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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO
DISEÑO DE UN SISTEMA DE TRANSMISIÓN DETELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE CONFIGURADO
COMO UNA RED DE FRECUENCIA ÚNICA , UTILIZANDOEL ESTÁNDAR DVB-T PARA CUBRIR LA CIUDAD DE
CARACAS, DISTRITO CAPITAL.
Presentado ante la ilustreUniversidad Central de Venezuela
por el Br. Parra C., Ricardo X.para optar al título de
Ingeniero Electricista.
Caracas, 2008.
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO
DISEÑO DE UN SISTEMA DE TRANSMISIÓN DETELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE CONFIGURADO
COMO UNA RED DE FRECUENCIA ÚNICA , UTILIZANDOEL ESTÁNDAR DVB-T PARA CUBRIR LA CIUDAD DE
CARACAS, DISTRITO CAPITAL.
Tutor Académico: Prof. Luis Fernández.Tutor Industrial: Ing. Gerardo Mantilla.
Presentado ante la ilustreUniversidad Central de Venezuela
por el Br. Parra C., Ricardo X.para optar al título de
Ingeniero Electricista.
Caracas, 2008.
iii
iv
RECONOCIMIENTOS Y AGRADECIMIENTOS
Ante todo debo agradecer a mis padres, que me dieron el privilegio de saber lo
que es vivir. Sus consejos y enseñanzas que moldearon el hombre en el que me he
convertido.
A Dios, por darme el lujo de haber nacido en una familia llena de amor y respeto,
que cada día me demuestra más lo valioso que es vivir.
A ti madre por brindarme tu cariño, apoyo y amor, sin el cual no pudiese haber
llegado a este punto.
A ti padre por estar presente en momento difíciles, y que a pesar de la distancia
jamás sentí que no estabas presente.
Al Ing. Gerardo Andrade, amigo incondicional que siempre ha brindado su apoyo.
A Katherine Ballaben, ser humano sin igual, cuya solidaridad me acompaño a lo
largo de toda esta travesía llamada carrera universitaria.
A mi tutor académico, por sus sabios consejos y ayuda en todo momento.
A mi tutor industrial, por brindarme la oportunidad de pertenecer a tan prestigiosa
institución como es la Comisión Nacional de Telecomunicaciones. Creyendo en
mí para el desarrollo del trabajo que aquí presento.
A los compañeros de CONATEL, los pocos que de forma desinteresada me
brindaron su mano en cantidad de oportunidades, cuando más lo necesitaba .
v
Parra C., Ricardo X.
Diseño de un sistema de transmisión de Televisión DigitalTerrestre configurado como una red de frecuencia única, utilizando el
estándar DVB-T para cubrir la ciudad de Caracas, Distrito Capital.
Tutor Académico: Luis Fernández. Tutor Industrial: Ing. Gerardo Mantilla.Tesis. Caracas. U.C.V. Facultad de Ingeniería. Escuela de IngenieríaEléctrica. Ingeniero Electricista. Opción: Telecomunicaciones. Institución:Comisión Nacional de Telecomunicaciones (CONATEL). 2008. 122h. +Anexos.
Palabras claves: Televisión Digital Terrestre, Red de frecuencia única, DVB -T(Digital Video Broadcasting-Terrestrial), UHF, cantidad y calidad de losprogramas.
Resumen. Se planteó el estudio del diseño de un sistema de televisión digitalterrestre configurado como red de frecuencia única, basándose en el estándareuropeo DVB-T (Digital Video Broadcasting-Terrestrial), para cubrir la ciudad deCaracas, Distrito Capital. Se utilizó el canal radioeléctrico 4 8, con el propósito detrabajar en la banda UHF, ya que esta será la que eventualmente se destinará parael uso de los sistemas de televisión digital terrestre. Primero fue necesarioestablecer la cantidad y calidad de los programas a transmitir en el sistema, paraluego definir los parámetros, realizar los cálculos pertinentes, y simular losvalores hallados, determinando las características que debía tener la red parapoder cumplir con lo establecido. Se recurrió a tablas, formulas, y el método depredicción de cobertura basado en la recomendación UIT-R Rec. P.1546 parapoder definir los parámetros de transmisión. El estudio permitió comprobar lafactibilidad del diseño para una posible implementación del sistema, cumpliendocon los requisitos impuestos po r CONATEL. Las redes de frecuencia únicasupondrán un ahorro en espectro y economía jamás imaginado con sistemasanalógicos.
vi
ÍNDICE GENERAL
INTRODUCCIÓN ................................ ................................ ............ 1
CAPÍTULO I ................................ ................................ .................... 4
EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ................................ ............... 4
1.1. Planteamiento del problema................................ ..................... 4
1.2. Justificación ................................ ................................ ............ 7
1.3. Objetivos................................ ................................ ................. 8
Objetivo General................................ ................................ ............. 8
Objetivos Específicos................................ ................................ ...... 9
1.4. Alcance de la investigación ................................ ..................... 9
1.5. Limitaciones................................ ................................ ............ 9
CAPÍTULO II................................ ................................ ................. 10
MARCO TEÓRICO ................................ ................................ ............. 10
2.1. Televisión analógica vs. Televisión Digital ................................ 10
2.1.1. Las ventajas que aporta la Televisión Digital frente a laTelevisión Analógica. ................................ ................................ ............ 12
2.1.2. Desventajas de la televisión digital ................................ ...... 13
2.2. Televisión Digital Terrestre ................................ ........................ 14
2.2.1. Características de la Televisión Dig ital Terrestre ................. 14
2.2.2. ¿Qué es necesario para ver la TDT? ................................ ..... 16
2.3. Redes de distribución primaria para televisión digital terre stre ... 17
2.4. Estándares de la Televisión Digital Terrestre .............................. 21
2.4.1. ATSC (Advanced Television System Committee) ............... 21
2.4.1.1. Parámetros:................................ ................................ ... 22
2.4.1.2. Dificultades ................................ ................................ .. 22
2.4.2. ISDB-T (Terrestrial - Integrated Services DigitalBroadcasting) ................................ ................................ ......................... 23
2.4.3. DVB-T (Digital Video Broadcasting – Terrestrial) .............. 25
2.4.3.1. Características ................................ .............................. 26
2.4.3.2. Configuración de parámetros para un sistema detelevisión digital utilizando modulación OFDM bajo el estándarDVB-T................................ ................................ ...................... 29
2.4.3.2.1. Número de portadoras. ................................ ........... 29
vii
2.4.3.2.2. Intervalo de guarda ................................ ................ 30
2.4.3.2.3. Tasa de codificación interna (FEC) ........................ 30
2.4.3.2.4. Modulación de Subportadoras ................................ 30
2.5. Estructura de Red para Television Digital Terrestre DVB -T....... 31
2.5.1. Redes Multifrecuencia (MFN) o Redes Convencionales ...... 32
2.5.1.1. Espectro radioeléctrico necesario para redes MFN ........ 32
2.5.1.2. Operación asíncrona ................................ ..................... 33
2.5.1.3. Niveles de Potencia ................................ ...................... 33
2.5.2. Redes de Frecuencia Única o Isofrecuenciales (SFN) .......... 33
2.5.2.1 Eficiencia de espectro ................................ .................... 34
2.5.2.2. Eficiencia de Potencia................................ ................... 35
2.5.2.3. Operación en Sincronía ................................ ................. 35
2.5.2.4. Tipos de Redes de Frecuencia Única ............................. 36
2.5.2.5. Principio de SFN ................................ .......................... 37
2.5.2.6. Restricciones de las SFN ................................ .............. 37
2.5.2.6.1. Sincronización en Frecuencia ................................ . 37
2.5.2.6.2. Sincronización en Tiempo ................................ ...... 38
2.5.2.6.3. Sincronización a nivel de bit ................................ .. 39
2.5.2.7. Sincronización de transmisores en una SFN .................. 39
2.5.2.7.1. Definición de Mega-trama ................................ ..... 40
2.5.2.8. Requisitos para el intervalo de gua rda en una SFN........ 40
2.5.2.9. Ecos activos en la planificación de una red SFN ........... 41
CAPÍTULO III ................................ ................................ ............... 44
MARCO METODOLÓGICO ................................ ............................... 44
3.1. Clasificación de la investigación ................................ ................ 44
3.2. Fases Metodológicas ................................ ................................ .. 44
CAPITULO IV ................................ ................................ ............... 47
DESARROLLO Y RESULTADOS ................................ ...................... 47
4.1. Cantidad y Calidad de los programas requeridos para el servicio deTDT................................ ................................ ................................ ........... 48
4.2. Modulación de subportadoras ................................ ..................... 50
4.3. Modo de operación e intervalo de gua rda ................................ ... 51
4.4. Tasa de codificación interna ................................ ....................... 53
4.5. Valor mediano de la mínima intensidad de campo equivalenterequerida en el receptor................................ ................................ .............. 57
viii
4.5.1. Definiciones de cobertura para recepción fija y portátil. ...... 58
4.5.1.1. Recepción con antena fija ................................ ............. 58
4.5.1.2. Recepción con antena portátil. ................................ ...... 59
4.5.2. Área de cobertura ................................ ................................ 60
4.5.3. Potencia mínima de entrada a los receptores (Sensibilidad) . 61
4.5.4 Cálculo de la mínima intensidad de campo y del valor medianode la mínima intensidad de campo equivalente ................................ ....... 62
4.5.4.1. Ganancia de antena (G) ................................ ................ 63
4.5.4.2. Pérdida por alimentadores (Lf) ................................ ..... 64
4.5.4.3. Atenuación debida a la altura (Lh) ................................ 64
4.5.4.4. Pérdidas debidas a la penetración en edificios (Lb) ....... 65
4.5.4.5. Factor de corrección de la intensidad de campo según laubicación (Cl) ................................ ................................ ........... 66
4.5.5. Recepción con antena fija, y recepción externa e interna conantena portátil ................................ ................................ ........................ 69
4.6. Predicción de Cobertura ................................ ............................. 73
4.6.1. Predicción de cobertura en el área de Caracas. ..................... 73
Mecedores................................ ................................ ................. 74
Volcán ................................ ................................ ...................... 75
Caricuao................................ ................................ .................... 75
4.6.2. Antena de transmisión considerada par a las predicciones decobertura ................................ ................................ ................................ 78
4.6.3. Potencia de transmisión a fijar en los transmisores .............. 79
4.6.4. Estudio de interferencia para la introducción del serviciodigital ................................ ................................ ................................ .... 83
4.6.4.1. Interferencia del canal adyacente inferior analógico sobreel canal digital ................................ ................................ ........... 83
4.6.4.2. Interferencia del canal adyacente superior digital sobre elcanal analógico ................................ ................................ ......... 85
4.7. Simulaciones de cobertura en el área de Caracas ........................ 87
4.7.1. Porcentaje del área de Caracas cubierta de acuerdo al tipo derecepción. ................................ ................................ .............................. 94
4.7.1.1. Recepción portátil interna dentro de la red SFN ............ 94
4.7.1.2. Recepción portátil externa dentro de la red SFN ........... 95
4.7.1.3. Recepción fija dentro de la red SFN .............................. 95
4.8. Características del sistema propuesto para cubrir la ciudad deCaracas configurado como una red de frecuencia única .............................. 96
4.8.1. Características de las plantas transmisoras ........................... 97
ix
4.8.1.1. Mecedores ................................ ................................ .... 97
4.8.1.2. Volcán ................................ ................................ .......... 98
4.8.1.3. Caricuao ................................ ................................ ....... 99
CONCLUSIONES ................................ ................................ ........ 100
RECOMENDACIONES ................................ .............................. 102
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................ ........ 104
BIBLIOGRAFÍAS ................................ ................................ ........ 106
ANEXOS ................................ ................................ ....................... 110
Anexo 1: Digitalización y técnica de compresión (MPEG -2) de la señal.
Anexo 2: Modulación OFDM.
Anexo 3: Procesamiento de la señal en DVB-T.
Anexo 4: Modelo de predicción de cobertura.
Anexo 5: Perfiles de terreno para todos los radiales de cada transmisor, con
sus respectivas graficas de E[dB(µV/m)] vs. Distancia.
Anexo 6: Mapas de simulaciones de cobertura.
Anexo 7: Técnicas de extensión de cobertura.
x
LISTA DE FIGURAS
FIGURAS
Figura 1. Esquema de transmisión de la Televisión Digital Terrestre. ................ 14
Figura 2. Distribución de la señal en un sistema TDT ................................ ........ 18
Fuente: www.bandaancha.es ................................ ................................ .............. 18
Figura 3. Red de distribución primaria con adaptación para SFN ....................... 18
Figura 4. Modulación BST-OFDM “Transmisión de Banda Segmentada OFDM”.
