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SINAL DIGITAL SATELITAL – SAIBA UM POUCO MAIS!

QUAL A DIFERENÇA ENTRE O SINAL ANALÓGICO E DIGITAL?
O QUE É RELAÇÃO C/N?
O QUE É “HAYSTACK”?
O QUE É BER?
DEFINIÇÃO DE MEDIÇÃO DA TAXA DE ERRO POR BIT (BIT ERROR RATE)
O QUE É FEC?
DEFINIÇÃO DE PRÉ-FEC
O QUE É “CLIFF EFECT” OU EFEITO PRECIPÍCIO?
DEFINIÇÃO DE PÓS-FEC
DEFINIÇÃO DE EB/NO
DECODIFICADOR REED SOLOMON
DEFINIÇÃO ES/NO

QUAL A DIFERENÇA ENTRE O SINAL ANALÓGICO E DIGITAL?
Sinais digitais são significativamente diferentes dos sinais analógicos tradicionais. O diagrama seguinte ilustra como um sinal digital é visto pelo analisador de espectro, e mostra as duas mais importantes medidas básicas: o nível de potência do sinal e a portadora em relação ao ruído (C/N). A medida do nível de sinal é útil, quando se alinha uma antena e/ou ajusta-se um amplificador. Em geral, um sinal mais forte é melhor, a menos que sature o amplificador ou receptor. A relação de C/N provê uma medida da qualidade do sinal. Quanto maior é a diferença entre C/N, menos erros serão recebidos pelo receptor. Infelizmente, alguns tipos de deteriorações de sinal que afetam o desempenho do sistema digital, podem permanecer escondidos dentro do sinal, que é denominado “haystack”. Estas deteriorações não aparecerão na relação de C/N; porém, elas aparecerão na medição da Taxa de Erro por Bit, denominada “BER”.

 

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A medida clássica do BER é feita transmitindo um bit padrão conhecido e comparando este, com um bit padrão recebido, ou então, comparando-se o bit transmitido com o bit recebido, numa medição direta. O segundo método de medida não é possível de ser feito, ao menos que haja a interação em todo o sistema, inclusive no “uplink” do satélite. No primeiro método, requer a interrupção do serviço. Além disso, os sistemas digitais de DBS utilizam um mecanismo denominado “FEC” (Forward Error Correction), que é um sistema de “correção de erro avançado”, o BER permanecerá muito bom (estável) até o momento em que as deteriorações ficarão tão grandes, que o FEC estará impossibilitado de fazer as correções. Isto é conhecido como “Cliff Efect” ou “Efeito Precipício”. Como o processo de degradação do sinal, a imagem permanecerá perfeita, até que a qualidade do sinal alcance a zona do “Efeito Precipício” e o sistema falha, não sendo possível receber nenhuma imagem. O diagrama abaixo ilustra como os canais digitais mantêm a qualidade de imagem, de acordo com o decréscimo do nível do sinal, passando de perfeita, quase perfeita, boa e inaceitável, quando se alcança a zona de precipício. Neste ultimo ponto, o sinal degradará depressa e não será possível obter nenhuma imagem. Embora os canais analógicos mantenham alguma imagem com níveis de sinais fracos, os usuários de sistemas analógicos ficam insatisfeitos com a qualidade de imagem, principalmente devido ao efeito de chuviscos e falta de definição na tela do televisor. Já no sistema digital, a imagem se mantém boa até a zona de precipício. A desvantagem é que, a partir do momento em que não há nível suficiente, o sistema digital corta imediatamente a imagem.

