ISDB-Tsb: o padrão de rádio digital no Japão

As figuras deverão ser consultadas no texto original em http://www.comunicacao.pro.br/setepontos/22/takashi_isdb.htm

por Takashi Tome (1)

Os sistemas de rádio digital visam, essencialmente, a transmissão de áudio com uma melhor qualidade (som de CD), incluindo, adicionalmente, novos recursos, tais como a transmissão de textos, imagens, gráficos e até mesmo vídeos de baixa resolução. Como todas as informações estão em formato digital e como o receptor possui capacidade de processamento de dados, as funcionalidades possíveis são limitadas, em tese, apenas pela imaginação.
Analisando-se os sistemas de rádio digital, verifica-se que elas se dividem em duas grandes vertentes.
Na primeira, o rádio digital é visto como uma evolução das atuais rádios. Como decorrência dessa visão, o sistema é todo concebido para apresentar uma "transição suave" entre o analógico e o digital. Exemplo desse enfoque é o IBOC norte-americano.
Em outra vertente, o rádio digital é concebido como um novo serviço - não uma mera evolução, mas algo diferente, complementar, como foi o caso da introdução do FM num mundo dominado pelas rádios AM, na década de 70. Exemplo desse enfoque é o DAB europeu (Eureka 147).

O sistema japonês de rádio digital adota a segunda abordagem: ele é visto como um serviço complementar ao atual serviço de rádio analógico AM/FM. Mais que isso, trata-se de um sistema desenhado em conjunto com a TV Digital, de modo a aproveitar as sinergias de sistema (se visto sob um prisma mais restrito) e criar um novo universo de comunicação (se visto sob um ângulo mais abrangente).

1. A Tecnologia

O sistema japonês de rádio digital é conhecido como ISDB-Tsb (Integrated Services Digital Broadcasting, Terrestrial, Segmented Band).
A sua concepção tecnológica faz parte do sistema ISDB, o sistema de televisão digital do Japão.
No caso da TV Digital, o ISDB-T é derivado do sistema europeu (DVB-T), utilizando modulação COFDM.
Isso significa que o trem de bits a ser transmitido o é por meio de milhares de pequenas portadoras - 1.400 no modo 2k, 2.800 no modo 4k e 5.600 no modo 8k [1].
No entanto, ao contrário do DVB-T, no ISDB-T essas mini-portadoras são agrupadas em 13 grupos, chamados segmentos.
Uma das vantagens dessa estratégia é que pode-se adotar diferentes parâmetros de transmissão em segmentos diferentes - por exemplo, em um segmento as mini-portadoras podem estar moduladas em 64-QAM, enquanto no segmento adjacente a modulação poderia ser QPSK.
No caso da TV Digital, e mais especificamente no caso de se ter HDTV (TV de alta definição), todos os 13 segmentos seriam utilizados para transportar o trem de bits necessário ao programa (cerca de 19 Mbit/s) (2).

O sistema de rádio digital, dentro do ISDB, era conhecido como N-ISDB (Narrowband ISDB).
Como indicava o nome, ele não seria exatamente um sistema de rádio (no sentido de ser algo inerentemente ligado à transmissão de áudio), mas sim um sistema multimídia, apenas com a diferença de estar operando com uma banda mais estreita que a televisão.
E que largura de banda seria essa? As opções são de se usar um ou três segmentos - o que corresponde a uma taxa líquida de transmissão da ordem de 200 a 300 kbit/s (no caso de 1 segmento) e 1 Mbit/s (no caso de 3 segmentos) (3).
Ora, como o sinal ISDB-Tsb (o novo nome do N-ISDB) é uma fração do ISDB-T "pleno", o sistema pode ser desenhado para que ambos "modos" sejam compatíveis. Isso significa que se uma estação de televisão transmitir o seu áudio em um segmento específico, um receptor ISDB de faixa larga reproduziria a informação de televisão (áudio + vídeo), enquanto que um receptor ISDB de faixa estreita reproduziria o áudio somente.
Da mesma forma, uma estação ISDB de faixa estreita que transmita programas de rádio poderia ser diretamente captada, seja por um receptor de rádio, seja por um receptor de televisão, conforme indicado na figura 1.