................................ ................................ ................................ .......................... 24
Figura 5. Diagrama de Bloques del Sistema DVB -T. Marcados con puntos los
bloques funcionales para transmisiones jerárquicas. ................................ ........... 26
Figura 6. Sistema de transmisión en DVB -T. ................................ ..................... 29
Figura 7. Red de Frecuencia Única Simétrica. ................................ .................... 36
Figura 8. Red de Frecuencia Única Asimétrica. ................................ ................. 36
Figura 9. Estructura completa de una Mega -trama. ................................ ............ 40
Figura 10. Resolución de imagen vs. Tasa de bit ................................ ................ 49
Figura 11. Tasas de transferencia de información útil para un canal de 6MHz. ... 50
Figura 12. Opciones de transmisión de HDTV en canales de 6MHz. .................. 51
Figura 13. Radiales trazados desde el transmisor de Mecedores. ........................ 74
Figura 14. Radiales trazados desde el transmisor de Volcán. .............................. 75
Figura 15. Radiales trazados desde el transmisor de Caricuao. ........................... 75
Figura 16. Parámetros de propagación introducidos en Radio Mobile ................ 89
Figura 17. Parametros introducidos en Radio Mobile para cada emplazamiento. 90
xi
Figura 18. Mapa orográfico de Caracas obtenido de Radio Mobile .................... 91
Figura 19. Mapa de Caracas extraído del programa Mapinfo ............................. 91
Figura 20. Ejemplo de red SFN para la ciudad de Caracas. ................................ 93
Figura 21. Puntos de referencia para el cálculo del porcentaje de cobertura. ....... 94
xii
LISTA DE TABLAS
TABLAS
Tabla 1. Tasa neta de información en la TDT ( 6 MHz) ................................ ...... 20
Tabla 2. Duración de los intervalos de guarda en TDT ................................ ....... 30
Tabla 3. Duración del tiempo del intervalo de guarda para canales de 6MHz ..... 53
Tabla 4. Relación señal a ruido (C/N) requerido en el receptor de acuerdo a la tasa
de codificación interna ................................ ................................ ....................... 55
Tabla 5. Perdidas por alimentadores según la frecuencia. ................................ ... 64
Tabla 6. Variaciones de las pérdidas por penetración en edificios en las Bandas
IV/V de ondas decimétricas ................................ ................................ ............... 66
Tabla 7. Factor de corrección por la ubicación (Cl) para recepción portátil. ....... 69
Tabla 8. Valor mediano mínimo equivalente de la intensidad de campo en la
banda UHF para un porcentaje de localidades de 70% y 95% para la condición de
recepción con: Antena Fija Externa (Rice) ................................ ......................... 70
Tabla 9. Valor mediano mínimo equivalente de la intensidad de campo en la
banda UHF para un porcentaje de localidades de 70% y 95% para la condición de
recepción: Externa Portátil (Clase A) (Rayleigh) ................................ ............... 71
Tabla 10. Valor mediano mínimo equivalente de la intensidad de campo en l a
banda UHF para un porcentaje de localidades de 70% y 95% para la condición de
recepción: Interna Portátil (Clase B) (Rayleigh) ................................ ................. 72
Tabla 11. Valor mediano mínimo equivalente del nivel de intens idad de campo. 80
Tabla 12. Valor mediano mínimo equivalente del nivel de intensidad de campo
con un margen de protección de 6 dB. ................................ ............................... 81
Tabla 13. Potencia mínima requerida en los transmisores tradicionales. ............. 82
Tabla 14. Relaciones de protección (dB) frente a la interferencia del canal
adyacente inferior a señales DVB-T de 7 MHz interferidas por señales de
televisión analógica ................................ ................................ ........................... 84
xiii
Tabla 15. Relaciones de protección (dB) de una señal de imagen analógica
deseada interferida por señales DVB -T de 7 MHz (canal adyacente superior) .... 85
Tabla 16. Porcentaje de cobertura en la red SFN para recepción portátil interna . 95
Tabla 17. Porcentaje de cobertura en la red SFN para recepción potátil externa . 95
Tabla 18. Porcentaje de cobertura en la red SFN para recepción fija .................. 95
Tabla 19. Potencia del transmisor ubicado en Mecedores. ................................ .. 97
Tabla 20. Potencia del transmisor ubicado en Volcán. ................................ ........ 98
Tabla 21. Potencia del transmisor ubicado en Caricuao. ................................ ..... 99
1
INTRODUCCIÓN
La llegada de la televisión digital supone un cambio tan radical como el
que supuso el paso del blanco y negro al color. Se trata de conseguir imágenes
mejores y abrir las puertas a la futura introducción de servicios hasta ahora
inimaginables, como la recepción móvil de televisión, la interactividad, la
televisión a la carta o los servicios multimedia tan de moda hoy en día con la
explosión de Internet. A través del proceso de digitalización de una señal
analógica se obtiene una representación numérica en bits que permite someter la
señal de televisión a procesos complejos, sin degradación de calidad, que ofrecen
múltiples ventajas y abren un abanico de posibilidades de nuevos servicios en el
hogar. Al tratarse de transmisiones de información digital es oportuno pensar en
una gran flexibilidad en los contenidos emitidos, siendo posible mezclar un
número arbitrario de canales de vídeo, audio y datos en una sola señal.
En los años ‘90, tras la revolución tecnológica en el mundo de las
telecomunicaciones con el tratamiento digital de la señal y el desarrollo de los
estándares de codificación y transmisió n, se realizaron adelantos importantes en
los servicios de telefonía, t ransmisión de datos, e Internet . A medida que
proseguía la evolución de estos medios, la televisión seguía basándose en los
sistemas antiguos de transmisión analógica , debido a la falta de un estándar que
regulara el medio; esto cambio en Europa al desarrollarse el proyecto DVB
(Digital Video Broadcasting) , diseñado para la transmisión de emisiones de
televisión mediante técnicas de modulación y codificación digitales basados en
MPEG-2, lo cual implica que es transportable cualquier información que sea
digitalizable (vídeo, audio, datos multimedia, etc.).
Existen otros estándares establecidos por organizaciones mun diales
distintos al de Europa. En Estados Unidos se produjo el estándar ATSC
(Advanced Televisión Systems Committee) y, paralelamente, en Japón fue
desarrollando el ISDB (Integrated Services Digita l Broadcasting).
Adicionalmente, están en desarrollo los estándares SBTD (Sistema Brasilero de
2
Televisión Digital), el cual est á basado en el sistema japonés y el DMT -T/H
elaborado por la República Popular China.
El esquema de modulación empleado por DVB -T soporta interferencia
co-canal, como la que producirían otros servicios analógicos terrestres sobre
canales continuos del espectro radioeléctrico, lo que es importante considerando
que se tendrá un tiempo de transición en los que convivan varios servicios de
difusión de televisión, incluidos los analógicos, hasta una total implantación de
los sistemas digitales.
Uno de los principales problemas que se observa hoy en día es como el
espectro para radiodifusión de televisión está muy saturado con el actual si stema
de modulación, con los canales radioeléctricos de la televisión digital se ocupa la
misma anchura de banda que los canales utilizados por la televisión analógica y
tienen capacidad para un número variable de programas de televisión en función
de la velocidad de transmisión, pudiendo oscilar entre un único programa de
televisión de alta definición a cuatro programas con calidad técnica similar a la
televisión actual.
La gran ventaja de la transmisión digital , aparte de permitir utilizar de
manera más eficiente los canales de transmisión , como se mencionó
anteriormente, es que permite la reutilización de frecuencias; algo imposible con
el sistema analógico debido a los múltiples problemas de interferencia que esto
generaría, creando el concepto de redes de frecuencia única, lo cual es una
configuración de red que permite que los transmisores de cierta área puedan
utilizar las mismas frecuencia para el envío de información sin caer en problemas
de interferencia en la señal.
Es en este marco de ideas que se desarrolla el presente trabajo, tratando
de incorporar todos los beneficios que conlleva el uso de configuraciones de redes
de frecuencia única, aplicado a la transmisión de televisión digital terrestre, en
donde se realizó un diseño considerando todos los parámetros necesarios para su
funcionamiento y puesta en operación, con la idea de crear un sistema lo
suficientemente práctico para servir de guía en una posible implementación para
cubrir la ciudad de Caracas.
3
El presente informe del proyecto de trabajo de grado fue estructur ado de
la siguiente manera: Capítulo I: Donde se plantea el problema de estudio, la
justificación del proyecto y los objetivos a cumplir. Capítulo II: Se exponen los
conceptos básicos a tener en cuenta para la comprensión del desarrollo. Capítulo
III: Se especifica el método de estudio seguido, explicando los pasos o fases
seguidas para el cumplimiento de los objetivos trazados en el primer capítulo.
Capítulo IV: En esta parte del trabajo se explica con detalle el proceso de
desarrollo, describiendo cada fórmula, tabla, gráfica y cálculos necesarios para
cumplir con los requerimientos del diseño. Capí tulo V: se establecen las
conclusiones a las que llegó el investigador , exponiendo sucesivamente las
recomendaciones a tomar para su aplicación y futuros estudios.
4
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
1.1.Planteamiento del problema
El problema principal de la televisión analógica es el us o ineficiente que
se le da al espectro radioeléctrico. La tecnología actual sólo permite la transmisión
de un único programa de televisión por cada canal UHF de 6 MHz de amplitud.
Además, los canales adyacentes al que tiene lugar una emisión han de estar l ibres
para evitar las interferencias mutuas entre las señales que perjudicarían la calidad
de la señal recibida. De esta manera , existen complejos diseños de canales usados
y libres en cada región, provincia o incluso área para minimizar las interferencias ,
aún a costa de limitar el número de emisiones simultáneas. El uso del espectro
radioeléctrico esta restringido, ya que es necesario asignar canales diferentes a un
mismo operador para cubrir una zona de extensión considerable. Esto puede
observarse en el caso de la Zona Metropolitana de Caracas, donde un programa
puede ser visto en un canal y en otra zona de la ciudad es necesario sintonizar un
canal de radiofrecuencia diferente para poder seguir disfrutando de la
programación, convirtiéndose en una total ineficiencia del uso del recurso.
Por otra parte, la transmisión terrestre de televisión analógica se ve
afectada por dispersión de energía, zonas de sombra y reflexiones que provocan
ecos. Esos problemas se manifiestan como nieve, ruido en la imagen, dob les
imágenes, colores deficientes y sonido de baja calidad , lo cual se debe a las
múltiples reflexiones o “multitrayecto” que sufre la señal en su viaje al receptor.
Es por esta razón que no se asigna la misma frecuencia a transmisores diferentes
de un operador, ya que el retardo de alguna señal con respecto a otra genera los
problemas de interferencia antes mencionados.
En transmisión digital, al estar la señal codificada, se recibe una imagen
siempre íntegra, que al llegar al destino con un nivel de inte nsidad por encima del
umbral de los circuitos decodificadores, es posible regenerar en su totalidad,
5
pudiendo obtener una imagen libre de interferencias si n importar la zona de
ubicación; al mismo tiempo, estas señales soportan el “multitrayecto” gracias a la
propiedad que tienen de insertarles un tiempo de guarda que alarga el tiempo del
símbolo que se transmite, todas las señales reflejadas pueden ser sumadas en una
señal constructiva donde es posible asignar la misma frecuencia de operación para
los diferentes transmisores de un operador de servicios, permitiendo de esta
manera tener una red de transmisores que operen todos en la misma frecuencia,
red de frecuencia única (SFN).
Aparte del mejor aprovechamiento del espectro, otra ventaja de las redes
de frecuencia única es que debido a la adicción de señales provenientes de dos
transmisores cercanos pertenecientes a la red, se produce una ganancia que se
denomina ganancia de red. Esta ganancia trae consigo múltiples ventajas: la
infraestructura para la radiodifusión es más barata, ya que se necesita menos
potencia en los transmisores; hacen un mejor uso de la potencia transmitida y
logra una mejor cobertura.
Las emisiones de televisión digitales cuentan con numerosas e
importantes ventajas frente a las actua les emisiones en analógico. La calidad de
las imágenes es comparable a la de un DVD, y la señal es mucho más inmune a
interferencias que la analógica (factor especialmente importante en áreas urbanas).
La tecnología digital permite un mayor número de emiso ras u operadores en el
mismo espacio radioeléctrico, pues se pueden transmitir entre tres y cinco
programas por cada canal UHF, dependiendo del ancho de banda del canal (6,7, o
8 MHz). Además, gracias al diseño de la red de distribución de señal es posible
usar todos los canales de la banda, sin necesidad de dejar canales de guarda para
reducir las interferencias como ocurría con la distribución de frecuencias en la
transmisión analógica, obteniéndose un uso mucho m ás eficiente del espectro sin
necesidad de dejar bandas de frecuencia sin uso. Esta flexibilidad ofrecida por la
televisión digital es especialmente importante en Venezuela , donde el número de
empresas dispuestas a proveer de servicio s ha crecido y la asignación de espectro
se ve limitada para satisfacer las necesidades de los antes mencionado.
6
El tema de la televisión digital es un tema d e reciente aparición en
Latinoamérica, todavía en desarrollo, y la falta de información con respecto a la
implementación de estos sistemas es un problema. El esp ectro radioeléctrico es un
recurso escaso hoy en día y la transición de analógico a digital solventaría este
problema proporcionando un uso eficiente del espectro. Pero este salto no es
posible de realizar sin un período de prueba que permita estudiar los beneficios de
la televisión digital, permitiendo entender cómo realizar una planificación
adecuada del espectro a futuro, mientras en el presente ambos sistemas coexistan
hasta la inevitable desaparición de la transmisión analógica. La planificación
técnica, en su apartado de planificación de frecuencias y compatibilidad
electromagnética, ha de tomar en consideración este hecho.
Debido a la poca información existente con respecto a los sistemas de
transmisión digital, solo en España el cambio fue aprobado en el 2000 [10], aun
sabiendo el beneficio que conlleva el cambio de un sistema a otro, no existen
estudios concretos acerca de la implementación de redes de frecuencia única y su
aplicación para el uso eficiente del espectro. Las redes de frecuencia única
suponen una solución a la saturación del espectro, al permitir n o sólo
transmisiones en la misma banda de frecuencia a nivel regional , sino también a
nivel nacional.
La Comisión Nacional de Telecomunicaciones (CONATEL), en su
carácter de ente regulador del espectro radioeléctrico venezolano, vela por su uso
eficiente y la elaboración de estudios que establezcan las regulaciones respectivas.
En este mismo sentido, se plantea la elaboración del siguiente trabajo enmarcado
dentro del desarrollo del proyecto de televisión digital llevado a cabo por la
institución donde se desarrollará un sistema de transmisión digital que este
configurado como una red de frecuencia única permitiendo realizar un estudio que
sirva a futuro como modelo para implementar el sistema que sustituya
definitivamente a la transmisión analógica.
7
1.2.Justificación
Desde el año 2001, CONATEL ha estado analizando los diversos
estándares de Televisión Digital Terrestre (TDT), esto con el propósito de tomar
una decisión sobre cuál será el que se implementará en el país, para que los
venezolanos empiecen a disfrutar de es te nuevo concepto de televisión que ofrece
la posibilidad de recibir muchos más canales en su televisor y añadir servicios de
interactividad, agregando un decodificador o directame nte en un televisor digital
que cuente con este dispositivo integrado.
Pese a que la digitalización en que se apoya la Televisión Digital
Terrestre hace que aumente de manera significativa la capacidad potencial de las
redes de transmisión, el crecimiento de la demanda de ancho de banda hace que
los recursos sigan siendo un problema clave para la regulación; destaca entre ellos
el problema del acceso al espectro radioeléctrico. El espectro de frecuencia s sigue
siendo un recurso finito, incluso en la era digital. Aunque el paso de las
tecnologías analógicas a las digitales, tanto para la telefonía móvil como para la
radiodifusión, se traducirá en última instancia en ahorros significativos, esta
transición se efectuará con lentitud.
En efecto, como es bien sabido, uno de los recursos más caros y, por
consiguiente, de mayor requisito de optimización en un sistema vía radio es el
espectro. Debido a esta escasez de banda, hay que tratar de emplear toda la
tecnología disponible, al menor coste posible para optimizar el ancho de banda a
emplear. Aquí aparece ya uno de los puntos clave en la discusión de la
conveniencia de emplear sistemas de difusión de Televisión Digital Terrestre
frente a la analógica.
Ya se ha establecido los beneficios que trae consigo la impleme ntación
de la televisión digital en conjunto con una configuración en redes de frecuencia
única que conllevaría a hacer un uso eficiente del espectro, y como CONATEL es
la institución a cargo de regular, administrar, gestionar y asign ar el espectro
radioeléctrico. El hecho de que CONATEL funcione como ente regulador del
sector de las Telecomunicaciones en Venezuela, resulta indicativo de la relevancia
8
y justificación de esta investigación, al ser el interesado en obtener resultados
concretos en cuanto a las políticas de regulación a establecer en el área.
