Analysis of qualit=
y of
service in digital AM transmission through the use of codecs in USRP
Juan José Pére=
z Insuasti.[1], =
Mónica
Andrea Zabala Haro.[2], Alexandra Orfelina Pazmiño Arm=
ijos. [3] Hugo Oswaldo Moreno Avilés. [4]
Recibido:
10-02-2020 / Revisado: 15-03-2020 /Aceptado: 14-04-2020/ Publicado: 4-06-20=
20
The objective was to conduct the study and analysi=
s of
the quality of service in digital transmission through the use of codecs in
USRP. The development methodology defines the realization of the prototype =
for
transmission and reception, starting with the selection of devices, the des=
ign,
execution, and analysis of the results obtained. It was made the study of the particular
conditions in the transmission and reception of the signal in digital AM (D=
RM),
the implementation of the transmitter in GNU Radio, the configuration of the
receiver in HDSDR and Dream SDR. In addition to the cards Ettus USRP N210,
Ettus USRP B200, and RTL-SDR REALTEK RTL2832U. The result of this study was=
the
quality of the service evaluated with respect to the transmission speed (Kb=
ps)
and the signal-to-noise ratio (SNR) to determine the fidelity in the recept=
ion
of digital signals. Based on the results defined in the operating
characteristics of each mode of robustness for a given transmission channel
vary the values of the transmission speed and the signal-to-noise ratio,
offering B mode better signal protection with respect to noise, while A mode
offers higher transmission speed. Therefore, it is concluded that the DRM
system uses the best sound compression technologies since it uses the MPEG-4
audio and voice algorithms that provide excellent sound quality at low bit
rates with advanced audio coding (AAC).
Keywords: Radio Communications, Digital Signal Transmissio=
n,
Modulated Amplitude (Am), World Digital Radio (Drm),
Transmission Speed, Noise Signal Relation (Snr), Defined Radio By Software =
(Sdr).
Resumen.
El objetivo fue realizar=
el
estudio y análisis de la calidad de servicio en la transmisión am digital
mediante el uso de códecs en USRP. La
Metodología de desarrollo muestra claramente cómo se realizó el prototipo p=
ara
la transmisión y recepción, empezando con la selección de dispositivos, el
diseño, la ejecución y el análisis de los resultados obtenidos. Se basa en el estudio de las condicion=
es
particulares en la transmisión y recepción de señal en AM digital (DRM), la
implementación del transmisor en GNU Radio, la configuración del receptor en
HDSDR y Dream SDR.
Además de las tarjetas Ettus USRP N210, =
Ettus USRP B200 y RTL-SDR REALTEK RTL2832U. El resultado de este estudio fue la cal=
idad
de los niveles de servicio evaluados en la velocidad de transmisión (Kbps) =
y la
relación señal / ruido (SNR) para determinar la fidelidad en la recepción de
señales digitales. En base a los resultados se define que las característic=
as
de funcionamiento de cada modo de robustez para un determinado canal de
transmisión varían los valores de la velocidad de transmisión y la relación
señal a ruido, ofreciendo el modo B una mejor protección de la señal con
respecto al ruido, mientras que el modo A ofrece mayor velocidad de
transmisión. El sistema DRM emplea=
las
mejores tecnologías de compresión de sonido ya que usa los algoritmos de au=
dio
y voz del MPEG-4 que brinda excelente calidad de sonido a bajas tasas de bit
como la codificación AAC.
Palabras claves: Transmisión de Señales Digitales,
Amplitud Modulada (Am), Digital Radio Mondiale =
(Drm), Velocidad de Transmision, Relacion Señal a Ruido (Srn),
Radio Definida Por Software (Sdr).
Intro=
ducción.
DRM es un estándar para la transmisión de señales
digitales de radiodifusión, definido inicialmente para las frecuencias meno=
res
a 30MHz en las bandas de LF, MF y HF, se lo denomina también como DRM30. (Gil & Sant=
illán,
2015; Puente, 2005)
El sistema permite tener una mejor calidad de so=
nido
similar a las estaciones de radiodifusión en FM comerciales, mejora la
distribución del ancho de banda y efectos multitrayect=
oria
gracias a que utiliza la codificación OFDM.