Fig. 1. Segmentação de banda no ISDB-T.

Lembremos que o ISDB-Tsb não serve somente para a transmissão de áudio.
Assim como nos outros sistemas de rádio digital, o áudio é digitalizado e compactado por meio de um codificador (encoder, no caso, o MPEG-2:AAC. (4)
O fluxo digital assim decorrente é juntado a outros fluxos (que podem ser outros fluxos de áudio digital, dados ou vídeo), por meio de um multiplexador MPEG-2. (5)
Finalmente, o conjunto assim montado (denominado "feixe de transporte" ou transport stream) passa por um tratamento (codificação de canal) e é então transmitido por meio das portadoras do COFDM, conforme indicado na figura 2.

Fig. 2. Diagrama em blocos simplificado do ISDB-Tsb (transmissão).

A informação transportada no feixe de transporte fica a critério da prestadora. A figura 3 ilustra alguns exemplos típicos.

Fig. 3. Exemplo de alocação dos bits para 1 e 3 segmentos [2].

2. O Serviço

No planejamento de espectro do Japão, a longo prazo, as estações de televisão digital deverão ocupar a faixa de UHF e as estações de faixa estreita, o VHF, conforme indicado na figura 4.
Durante a fase de transição (simulcasting), que vai de 2003 a 2011, a faixa de VHF é então compartilhada entre as atuais estações de TV analógicas e as novas estações ISDB-Tsb.
Na faixa de UHF, ter-se-ia o convívio entre as estações analógicas e digitais de televisão.
Após o simulcasting, na faixa de VHF ter-se-iam os serviços ISDB-Tsb e serviços de comunicações móveis.
Conforme indicado na figura 4, os serviços de rádio AM e FM analógicos persistiriam mesmo após 2011.

Fig. 4. Planejamento de espectro no Japão.

Devido a uma anomalia no planejamento do espectro analógico, aquele país experimenta uma situação sui generis: os canais 7 e 8 de televisão apresentam uma sobreposição de 2 MHz (ou seja, a parte superior do canal 7 coincide com os 2 MHz inferiores do canal 8).
Por tal motivo, escolheu-se o canal 7 – ou melhor, os 4 MHz inferiores dele – para a introdução do serviço de ISDB-Tsb.
Esse serviço teve início em outubro de 2003, quando a DRP (Digital Radio Promotion Association, www.d-radio.jp) obteve licença para iniciar as transmissões em Tóquio e Osaka. A DRP surgiu como um consórcio de consórcios e atua no sentido de promover o rádio digital no Japão.

Fig. 5. Estações transmitidas pela DRP.

