ATSC 3.0

Em mar¸co de 2013 o ATSC publicou uma Chamada para Propostas para o ATSC 3.0, na qual s˜ao abordados assuntos como requisitos de funcionalidade, modelos de canal utilizados para compara¸c˜ao e t´ecnicas de medida de desempenho. Como pontos em destaque dos requisitos de funcionalidade est˜ao: eficiˆencia espectral, maior taxa e suportar SFN (ATSC,

2013a). Em outubro do mesmo ano, o ATSC publicou um sum´ario das respostas para a Chamada de Propostas presente em ATSC (2013b). Nele est˜ao reunidas as principais ideias sugeridas por empresas e institutos de pesquisa. Entre as t´ecnicas mencionadas nas propostas, pode-se destacar: constela¸c˜ao n˜ao uniforme, rota¸c˜ao de constela¸c˜ao, maiores ordens de constela¸c˜ao (at´e 4096-QAM), dupla polariza¸c˜ao (Vertical e Horizontal), MIMO, LDPC+BCH eCloud Txn.

Em abril de 2015 o ATSC demonstrou na NAB Show os elementos-chave do padr˜ao ATSC 3.0 (ATSC, 2015a). Dentre os inclusos na defini¸c˜ao do padr˜ao est˜ao BICM, LDM, MMT, HEVC (High Efficiency Video Coding) e HTML5. Tendo como foco o ATSC 3.0, em Park et al. (2015) existe uma an´alise de complexidade do LDM considerando sua implementa¸c˜ao em Hardware. Nesse trabalho, foram utilizados no sistema BICM, constela¸c˜oes n˜ao uniformes e OFDM. O trabalho constata que um sistema com dois layers leva a um aumento de menos de 10% em uso de mem´oria e l´ogica doHardware se

comparado com um sistema de um layer.

Em setembro de 2015 ´e lan¸cado o documento ATSC Candidate Standard:Physical Layer Protocol (ATSC, 2015b) no qual s˜ao especificados os parˆametros de transmiss˜ao no que diz respeito `a camada f´ısica do sistema.

Como j´a previamente indicado na NAB Show, ATSC (2015b) especifica a aplica¸c˜ao de BICM. Para a codifica¸c˜ao de canal o LDPC ´e o destinado `a codifica¸c˜ao interna, enquanto que para a codifica¸c˜ao externa ´e poss´ıvel utilizar uma das trˆes op¸c˜oes: CRC (Ciclic Redundancy Check), BCH, ou nenhuma. A escolha na utiliza¸c˜ao de uma dessas op¸c˜oes ´e fundamentada no cen´ario da aplica¸c˜ao do sistema. ATSC (2015b) explica que com CRC n˜ao ´e poss´ıvel corrigir erros, apenas identific´a-los. Portanto, utilizando o CRC ´e assumido que a capacidade de corre¸c˜ao do LDPC ´e satisfat´oria mas ainda ´e importante a detec¸c˜ao de erros ap´os a sua decodifica¸c˜ao. Como detalhado na subse¸c˜ao sobre codifica¸c˜ao de canal, o BCH possibilita a detec¸c˜ao e corre¸c˜ao de erros. Em um cen´ario em que h´a necessidade de mitigar o error floor do sistema ATSC (2015b) sugere o uso de BCH. Se n˜ao for utilizada nenhuma dessas op¸c˜oes, o sistema possui apenas a codifica¸c˜ao interna do LDPC. O c´odigo externo pode ser omitido se for determinado que a capacidade de corre¸c˜ao de erros do c´odigo interno ´e suficiente para a aplica¸c˜ao (ATSC, 2015b).

Para a modula¸c˜ao, s˜ao especificadas seis ordens: QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM,

1024QAM e 4096QAM. A primeira ´e determinada como sendo constela¸c˜ao uniforme e todas as outras ordens s˜ao NUC. As ordens 16QAM, 64QAM, 256QAM s˜ao especificadas para NUC bi-dimensional. Para 1024QAM e 4096QAM ´e utilizado 1D-NUC. Como explicado em ATSC (2015b), 1D-NUC ´e utilizado para essas ordens com intuito de reduzir a complexidade durante de demapeamento no receptor.

Em rela¸c˜ao ao uso do spectro, ATSC (2015b) especifica trˆes configura¸c˜oes. A primeira, chamada de TDM (Time Division Multiplexing), prevˆe o uso de apenas um fluxo de dados.

A outra condi¸c˜ao prevista ´e o uso do LDM. Nessa condi¸c˜ao ´e poss´ıvel inserir mais de um fluxo de dados com diferencia¸c˜ao de potˆencia, tal como ´e descrito na subse¸c˜ao que detalha Cloud Transmission. A Figura 32 mostra o resultado de uma constela¸c˜ao em um exemplo

que s˜ao aplicados QPSK com FEC ₁₅⁴ nolayer inferior e 64-QAM com FEC ¹⁰₁₅. Figura 32: Resultado da combina¸c˜ao de constela¸c˜ao de dois layers no LDM.