Una vez realizado el diseño del sistema de transmisión de televisión
digital terrestre configurado como red de frecuencia única, el proyecto sentará las
bases de un Marco Regulatorio que podrá ser usado en la comisión como guía
para la implementación de redes isofrecuenciales o de frecuencia única,
regulación de los parámetros para la transmisión en el área de Caracas libre de
interferencias, consideraciones que se deben tomar para permitir la transición del
sistema analógico al digital, permitiendo la coexistencia de ambos sistemas hasta
la ocurrencia del “Apagón Analógico”. La regulación del debido uso del espectro
y un estudio que sirva para su poster ior aplicación para ahorro no só lo de espectro
sino de potencia. Todo lo expuesto enmarca la realización del presente trabajo de
grado como una continuación natural del estudio de Televisión Digital Terrestre
que lleva a cabo en estos momentos la Comisión Nacional de
Telecomunicaciones.
1.3.Objetivos
En virtud de la necesidad emergente en el ente regulador de las
telecomunicaciones en nuestro país, su rgen objetivos de investigación, tanto
general como específicos, que buscan saldar el vacío con respecto a la transición
del sistema analógico al digital.
Objetivo General
Diseñar un sistema de transmisión de televisión digital terrestre
utilizando el estándar DVB-T (Digital Video Broadcasting - Terrestrial),
configurado como red de frecuencia única, que pueda ser aplicado en la banda de
frecuencia UHF (Ultra High Frequency) para cubrir la ciudad de Caracas, Distrito
Capital, Venezuela.
9
Objetivos Específicos
Definir la cantidad y calidad de los programas que se transmitirán en el
sistema de televisión digital terrestre .
Seleccionar los parámetros necesarios para la tr ansmisión de la señal, para
establecer las bases sobre las cuales se soporte el diseño de la red que
posea niveles de cobertura satisfactorios , según los requisitos de La
Comisión Nacional de Telecomunicaciones (CONATEL).
Realizar los cálculos necesarios e n base a los parámetros seleccionados
para el diseño de un sistema de transmisión de televisión digital terrestre
configurado como una red de frecuencia única para cubrir la ciudad de
Caracas, estableciendo los protocolos técnicos necesarios para realizar el
diseño.
Seleccionar un programa de software libre o gratuito para realizar la
simulación de cobertura de la red, con el propósito de determinar el
cumplimiento de los requisitos .
1.4.Alcance de la investigación
La presente investigación se encuentra enmarcada en la ciencia de la
ingeniería, en específico en el ámbito de las telecomunicaciones, al proponer un
diseño de una red de frecuencia única que permita el desarrollo y evolución de los
sistemas de transmisión digital terrestre que posiblemente se implementen en el
futuro cercano del país.
1.5.Limitaciones
El desarrollo del presente trabajo se estructuro mediante el uso de bases
teóricas y formulas sin recurrir a datos prácticos recolectados en el área de interés,
por lo tanto es posible que exista un diferenc ia apreciable a la hora de considerar
el presente diseño para su implementación, ya que será necesario llevar a cabo un
estudio aparte, solo tomando lo expuesto en el presente trabajo como una guía y
no como el modelo propiamente de la configuración de red real que se instale.
Este trabajo de grado solo establece los lineamientos de una propuesta.
10
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
En el presente capitulo se exponen ciertos conceptos básicos para la
comprensión del desarrollo del proyecto, cualquier otra informació n clave se
encuentra referida a los anexos.
2.1. Televisión analógica vs. Televisión Digital
La televisión analógica que se disfruta actualmente en cualquier hogar de
Venezuela, a través de la instalación de antena individual o colectiva , utiliza el
denominado sistema NTSC (National Television System Commitee ).
Los problemas de transmisión e interferencia tienden a degradar la
calidad de la imagen en el sistema NTSC, alterando la fase de la señal del color,
por lo que en algunas ocasiones el cuadro pierde equilibrio de color en el
momento de ser recibido; esto hace necesario incluir un control de tinte, que no es
necesario en los sistemas PAL o SECAM. Otra de sus desventajas es su limitada
resolución, de sólo 525 líneas de resolución vertical, la más baja entre todos los
sistemas de televisión, lo que da lugar a una imagen de calidad inferior a la que es
posible enviar en el mismo ancho de banda con otros sistemas. El concepto ha
evolucionado poco en los últimos 50 años destacando, entre los avances, la
aparición del color, el sonido estéreo y el teletexto.
En la televisión analógica, los parámetros de la im agen y del sonido se
representan por las magnitudes analógicas de una señal eléctrica. El transporte de
esta señal analógica hasta los hogares ocupa muchos recursos. En el mundo digital
esos parámetros se representan por números; en un sistema binario , usando
únicamente los dígitos “1” y “0” , gracias a la ayuda del llamado conversor
analógico/digital. Esta representación, numérica en bits, permite someter la señal
de televisión a procesos muy complejos, sin degradación de calidad, que ofrecen
múltiples ventajas y abren un abanico de posibilidades de nuevos servicios en el
hogar.
11
En realidad, el sistema actual de TV ya utiliza señales digitales:
captación de imágenes (cámaras digitales); almacenamiento del contenido
(archivos digitales); en el transporte de contenido (por enlaces de microondas y
sistemas vía satélite punto-punto) e, incluso, en la distribución de la señal por
satélite (DSB); microondas (MMDS) o cable; pero toda la transmisión de TV
abierta aún es analógica.
Sin embargo, la señal de televisión digital ofrecida directamente por el
conversor analógico/digital contiene una gran cantidad de bits que no hacen viable
su transporte y almacenamiento sin un consumo excesivo de recursos. La cantidad
de bits que genera el proceso de digitalización de una s eñal de televisión es tan
alta que necesita mucha capacidad de almacenamiento y de recursos para su
transporte. Afortunadamente, las señales de televisión tienen más información de
la que el ojo humano necesita para percibir correctamente una imagen. Es de cir,
tienen una redundancia considerable. Esta redundancia es explotada por las
técnicas de compresión digital (MPEG) para reducir la cantidad de "números"
generados en la digitalización hasta uno niveles adecuados que permiten su
transporte con una gran calidad y economía de recursos. Estas y otras técnicas han
sido los factores que han impulsado definitivamente el desarrollo de la televisión
digital, permitiendo el almacenamiento y transporte de la señal con un mínimo
uso de recursos.
Los canales radioeléctricos de la televisión digital ocu pan el mismo
ancho de banda (6MHz) que los canales utilizados por la televisión analógica
pero, debido a la utilización de técnicas de compresión de las señales de imagen y
sonido (MPEG), tienen capacidad para un número variable de programas de
televisión en función de la velocidad de transmisión, pudiendo oscilar entre un
único programa de televisión de alta definición (gran calidad de imagen y sonido)
a cuatro programas con calidad técnica similar a la actual, o inclus o, más
programas con calidad similar al vídeo. Sin embargo, inicialmente se ha previsto
que cada canal múltiple (canal múltiple se refiere a la capacidad de un canal
radioeléctrico para albergar varios programas de televisión) de cobertura nacional
o autonómica incluya, como mínimo, cuatro programas.
12
En cuanto a la transmisión de la televisión por ondas de radio de
superficie, las modulaciones analógicas utilizadas sufren sobre todo el efecto de la
transmisión multitrayecto, que se traduce en la aparición d e doble (o múltiple)
imagen (fantasma). Esto implica que los receptores de televisión fijos utilicen
antenas direccionales, apuntadas hacia la estación emisora de forma bastante
precisa por técnicos antenistas, que la recepción con receptores portátiles con
antenas dipolos sea normalmente de calidad muy inferior a la conseguida con
televisores fijos y que la recepción por televisores móviles esté prácticamente
descartada.
2.1.1. Las ventajas que aporta la Televisión Digital frente a la Televisión
Analógica.
La televisión digital supone un aumento de calidad de imagen que se acerca
mucho a la que podemos tener al visualizar un DVD, cuyo formato es de 16:9.
El audio también mejora notablemente y tenemos la oportunidad de disfrutar de
sonidos tridimensionales mediante la tecnología Dolby Surround. Además, la
TD permite escuchar un programa en otro idioma con el mismo programa de
vídeo, y la aparición de subtítulos. Se puede ofrecer un sonido multicanal, con
calidad de disco compacto CD. Además , la multiplicidad de canales de audio
permite conseguir el efecto de sonido perimétrico empleado en las salas de
cine.
Permite incrementar el número de programas por canal radioeléctrico y
disminuir el coste de distribución.
Las señales enviadas no sufren los efectos de la propagación multitrayecto y,
además, son más robustas frente al ruido y las interfe rencias. La imagen ya no
presenta distorsiones del tipo doble imagen o efecto “nieve”: simplemente se
ve o no se ve (llamado esto el “abismo digital”) en la zona de cobertura.
Además, la codificación dispone de mecanismos para la detección y corrección
de errores que mejoran la tasa de error en las señales recibidas en entornos
especialmente desfavorables.
13
Permite una optimización del espectro radioeléctrico, ya que gracias al diseño
de la red de distribución de señal , es posible usar todos los canales de la banda
sin necesidad de dejar canales de guarda para reducir las interferencias, lo que
conduce a la posibilidad de ofrecer más canales y/o mejor calidad
La transmisión digital permite una reducción en el tamaño de las antenas
receptoras, por lo que se posibilita su recepción en terminales más pequeños ,
como puede ser una computadora personal o un teléfono móvil.
Permite utilizar redes de frecuencia única, por lo que se puede emitir el mismo
programa a la misma frecuencia desde distintos transmisores, per mitiendo la
correcta recepción del mismo y requiriendo menor potencia de transmisión que
la analógica.
Abre las puertas del hogar a la Sociedad de la Información, debido a que
permite la convergencia TV-PC. El televisor pasará a convertirse en un
terminal multimedia que podrá admitir datos procedentes de los servicios de
telecomunicaciones, suministrando servicios de valor añadido como: Internet,
correo electrónico, cotizaciones de bolsa, videoteléfono, guías electrónicas de
programas (EPG), vídeo bajo demanda, pay per view (compra de programas),
teletexto avanzado, banco en casa, tienda en casa, entre otros. Otra ventaja que
aporta la Televisión Digital es la posibilidad de que el público particip e de
alguna manera: la interactividad.
2.1.2. Desventajas de la televisión digital
Para poder ver la TD se requiere un cambio obligatorio de los aparatos
receptores de todos los hogares, lo que implica un coste adicional para el
usuario.
Además, mientras que con la televisión analógica se podía recibir dos canales
diferentes: ver uno y grabar otro; con la televisión digital sólo está permitido
grabar el canal que se tiene sintonizado. Para lograr recibir dos canales, sería
necesario comprar dos terminales digitales o utilizar aquellos que tengan doble
sintonizador.
14
La modulación empleada es muy sensible a la distorsión de fase que puede
aparecer en los amplificadores de las antenas colectivas; por eso, la mayoría de
las instalaciones de recepción de televisión analógica deberán ser modificadas
para poder recibir la señal digital.
2.2. Televisión Digital Terrestre
Televisión Digital Terrestre (TDT) es la aplicación de las tecnologías del
medio digital a la transmisión de contenidos a través de una antena convencional
(aérea).
Figura 1. Esquema de transmisión de la Televisión Digital Terrestre.
Fuente: Wikipedia “Imagen: CADENA_TRANSMISION_DVBT.jpg”
2.2.1. Características de la Televisión Digital Terrestre
La transmisión terrestre de televisión se ve afectada por dispersión de
energía, zonas de sombra y reflexiones que provocan ecos. En transmisión
analógica, esos problemas se manifiestan como nieve, ruido en la imagen, dobles
imágenes, colores deficientes y sonido de baja calidad. En trasmisión digital, al
estar la señal codificada, se recibe una imagen siempre íntegra, pero se acaba
llegando al denominado “abismo digital”: cuando la señal no es suficiente para los
circuitos decodificadores se pierde completamente la recepción. Una recepción
óptima suele necesitar menor potencia de señal que una transmisión analógica de
calidad normal.
La imagen, sonido y datos asociados a una emisión de televisión se
codifican digitalmente en formato MPEG-2. La calidad de imagen y sonido
transmitidos es proporcional al caudal de datos asignado dentro del flujo final
transmitido por cada múltiplex. La compresión MPEG-2 utilizada es una
compresión con pérdidas. Esto significa que antes de la emisión la calidad del
15
audio y el vídeo en televisión digital es inferior que en televisión analógica. Por lo
tanto, lo que nos garantiza la televisión digital terrestre es una mejor calidad de la
señal recibida, no del vídeo y audio.
El problema de los ecos se ha solventado en el sistema europeo aplicando
la modulación COFDM (La duración de los bits es superior a los retardos,
evitando ecos y permitiendo reutilizar las mismas frecuencias en antenas vecinas) .
En la TDT el flujo binario resultante de codificar la imagen, el sonido y los datos
del programa se transmite mediante miles de portadoras entre l as que se reparte la
energía de radiación.
Una de las grandes ventajas de la COFDM es que, como la velocidad de
transmisión de cada portadora es extremadamente baja, la señal modulada
permanece en el mismo estado de modulación durante un intervalo de tiempo
considerable. Gracias a esto, a diferencia de lo que sucedía con la modulación
VSB, utilizada en analógico, ahora cuando llega al receptor la misma señal con
diferentes retardos, no se tiene interferencias mientras la diferencia entre los
tiempos de llegada no sea superior al llamado intervalo de guarda. Además, la
codificación incorporada a este tipo de modulación dispone de mecanismos para
la detección y corrección de errores que mejoran la tasa de error en las señales
recibidas en entornos especialmen te desfavorables.
La codificación digital de los programas permite que en el ancho de
banda disponible en un solo canal UHF se puedan transmitir varios programas con
calidad digital similar a la de un DVD. El número de programas simultáneos
depende de la calidad de imagen y sonido deseadas ; es decir, entre más
información pueda enviarse , mejor es la calidad en la recepción, (lo cual da una
buena calidad en imágenes con movimientos lentos, si bien en escenas de más
acción se pueden apreciar fácilmente zonas de imagen distorsionadas que reciben
el nombre de artefactos (artifacts, en inglés) ); sin embargo, la gran flexibilidad de
la codificación MPEG-2 permite cambiar estos parámetros en cualquier momento,
de manera transparente a los usuarios.
El bloque de cuatro canales de emisión que se emite por un canal habitual
de UHF recibe el nombre de MUX (múltiplex). El flujo binario del MUX es la
16
multiplexación de los programas que lo componen. La relación de flujo de cada
programa multiplexado se puede regular a volu ntad, lo que es equivalente a
regular la calidad de los mismos. Como el flujo depende del contenido de la
imagen, muchas variaciones o mucho detalle de una imagen producen más flujo
binario, el aprovechamiento óptimo del MUX se produce cuando todos sus
componentes tienen la misma importancia comercial, lo cual se realiza mediante
un control estadístico del flujo.
