 1 . 1 9 .Procés de codificació d’un programa de TV

Per transmetre un senyal digital, en primer lloc, cal fer la conversió a senyals digi- tals del senyal analògic original que capturen la càmera i el micròfon. Feta aquesta conversió, ens trobem amb el problema que el nombre de dades digitals obtingudes és exageradament elevat per enviar-les dins un canal televisiu estàndard; llavors, cal aplicar un algoritme compressor per rebaixar radicalment el nombre de dades per trametre.

A les dades associades a la imatge i el so cal afegir-ne d’altres que l’operador del servei de TV introdueix, com ara les associades a la guia electrònica de programes (EPG, electronic program guides). Finalment, tot aquest flux de dades es barreja amb les corresponents a altres programes, ja que un canal de TV digital incorpora un nombre variable de programes.

Així, en el procés de codificació d’un canal de TV digital es poden identificar les etapes següents:

• Conversió analògica digital de vídeo i so.

• Compressió de vídeo i so.

• Multiplexació de dades.

• Multiplexació de programes.

L’estàndard MPEG-2 El grup DVB va adoptar l’estàndard MPEG-2 com a estàndard de compressió digital i va crear un conjunt d’estàndards anomenats DVB que, entre d’altres, defineixen l’adaptació del senyal MPEG-2 a diferents canals de transmissió.

Senyals digitals

Els senyals digitals són senyals elèctrics que només poden tenir dos valors perfectament definits.

Aquests valors s’associen a dos dígits binaris, l’1 i el 0, coneguts amb el nom de bit.

EPG

La guia electrònica de programes (EPG) és una prestació de la televisió digital que incorpora informació de dades de la programació que s’emet per un canal i que l’usuari pot consultar mitjançant una guia en pantalla.

(32)

La imatge en color En televisió, les imatges explorades per la càmera es transformen en un senyal que porta la informació dels colors fonamentals, anomenada crominància, i una altra que porta la informació de la lluminositat, anomenada luminància.

Fonaments del color Barrejant en diferents proporcions els tres colors fonamentals, i aplicant més o menys lluminositat al resultat, es pot obtenir tota la gamma de colors possibles.

Conversió analògica digital de vídeo i so

La conversió analògica digital (A/D) de vídeo consisteix a assignar un codi binari a cada nivell de senyal de vídeo que dóna la càmera.

Són possibles 256 nivells diferents del senyal. El tractament es fa d’una manera simultània als senyals corresponents als tres colors fonamentals (vermell, verd i blau). Els bits obtinguts es fan aparèixer per la sortida, l’un després de l’altre, formant un flux digital. Aquestes operacions es fan d’una manera molt ràpida per no perdre definició de la imatge i generen una velocitat binària (nombre de bits per segon) de prop de 216 Mb/s (1 Mb/s equival a un milió de bits generats cada segon).

De la mateixa manera, per tal de tractar el senyal de so, prèviament cal fer-ne la conversió analògica a digital.

Compressió de vídeo i so

La compressió és absolutament imprescindible per poder transmetre imatges de vídeo per un canal amb una amplada de banda acceptable. Per reduir aquest flux de bits s’utilitza l’estàndard MPEG-2.

Per això, se sotmet el senyal a diversos processos per tal de reduir aquesta velocitat.

Aquí es produeix inevitablement una pèrdua d’informació, si bé es tenen en compte les deficiències pròpies de l’ull humà perquè aquesta pèrdua sigui tolerable.

Així s’eliminen, del flux digital, les zones de la imatge repetides o amb pocs canvis de tonalitat. Amb aquestes estratègies es pot reduir la velocitat binària prop de 15 Mb/s.

L’estàndard escollit per a la compressió de les dades de vídeo és l’anomenat MPEG-2 (motion picture group versió 2). Les sigles pertanyen al grup de recerca internacional que va redactar els procediments de codificació de la imatge. Aquest protocol o conjunt d’algoritmes ha de ser conegut i emprat tant pel sistema emissor com pel programari de l’equip receptor.

Els mètodes de compressió MPEG-2 recorren als procediments generals de compressió de dades, aprofitant entre d’altres les característiques següents:

• La redundància d’informació en àrees uniformes d’una imatge.

• La semblança dels punts propers de la imatge.

• La menor sensibilitat de l’ull als detalls fins de les imatges fixes.

• La semblança que hi ha entre imatges successives en moviment.

• La redundància estadística del senyal: hi ha patrons de bits que es repeteixen d’una manera contínua.

(33)

En paral·lel, es porten a terme els processos de conversió A/D i compressió del senyal de so i s’obté un flux binari de dades molt semblant a l’emprat per gravar i reproduir un CD de música o en digitalitzar un so amb una targeta informàtica.

El procediment emprat en televisió s’anomena musicam. També aquí s’aprofiten les febleses de l’audició humana i s’eliminen, per exemple, els sons simultanis de nivells molt diferents que no pot discernir l’orella. Un exemple d’aquestes tècniques és el protocol MP3, emprat per comprimir els senyals musicals i reduir l’espai de memòria necessari per al seu emmagatzematge i la durada de la transmissió per xarxes informàtiques.

Multiplexació de dades

La televisió digital permet afegir dades corresponents a diferents serveis complementaris que l’usuari final (el teleespectador) podrà activar en el seu receptor.

Exemples clars d’això són la identificació del nom del canal, el teletext, els serveis interactius i els serveis de pagament. Aquestes dades, amb les corresponents a la imatge i al so, s’ajunten ordenadament en paquets d’informació i donen lloc a la trama MPEG-2 completa associada a un programa de TV.

Multiplexació de programes

Un canal digital és format per diferents programes. Això compon el que s’anomena un canal múltiple de televisió o múltiplex digital.

La figura1.20representa d’una manera simplificada el procés que s’utilitza per a la transmissió d’un canal digital.

La informació que prové dels diferents programes es multiplexa per crear un únic flux de bits, que s’anomenen paquets de transport (TS MPEG-2), els quals se sotmeten a un procés de codificació de canal que depèn de la modulació final utilitzada.

Durant la codificació de canal, el senyal se sotmet a un procés d’entrellaçat per augmentar l’eficiència espectral del canal i s’introdueixen sistemes de protecció d’errors i es prepara el senyal per ser modulat.

El flux de bits resultant d’aquesta codificació està preparat per modular-se utilit- zant una modulació digital, com ara COFDM, en el cas de la TV digital terrestre, QPSK, en el cas de la TV digital per satèl·lit, o QAM, en la TV digital per cable.

Serveis interactius Són serveis que ofereixen les operadores de televisió digital, i consisteixen a donar la possibilitat a l’usuari de demanar serveis de programació a la carta, fer tràmits amb l’Administració o executar videojocs, entre d’altres, utilitzant el televisor com a aparell de comunicació.

Figure

Actualización...

Referencias

Actualización...

Related subjects :