Fonte: Adaptado de (ATSC, 2015b).

A terceira configura¸c˜ao poss´ıvel ´e o channel bonding, na qual utiliza-se mais de um canal de RF para a mesma transmiss˜ao. Segundo ATSC (2015b) o channel bonding viabiliza a taxa de dados de servi¸cos que excedem a capacidade de um ´unico canal, mas tamb´em pode ser usado para explorar diversidade em frequˆencia entre m´ultiplos canais de RF. A Figura 33 mostra como ´e concebido o sinal de RF nochannel bonding.

Figura 33: Diagrama de bloco simplificado do channel bonding.

Fonte: Adaptado de (ATSC, 2015b).

O channel bonding possui dois modos de opera¸c˜ao: plain channel bonding e SNR Averaging. No primeiro modo, segundo ATSC (2015b), as duas cadeias transmissoras devem operar sem nenhuma intera¸c˜ao ap´os o particionamento da stream e a troca de c´elula

´

e desabilitada. O conceito aplicado `a c´elula nesse contexto ´e o mesmo utilizado por ETSI TS 102 831 v1.2.1 (2012). A troca de c´elula ´e habilitada para o segundo modo que mescla os dados codificados por um bloco BICM com outro. Como resultado, cada segunda c´elula de todo codificador BICM ´e enviada ao outro transmissor de sinal (ATSC, 2015b). Isso acarreta diversidade em frequˆencia do sinal.

5 Simula¸ c˜ ao

Atrav´es da ferramenta de simula¸c˜ao do MatLab, Simulink, foram criados dois sistemas:

ISDB-T_B e uma proposta de ISDB-T_B com altera¸c˜ao no esquema de codifica¸c˜ao de canal.

Os resultados das simula¸c˜oes com o primeiro sistema serviram como referˆencia comparativa aos resultados obtidos com o segundo. As pr´oximas subse¸c˜oes exploram o funcionamento desses dois sistemas e os resultados atingidos.

5.1 Simulador do Sistema ISDB-T

A Figura 34 mostra o modelo desenvolvido em Simulink para as simula¸c˜oes do sistema ISDB-T_B.

Figura 34: Diagrama utilizado na simula¸c˜ao do ISDB-TB.

O Gerador Randˆomico cria umastream de 188 Bytes com valores aleat´orios com o intuito de simular o funcionamento de um codificador de fonte MPEG-2. O funcionamento desse sistema segue a especifica¸c˜ao do SBTVD-T, estipulada emAssocia¸c˜ao Brasileira de Normas T´ecnicas (ABNT) (2007a). Vale ressaltar que o estimador de canal utilizado

´e tido como ideal e que tanto na decodifica¸c˜ao como na demodula¸c˜ao foi utilizado Soft Decision na tomada de decis˜ao do valor do bit a ser interpretado. Devido a atrasos inerentes `a transmiss˜ao, ´e necess´ario que os medidores de BER possuam um ajuste a fim de sincronizar os bits transmitidos com os recebidos. O ajuste de atraso para o medidor ap´os o decodificador interno foi de (13×N_dados×M×¹⁶³²_F

i )×F_i+ 35 bits. O valor 13 representa a quantidade de segmentos, Ndados representa a quantidade de portadora de dados em cada segmento,M representa o n´umero de bits da constela¸c˜ao,F_i a taxa do codificador interno e 1632 equivale em bits aos 204 bytes da palavra c´odigo gerada pelo Reed Solomon.

A adi¸c˜ao de 35 bits ´e necess´aria para ajustar o atraso causado pelo buffer presente no decodificador interno. O ajuste de atraso para o medidor ap´os o decodificador externo foi de 8×(F_i×M ×48×13×204 + 2× ⁵²²²⁴₈ )× ¹⁸⁸₂₀₄ bits. A fra¸c˜ao ¹⁸⁸₂₀₄ representa a taxa de codifica¸c˜ao do Reed-Solomon. A multiplica¸c˜ao Fi×M ×48×13×204 ´e a representa¸c˜ao do ajuste necess´ario para compensar o atraso do entrela¸cador de byte. O valor de 2×⁵²²²⁴₈

´e necess´ario para compensar o ajuste de atraso inserido no desentrela¸cador de byte. A multiplica¸c˜ao por 8 ´e necess´aria para converter a opera¸c˜ao que est´a em bytes para bits.

Apesar do simulador permitir in´umeros arranjos de parˆametros de configura¸c˜ao, para todas as simula¸c˜oes foram utilizados os seguintes parˆametros descritos na Tabela 4.

Tabela 4: Parˆametros de transmiss˜ao utilizados nas simula¸c˜oes.

Parˆametro Valores

Modula¸c˜oes QPSK,16 QAM, 64 QAM, 256 QAM, 1024 QAM Entrela¸cador

temporal

0 ms

N´umero de segmentos 13