 

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Nota: Impairments = Diminuição

TAXA DE ERRO POR BIT (BIT ERROR RATE)

Nos medidores de campo digitais (Digital Signal Level Meter), utiliza-se dados processados do FEC do equipamento, para o fornecimento da medição da “Taxa de Erro por BIT – BER”, sem a necessidade de interrupção do serviço. Há dois tipos de medição do BER: uma denominada pré-FEC BER, e a outra pós-FEC BER. O pré-FEC BER é um teste baseado no número de erros detectados no primeiro estágio do processamento do FEC, o decodificador de Viterbi. Este BER é medido rapidamente e fornece uma estimativa da margem disponível da taxa de erro. Como mede os erros encontrados no sinal recebido, “cru”, e não do sinal corrigido, ele indica os danos causados por interferências e ruídos, e mostra os efeitos das deteriorações embutidos dentro do “haystack” digital. Isso propiciará avaliar quando ocorrerá o ingresso na zona de precipício, que em suma é a perda do sinal. O pós-FEC BER é medido através da segunda fase do processamento do FEC, o decodificador de Reed-Solomon, medindo os erros que sobreviveram à primeira fase do processamento, e que permaneceram até o sinal final entregue ao cliente. Uma fase intermédia da taxa de erro também é exibida como parte do Pós-FEC BER. Um pós-FEC BER de 1E-6 (um elevado ao exponencial -6 na base de 10) é considerado o princípio para a degradação visível [1]. Um “perfeito” sinal foi definido como um que tem o BER de 1E-12 (um elevado ao exponencial -12 na base de 10) ou menos. Um BER de 1E-12 é menos que 1 bit errado dentro de um universo de 1 trilhões bits. Infelizmente, leva-se aproximadamente 9 horas para receber 1 trilhão de bits. Assim levaria 9 horas para testar um BER de 1E-12.
Para obter um nível estatístico de confiança, necessita-se permitir mais tempo de avaliação do sinal. Este nível de avaliação, provavelmente não é algo que um técnico fará em campo, mas avaliando constantemente os valores de pós-FEC BER apresentados por um medidor de campo digital, o técnico terá condições de avaliar a quantidade de correções e não correções dos sinais que foram feitas durante o tempo, criando assim uma referencia pratica que dará a ele, a sensibilidade sobre a qualidade do sinal, livre de erros, que o cliente receberá em seu receptor.

[1] THOMAS & EDGINGTON, DIGITAL BASICS FOR TELEVISION, PRENTICE HALL, 1999.

EB/N0

DEFINIÇÃO: EB/N0 = ENERGIA POR BIT / RUÍDO POR HZ

Eb/N0 pode ser conceituada como a relação de portadora-ruído por bit. Pode ser utilizada para comparar o desempenho de diferentes sistemas de modulação, sem ter que corrigir diferentes taxas de bits.

A portadora para a relação Sinal-Ruído (C/N) e Eb/N0 estão relacionadas pela seguinte fórmula:

 

Eb/NO = C/N + 10 Log (ruído da largura de banda) – 10 log (bit rate) =>onde o bit rate está em bits por segundo e o ruído da largura de banda está em Hertz (20 Mhz)

 

O bit rate se refere aos bits recebidos, após os bits somados pelo FEC processado. Os sinais lidos por medidores digitais, em geral, utiliza a freqüência de 20 MHz de “symbol rate” (taxa de símbolo), com 2 bits por símbolo. O processamento de FEC soma os bits para o “Reed Solomon” e o “codificador de Viterbi”. A relação de 130/147 de taxa de Reed Solomon e 6/7 de Viterbi, resulta num fator de taxa global de 0.758.

 

Desta maneira bit rate é:

 

Bit rate = 40 MBps * 0.758 = 30.3 MBps
Eb/NO = C/N + 10log(24 MHz)-10log(30.3MHz)
Eb/N0 = C/N – 1.01

 

ES/N0

DEFINIÇÃO: ES/N0 = ENERGIA POR SÍMBOLO / RUÍDO POR HZ

A relação Portadora-Ruído (C/N) pode ser convertida para Es/N0 com a seguinte fórmula:

 

Es/NO = C/N + 10log(ruído da largura de banda) -10log(symbol Rate)
Neste caso, a taxa de símbolo (symbol rate) é sempre 20 MHz assim:
Es/N0 = C/N + 10log(24)–10log(20)
Es/N0 = C/N + 0.79