En cada canal de radiofrecuencia se emite un único flujo MPEG-2, que
puede contener un número arbitrario de flujos de vídeo, audio y datos. Aunque
varios operadores compartan el uso de un canal multiplexado (múltiplex), cada
uno puede gestionar el ancho de banda que le corresponde para ofrecer los
contenidos que desee. Puede, por ejemplo, emitir un flujo de vídeo, dos de audio
(por ejemplo, en dos idiomas a la vez), varios de datos (subtítulos en tres idiomas,
subtítulos para sordos, información con las estadísticas de los jugadores, etc.).
2.2.2. ¿Qué es necesario para ver la TDT?
En la actualidad las emisiones de TDT tienen lugar en la misma banda
UHF que la televisión analógica y para sintonizar esta nueva señal no tiene por
qué ser necesario modificar la instalación de antena colectiva del edificio (o la
propia de la vivienda), pero sí es necesario un decodificador compatible con el
estándar de transmisión (DVB-T, ISDB-T, ATSC, etc.) para cada aparato receptor
de televisión analógica que demodule la señal COFDM u 8VSB (según el
estándar), interprete el flujo MPEG -2, extraiga el programa seleccionado, lo
decodifique y lo envíe al receptor de televi sión analógica.
Por lo tanto, siguen sirviendo las mismas antenas y las mismas redes de
distribución de señal que actualmente se usan para la señal analógica, pues ambas
son señales en la banda UHF. Sin embargo los amplificadores instalados suelen
ser monocanal (sólo amplifican la señal de un único canal UHF) y además están
pensados para señales de tipo analógico. Por lo tanto , se hace necesario añadir un
nuevo amplificador de canal por cada canal radioeléctrico usado para transmisión
de televisión digital.
17
2.3. Redes de distribución primaria para televisión digital terrestre
La red de distribución primaria , según el estándar ETSI TR 101190
(2004) [4], (a veces también llamada red de transporte), lleva la señal digital de
televisión de las premisas de la producción de los programas a los sitios del
transmisor (la difusión o la red de distribución secundaria). En la Figura 2 se
muestra un diagrama de referencia de la distribución de televisión digital terrestre .
El diagrama ilustra dos opciones que se analiza n a continuación:
Hacer una modulación COFDM centralizada. En la Figura 2 el bloque
correspondiente a “Transmisión MPEG -2” no existiría. El modulador de COFDM
puede estar en un punto central y e l transporte de la señal COFDM en banda base
a los transmisores se realizaría por medios de transmisión analógica como enlaces
SHF, enlaces de microondas o incluso vía satélite.
Hacer la distribución de la señal MPEG TS a cada transmisor de la red
secundaria (Moduladores COFDM). Esta señal se podría transportar por s istemas
de transmisión digitales convencionales como redes ATM, PDH o SDH para los
cuales existen normas sobre cómo realizar el transporte especificadas en el
documento de la ETSI mencionado al inicio , o incluso, enviando el nivel físico
especificado en el DVB-Professional Interface sobre fibra óptica directamente,
preferiblemente monomodo con emisores láse r para conseguir grandes alcances
(unos 100 Km). También se podría distribuir MPEG TS vía satélite, pero en este
caso se necesitaría una función de remultiplexión para cambiar la información
MPEG de sistema para indicar el cambio de medio.
De las dos opciones, la más robusta es la segunda, distribución de
MPEG-TS y combinación de moduladores COFDM y emisores, debido
principalmente a las estrictas exigencia s de sincronismo de tiempo, a nivel de bit y
de frecuencia que imponen las redes de frecuencia única (SFN). Se pueden utilizar
aproximaciones híbridas, es decir, distribución hast a un área del MPEG TS, hasta
un punto donde se realiza la modulación COFDM y se distribuye ésta a
retransmisores locales.
18
Figura 2. Distribución de la señal en un sistema TDT
Fuente: www.bandaancha.es
El tema de la sincronización en redes SFN se puede ver en la Figura 3,
donde se muestra el esquema de una red de distribución con las adaptaciones
necesarias para conseguir estos estrictos requisitos.
Figura 3. Red de distribución primaria con adaptación para SFN
Fuente: www.bandaancha.es
El bloque más importante es el Adaptador SFN, que forma una “ mega-
trama” que consiste en “n” paquetes MPEG TS correspondientes a 8 tramas
COFDM en modo 8k y 32 en modo 2k; insertando paquetes de inicialización de
mega-trama (MIP). La función más importante de estos MIP es llevar marcas de
tiempo (Synchronization Time Stamps), que se codifican como la diferencia de
tiempo entre el último impulso de la referencia de “un impulso por segundo” y el
primer bit de comienzo de la mega-trama. Por otro lado, el sistema de sincronismo
que precede a los moduladores COFDM es el que compensa los tiempos de
19
propagación por la red de distribución, añadiendo un retardo adic ional que se
calcula comparando la marca de tiempo con su referencia de tiempo local.
La Figura 3 puede representar una red SFN de cobertura nacional, en la
cual habría un codificador MPEG-2 que compone los TS que se dist ribuyen en
todo el país; o una red regional donde, por ejemplo, en un remultiplexor se
combinarían los programas de ámbito nacional con la programación de ámbito
regional, siendo el remultiplexor el encargado de modificar las tabla s de Sistema
DVB/MPEG para reflejar esta nueva composición. Análogamente, podría
representar la situación de un operador de ámbito local.
Las redes SFN pueden reutilizar los emplazamientos de antenas
existentes. Las antenas emisoras y receptoras son suscep tibles de reutilización o
no, dependiendo de la ubicación de los canales asignados a la televisión digital
con respecto a la de los canales de TV analógicos, con los que tendrán que
convivir durante un largo período de tiempo.
Cabe mencionar que las redes de distribución requieren una gestión no
trivial de la red y de sus elementos. Por un lado, está la gestión de la red de
transporte utilizada (ATM, PDH o SDH), mecanismos de reconfiguración, etc.
Por otro lado, está la propia gestión de los codificadores C OFDM, teniendo en
cuenta que si se multiplican las 60 configuraciones posibles de la Tabla 1 por las 3
posibilidades de jerarquía de modulación, resulta un total de 1 80 combinaciones
posibles. Por supuesto, en un ámbito nacional o regional se escogerá una de todas
las posibilidades, como es el caso de este trabajo, pero es probable, sobre todo en
las etapas iníciales, que se produzcan cambios como co nsecuencia de la pruebas
de campo.
20
Tabla 1. Tasa neta de información en la TDT (6 MHz)
ModulaciónBits por
portadora
Tasa decodificación
interna
Intervalo de guarda
1/4 1/8 1/16 1/32
QPSK
2 1/2 3.73 4.15 4.39 4.522 2/3 4.98 5.53 5.86 6.032 3/4 5.60 6.22 6.59 6.792 5/6 6.22 6.91 7.32 7.542 7/8 6.53 7.26 7.68 7.92
16-QAM
4 1/2 7.46 8.29 8.78 9.054 2/3 9.95 11.06 11.71 12.064 3/4 11.20 12.44 13.17 13.574 5/6 12.44 13.82 14.64 15.084 7/8 13.06 14.52 15.37 15.83
64-QAM
6 1/2 11.20 12.44 13.17 13.576 2/3 14.93 16.59 17.56 18.106 3/4 16.80 18.66 19.76 20.366 5/6 18.66 20.74 21.96 22.626 7/8 19.60 21.77 23.05 23.75
Otro aspecto a gestionar es el número de programas que transporta un
MPEG TS, así como el ancho de banda que ocupa cada uno de los mismos. En
principio, MPEG-2 es un sistema de codificación de tasa variable, con lo q ue es
posible efectuar una asignación dinámica de ancho de banda entre los flujos
multiplexados. Aquí el problema se complica cuando los programas son
suministrados por diferentes operadores, lo que hace casi imposible explotar esta
facilidad; por lo cual se hace una asignación fija.
Esta velocidad de transmisión de la señal de entrada MPEG-2-TS al
transmisor debe ser regulada y controlada según el modo de transmisión elegido
en el modulador COFDM, para su debida sincronización. Cuatro métodos posibles
para sincronizar el multiplexor del MPEG y el modulador se han puesto en
ejecución y se han demostrado en ensayos prácticos. La opción debe considerar
las características de la red real , siendo la más importante y de mayor uso:
21
Reloj principal externo (GPS): El modulador y el multiplexor se sincronizan a
un reloj externo universal disponible, tal como la referencia de 10 MHz de
una frecuencia en sincronización con GPS, transmisor estándar de frecuencia
de alta precisión (77.5 MHz) en Alemania (DCF77) o a MSF. Se ha
demostrado experimentalmente que da la sincronización perfecta de una red
de distribución primaria, incluyendo un enlace ATM terrestre concatenado
con un enlace satelital con varias operaciones de remultiplexación. El uso de
las técnicas de SFN impondrá requisitos más rigurosos para la sincronización
en la red de distribución primaria (véase la cláusula 8 de la ETSI 101190).
2.4. Estándares de la Televisión Digital Terrestre
Como es tradicional, las tres áreas de normalización, Europa, EE.UU y
Japón, también se mantienen en el terreno de la televisión digital terrestre.
Aunque en las tres se utiliza compresión MPEG -2, definida por la norma ISO/IEC
13918-1,2,3, las diferencias surgen en los métodos de modulación . En EE.UU el
organismo que emite la norma es el Advanced Television System Committee
(ATSC), y ha escogido un sistema de modulación 8VSB. En Japón, en cambio, el
sistema de modulación seleccionado es el BST -OFDM (Band Segmented
Transmission-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) que da orig en al
sistema de televisión digital terrestre ISDB -T (Integrated Services Digital
Broadcasting-Terrestrial).
En Europa el organismo correspondiente es el Digital Video
Broadcasting (DVB) que edita sus normas a través de ETSI (European
Telecomunications Standards Institute). El DVB es un proyecto europeo,
soportado por más de 300 organizaciones en más de 4 0 países a nivel mundial. La
modulación empleada es la COFDM.
2.4.1. ATSC (Advanced Television System Committee)
Desarrollado en Estados Unidos en 1993 por la Gran Alianza, consorcio
integrado por AT&T, Zenith, MIT, entre otros , probado por la ATTC (Advance
Television Test Center) y aceptado por la FCC (Federal Communication
Commission). Sus características están basadas en el sistema NTSC.
22
2.4.1.1. Parámetros:
Modulación Trellis de 8 niveles (8-PAM) en banda lateral vestigial 8-VSB
(Vestigial Side Band).
Se inserta un piloto para recuperar la portadora.
Ancho de banda de 6 MHz.
Velocidad de datos 19 Mbps, siendo este un valor fijo.
Audio AC-3 (Dolby)
Destinado a 1 canal HDTV ó hasta 4 canales SDTV
Transmite datos y canales de audio adicionales
Con un único transmisor de alta potencia se puede cubrir una gran área,
equivalente a las cubiertas actualmente . La nueva versión A-VSB permite armar
redes de frecuencia única, Servicios interactivos, control de acceso e introduce
mejoras para corrección de error frente a los trayectos múltiples (No
suficientemente probado hasta la fecha).
2.4.1.2. Dificultades
Diversas fuentes han señalado como una de las dificulta des con el ATSC
es que no se pueda adaptar a los cambios en las condiciones de radio propagación,
muy a diferencia de lo que sucede con el DVB-T y el ISDB-T. Se ha señalado que
si ATSC pudiera cambiar dinámicamente sus modelos de corrección de errores, su
entrelazador y el aleatorizador (que liga los datos a una secuencia de PRBS para
asegurar densidad de potencia constante en el canal), la señal podría ser más
robusta incluso si la propia modulación en sí misma no cambiara. Se ha señalado
también la ausencia de modulación jerárquica que, de existir permitiría a la parte
SDTV de una señal HDTV, ser recibida incluso en áreas donde la fuerza de la
señal sea baja.
Aún a pesar del modo de transmisión fijo de ATSC, sigue siendo aún una
señal robusta bajo condiciones normales. Debe tenerse en cuenta que el 8 -VSB
fue elegido en lugar del COFDM, en parte porque muchas áreas de Norteamérica
23
son rurales y tienen una densidad demográfica baja, lo que ten ía por resultado
áreas grandes donde la recepción de la señal de TV era débil o distorsionada, en
estas áreas, 8VSB ha demostrado desempeñarse mejor, aunque en las áreas
metropolitanas donde vive la gran mayoría de los americanos, COFDM se
muestra mucho mejor en el manejo de la multitrayectoria.
2.4.2. ISDB-T (Terrestrial - Integrated Services Digital Broadcasting)
Desarrollado en Japón como consecuencia del desarrollo de la HDTV .
Este sistema de transmisión analógico fue desarrollado en Japón en los años 80´s ,
pero ocupaba un ancho de banda de 12 MHz, por lo que no podía alojarse en los
canales convencionales de 6, 7 u 8 MHz. Los ingenieros concluyeron que para
tener una televisión de alta definición (parecida a la del cine), la nueva televisión
debería ser digital. Sus características son:
Modulación BST-OFDM “Transmisión de Banda Segmentada (BST)
OFDM”, parecida a DVB-T pero con distinto agrupamiento de datos que
consiste de un conjunto de bloques de frecuencia comunes básicos,
denominados “Segmentos BST”, dividiendo el canal en 13 segmentos o
bloques OFDM.
Trabaja por segmentos con intercalado intra e inter segmento. Opera con un
segmento específico para LDTV (Celulares)
En cuanto a señales y modulación ISDB -T es igual a DVB-T, ambos trabajan
con similares formatos de video y a udio, modulación OFDM a 2k, 4k ó 8k
y modulación QAM para cada portadora.
Tienen el mismo sistema de codificación DVB -T, independiente por
segmentos.
Cada receptor puede procesar independientemente cada segmento o
agrupamiento.
24
Figura 4. Modulación BST-OFDM “Transmisión de Banda Segmentada OFDM”.
Fuente: 1
ISDB-T tiene una particular forma de ordenar los datos codificados para
localizarlos en las frecuencias del modulador OFDM. La segmentación de las
portadoras se conoce como Band Segmented Transmission (BST -OFDM):
Se divide el ancho de banda en 14 segmentos, 13 se utilizan para datos y uno
(que no transporta portadoras) se divide en dos para crear la banda de
resguardo de los canales adyacentes.
Soporta hasta tres servicios distintos.
Cada servicio ocupa una cantidad de segmentos y se le puede aplicar una
codificación distinta e individual.
Los datos de los segmentos de un mismo servicio se intercalan en un
proceso llamado intercalación interna (Intra -segmento). Luego se intercalan todos
los segmentos de los distintos servicios, en un proceso l lamado intercalación entre
segmentos (Inter-segmento).