Para cubrir la banda VHF de transmisiones de señal en FM se incorpor=
a el
estándar DRM+, una variante de DRM para estas frecuencias. (Erazo, 2009;
Salinas, 2011; Sánchez & Sagbay, 2013; Vargas, 2013)
A. Descripción
general del sistema DRM
El sistema DRM está diseñado para ser usado en
cualquier frecuencia debajo de los 30 MHz, es decir dentro de las bandas de
transmisión de onda larga, onda media y onda corta, con las limitaciones de
canalización y las variables condiciones de propagación a lo largo de estas
bandas. Están disponibles diferentes modos de transmisión que satisfacen es=
tas
limitaciones de operación. Cada modo se define por parámetros de transmisió=
n. (ETSI, 2014) (Pérez, 2018)
B. Arquitectura
del Estándar DRM
La Figura 1, representa las etapas de la
arquitectura de DRM para el transmisor.
A la entrada del diagrama se tiene dos tipos de información:
· =
Audio y datos
codificados que se combinan en el multiplexor de servicio principal, con
diferentes relaciones de protección.
· =
Canales de informa=
ción
denominados Canal de Acceso Rápido (FAC) y Canal de Descripción del Servicio
(SDC) que no ingresan al multiplexor.
· =
El multiplexador
combina los niveles de protección de los servicios de datos y de audio.
Figura
1. Arquitectura d=
el
Estándar DRM
Fuente:
(Gil & Santil=
lán,
2015; Henkel, 2008; Pérez, 2018; Wunsch & Elsner, 2012).
Metodologia.
La configuración del transmisor DRM está determi=
nada
por una gran cantidad de parámetros, estos dependen uno de otros, siendo en
ciertas circunstancias una estructura compleja; siguen una configuración
jerárquica, lo cual permite la definición de múltiples escalas desde bajo n=
ivel
como como la duración del símbolo y la duración del intervalo de guarda has=
ta
otros de orden superior. Es posible
definir un grupo pequeño de parámetros definidos por el usuario que permiten
una configuración completa del transmisor, los cuales se detallan a
continuación: (Gil & Sant=
illán,
2015; Pérez, 2018; Wunsch & Elsner, 2012)
· =
RM
· =
SO
· =
Bandera UEP=
para
una alta protección de bytes
· =
Tipo de cód=
igo de
audio y velocidad de muestreo de la entrada de audio
· =
Esquema de =
mapeo
MSC y SDC
· =
Velocidad de
código MSC y SDC
· =
Bandera de
entrelazado: corta o larga
· =
Nombre de la
estación y mensaje de texto
<= o:p>
En este proyecto el codificador está implementado
para el modo de robustez A, B, C con un valor de Ocupación del Espectro igu=
al a
2,3 y 4 lo que corresponde a un ancho de banda de 5,10 y 20kHz respectivame=
nte,
y utilizando únicamente EEP. Para el mapeo de los canales MSC, SDC, FAC se
utiliza el mapeo estándar con 16-QAM para el MSC y 4-QAM para el SDC y
FAC. La tasa de código es de 0.5.<=
span
style=3D'mso-spacerun:yes'> El entrelazado de células se establece =
en
modo largo. (Pérez, 2018)
La Figura 2, muestra los bloques de configuració=
n de
los parámetros de nivel superior iniciales del sistema, desarrollado en GNU
Radio para la transmisión de la señal con modulación en DRM. (Pérez, 2018)
Fig=
ura 2.
Parámetros iniciales configurados
Fuente: (Pérez, 2018)
Una vez definidos los parámetros iniciales del
sistema de transmisión, se genera la información que va a ser enviada por c=
ada
trama de datos MSC, SDC y FAC. La
información del MSC la compone la fuente y la codificación de audio, mientr=
as
que las otras dos tramas son generadas automáticamente, ver Figura 3. (Pérez, 2018)
Fig=
ura 3. Tramas MSC, SDC =
y FAC
Fuente:
(Pérez, 2018)
Fuente
de audio: El can=
al
MSC del codificador requiere como entrada un archivo de audio sin comprimir=
, es
decir archivos en formato wave (.WAV). Para los canales FAC y SDC, las entr=
adas
requeridas siguen el formato establecido por el estándar, ver Figura 3. (Gil & Sant=
illán,
2015; Pérez, 2018)
Codificación
de audio: DRM
utiliza los algoritmos de un subconjunto del estándar MPEG-4 para la
codificación de audio. Existe una
codificación para la música y dos para la voz.
