Llegó el apagón analógico pero… ¿cómo funciona la TDT?

En estos días en que hablamos por móvil como si fuera lo más normal del mundo, uno pierde la perspectiva de lo complejas que son las comunicaciones digitales, y el elegante trasfondo matemático que tienen… precisamente vinculado a los números complejos y la transformada de Fourier.

En este post veremos algunas de las ingeniosas ideas que permiten esa calidad de vídeo que ciertamente mejora por mucho a la analógica. Y todo esto lo tiene que hacer un receptor de TDT que venden por cuatro duros…

Lo básico: modulación OFDM

En la TV analógica una cadena emitía ocupando un ancho de banda de unos 5Mhz, y cada cadena estaba separada de sus vecinas por 8Mhz. Por ejemplo, el canal llamado 57 en realidad emite en el rango 758-766 MHz, el 58 en 766-774Mhz, etc.

Con la TDT había que reaprovechar esta distribución, ya que el espectro radioeléctrico es un recurso muy preciado y las empresas pagan millonadas en licencias de su uso.
Sin embargo, ahora lo que se manda no es una señal analógica sino un flujo de bits digitales, moduladas usando un invento llamado OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing).

En este esquema, usado también en el ADSL, cada canal se divide a su vez en 6817 subportadoras separadas por tan solo 1116Hz, y el flujo de bits se reparte entre todos estos subcanales a la vez.
Este esquema muestra (muy simplificada) la recepción de esta señal:


De izquierda a derecha:

  • La señal entra de la antena.
  • Se mezcla (multiplica) con un oscilador local que define la frecuencia central del canal que se está sintonizando. El desfase de 90º hace que por la rama de arriba se obtenga la multiplicación por un seno, y abajo por un coseno. Esto se llama demodulación en cuadratura y se puede demostrar que cada rama dará como resultado la parte real e imaginaria de la señal compleja que se está enviando.
  • Lo siguiente son filtros paso bajo para quedarse con la parte de la multiplicación que nos interesa.
  • Los ADC convierten la señal en digital (hasta ahora todo era analógico).
  • El bloque FFT convierte N flujos de bits, de la parte real y imaginaria, en otros N flujos de bits para el dominio de la frecuencia.
  • Los “symbol detection” del esquema los explico en el siguiente punto.

Modulación de cada subportadora

Cada uno de los miles de flujos de datos de cada subportadora consiste en secuencias de números complejos. Si dibujamos las partes reales e imaginarias, tenemos lo que se llama constelación de fases para cada símbolo de los 8×8=64 posibles en la 64QAM, la usada por la TDT en España:


Una vez se distingue qué símbolo de los 64 es el que se recibe, se tienen que juntar cada 4 bloques de 6 bits para formar 3 bytes:


Y este es el flujo de bits en bruto.

Protección contra errores en el flujo de bits

Pero estos bits aún necesitan un paso más, ya que se introdujeron más bits de los necesarios con el objetivo de detectar errores e ¡incluso corregirlos!.
Siguiendo un diagrama de trellis, el receptor busca la secuencia de datos más probable según lo que ha recibido, detectando así posibles errores:

Y finalmente… el vídeo MPEG

El estándar del TDT define que los bits de datos deben enviarse siguiente los formatos de la ITU H.222.0 y H.262, más conocidos como MPEG-2. El MPEG define un formato de contenedores (transport stream) y un formato del vídeo en sí, que es el mismo utilizado en muchas películas para reproducirlas desde un PC.

Protección contra multipath

Otra buena idea en la TDT es la solución que se da al multipath, o cuando a una antena llegan varios rebotes de la misma señal. Como cada camino tiene longitud variable, la señal llega con desfases y esto en la TV analógica producía imagen desdoblada, etc.

En la TDT, el tiempo máximo de diferencia por multipath es más pequeño que el tiempo de envío de un símbolo digital, por lo que prácticamente se elimina este problema.

Mejora frente a interferencia de banda estrecha

Una última idea ingeniosa. Fijaos que al convertir N bits de serie a paralelo (en el FFT), se reduce por N la tasa de envío de bits, y además, al enviar cada bit por una subportadora diferente, si ocurre una interferencia en un rango pequeño de frecuencias (como en el dibujo abajo), el sistema de corrección de errores se dará cuenta y recuperará los bits perdidos.


Fuentes:
[1] http://www.nhk.or.jp/strl/publica/bt/en/pa0007.html
[2] http://en.wikipedia.org/wiki/DVB-T
[3] http://en.wikipedia.org/wiki/COFDM
[4] http://www.iss.rwth-aachen.de/Projekte/Theo/OFDM/OFDM_en.html

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Publicado en: Curiosidades, Novedades tecnológicas
3 comentarios sobre “Llegó el apagón analógico pero… ¿cómo funciona la TDT?
  1. “Fijaos que al convertir N bits de serio a paralelo (en el FFT)”

    el corrector automático te la ha jugado :-d

    Excelente artículo. Difícil que salga a portada de meneame, pero dado su nivel divulgativo, cuadraría bien en un bararpunto, por ejemplo.

  2. Anonymous dice:

    bararpunto

    el corrector automático te la ha jugado :-p

  3. Jose Luis dice:

    jeje, gracias Ender. Arreglado :-)

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