Aunque el sistema ISDB-T fue desarrollado por la Asociación de
Industrias de Radio y Negocios de Japón, a primera vista es una mejora del
sistema DVB-T Europeo, ya que también utiliza modulación OFDM. Las grandes
diferencias entre los dos sistemas se evidencia en el uso del espectro, donde el
tipo de modulación digital empleado es el DQPSK, y el hecho de que el espectro
es usado dependiendo de la categoría del servicio que va a ser prestado.
1 Extraída de la conferencia dictada por el Ing. Carlos Liendo bajo el nombre de “ La nueva TV:Actualidad y Futuro”, en el marco de la 3º Jornadas de docentes universitarios del área deTelecomunicaciones de 2007 en la Universidad Tecnológica Nacional, Córdoba, Argentina.
25
El sistema fue diseñado para proveer servicios multimedia por medio de
la radiodifusión terrestre (ISDB-T) y servicios satelitales (ISDB-S). Integra varios
tipos de contenidos digitales, que pueden incluir multiprogramación de video tales
como HDTV, multiprogramación de audio, gráficos, textos, etc.
2.4.3. DVB-T (Digital Video Broadcasting – Terrestrial)
El sistema europeo está basado en las especificaciones del DVB -T
(Digital Video Broadcasting - Terrestrial), realizadas en el ETSI (European
Telecommunications Standards Institute), y recogidas en el docume nto ETS 300
744 [11], el cual especifica los procesos de codificación de canal y de modulación
para un adecuado funcionamiento cuando se usan los canales de transmisión
terrestre. Sus características están basadas e n el sistema PAL. DVB-T es el
sistema de Televisión Digital Terrestre (TDT) más popular del mundo, aceptado
en más países que ningún otro.
En el sistema se definen los esquemas de modulación y codificación de
canal para difusión de servicios terrestres de LDTV (Limited Definition
Television), SDTV (Standard Definition Television), EDTV (Enhanced Definition
Television) y HDTV (High Definition Television). Una de las principales
características del DVB-T es el empleo de paquetes MPEG-2, lo cual implica que
es transportable cualquier información que sea digitalizable (vídeo, audio, datos
multimedia, etc.). Además, se incluyen en las especificaciones un conjunto de
canales de retorno para los usuarios , con objeto de interactuar con los servicios
digitales recibidos.
El sistema se define como un bloque funcional que realiza la función de
adaptación de la señal de televisión en banda-base de la salida del multiplexor de
transporte MPEG-2, a las características del canal terrestre de transmisión. En la
siguiente figura se pueden ver los bloques del sistema :
26
Figura 5. Diagrama de Bloques del Sistema DVB -T. Marcados con puntos losbloques funcionales para transmisiones jerárquicas.
Fuente: ETSI TR 101190
2.4.3.1. Características
Adaptable a 6, 7 u 8 MHz de Ancho de Banda del Canal de TV para VHF y
UHF.
Modulación COFDM.
Admite una tasa variable de Mbps de velocidad de transmisión.
Posibilita el servicio de Redes de Frecuencia Única (SFN), para coberturas
en zonas de sombra.
Admite una variada cantidad de formatos de Video MPEG-2:
HDTV 1920x1080i, 1440x1152p, etc. en 16/9
SDTV 720x576 4/3 ó 16/9, etc.
Audio MPEG-2 o Dolby AC-3.
Puede transportar otros flujos como datos genéricos o MPEG -4.
Soporta contenidos interactivos utilizando vías de retorno como Internet,
Celular o Teléfono.
La modulación OFDM tiene como fin fundamental adecuar los datos que
se quieren transmitir a las características del canal usado. Esta modulación es un
27
sistema de transmisión en paralelo, es decir, varios datos son transmitidos en el
mismo instante de tiempo por múltiples portadoras, portadoras que se eligen de
forma que sean ortogonales entre sí , es decir, la integral del producto entre dos
cualesquiera de estas funciones dentro del intervalo del símbolo es nula. Esta
ortogonalidad es la que garantiza que la interferencia intersimbólica en las
frecuencias de las de las subportadoras sea nula. La ortogonalidad también
garantiza que la banda ocupada por la señal modulada de OFDM sea la menor
posible, para que de esta manera tenga cabida en el ca nal de 6 MHz, 7 MHz, u 8
MHz. Durante este período de símbolo, el canal debe ser estable, por lo tanto, la
estabilidad del canal afecta tanto al espaciamiento entre portadoras así como la
transmisión regular de los datos. Otro aspecto de interés de la modu lación es el
ancho de banda que ocupa que es mucho menor que otros estándares.
El método de modulación utilizado por el estándar DVB -T es de
multiportadoras moduladas en QPSK, 16QAM ó 64QAM y multiplexadas por
división de frecuencia FDM. Esté método de mo dulación es conocido como
COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex), donde “coded”
significa que antes de ingresar al modulador OFDM, la señal digital se codifica
por código corrector de error, lo que aumenta significativamente la robustez de l a
señal ante las interferencias derivadas en la transmisión.
Como en el resto de los estándares DVB, la señal de entrada normalizada
al transmisor RF (Radio Frecuencia) es la denominada “MPEG -2 Transport
Stream” (TS) o “Flujo de transporte MPEG -2". Dicho “Flujo de Transporte”
(TS), obtenido mediante el proceso denominado “Codificación de Fuente” es una
adaptación del estándar MPEG-2 según ISO/IEC 13818-1, que se estructura
multiplexando varios programas y añadiendo la “Información del Servicio” (SI)
correspondiente, según ETS 300 468.
En este trabajo se describe la secuencia de operaciones denominada
“Codificación de Canal”, mediante la cual se añade suficiente redun dancia y
protección a la señal para hacerla más robusta con vistas a poder corregir los
errores (“Forward Error Correction” (FEC)) después de pasar por el canal de
transmisión. Toda la información se encuentra contenida en el Anexo 3.
28
También se describe el “Esquema de Modulación” usado en la
transmisión, que es del tipo modulación multiportadora OFDM (Orthogonal
Frequency Division Multiplex) . El resultado, combinando el potente método de
codificación para corrección de errores y la modulación multiportadora, e s una
transmisión de tipo COFDM.
Un aspecto a destacar de la técnica OFDM es que perm ite la operación,
tanto en áreas pequeñas como en grandes, de “Redes de Frecuencia Única”
(“Single Frequency Networks - SFN”). Esto significa que mediante este sistema es
posible la recepción cuando se radian idénticos programas desde diferentes
transmisores que operan en la misma frecuencia. En estas condiciones se obtiene
la máxima eficiencia del espectro, lo cual adquiere especial relevancia cuando se
usa en las bandas de UHF asignadas para TV.
En el modulador COFDM se conjugan las operaciones de codifica ción
(para suministrar la robustez ante interferencias), estructuración de la trama (a la
estructura de la trama de la señal digital se adiciona informaciones de sincronismo
y control) y modulación propiamente dicha (efectúa la modulación de la portadora
o portadoras, y traslada la señal modulada a la frecuencia intermedia, ocupando un
canal de 6 MHz, 7 MHz, 8 MHz). Las etapas finales son las clásicas de todo
sistema de comunicaciones, es decir, conversión de la frecuencia intermedia (FI)
para la frecuencia del canal, excitación y amplificac ión de potencia, e inserción de
la señal modulada en la antena de transmisión.
29
Figura 6. Sistema de transmisión en DVB -T.
Fuente: Informe Técnico sobre “Pruebas comparativas de desempeño entre losestándares de televisión digital terrestre DVB-T e ISDB-T” presentado ante la
Comisión Nacional de Telecomunicaciones, el 21 de Diciembre del 2007
2.4.3.2. Configuración de parámetros para un sistema de televisión digital
utilizando modulación OFDM bajo el estándar DVB-T
Resumiendo, los parámetros que se pueden configurar en un sistema
COFDM son:
2.4.3.2.1. Número de portadoras.
DVB define dos modos: 8k (8192 portadoras teóricas, 6817 reales) y 2k
(2048 teóricas, 1512 reales). Como el ancho de banda es fijo y el espacio entre
portadoras para mantener la ortogonalidad es la inversa de la duración del
símbolo, la duración del mismo es de 896 µs en el caso de 8k y de 224 µs en el
caso de 2k. Por un lado, el número de portadoras influye en la complejidad de los
receptores, que implementan Transformadas Rápida de Fourier (FFT), más
compleja la 8k-FFT y menos compleja la 2k-FFT. Pero, por otro lado, la
transmisión de símbolos de mayor duración hace que el sistema sea más robusto y
permite mayores intervalos de guarda, facilitando la cr eación de redes
isofrecuenciales grandes.
30
2.4.3.2.2. Intervalo de guarda
Se definen 4 valores de intervalo de guarda: 1/4, 1/8, 1/16 y 1/32. Es el
tiempo que se añade al tiempo de transmisión del símbolo para permitir que todos
los ecos o transmisiones distantes con la misma información se extingan. Cuanto
mayor sea el intervalo de guarda , mayor será la distancia que se puede cubrir por
emisor en una red isofrecuencial. La Tabla 2 resume los valores de los intervalos
de guarda.
Tabla 2. Duración de los intervalos de guarda en TDT
Proporción Intervalo de
guarda/Información útil
Duración del Intervalo de
Guarda - Modo 8k
Duración del Intervalo de
Guarda -Modo 2k
1/4 224µs 56µs
1/8 112µs 28µs
1/16 56µs 14µs
1/32 28µs 7µs
2.4.3.2.3. Tasa de codificación interna (FEC)
La potencia de aplicación de la COFDM proviene de la robustez que se
consigue con los códigos de protección contra errores. A la codificación utilizada
en los sistemas por cable y satélite (Reed Solomon y entrelazado externo) la TDT
añade codificación interna (perforado convolucional y entrelazado interno). Todo
esto da origen a las tasas de codificación entre las que se puede escoger
dependiendo de las condiciones de transmisión: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 y 7/8. La tasa de
1/2 es la de mayor redundancia: significa que de cada dos bits transmitidos uno es
de información y otro de redundancia. En el otro extremo la tasa menos protegida
es la 7/8: 7 bits de información y 1 de redundancia. En el Anexo 3 se expone más
a fondo el significado de este parámetro.
2.4.3.2.4. Modulación de Subportadoras
Todas las portadoras pueden modularse con uno de tres métodos,
nuevamente dependiendo de las condiciones de transmisión esperadas: QPSK, el
más robusto, 16-QAM, intermedio, y 64-QAM, el menos robusto.
Adicionalmente, se puede realizar una modulación jerárquica para evitar el efecto
31
acantilado (abismo digital) de las modulaciones digitales, que consiste en que no
existe una degradación paulatina de la calidad según se degrada la relación señal
ruido, sino que se produce una pérdida abrupta del servicio. La modulación
jerárquica consiste en tener dos caminos para la misma información del símbolo,
uno con la codificación y el método de modulación más robustos, y
consecuentemente con la menor tasa de bit, y otro con mayo r tasa de bit pero
menos robustez. Así, en condiciones de transmisión deplorables el receptor puede
escoger degradar la calidad pero manteniendo el servicio.
Las tasas netas de información en Mbit/s que se obtiene n con la
combinación de los diferentes parámetros se resumen en la Tabla 1, presentada en
la pagina 20.
2.5. Estructura de Red para Television Digital Terrestre DVB-T
Obsérvese que gran parte de los parámetros se dedican a hacer factibles
las redes isofrecuencial o de frecuencia única (SFN). En la difusión de TV
analógica convencional la planificación de frecuencia da origen a redes
multifrecuencia (MFN, Multi Frequency Network), donde se cambian las
frecuencias de los programas entre áreas adyacentes para evitar interferencias. La
TDT tiene como principal objetivo un uso eficaz del espectro, de forma que se
pueda cubrir un vasto territorio (por ejemplo, un país) con una sola frecuencia.
Precisamente el manejo de los intervalos de guarda permite este tipo de cobertura.
Como contrapartida esto exige que todas las emisoras estén perfectamente
sincronizadas, tanto en tiempo, a nivel de bit (para ello se usa el reloj de 10 MHz
del sistema GPS), como en frecuencia. Se pueden considerar cuatro clases de
redes SFN:
SFN de gran cobertura, con muchos transmis ores de alta potencia, muy
espaciados.
SFN regional, con pocos transmisores de alta potencia, muy espaciados.
Red MFN con redes SFN locales densas alrededor de cada emisor MFN.
Normalmente se trata de un emisor ya existente con un número de
emisores SFN de potencia y espaciados medios
32
SFN de relleno (gap fillers) con transmisores de baja potencia para dar
servicio en zonas de difícil cobertura.
Para los dos primeros tipos de redes se requiere el modo 8k, mientras que
para los otros se puede usar también el modo 2k, dependiendo de las distancias a
cubrir.
El término “alta potencia” es relativo a las emisiones SFN entre sí, ya
que comparando con la radiodifusión analógica, la emisión digital requiere menos
potencia y tiene además un espectro más uniforme. Con ello se consigue el
objetivo de coexistir con las emisiones analógicas, ya que por un lado los niveles
de potencia de las digitales hacen que ésta no produzca interferencias en las
emisiones analógicas y, por otro, las protecciones contra errores de las em isiones
digitales las defienden de las interferencias de las analógicas sobre ellas.
2.5.1. Redes Multifrecuencia (MFN) o Redes Convencionales
Las redes convencionalmente planificadas de DVB-T consisten de
transmisores con señales independientes y con frecuencias individuales, conocidas
como redes multifrecuencia (MFN). Para cubrir áreas grandes con una sola señal
DVB-T es necesario tener varios canales del espectro radioeléctrico libres . La
cantidad de canales depende de la robustez de la transmisión, como por ejemplo el
tipo de modulación asociado a la tasa de codificación interna y el objetivo de la
planificación, (cobertura completa del área o cobertura de áreas densamente
pobladas).
2.5.1.1. Espectro radioeléctrico necesario para redes MFN
El número de canales radioeléctricos necesarios para redes
convencionales de DVB-T tiende a ser del mismo orden que con los sistemas
analógicos de televisión. El espectro necesario para redes MFN en un área
considerable de cobertura es mucho mayor que en el caso de la s redes de
frecuencia única SFN; esto es obvio, ya que permiten obtener la misma señal con
el uso de un solo canal.
33
2.5.1.2. Operación asíncrona
Los transmisores en una MFN no necesitan estar sincronizados. Por lo
tanto, ninguna coordinación entre los operadores es absolutamente necesaria. Este
no es el caso de las redes de frecuencia única (SFN), donde es necesario
sincronización precisa entre transmisor es a manera de evitar los efectos de
interferencia y degradación que se pueda n generar en los receptores debido a los
retardos de tiempo o no sincronización de los receptores con la señal de entrada.
Este es uno de los puntos fuertes de las MFN al ser mucho más prá ctico su
implementación a nivel de coberturas regionales o nacionales.