El subconjunto MPEG-4 AAC, que incluye herramientas de robustez cont=
ra
errores para transmisiones en audio mono y estéreo. El subconjunto de MPEG-4 CELP, que codi=
fica
muestras de voz para así tener una mayor robustez en la transmisión de voz =
en
mono, usado en los casos cuando se necesita una baja tasa de bits o se nece=
sita
alta robustez a los errores. El subconjunto de MPEG-4 HVXC, que codifica
muestras de voz para tasas de bits muy bajas, lo que provee alta robustez a
errores de transmisión de voz en mono.
El estándar DRM utiliza el formato AAC para comprensión y codificaci=
ón
de audio el cual consta de dos modos: AAC y xHE=
-AAC. Estos modos se combinan con las herrami=
entas
SBR y PS con el objetivo de obtener una compren=
sión
de mayor calidad, ver Figura 3. (Gil & Sant=
illán,
2015; Pérez, 2018)
Multiplexor: El multiplexor combina las transmisiones de aud=
io y
datos a un solo flujo de bits. En esto proceso, los servicios de datos pued=
en
colocarse en la parte protegida superior o inferior, lo que permite protecc=
ión
contra errores para diferentes servicios.
En el caso de la aplicación se enviará la información del texto y no=
mbre
de la estación transmisora, ver Figura 4. (Gil & Sant=
illán,
2015; Pérez, 2018)
Fig=
ura 4. Datos enviados e=
n la
transmisión
Fuente:
(Pérez, 2018)
Se añaden nuevos bloques que procesan la informa=
ción
de cada trama por separado. Estos
bloques son el Scrambler y el MLC Factory Block=
, el
primero realiza las funciones de dispersador de
energía, mientras que el segundo la codificación del canal, ver Figura 5. <=
/span>(Gil & Sant=
illán,
2015; Pérez, 2018)
Fig=
ura 5. Dispersador
de energía y Codificación de canal
Fuente:
(Pérez, 2018)
Dispersador
de energía:
Como los patrones sistemáticos pueden dar como resultado una regularidad no
deseada que afecta la señal transmitida o el procesamiento de la señal de f=
orma
negativa, los bits se codifican mediante la adición de una secuencia aleato=
ria
de bits o PRBS, ver Figura 6. El
objetivo de esta secuencia es romper cadenas largas de constantes o ceros p=
ara
crear una distribución uniforme entre los bits. (Gil & Sant=
illán,
2015; Pérez, 2018)
Fig=
ura 6. Generación de PR=
BS con
el uso de shift registers
Fuente:
(Pérez, 2018)
Codificación
de canal: Al
utilizar QAM el estándar DRM las posiciones de bits más propensos a tener
errores consiguen mayor protección. Una decodificación eficiente es necesar=
ia
para que los datos sean recibidos correctamente, siempre que exista una
diferencia resultante en las relaciones de señal a ruido en los canales MSC=
y
SDC. Esta diferencia se lleva a cabo cuando el MSC utiliza 64-QAM y el SDC
16-QAM, de la misma forma cuando el MSC utiliza 16-QAM y el SDC 4-QAM. (Gil & Sant=
illán,
2015; Pérez, 2018)
Entrelazado
de células:
El entrelazado de células solo se usa para el MSC y realiza un entrelazado =
en
el dominio de frecuencia, ver Figura 7. (Gil & Sant=
illán,
2015; Pérez, 2018)
Fig=
ura 7. Entrelazado de c=
élulas
Fuente:
(Pérez, 2018)
El principio del entrelazado de células se puede
apreciar en la Figura 8. Utiliza el
mismo algoritmo de entrelazado que el entrelazado de bits, pero también ofr=
ece
un modo "entrelazado largo". En este modo, se utiliza un esquema
convolucional para aumentar la robustez de transmisiones en canales que suf=
ren
un desvanecimiento severo selectivo en tiempo y frecuencia como es típico p=
ara
frecuencias inferiores a 30 MHz. El retraso del entrelazado siempre es un
número entero múltiplo de la longitud de un cuadro de transmisión. DRM30 us=
a un
factor D =3D 5 y para DRM+ un valor D =3D 6.