Conforme ilustrado na figura 5, o espaço de 4 MHz do "canal 7" em Tóquio e Osaka foi fragmentado em 8 segmentos.
Os rótulos S1 a S8 identificam esses segmentos.
No planejamento do espectro, eles correspondem aos canais 91 a 98.
Os segmentos são transmitidos com potência de 100 W cada no caso de Tóquio (totalizando 800W para o conjunto) e 30 W em Osaka (total de 240 W).
Emissoras já existentes (de rádio FM, AM ou televisão), fabricantes e empresas de comunicação sozinhas ou em consórcio criaram "estações" de rádio digital (ISDB-Tsb).
Na figura 5, o nome das estações aparece dentro das barras, enquanto que as entidades ou consórcios que as formaram aparecem abaixo de cada barra – por exemplo, a Sony para o segmento S5 em Tóquio.
As transmissões ainda são em caráter experimental.
Em Tóquio, as transmissões começam às 9 da manhã, ou apenas ao meio-dia, no caso do canal 98.
Os programas transmitidos constituem-se principalmente de áudio, com o canal 91 transmitindo notícias em forma de texto (NHK) e dados para o sistema de orientação para o trânsito (VICS). As transmissões encerram-se às 21 horas. (6).
Osaka encontra-se em estágio mais introdutório.
As transmissões iniciam-se às 11 horas e vão até as 19 horas.
O canal 91 transmite a programação da NHK com o mesmo jornal eletrônico (NHK) e dados para o sistema auxiliar de trânsito (VICS).
Nos demais canais, existe um rodízio de programação, e parte das estações é utilizada para a realização de testes de engenharia de transmissão no período da manhã, enquanto que parte é utilizada para testes no período da tarde.
Nos horários ativos, são transmitidos programas culturais e musicais (basicamente, áudio).
Cada "estação" gera a sua programação e a empacota em forma de feixe de transporte (transport stream), enviando-o então para a DRP, que fica na torre de Tóquio ou Osaka.
A DRP procede então à transmissão desses sinais em forma de COFDM.
Aqui cabe uma ressalva importante: embora exista uma figura de "operador de rede" (desempenhado pela DRP), esse papel é diferente do "multiplex" do DVB-T.
Naquele caso, o "multiplex" recebe os sinais de vários programadores, e ele gera o feixe de transporte que será transmitido em forma de um único trem de bits de 20 e tantos megabits por segundo.
Já no caso do ISDB-Tsb, a DRP transmite o sinal de cada estação de forma independente, ou seja, o sinal de cada estação é transportado pelo seu próprio feixe de transporte e as mini-portadoras de COFDM ocupam a sua janela de faixa estreita (segmento) do espectro.

3. Conclusão

Aqui cabe uma pergunta interessante: se cada estação ocupa, de fato, apenas a sua janela de espectro de faixa estreita (segmento), porquê os sinais são transmitidos inicialmente para a DRP?
Existem dois motivos para isso.
O menos importante é que, tanto no caso de Tóquio quanto Osaka, as transmissões são realizadas a partir de altas torres construídas em locais selecionados – mais ou menos como a Torre Eiffel em Paris.
Portanto, a existência de uma infra-estrutura comum facilita a transmissão.
Mas o mais importante é que o ISDB-Tsb, embora adote a segmentação de espectro e estes possam ser manipulados de forma totalmente independente, na hora de se efetuar a modulação COFDM, eles são tratados como um único grupo, a fim de evitar a necessidade de se ter bandas de guarda entre os mesmos.

É cedo para se poder avaliar corretamente o potencial do ISDB-Tsb da forma como está concebida.
Entretanto, o fato de ter sido planejado de forma integrada à televisão digital, permitindo a interoperabilidade dos dois sistemas e respectivos serviços, e o fato de utilizar um multiplexador quase universal como o MPEG-2:Sistema, conferem-lhe uma grande flexibilidade e um bom potencial de evolução.

Referências

[1] ARIB. Transmission System for Digital Terrestrial Television Broadcasting. ARIB standard B-31 version 1.2. Association of Radio Industries and Businesses. Jan/02.
Disponível em www.dibeg.org. Acesso em 19/12/04.

[2] Nakahara, J. ISDB-T for Sound Broadcasting. Terrestrial Digital Radio in Japan. ABU Seminar 2003.
Disponível em www.rthk.org.hk/about/digitalbroadcasting/ DSBS/ABU_AIR_2003/ses2.pdf, acesso em 09/01/05.

Notas

(1) Takashi Tome é pesquisador em telecomunicações na Fundação CPqD. Quaisquer opiniões aqui relatadas refletem apenas a posição pessoal do autor. Este artigo foi escrito em janeiro de 2005.
(2) Para ser mais preciso, o uso dos segmentos é bastante flexível. Pode-se, por exemplo, utilizar 12 segmentos para a televisão e 1 para algum outro serviço.
(3) O ISDB-T, como o DVB-T, admite diversos parâmetros de configuração da transmissão. Com isso, a taxa de transmissão total depende desses parâmetros.
(4) MPEG-2 (ISO/IEC 13.818) parte 7, conhecido como Advanced Audio Coding.
(5) MPEG-2 (ISO/IEC 13.818) parte 1, conhecido como MPEG-2:Sistema.
(6) DRP. http://www.d-radio.jp/service.html. Acesso em 23/01/05.