2.5.1.3. Niveles de Potencia
Debido a los efectos de propagación terrestre, la potencia recibida a una
distancia cualquiera del transmisor varia significativamente con la ubicación y el
tiempo. Ya que una señal digital no se degrada de manera continua a medida que
se reduce la potencia, sino más bien sufre un efecto súbito de pérdida de señal, un
aumento de potencia es necesario para poder cubrir de manera satisfactoria toda el
área en cuestión., en especial para cubrir en los extremos del área de servicio.
Si una cobertura completa es lograda a través de la solapación de las
áreas de servicio de diferentes transmisores, y ya que al no ser señales
correlacionadas sufren atenuaciones diferentes, esto permite al receptor
engancharse con la señal de mayor intensidad, tomando en cuent a las debidas
precauciones de interferencia., de esta manera compensado las variaciones que se
producen por ubicación o localización.
Las variaciones por localización también pueden ser compensadas
mediante el uso de redes de frecuencia única, ya que estas implican la
superposición de áreas de servicio de varios transmisores o retransmisores.
2.5.2. Redes de Frecuencia Única o Isofrecuenciales (SFN)
Una ventaja importante del sistema de televisión digital terrestre ( TDT),
es la posibilidad de operar varios transmisores en la misma frecuencia. Las redes
de frecuencia única (SFN) ofrecen ventajas significativas: uso de transmisores con
34
menor potencia, posibilidad de dar forma al área de cobertu ra, así como al uso del
espectro.
En una SFN, todos los transmisores se modulan en sincronía con la
misma señal e irradian en la misma frecuencia. Debido a la capacidad del sistema
multiportadora COFDM a trabajar en medios de multitrayectoria, señales
provenientes de varios transmisores pueden contribuir de manera constructiva a la
señal total de entrada al receptor
Sin embargo, el efecto limitador de la técnica de SFN es la llamada
interferencia mutua entre transmisores de la misma red o exteriores. Si las señales
provenientes de transmisores lejanos poseen un ret ardo superior al intervalo de
guarda, estas contribuirán a la señal interferente como ruido en vez de formar
parte de la señal deseada. La intensidad de estas dependerá de las condiciones de
propagación, que varían con el tiempo. La interferencia mutua en una SFN se
evita al seleccionar un intervalo de guarda largo. Debe de señalarse que el efecto
de la interferencia mutua producida por el retardo de las señales depende del
diseño del receptor, el cual entre más especializado sea, menor será el efecto del
retardo. Como regla empírica, la escogencia del intervalo de guarda para reducir
de manera satisfactoria el efecto de la interfe rencia mutua a un valor aceptable
debe ser tal que permita la propagación de una señal radioeléctrica entre dos (2)
transmisores lejanos, por lo tanto el intervalo de guarda viene estrechamente
ligado a la distancia entre transmisores.
Para mantener los valores de intervalo de guarda a un valor razonable, el
tiempo útil de símbolo debe ser largo, de esta manera fu e introducido el modo 8k
el cual permite tener valores de guarda superiores. Mientras más pequeño sea el
intervalo mayor número de transmisores serán necesarios para satisfacer los
niveles de cobertura.
2.5.2.1 Eficiencia de espectro
Mediante la configuración de redes de frecuencia única es posible cubrir
áreas completas mediante el uso de un canal radioeléctrico con la multiplexación
de varios programas a una frecue ncia central determinada. Esto supone una
35
eficiencia de espectro considerable con respecto a las MFN, donde eran neces arios
varios canales para cubrir un área en común. Por otro lado cuando sea necesario
extender el área de cobertura, con el empleo de retransmisores es posible lograrlo,
sin la necesidad de utilizar frecuencias adicionales.
2.5.2.2. Eficiencia de Potencia
Las redes SFN no sólo son eficientes en frecuencia sino también en
potencia. Esto puede ser explicado considerando las fuertes variaciones locales de
intensidad de campo para cualquier transmisor dado. En redes convencionales y
en especial en el caso de un solo transmisor, una manera común para alcanzar
cobertura con un alto porcentaje de ubicaciones es incluir un margen de
desvanecimiento alto en el presupuesto de enlace y en consecuencia aumentar de
manera significativa la potencia del transmisor. No obst ante, con la recepción
omnidireccional en redes SFN, donde la señal deseada consiste de varias
componentes de señal de diversos transmisores cuyas variaciones están
débilmente correlacionadas, el desvanecimiento en la intensida d de campo de un
transmisor puede ser compensado con la señal de otro transmisor. Este efecto de
superposición reduce las variaciones locales de intensidad de campo lo cual
permite que los transmisores en una SFN trabajen con una potencia inferior. Esta
eficiencia en potencia en una SFN es importante en el borde del área de cobertura
de un transmisor, llamado ganancia de la red (network gain). El beneficio puede
ser más apreciable en el caso de ganancia de antenas de poca altura, antenas
omnidireccionales como ocurre con receptores portátiles.
2.5.2.3. Operación en Sincronía
Un precio a pagar por la eficiencia de espectro y potencia es la necesidad
de la operación en sincronía de todos los transmisores en una red dada. El
requisito de la operación sincrónica del transmisor tiene un impacto significativo
en la distribución de la señal multiplexada a los transmisores. En redes espaciadas
de forma irregular, la interferencia mutua se minimiza al establecer unos tiempos
de espera en los transmisores de manera que todos emitan la señal al mi smo
tiempo. De no cumplirse esta condición algún transmisor podría emitir la señ al
36
antes de tiempo, y provocar que las demás señales de diversos transmisores sirvan
de interferencia a la señal original, debido al retardo impuesto artificialmente.
2.5.2.4. Tipos de Redes de Frecuencia Única
Una red de frecuencia única (SFN) consiste de varios transmisores que
funcionan en la misma frecuencia y que transmiten el mismo programa. Los
transmisores son posicionados de manera que tengan á reas de cobertura
superpuestas o complementarias para poder lograr la cobertura deseada. La figura
7 ilustra las áreas de cobertura de diez transmisores de baja potencia que
funcionan en una red de forma celular.
Figura 7. Red de Frecuencia Única Simétrica.
Fuente: Documento 11C/13-E14 publicado por la UIT el 14 de Marzo de 1996.
Las redes pueden también ser asimétricas, consistiendo en un transmisor
principal a el cual los transmisores secundarios se agreguen para ampliar la
cobertura. El transmisor principal cubre la mayor parte del área mientras que los
transmisores secundarios son utilizados como retransmisores. La figura 8 ilustra
un ejemplo. Diversas configuraciones de red se proponen para diversos ambientes.
La densidad demográfica, la topografía y la duración del intervalo de guarda son
todos los factores que influencian la configuración de red requerida.
Figura 8. Red de Frecuencia Única Asimétrica.
Fuente: Documento 11C/13-E14 publicado por la UIT el 14 de Marzo de 1996.
37
2.5.2.5. Principio de SFN
Un receptor situado dentro del área de cobertura de la red recibe señales
de uno o varios transmisores. La señal más fuerte es llamada la señal principal
mientras que las señales que vienen de otros transmisores se llaman ecos. Un eco
puede ser activo o pasivo. Un eco activo es una señal que viene directamente de
un transmisor secundario mientras que un eco pasivo corresponde a la señal
reflejada de un obstáculo tal como una montaña o un edificio. La recepción de
varios ecos retardados causa interferencia multitrayectoria. En un r eceptor de
televisión analógica, la interferencia multitrayectoria aparece como versiones
superpuestas retardadas y atenuadas de la señal deseada. Para un sistema de
televisión digital, esta interferencia multitrayectoria degrada la señal deseada
pudiendo producir un abismo digital donde el receptor se le hace imposible
demodular, lo cual resultara en un error de transmisión.
Para evitar interferencias en las áreas de superposición, cada transmisor
debe transmitir
A la misma frecuencia: todos los transmisores se encuentran sincronizados a
la misma frecuencia de referencia por el sistema de 10Mhz GPS.
Al mismo tiempo: todos los transmisores están sintonizados a la misma
referencia temporal: 1 pulso por segundo (1PPS) GPS.
El mismo Símbolo: todos los transmisores deben emitir el mismo canal
multiplexado, exactamente la misma programación.
2.5.2.6. Restricciones de las SFN
Como se ha dicho con anterioridad la señal recibida de algún transmisor
debe parecer un eco de cualquier otra señal proveniente de algún otro transmisor,
por esto es necesarios que las señales de los varios transmisores estén
sincronizadas en: tiempo, frecuencia, y en bit.
2.5.2.6.1. Sincronización en Frecuencia
La señal de OFDM se compone de una pluralidad de portadoras en
paralelo y cada una de estas miles de portadoras tiene que ser difundida a la
38
misma frecuencia RF cuando es difusión por diversos transmisores que trabajan
sobre una base de SFN. La exactitud necesaria en la frecuencia para esto depende
del espaciamiento entre portadoras, o en otras palabras, en la distancia de
frecuencia entre dos portadores adyacentes, que es referido a menudo como el
espacio entre portadoras y definido como f. Si fk denota la posición ideal RF de
la portadora k-enésima, entonces cada transmisor debe difundir esta portadora k-
enésima a la misma frecuencia fk ±f/100 (tolerancia) para poder ser
correctamente demodulada en el receptor.
Para alcanzar este requisito, todos los osciladores conectados en cascada
dentro de cada transmisor (desde la frecuencia de mu estreo en banda base hasta el
transmisor RF, pasando por las diferentes etapas de frecuencia intermedia IF)
tienen que tener una tolerancia apropiada para mantener la señal transmitida a la
exactitud requerida. Una forma de hacer esto es que cada oscilador este controlado
por un oscilador de referencia, preferiblemente accesible a todos los diversos
sitios que transmiten.
2.5.2.6.2. Sincronización en Tiempo
En teoría:
- Los sistemas de COFDM han sido diseñados para tomar ventaja de los
ecos, mientras estos se encuentren dentro del intervalo de guarda. Para esto se
requiere sincronización de tiempo de los varios transmisores, puesto que el mismo
símbolo tiene que ser emitido en el mismo instante en los diferentes lugares, sin
importar el tiempo de retardo introducido por la red de distribución primaria. La
precisión necesaria del tiempo para esto no es muy alta, debido a la tolerancia
intrínseca que posee el intervalo de guarda. Sin embargo, puesto que el intervalo
de guarda debería ser utilizado para compensar el retardo introducido por el
canal terrestre y no para compensar la sincronización de tiempo inexacta de la red,
una precisión de ±1 µs parece aceptable [TR101190].
En la práctica:
- Cuando los ecos exceden la duración del intervalo de guarda, l a calidad
de la señal decrece rápidamente por las siguientes razones :
39
1) El principio de ortogonalidad se viola debido a la interferencia
intersimbólica. Esto da lugar a un aumento de l BER, el cual será mucho más
severo a medida que aumenta la tasa de info rmación: modulación 64 QAM será
más propensa a este error que en el caso de modulación QPSK, ya que la tasa de
bits enviada es mayor.
2) A través de la estimación de canal no se puede evaluar los ecos con
tiempos superiores al intervalo de guarda. Aunque esto depende del diseño del
receptor, los cuales entre más especializados sean mejor podrán utilizar cierta
información para valores mayores al intervalo.
2.5.2.6.3. Sincronización a nivel de bit
La difusión del mismo símbolo al mismo tiempo exige que toda s las
portadoras sean moduladas de manera idéntica. En consecuencia, los mismos bits
deben modular la misma portadora en todos los transmisores. La tolerancia a esta
regla es cero.
2.5.2.7. Sincronización de transmisores en una SFN
Sin importar el modo de DVB-T, una trama esta siempre compuesta de
68 símbolos OFDM. Con el modo 8k, los 68 símbolos siempre poseen un número
entero de paquetes MPEG codificados con Reed -Salomon, sin importar la
constelación o tasa de codificación interna (FEC) escogida . Desafortunadamente,
este no es el caso para el modo 2k, estableciendo el concepto de súper-trama (4
tramas sucesivas), donde lo expuesto anteriormente se vuelve realidad en una
súper-trama tanto para el modo 2k como 8k.
Sin embargo, al definir el MPEG-TS que alimentara a los diferentes
codificadores de canal en una SFN, es necesario a gregar un concepto extra
llamado “Mega-Trama” para garantizar que los generadores de código PRBS,
encargados de la dispersión de energía en el interior de cada codificador de can al,
estén en su totalidad reseteados de la misma forma determiní stica y sincronizada
en tiempo. La figura 3 muestra un diagrama de bloques de un sistema completo
SFN. En el documento ETSI TR101190 [4] se da una explicación breve del
significado de cada bloque.
40
2.5.2.7.1. Definición de Mega-trama
La salida de un adaptador SFN (véase figura 3), deberá ser un MPEG-TS,
donde los paquetes individuales son organizados en grupos, que constituyen una
mega-trama. Cada mega-trama contiene un numero “n” de paquetes, que depende
de la cantidad de paquetes Reed-Salomon por súper-trama en el modo DVB-T que
sea utilizado para la emisión del TS MPEG -2 (véase EN 300 744 [11], la cláusula
4.7: “Número de paquetes Reed-Salomon por cada súper-trama OFDM”).
Cada mega-trama contiene exactamente un paquete de inicialización de
Mega-trama (Mega-Frame Initialization Packet (MIP)) . La posición real del MIP
puede variar de manera arbitraria de una Mega-trama a otra. El valor del puntero
en el MIP se utiliza para indicar el comienzo de la Mega-trama siguiente M+1. En
la figura 9 se da un ejemplo de Mega-trama, incluyendo el MIP
Figura 9. Estructura completa de una Mega-trama.
Fuente: ETSI TR101190.
El comienzo de la mega-trama se diseña para coincidir con el comienzo
de una súper-trama DVB-T y el inicio del byte de sincronización invertido
2.5.2.8. Requisitos para el intervalo de guarda en una SFN
Varias organizaciones han realizado estudios con la intención de demostrar
el impacto del intervalo de guarda y del tiempo útil del símbolo en la cobertura que
se puede alcanzar mediante la configuración de transmisores digitales de televisión
usando OFDM en una red de frecuencia única o SFN. Además, es obvio que los
parámetros dominantes tales como los valores requeridos de relación señal a ruido
C/N y la distancia de separación entre los transmisores en la red tendrán un impacto
41
importante en los resultados obtenidos. De estos resultados disponibles algunas
conclusiones generales pueden ser señaladas:
oPara una red con una distancia entre transmisore s en el rango de 60 a 90
km, un intervalo de guarda en el rango de 200 a 300 µ seg es requerido.
oPara una red con una distancia entre transmisores en el rango de 30 a 60
km, un intervalo de guarda en el rango de 80 a 200 µ seg es requerido
oPara una red con una distancia entre transmisores en el rango de 10 a 30
km, un intervalo de guarda en el rango de 30 a 80 µ seg es requerido. Este
será el intervalo de interés para el trabajo
oPara cualquier valor del intervalo de guarda, la cobertura aumentara a
medida que aumente también el tiempo útil del símbolo.