Se determina un tiempo como compensación óptima entre el rendimiento=
y
retraso de procesamiento; en el caso de DRM30, esto resulta en un retraso t=
otal
de 2.4 segundos, ver Figura 9. (Pérez, 2018)
Fig=
ura 8. Entrelazado en t=
iempo
y frecuencia
Fuente: =
(Pérez, 2018)
Figura 8.<=
/b> Entrelazado en t=
iempo
y frecuencia X
Fuente: (Pérez, 2018)
Mapeo
de células OFDM:
El mapeo de células OFDM coloca las células MSC, SDC y FAC en el plano de
tiempo-frecuencia llamada trama de transmisión. Una trama de transmisión
consiste en una concatenación de un cierto número de símbolos OFDM que está
determinado por la elección del RM. Además, múltiples tramas de transmisión=
se
agrupan en una supertrama de transmisión, ver F=
igura
10. (Gil & Sant=
illán,
2015)
Fig=
ura 10. Mapeo de Células=
OFDM
y Células Piloto
Fuente: =
(Pérez, 2018)
Además de los tres canales, hay cuatro diferentes
símbolos piloto o de referencia que ayudan en la demodulación del
receptor. Las células de referenci=
a de
frecuencia representan ondas sinusoidales continuas a 750 Hz, 2250 Hz y 3000
Hz. Se utilizan para la detección de una señal DRM y corrección de
desplazamiento de frecuencia. Estas las células no están presentes en RM E,=
DRM
+. (Pérez, 2018; Sán=
chez
& Sagbay, 2013)
Generación
de señal OFDM:
Para convertir la señal del dominio de frecuencia al dominio de tiempo, se
utiliza la Transformada Discreta de Fourier Inversa (IDFT) o su versión
computacional más eficiente, Transformada Rápida de Fourier Inversa (IFFT),=
ver
Figura 11. (Jara, 2005; Pére=
z,
2018)
Fig=
ura 11. Generación de se=
ñal
OFDM
Fuente: (Pérez, 2018)
Para OFDM también se inserta un prefijo cíclico pa=
ra
el manejo de varios trayectos. La duración varía con la elección del RM. En
DRM30, puede ser de hasta 7.33 ms de duración y por lo tanto cubrir trayect=
os
múltiples con una longitud de 2200 km. El prefijo cíclico en DRM + está fij=
ado
a una duración más corta de 0.25 ms y, por lo tanto, maneja componentes
Re=
sultados.
Se desarrolló una interfaz gráfica para la
configuración y transmisión de la señal en DRM, siendo mucho más intuitiva =
para
usuarios en general, como se puede ver en la Figura. (Pérez, 2018)
Fig=
ura
12.
Interfaz GUI DRM Transmitter
Fuente: (Pérez, 2018)
En la Figura 13 y en la Figura 14 se puede observa=
r la
señal emitida por el transmisor. (Pérez, 2018)
Figura 13.
Análisis espectral señal emitida por el transmisor
Fuente: =
(Pérez, 2018)
Figura 14. Análisis espectral
señal emitida por el transmisor
Fuente: =
(Pérez, 2018)
Para la puesta en marcha del sistema de transmisió=
n se
ejecuta el flow graph. Como se puede observar en la Figura 15,=
en
las cuales se realiza la transmisión de una señal generada a través de GNU
Radio. (Pérez, 2018)
Figura 15.
Puesta en marcha del sistema (Execute flow graph)
Fuente: =
(Pérez, 2018)
Para comprobar que la señal se ha transmitido se
corrobora con la utilización de un analizador de espectros. Como se puede comprobar en la Figura 16=
, Figura
17, Figura 18. (Pérez, 2018)
Figura 16.
Tarjeta USRP y señal mostrada en el analizador de espectros
Fuente:
(Pérez, 2018)
Figura 17.
Señal transmitida, mostrada en el analizador de espectros
Fuente:
(Pérez, 2018)
Figura 18.
Señal transmitida a 5 MHz
Fuente:
(Pérez, 2018)
Complementario a la transmisión d=
e la
señal se puede generar un archivo en .WAV codificado y modulado con DRM, pa=
ra
ser procesado a través del software Dream SDR. (Pérez, 2018)
La Figura 19, muestra la pantalla
principal del software DREAM en la cual se puede apreciar el nombre de la
estación y la codificación del audio. (Pérez, 2018)
Figura 19.
Pantalla principal DREAM. Modo A, =
Ancho
de Banda 5kHz
Fuente: AD=
DIN
CSL_CITATION {"citationItems":[{"id":"ITEM-1"=
,"itemData":{"abstract":"The
objective was to conduct the study and analysis of the quality of service in
digital transmission through the use of codecs in USRP. The development
methodology defines the realization of the prototype for transmission and
reception, starting with the selection of devices, the design, execution, a=
nd
analysis of the results obtained. It was made the study of the particular
conditions in the transmission and reception of the signal in digital AM (D=
RM),
the implementation of the transmitter in GNU Radio, the configuration of the
receiver in HDSDR and Dream SDR. In addition to the cards Ettus USRP N210,
Ettus USRP B200, and RTL-SDR REALTEK RTL2832U. The result of this study was=
the
quality of the service evaluated with respect to the transmission speed (Kb=
ps)
and the signal-to-noise ratio (SNR) to determine the fidelity in the recept=
ion
of digital signals. Based on the results defined in the operating
characteristics of each mode of robustness for a given transmission channel
vary the values of the transmission speed and the signal-to-noise ratio,
offering B mode better signal protection with respect to noise, while A mode
offers higher transmission speed. Therefore, it is concluded that the DRM
system uses the best sound compression technologies since it uses the MPEG-4
audio and voice algorithms that provide excellent sound quality at low bit
rates with advanced audio coding
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José","non-dropping-particle":"","parse-names=
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Superior Politécnica de Chimborazo","title":"ESTUDIO Y
ANÁLISIS DE LA CALIDAD DE SERVICIO EN LA TRANSMISIÓN AM DIGITAL MEDIANTE EL=
USO
DE CÓDECS EN
USRP","type":"thesis"},"uris":["htt=
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2018)","plainTextFormattedCitation":"(Pérez,
2018)","previouslyFormattedCitation":"(Pérez,
2018)"},"properties":{"noteIndex":0},"schema&=
quot;:"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/cs=
l-citation.json"}(Pérez, 2018)
En la
Figura 20, se muestra el análisis espectral de la señal con los nive=
les
de potencia definidos por la longitud de onda o frecuencia. La señal ocupa un ancho de banda de 10
kHz. (Pérez, 2018)
Figura 20.
Input Spectrum
Fuente: AD=
DIN
CSL_CITATION
{"citationItems":[{"id":"ITEM-1","itemDa=
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objective was to conduct the study and analysis of the quality of service in
digital transmission through the use of codecs in USRP. The development
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nd
analysis of the results obtained. It was made the study of the particular
conditions in the transmission and reception of the signal in digital AM (D=
RM),
the implementation of the transmitter in GNU Radio, the configuration of the
receiver in HDSDR and Dream SDR. In addition to the cards Ettus USRP N210,
Ettus USRP B200, and RTL-SDR REALTEK RTL2832U. The result of this study was=
the
quality of the service evaluated with respect to the transmission speed (Kb=
ps)
and the signal-to-noise ratio (SNR) to determine the fidelity in the recept=
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offering B mode better signal protection with respect to noise, while A mode
offers higher transmission speed. Therefore, it is concluded that the DRM
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quot;:"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/cs=
l-citation.json"}(Pérez, 2018)
La señal se mantiene estable en 3=
5.2
dB, siendo posible verificar en la Figura 21. (Pérez, 2018)
Figura 21.
Pantalla principal SNR Spectrum. Modo A, Ancho de Banda 5kHz
Fuente: AD=
DIN
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quality of the service evaluated with respect to the transmission speed (Kb=
ps)
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2018)"},"properties":{"noteIndex":0},"schema&=
quot;:"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/cs=
l-citation.json"}(Pérez, 2018)
La
Figura 22 muestra el diagrama de constelaciones de los canales MSC, =
SDC
y FAC. (Pérez, 2018)
Figura 22.