Los valores señalados arriba se derivaron de estudios utilizando antenas
fijas colocadas en techos para sistemas OFDM con requerimientos de valores de
C/N del orden de unos 20 dB.
Estudios similares se han lleva do a cabo utilizando antenas no -
direccionales, las cuales son más aptas para recepción portátil, demostrando que
para un valor cualquiera de la relación C/N, es necesario un intervalo de guarda
superior que para el caso de recepción con una antena fija.
2.5.2.9. Ecos activos en la planificación de una red SFN
Mientras que para redes MFN las características de amplitud y retardo de los
ecos naturales en cada localización no pueden ser evaluados por el planificador, en las
redes de frecuencia única SFN las características de los ecos “artificiales” de los varios
transmisores pueden ser evaluados con una muy buena aproximación. Cada
contribución en una red SFN es también afectada por los “ecos naturales” debido a las
múltiples reflexiones en el trayecto de propagación.
En general, no solo ruido, sino también señalas retardas se encuentran en
la entrada del receptor, y los ecos que poseen retardos superiores al intervalo de
guarda afectan directamente la cobertura que se pu ede alcanzar en una red SFN.
El proceso de estimación de canal en el receptor, para ecualización de
42
constelación y detección coherente, se basa en un filtro de interpolación en el
dominio de frecuencia, que permite recuperar la información de la respuesta de
canal a través de las portadoras dispersas de la modulación. El tiempo de
demodulación de este filtro (Tf) está diseñado para ser superior al intervalo de
guarda, pero, debido a limitaciones teóricas no puede exceder un período de Tu/3
(Tu: tiempo útil). Los casos siguientes pueden ocurrir:
oEl eco se encuentra dentro del tiempo del interval o de guarda (Tg): Su potencia
contribuye a la señal deseada;
oEl eco arriba afuera del intervalo de guarda pero dentro del tiempo de
demodulación del filtro Tf: Es correctamente ecualizado, pero es dividido en
dos componentes, una útil (que contribuye al actual símbolo OFDM) y una de
interferencia (que pertenece al símbolo OFDM anterior) ; esto se describe en
la formula a continuación;
oEl eco posee un retardo superior al tiempo de demodulac ión Tf: es considerado
como interferencia pura, con el mismo efecto que produciría el ruido blanco
Gaussiano.
La siguiente formula expone estas consideraciones anteriores:
w
t
t Tg
Tu
t Tg
Tu
Tg
t TF
t TF
i
0 0
1
2
0
i f
i f
i f
(1)
C w C
I w C
ii
i
ii
i
1
Donde:
Ci: Es la contribución en potencia del transmisor i-enésimo.
43
C: Es la potencia total de señal útil deseada (incluyendo ecos
artificiales y naturales) en la entrada del receptor.
I: Es la potencia interferente total efectiva.
Wi: Es el coeficiente de la componente i-enésima
Aparte de lo expuesto se deben tomar otras consideraciones para la
completa interpretación del efecto que producen los retardos superiores al
intervalo de guarda, pero ya que en el presente trabajo todo el estudio teórico se
basara en la escogencia de un intervalo que permita el diseño de una red con
retardos inferiores a este valor, no será necesario realizar ningún cálculo con la
formula mencionada. Sólo se expuso a manera de cultura general.
44
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
3.1. Clasificación de la investigación
Este proyecto de trabajo de grado, en lo referente al tipo de investigación
realizada, se enmarcó en lo que se denomina “Proyecto Factible”, por cuanto el
investigador, una vez analizada los requerimientos del sistema de Televisión
Digital Terrestre, propuso un diseño adaptado a los requerimientos de la Comisión
Nacional de Telecomunicaciones (CONATEL) que es el ente regulador en materia
de telecomunicaciones en Venezuela .
Esta clasificación está fundamentada en el Manual de Trabaj o de Grado,
Maestría y Tesis Doctorales de la U.P.E.L del año 2006, que expresa textualmente
lo siguiente: “…consiste en la investigación, elaboración y desarrollo de un
modelo operativo viable para solucionar problemas, requerimientos o necesidades
de organizaciones o grupos sociales.” (P. 21), el cual se ha tomado de referencia
para la tesis de la Escuela de Ingeniería Eléctrica, Facultad de Ingeniería de la
Universidad Central de Venezuela (U.C.V.).
3.2. Fases Metodológicas
A continuación se enuncian las fases metodológicas del proyecto, siendo
cada una de ellas tratadas con mayor detalle en el capitulo # de Desarrollo,
constituyendo las etapas de evolución del trabajo de grado:
Recopilación de información acerca del significado de Televisión Digital
Terrestre (TDT), sus principales características y estándares que lo rigen. Se
realizó el estudio del estándar europeo DVB -T (Digital Video Broadcasting,
ETSI EN 300 744). Se estudiaron las aplicaciones y servicios que ofrece,
beneficios que genera, y la facti bilidad de utilizar dicho estándar en la
configuración de una red de frecuencia única conocida como SFN.
45
Se fijo la cantidad y calidad de los programas que se desean transmitir en la red
de frecuencia única, según la velocidad de transmisión requerida, cumpliendo
con los requisitos de CONATEL. Se definieron los parámetros necesarios para la
transmisión de la señal, a través del estándar DVB -T que presentan las mejores
características de transmisión, referidos al tipo de modulación, velocidad de
transferencia, tiempo útil del símbolo, intervalo de guarda y tasa de codificación
interna.
Se realizaron los cálculos, en base a la tasa de codificación interna y la
probabilidad de localización, para determinar la intensidad de campo necesar ia
en el receptor; estableciendo los protocolos técnicos nece sarios para realizar el
diseño.
Se realizó el estudio de los diferentes métodos de predicción de cobertura
disponibles en la literatura de acuerdo a las recomendaciones del estándar
Europeo (ETSI EN 300 744) y la UIT, obteniendo luego la caracterización del
área de cobertura.
Se hizo el estudio de las antenas que pueden ser empleadas, las características
que poseen. Se evaluaron las pruebas realizadas por la Comisión Nacional de
Telecomunicaciones al realizar los protocolos de prueba de televisión digital, y
proyectos de Televisión analógica que trabajan en la misma banda de frecuencia,
extrapolando dichos resultados para incorporarlos en el diseño de la red de
frecuencia única.
En base a las predicciones de cobertura para el área de Caracas, el patrón de
antena y de acuerdo a los cálculos de intensidad de campo requerido en el
receptor se determinó el nivel de potencia necesario en cada transmisor ubicado
en emplazamientos tradicionales para obtener transmisiones satisfact orias,
tomando en consideración las relaciones de protección necesaria contra
interferencias.
Se realizó el estudio de programas de software de simulación de cobertura que
mejor se adaptan al desarrollo del proyect o, en base a los métodos de predicción
estudiados. Se llevo a cabo la simulación de cobertura de la red diseñada para
46
conocer de forma predicativa si cumple con las expectativas de desempeño
esperadas.
Se realizo el análisis y presentación de los resultados obtenidos de las
simulaciones, realizando las correcciones pertinentes, en el caso de requerirse,
para alcanzar el objetivo de tener una red de frecuencia única que trabaje y tenga
un rango de cobertura satisfactorio.
47
CAPITULO IV
DESARROLLO Y RESULTADOS
En este capítulo se establece el dise ño de un sistema de Televisión
Digital Terrestre (TDT) configurado como red de frecuencia única o
isofrecuencial para cubrir la ciudad Caracas. El canal radioeléctrico sobre el cual
gira toda la tesis es el 48 (674-680 MHz); esto con la finalidad de extend er los
estudios llevados a cabo sobre este canal en los protocolos de prueba de televisión
digital que realizó recientemente la Comisión Nacional de Telecomunicaciones
(CONATEL), en el marco de la selección del nuevo estándar de televisión digital
terrestre para el país.
Otro aspecto a destacar es que se consideraron los emplazamientos
tradicionales de transmisores analógicos ubicados en Mecedores (10° 31’ 54”
Latitud Norte, 66° 52’ 31” Longitud Oeste), Volcán (10° 25’ 00” Latitud Norte,
66° 51’ 6” Longitud Oeste) y Caricuao (10° 26’ 33,3” Latitud Norte, 66° 59’ 03”
Longitud Oeste), como puntos de referencia para el diseño, con alturas de torre de
35m para cada uno.
El diseño de una red de frecuencia única para ser utilizada en un sistema
de transmisión digital terrestre conlleva la comprensión de ciertos términos que
son necesarios antes de poder concretar en un proyecto de esta clase. Se realizó la
revisión bibliográfica del significado de televisión digital terrestre, su estructura,
sus beneficios, el uso del estándar DVB-T como modelo para su aplicación, donde
la técnica de compresión MPEG-2 es herramienta clave, y considerando conceptos
básicos importantes de SFN. Luego se procedió a realizar el estudio teórico del
diseño de una red de frecuencia única, p artiendo de la necesidad de establecer la
cantidad y calidad del servicio de televisión digital terrestre que se desea en la
ciudad de Caracas según los requisitos de la Comisión Nacional de
Telecomunicaciones (CONATEL).
48
4.1. Cantidad y Calidad de los programas requeridos para el servicio de TDT
En la televisión digital existen varios formatos que pueden transmitirse.
Estos definen la calidad de la imagen que estará presente en los receptores,
dependiendo claramente del tipo de receptor que sea y la informa ción que este
pueda procesar. A continuación se explica los formatos que maneja la televisión
digital:
Baja definición LDTV (Low Definition TV): 320 pixels x 240 líneas o 480
pixels x 272 líneas, sin entrelazamiento, para recepción en celulares,
iPODs y PDAs (240p).
Definición estánda SDTV (Standard Definition TV): 704 pixels x 480 líneas
(formato 16:9) ó 640 pixels x 480 líneas (formato 4:3), con
entrelazamiento, para recepción con calidad equivalente a la de los
televisores analógicos (480i).
Definición superior EDTV (Enhanced Definition EDTV):720 pixels x 576
líneas ó 704 pixels x 480 líneas, sin entrelazamiento (576p ó 480p).
Alta definición HDTV (High Definition TV): 1280 pixels x 720 líneas, sin
entrelazamiento, ó 1920 pixels por 1080 líneas, con entre lazamiento (720p
o 1080i).
De acuerdo a lo estipulado por la Comisión Nacional de
Telecomunicaciones se establecieron los siguientes formatos de televisión para el
diseño de la red:
-4 programas en formato SDTV ó
-1 canal HDTV de resolución 720p (progresiv o) o 1080i (interlineado).
Esto con la finalidad de tener una referencia de diseño para el posterior
desarrollo del proyecto, al mismo tiempo que está en el interés de la comisión
ofrecer este tipo de formato, si es posible, a futuro en el hipotético caso de una
eventual implementación de una red de frecuencia única en el área metropolitana,
o incluso a nivel nacional.
49
Al trabajar con el método de compresión MPEG -2, dependiendo de la
calidad de imagen que se desee transmitir, cada formato posee una tasa de
transferencia de datos diferente. Cuanto mejor sea la calidad y más grande sea la
imagen, en esa medida crece al ancho de banda necesario para la transmisión. En
la figura 10 se muestra la Resolución vs. Tasa de bit, exponiendo lo anterior.
Figura 10. Resolución de imagen vs. Tasa de bit .2
Como se puede apreciar, para la transmisión en formato SDTV es
necesario tener una velocidad de transmisión de al menos 4 Mbit/seg por cada
programa transmitido, por lo tanto para el envío de 4 programas se debe dispon er
de un ancho de banda superior a los 16 Mbit/seg, ya que estos valores no son fijos
sino estadísticos, como se explica en al Anexo 1, correspondiente a la técnica de
compresión MPEG-2. Igual ocurre si se desea un canal de resolución HDTV de
1080i, el cual también requiere de una tasa de transferencia superior a los 16
Mbit/seg. En el caso de resolución 720p de 60 imágenes por segundo (@60) se
requiere un ancho de 14 Mbit/seg. Estos valores determinaran la combinación del
tipo de modulación de subportadora s, valor del intervalo guarda y tasa de
codificación interna necesaria para cumplir con dichos requerimientos.
2 Extraída de la presentación ofrecida por el Dr. Nelson Alexander Pérez García bajo el nombre de“TV Digital: Aspectos Técnicos”, en la sede de CONATEL, Caracas, Venezuela.
50
4.2. Modulación de subportadoras
En la figura 11 se muestra las diferentes tasas de transferencia de
información que ofrece DVB-T para un canal radioeléctrico de ancho de banda 6
MHz, de acuerdo al tipo de modulación seleccionado para las distintas portadoras
que forman el símbolo OFDM; esto en concordancia con lo mostrado en la
sección 2.4.3.2 que explica cómo se obtienen dicho valores de acuerdo a los
parámetros de transmisión.
Figura 11. Tasas de transferencia de información útil para un canal de 6MHz .3
Como se puede observar la modulación 64 QAM ofrece un rango más
amplio de posibilidades en cuanto a tasa de transferencia, siendo los demás
esquemas de constelación muy limitados para poder cumplir con los requisitos de
transmisión. Por ende para el envió de un canal HDTV, de resolución 720p o
1080i, no quedó otra opción que la selección de una modulación 64 QAM.
3 Extraída de la conferencia dictada por Ari Ikonen, Senior Technology Manager de NokiaMultimedia, bajo el nombre de “DVB-H Status update”, dictada el 31 de Agosto de 2007 en lasede de del Ministerio del Poder Popular para las Telecomunicaciones, Caracas, Venezuela.
51
La figura 12 sirvió para seleccionar las posibilidades ofrecidas por la
modulación 64 QAM en un canal de 6 MHz, con respecto al formato de televisión
digital HDTV, y dado que este es el formato que exige la mayor cantidad de
recursos de espectro, se utilizó esta información como guía para la escogencia de
los otros parámetros de interés como: intervalo de guarda y tasa de codificación
interna (FEC). Una explicación más detallada del concepto de tasa de codificación
interna, la cual es una etapa del procesamiento de la señal bajo el estánda r DVB-
T, se encuentra en el Anexo 3.
Figura 12. Opciones de transmisión de HDTV en canales de 6MHz .4
Ya que la codificación interna de 5/6 o 7/8 están descartadas por no ser
prácticas, debido a la poca protección contra errores que ofrece y como se
establece en la figura 12, la única posibilidad es trabajar con un tasa de
codificación interna entre 1/2 y 3/4, y un intervalo de guarda que estará en el
rango de 1/4 a 1/32.
4.3. Modo de operación e intervalo de guarda
La selección del intervalo de guarda req uiere hacer un estudio de la
ubicación de los transmisores tradicionales de TV analógica en la ciudad, cuyos
emplazamientos serán utilizados para los nuevos transmisores de televisión
4 Extraída de la conferencia dictada por el Ing. Paulo López bajo el nombre de “Propuesta de laUnión Europea para Cooperación con Venezuela en TV Digital”, dictada el 5 y 6 de marzo de2007 en la sede de CONATEL, Caracas.