Diagrama de constelación de la modulación QAM
Fuente: AD=
DIN
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objective was to conduct the study and analysis of the quality of service in
digital transmission through the use of codecs in USRP. The development
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reception, starting with the selection of devices, the design, execution, a=
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analysis of the results obtained. It was made the study of the particular
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RM),
the implementation of the transmitter in GNU Radio, the configuration of the
receiver in HDSDR and Dream SDR. In addition to the cards Ettus USRP N210,
Ettus USRP B200, and RTL-SDR REALTEK RTL2832U. The result of this study was=
the
quality of the service evaluated with respect to the transmission speed (Kb=
ps)
and the signal-to-noise ratio (SNR) to determine the fidelity in the recept=
ion
of digital signals. Based on the results defined in the operating
characteristics of each mode of robustness for a given transmission channel
vary the values of the transmission speed and the signal-to-noise ratio,
offering B mode better signal protection with respect to noise, while A mode
offers higher transmission speed. Therefore, it is concluded that the DRM
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2018)"},"properties":{"noteIndex":0},"schema&=
quot;:"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/cs=
l-citation.json"}(Pérez, 2018)
Los tres modos de robustez
configurados tuvieron una variación pequeña referente a cada parámetro de
velocidad de transmisión y relación de señal a ruido. Con una ocupación espectral de 3, una =
tasa
de código de 0.5, un entrelazado largo, y una modulación en MSC de 64-QAM y=
en
SDC de 16-QAM, un ancho de banda de 10kHz se obtuvo (23.62 kbps y 17.3 dB en
Modo A), (17.12 kbps y 21.50 dB en=
Modo
B), (10.08 kbps y 14.05 dB en Modo C), podemos observar en base a los
resultados que las características de funcionamiento de cada modo de robust=
ez
para un determinado canal de transmisión varían los valores de la velocidad=
de
transmisión y la relación señal a ruido, ofreciendo el modo B una mejor
protección de la señal con respecto al ruido, mientras que el modo A ofrece
mayor velocidad de transmisión, ver Tabla 1. (Pérez, 2018)
Tabla 1. Resumen Da=
tos
obtenidos por el sistema.
|
Modo=
|
Anch=
o de
banda (kHz) |
MSC<= o:p> X-QA=
M |
SDC<= o:p> X-QA=
M |
Velo=
cidad
(kbps) |
SNR =
(dB) |
|
A |
5 |
64 |
16 |
12.7=
4 |
35.7=
|
|
A |
5 |
16 |
4 |
8,84 |
68 |
|
A |
10 |
64 |
16 |
23.6=
2 |
17.3=
|
|
A |
10 |
16 |
16 |
18,44 |
71,8 |
|
A |
10 |
16 |
4 |
18,4=
4 |
46,3=
|
|
A |
20 |
64 |
16 |
71.96 |
22.7 |
|
B |
5 |
16 |
4 |
6.9<= o:p> |
26.3=
|
|
B |
5 |
64 |
16 |
9,92 |
40,8 |
|
B |
10 |
64 |
16 |
17.1=
2 |
21.5=
|
|
B |
10 |
16 |
16 |
14.56 |
17.7 |
|
B |
10 |
16 |
4 |
14.5=
6 |
23.6=
|
|
B |
20 |
64 |
16 |
42,9 |
34,3 |
|
C |
10 |
16 |
4 |
11,4=
8 |
35 |
|
C |
10 |
16 |
16 |
9,18 |
22,4 |
|
C |
20 |
64 |
16 |
10,0=
8 |
14,0=
5 |
Fuente:
(Pérez, 2018)
Como resume del análisis del
comportamiento de la señal frente a las distintas características de los me=
dios
de robustez y los parámetros iniciales del transmisor se adjunta la Grafica=
1 y
la Grafica 2en que se observa el comportamiento de la velocidad de transmis=
ión
y la relación de señal a ruido (SNR) de los tres modos de robustez. (Pérez, 2018)
Grafica 1.
Velocidad de transmisión de los tres modos de robustez
Fuente:
(Pérez, 2018)
Grafica 2.
Relación de señal a ruido de los tres modos de robustez
Fuente:
(Pérez, 2018)
El comportamiento de la velocidad=
de
transmisión y la relación de señal a ruido son muy similares en los tres mo=
dos
de robustez, las cuales varían dependiendo el ancho de banda y la modulación
QAM escogida. Sin embargo, en una
transmisión con un ancho de banda de 20kHz la velocidad de transmisión se
dispara en picos muy altos como se aprecia gráficamente tiene un porcentaje=
más
alto de diferencia de los otros dos. (Pérez, 2018)
El valor de la relación de señal a
ruido obtiene un valor alto en un ancho de banda de 5kHz con una modulación=
de
16-QAM (MSC) y 4-QAM (SDC), y con un ancho de banda de 10kHz con una modula=
ción
de 16-QAM (MSC) y 16-QAM (SDC). Se
podría concluir que es el mejor modo de robustez para la transmisión de señ=
ales
es el modo de robustez A. La modul=
ación
QAM con mayor estabilidad en el sistema es en el canal MSC de 16-QAM y en el
canal SDC de 4-QAM, dando mejores resultados para la trasmisión de la señal=
. (Pérez, 2018)
Conclusiones.
· &nb=
sp;
Se ha diseñado e implementado un sistema de
transmisión de AM digital a través del estándar DRM para determinar la cali=
dad
de servicios de la emisión de las señales en diferentes condiciones del med=
io,
con lo cual se determinó la fidelidad en la recepción de señales digitales.=
· &nb=
sp;
Se ha determinado que los valores de la velocidad =
de
transmisión y la relación de señal a ruido varían según el modo de robustez=
, el
ancho de banda y la modulación QAM utilizada.
· &nb=
sp;
Usando el códec AAC, se requiere un ancho de bando=
de
5kHz para realizar una transmisión estable de la señal comparada con la emi=
tida
por una estación FM analógica.
· &nb=
sp;
Los modos de robustez se determinaron para ciertas
características del medio, siendo el modo A, el más fiable, con una alta ve=
locidad
de transmisión y relación de señal a ruido, lo cual determina que se puede
utilizar el estándar DRM para transmisiones en media y baja frecuencia.
· &nb=
sp;
El sistema DRM emplea las mejores tecnologías de
compresión de sonido ya que usa los algoritmos de audio y voz del MPEG-4 que
brinda excelente calidad de sonido a bajas tasas de bit como la codificación
AAC, las codificaciones de voz CELP y HVXC, complementada con Replicación de
Banda Espectral SBR como su codificación digital principal. La SBR mejora l=
a calidad
de audio percibida y también puede emplear la codificación Estéreo Paramétr=
ica
para las señales estéreo.
· &nb=
sp;
El trabajo más eficiente del sistema se realizó con
los parámetros configurados con el modo A de robustez, la ocupación del
espectro en 3, un ancho de banda de 10kHz, una tasa de código de 0.5, un
entrelazado largo y una modulación para el canal MSC de 16-QAM y para el ca=
nal
SDC de 4-QAM.
· &nb=
sp;
La calidad total de recepción y fidelidad de servi=
cio
de recepción portátil y móvil serán similares a la actuación en receptores
fijos. El sistema cubre los efectos del multi-camino
y las características de cambios de propagación presentes en transmisiones =
de
onda larga, media y onda corta
Referencias
bibliográficas.
Erazo,
H. J. (2009). Estudio y Análisis de la Tecnología de Recursos de Frecuencia
única, y su Aplicacion en la Radiodifucion en las Bandas de AM Y FM para la
Optrimización del Espectro Electromagnético en la Ciudad de QUito. In Es=
cuela
Politécnica Nacional.
http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/1451/1/CD-2125.pdf
ETSI. (2014). ES 201 980 - V3.1.1=
-
Digital Radio Mondiale (DRM); System Specification. Intellectual Propert=
y,
195. https://www.etsi.org/deliver/etsi_es/201900_201999/201980/04.01.01_60/=
es_201980v040101p.pdf
Gil,
P. D., & Santillán, F. G. (2015). Implementación de las Etapas de
Codificación, Mapeo y Mapeo Inverso QAM de un Transmisor de Radio Digital S=
egún
el Estándar DRM30. In Universidad de Cuenca. https://doi.org/10.1017=
/CBO9781107415324.004
Henkel,
M. (2008). Architektur eines DRM-Empfängers =
und
Basisbandalgorithmen für Frequenzakquisition und Kanalschätzung. Institut
Für Nachrichtentechnik Universität Karlsruhe (TH), 171.
http://d-nb.info/998336947/34
Jara,
A. E. (2005). Multiplexación por División de Frecuencia Ortogonal Codificad=
a (
Cofdm ). In Universidad Austral de Chile.
http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2005/bmfcij.37m/doc/bmfcij.37m.pdf
Pérez,
J. J. (2018). Estudio y Análisis de la Calidad de Servicio en la Transmisió=
n Am
Digital Mediante el Uso de Códecs en Usrp [Escuela Superior Politécnica de
Chimborazo]. In Escuela Superior Politécnica De Chimborazo.
http://dspace.espoch.edu.ec/bitstream/123456789/9283/1/20T01111.PDF
Puente,
M. F. (2005). Implementacion del Servicio de Radiodifusion Digital Drm (
Digital Radio Mondiale ) en el Ecuador [ESPE]. In ESPE.
https://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/2477/1/T-ESPE-027548.pdf
Salinas,
M. A. (2011). Comparación de tecnologías de radio digital para su aplicació=
n en
México. In Universidad Nacional Autónoma de México.
http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/161/=
A1.pdf?sequence=3D1
Sánchez,
F., & Sagbay, G. (2013). Estudio y Análisis de la Estandarización y
Regulación para la migración del sistema de radio analógico al digital en el
Ecuador. Universidad Politécnica Salesiana, 228.
dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/5253/1/UPS-CT002755.pdf
Vargas,
L. P. (2013). Diseño de Una Radiodifusora Digital en Base al Estándar Drm
(Digital Radio Mondiale) Para la Banda de Am. In Escuela Politecnica
Nacional.
https://books.google.com.ec/books?id=3DyIAzAQAAMAAJ&pg=3DPA130&dq=
=3Denzima+papina&hl=3Des-419&sa=3DX&ved=3D0ahUKEwjQ-MbzjvfPAhVC=
7iYKHYM7A30Q6AEIQTAH#v=3Donepage&q=3Denzima
papina&f=3Dfalse
Wunsch, F., & Elsner, M. J.
(2012). Implementation of a DRM + transmitter in the GNU Radio software
radio framework Introduction.
http://static1.1.sqspcdn.com/static/f/679473/20463131/1349016358370/wunsch-=
grcon12_gsoc_drm.pdf?token=3DIuVNQsWDcvePIw22CZ9A8VHdl1s%3D
PARA
CITAR EL ARTÍCULO INDEXADO.
Pére=
z Insuasti, J. J., Zabala Haro, M. A., Pazmiño Armijos,=
A.
O., & Moreno Avilés, H. O. (2020). Análisis de calidad de servicio en la
transmisión por AM digital mediante el uso de códecs en USRP . =
ConcienciaDigital, 3(2.2), 169-187. https://doi=
.org/10.33262/concienciadigital.v3i2.2.1254
El
artículo que se publica es de exclusiva responsabilidad de los autores y no
necesariamente reflejan el pensamiento de la Revista Conciencia Digital.
El artículo queda en propiedad de=
la
revista y, por tanto, su publicación parcial y/o total en otro medio tiene =
que
ser autorizado por el director de la Revista
Conciencia Digital.
[1] Instituto Superior Tecnológi=
co
Carlos Cisneros, Riobamba, Ecuador, juanjos19_19@yahoo.es
[2] Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facul=
tad
de Informática y Electrónica. Riobamba, Ecuador. m_zabala@espoch.edu.ec
[3] Escuela Superior Politécnica de Chimborazo. Riobamba, Ecuador. apazm= ino_a@espoch.edu.ec
[4] Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Informática y Electrónica. Riobamba, Ecuador. h_moreno@espoch.edu.ec
www.concienciadigital.org