52
digital, debido a que estos ofrecen una simplificación de la logística y reducción
de costos económicos. Para ello fue preciso calcular el retardo que existe entre los
transmisores de Mecedores y Volcán, ya que estos cubren simultáneamente ciertas
zonas de la ciudad. Además que existe línea de vista entre ellos, y como se
explico antes en la sección 2.5.2.8, en una red SFN es necesario conocer este valor
para el correcto funcionamiento de la misma con respecto a que no ocurran
interferencias de la señal debido a retardos no planificados. Este cálculo también
determinara el modo de operación a utilizar (2k ó 8k). Con respecto al transmisor
ubicado en Caricuao, este se encuentra completamente aislado del resto debido a
que esta zona es un valle con un reflector natural en el trayecto de propagación de
las ondas provenientes tanto de Mecedores como el Volcán, por lo que no fue
necesario realizar algún cálculo. Para determinar el valor del retardo se utilizo la
siguiente fórmula:
T = d/V (2)
Donde:
T: tiempo de retardo (seg).
d: distancia desde el transmisor a un punto lejano (m).
V: Velocidad de la luz (3*108) (m/seg).
Se calculó el retardo utilizando la formula anterior, tomando la distancia
más lejana de algún transmisor a un punto en los extremos de la ciudad, la cual
está en el orden de unos 15Km, con esto se protege las zonas aledañas a Volcán,
al tomar el peor de los casos, donde se obtuvo un tiempo de retardo de:
T = 50 µseg
Si a este valor le sumamos el retardo debido a reflexione s y
multitrayectoria, el cual según estudios realizados se encuentra normalmente entre
5 seg a 30 seg [1, 6] dependiendo de la zona, su orografía, desarrollo
urbanístico, alrededores de la zona de recepción, entre otros, se obtiene un valor
máximo de retardo en el más desfavorable de los casos de unos 75 µseg. Este
valor cumple con aquellos expuestos en la sección 2.5.2.8.
53
Con este valor se pudo determinar el modo de operación y el intervalo de
guarda requerido para Caracas. Al revisar las opciones en la tabla 3 se muestra
que el modo de operación que permite una mayor flexibilidad al mismo t iempo
que cumple con los requerimientos de retardo es el modo 8K.
Tabla 3. Duración del tiempo del intervalo de guarda para canales de 6MHz
Fuente: Estándar ETSI EN 300 744
De la tabla 3 se seleccionaron las opciones prácticas y que mejor se
acoplaban al proyecto, las cuales corresponden a un intervalo de guarda de 1/8 o
1/16. A pesar que la opción más viable pareciera la de 1/8, es probable que al
realizar las respectivas pruebas de campo se pueda determinar que es posible el
uso de 1/16, el cual permiti ría alcanzar una mayor tasa de transferencia. La opción
de 1/4 se descartó por tener el mayor tiempo, el cual en este caso para cubrir el
área de Caracas es demasiado largo.
Una vez establecida la modulación OFDM, la modulación de las
subportadoras en modulación 64 QAM, y seleccionado el intervalo de guarda
tentativo, se hace necesario definir el valor de la tasa de codificación interna para
la transmisión.
4.4. Tasa de codificación interna
Al referirnos a la figura 12 de la sección 4.2, se desprende como l a
codificación interna (perforado convolucional) depende del formato de
transmisión HDTV, sea 720p o 1080i, dando como únicas opciones de trabajo el
rango de 1/2 a 3/4. La opción de 1/2 se descartó al presentar una capacidad de
canal muy baja para poder cumplir con los requisitos del formato de resolución
54
deseado por CONATEL, a pesar de ser la opción que ofrece la mayor redundancia
y por ende la mayor protección contra errores.
Como se observa en la tabla 4, la tasa de codificación interna (FEC)
viene estrechamente relacionada con la relación señal a ruido requerida, y por
ende a la intensidad de campo y potencia necesaria en el receptor para tener una
decodificación adecuada de la información, donde si se desea utilizar una
codificación interna menos robust a mayor será la relación C/N necesaria en la
entrada, y por ende mayor serán las exigencias sobre la red para poder cumplir
con los requisitos que demanda la transmisión de un canal HDTV.
55
Tabla 4. Relación señal a ruido (C/N) requerido en el receptor d e acuerdo a la tasade codificación interna
Fuente: “The Chester 1997 Multilateral Coordination Agreement relating toTechnical Criteria, Coordination Principles and Procedures for the introduction of
Terrestrial Digital Video Broadcasting (DVB-T)”,Chester, 25 de Julio de 1997, pág. 28.
56
La tabla 4 presenta valores de desempeño por medio de simulaciones
suponiendo perfecta estimación de canal y sin ruido de fase, donde valores de
C/N, como los presentados, permiten obtener un t asa de error de bits de 2*10 -4
luego del codificador Viterbi, este valor pareciera en primera instancia muy alto
pero debido a otras técnicas de corrección de errores, como la de Reed -Salomon,
se reduce a 1*10-11 a la entrada del demultiplexor MPEG -2, lo cual asegura una
decodificación correcta de la señal.
El valor de C/N en el receptor depende también del tipo de canal o medio
de transmisión que se seleccione, la diferencia entre ellos viene del hecho de
considerar el ambiente de recepción de la señal, do nde, estos canales presentan las
características que se indican a continuación:
Canal Gaussiano: Recepción sin señales presentando retardos, pero tomando
en consideración el ruido térmico;
Canal de Rice: Situación en la que existe una señal predominante si n retardo,
en conjunto con varias señales de menor intensidad con retardos y ruido
térmico. Este será el caso de antenas fijas colectivas ubicada en los techos
de los edificios. En el caso de una SFN, las señalas retardadas también
podrán provenir de otros transmisores, llamado “ecos artificiales”;
Canal de Rayleigh: Situación donde existen varias señales entrantes
estadísticamente independientes con retardos diferentes, ninguno de las
cuales es dominante, en conjunto con ruido térmico. Debido a la
propagación multitrayectoria, en la señal de recepción ocurren variaciones
rápidas y severas de una localidad a otra. Esto es debido a las reflexiones
de la señal en obstáculos hechos por el hombre como también en terrenos
y cualquier otra obstrucción, como en niv eles de poca altura, en áreas de
construcción, o en el interior de edificios, principalmente.
Los valores de C/N dados para el canal de Rice se utilizaron para el
estudio de recepción fija y aquellos dados para el canal de Rayleigh se utilizaron
en el caso de recepción portátil [1]. Los ambientes de recepción serán tratados con
mayor detalle en la sección 4.5.1., donde se explica su relación con la intensidad
57
de campo requerida por el receptor, al igual que se da una explicación de cómo el
valor C/N, influye en dicho resultado.
Sin embargo, debe ser observado que los valores de C/N dados en estas
tablas están basados enteramente en consideraciones teóricas, obtenidas en
laboratorios, aunque su uso para el desarrollo de la planificación es ampliamente
aceptado. Se han realizado estimaciones del incremento que ocurriría
probablemente en cualquier tipo de implementación práctica. Estos estimados se
basan en experiencias practicas llevadas a cabo por el proyecto VALIDATE [2],
en Gran Bretaña en el año 1998, donde se ha demostrado que en la
implementación de un sistema de transmisión digital terrestre se debe aumentar de
unos 3 a 3,5 dB el valor C/N de la tabla, que se haya considerado tomar.
En el presente trabajo se realizó el estudio de dos valores de tasa de
codificación interna, 2/3 y 3/4. En la sección 4.5.3, referente a sensibilidad del
receptor, se muestra la influencia de dicho parámetro sobre los niveles de
intensidad de campo necesarios en el receptor. Se trabajó con ambas tasas de
codificación para tener mayor flexibilidad a manera de proponer ambos sistemas
que resulten del estudio paralelo de estos valores, con la intención de establecer
dos propuestas, que según convenga a los intereses del lector, escoja la opción que
más sea de su agrado.
4.5. Valor mediano de la mínima intensidad de campo equivalente requerida
en el receptor
Para el cálculo de la intensidad de campo requerida en el receptor se
tomó en consideración el documento ETSI TR 101190, del estándar DVB -T, el
cual establece los lineamientos de planificación a seguir para un sistema de
transmisión digital que opere bajo el estándar mencionado. Se debe tener un
conocimiento previo como se expone en la sección 4.5.1 y 4.5.2 para la
comprensión del desarrollo del cálculo expuesto en la sección 4.5 .4.
Las suposiciones acerca del valor de la figura de ruido se obtuvieron del
documento “The Chester 1997 Multilateral Coordination Agreement ” [3], el cual
fue un acuerdo multilateral entre varias empresas del medio de las
58
telecomunicaciones, para fijar e l criterio que debe tenerse cuando se planifica un
sistema de televisión digital terrestre. Todos los cálculos han sido realizados
considerando una figura de ruido de 7 dB.
4.5.1. Definiciones de cobertura para recepción fija y portátil.
En la recepción de televisión digital terrestre se presentan tres formas de
poder obtener la señal, ya sea con antenas fijas, ubicadas en los techos de las
edificaciones o en equipos estáticos, o antenas empotradas en equipos portátiles y
en equipos móviles. La diferencia entre estos últimos está en la velocidad que se
puede alcanzar con el receptor, donde una recepción portátil se limita a solo
cambiar de posición, mientras que un receptor móvil se encuentra en constante
movimiento. La recepción móvil no fue estudiada en el presente trabajo, esto con
la intención de dejar abierta la posibilidad para estudios futuros.
4.5.1.1. Recepción con antena fija
Esta se divide en dos clases:
Clase A (externa): Recepción en donde se utiliza una antena direccional
colocada en el techo de una edificación. Se encuentra en exteriores a 10m
sobre el nivel del suelo.
Clase B (interna a nivel de piso): Recepción en donde se utiliza una antena
omni-direccional que se encuentra en el interior de una edificación a no
menos de 1,5 m sobre el piso del cuarto, a nivel de planta baja, o en la
ventana de alguna pared externa
Para el cálculo de la intensidad de campo equivalente requerido para
recepción de antena fija externa, se consideró una altura de antena receptora de
10m por encima del nivel del suelo. Esto en concordancia con la altura promedio
de las edificaciones en Caracas y en relación a la altura representativa de la UIT -R
Rec. P.1546, documento utilizado para predicciones de cobertura
internacionalmente y recomendado por la DVB para la plani ficación de sistemas
de televisión digital terrestre. Se supuso que en la instalación de la antena se
consiguen niveles casi-óptimos de recepción, al suponer que estas se encuentran
59
dirigidas directamente hacia el transmisor. A lo largo del proyecto a la r ecepción
fija externa solo se le llamará recepción fija.
4.5.1.2. Recepción con antena portátil.
Es aquella en la cual para la recepción se utiliza una antena omni -
direccional que se conecta o viene empotrada en el receptor portátil (laptop,
televisor portátil, entre otros). Esta se divide en dos clases:
Clase A (externa): Recepción en donde la antena se encuentra en exteriores a
no menos de 1,5m sobre el nivel del suelo
Clase B (interna a nivel de piso): Recepción en donde la antena se
encuentra en el interior de una edificación a no menos de 1,5 m sobre el
piso del cuarto, a nivel de planta baja, o en la ventana de alguna pared
externa
La recepción con antena portátil tomará lugar en una gran variedad de
condiciones (exterior, interior, nivel del suelo , primer piso, pisos superiores). Al
mismo tiempo, habrá serias variaciones debido a las perdidas por penetración de
una edificación a otra, y variaciones debido a la ubicación. Todas estas
consideraciones son tomadas en cuenta en la sección 4.5.4., para e l cálculo de la
intensidad de campo requerida en el receptor. Tanto para clase A como B, se
estableció que no existía movimiento de los receptores, y que los objetos
alrededor del mismo no se movían por igual. La recepción en cuartos
completamente encerrados fue descartada.
Habiendo establecido que no existe movilidad en los receptores
portátiles, esto permite trabajar sin distinción entre recepción fija interna y
recepción portátil interna, ya que ambas simultáneamente poseen los mismos
requerimientos de condición de recepción. En lo sucesivo al referirnos a recepción
portátil interna, también se estará haciendo referencia a la condición de recepción
fija interna.
60
4.5.2. Área de cobertura
La cobertura de un servicio de televisión digital está caracterizad a por
una rápida transición de recepción casi perfecta a tener ningún tipo de recepción.
Por lo tanto es crítico poder definir que áreas serán cubiertas y cuales no. Sin
embargo, debido a la rápida transición descrita en el párrafo anterior, esto
representa una desventaja dentro de un área pequeña (ej.: 100m x 100m), si la
cobertura deseada es muy alta. Esto deriva en la necesidad de tener que aumentar
la potencia de transmisión o aumentar la cantidad de transmisores para poder
garantizar cobertura en las á reas de servicio deficiente, traduciéndose en factores
que dificultan la planificación del sistema. Al definir el área de cobertura para
cada condición de recepción, esta puede dividirse en tres niveles:
Localidad de recepción:
- La unidad más pequeña es una localidad de recepción con dimensiones
de 0.5m x 0.5m, considerada el primer nivel. En el caso de recepción portátil, se
supone que las condiciones de recepción óptimas serán encontradas moviendo la
antena a 0.5m en cualquier dirección. En el caso de re cepción fija, se supone que
las condiciones de recepción cercana a óptimas se consiguen cuando la antena se
encuentra instalada en el techo de la edificación con dirección al transmisor.
- Tal localización se considera cubierta si los valores requeridos d e
portadora-a-ruido y de portadora-a-interferencia se alcanzan para el 99% del
tiempo.
Cobertura de área pequeña:
- El segundo nivel es un “área pequeña” (típicamente 100 m x 100 m).
- La cobertura de un área pequeña se clasifica como:
o“Bueno”, si por lo menos se cubre el 95% de las localidades dentro
del área;
o“Aceptable”, si por lo menos se cubre el 70% de las localidades.
61
Área de cobertura:
- El tercer nivel es el área de cobertura.
- El área de cobertura de un transmisor, o grupo de transmisores, se
compone de la suma de las áreas pequeñas individuales en las cuales se alcanza
una clase dada de cobertura (documento de la ETSI TR 101 190).
Esta última será la condición de diseño del sistema propuesto al
considerar el conjunto de áreas pequeñas que for man la ciudad de Caracas,
buscando cumplir con los porcentajes indicados para una “cobertura de área
pequeña”.
4.5.3. Potencia mínima de entrada a los receptores (Sensibilidad)
Para ilustrar como el valor de la relación C/N influye en la potencia
mínima de entrada en los receptores, se expone la siguiente formula y
definiciones, obtenidas del documento ETSI TR101190 [4], en la clausula 9.2, y
tratadas con mayor detalle en la sección 4.5.5, donde se expone como los
resultados se incorporan al cálculo del val or mediano de la mínima intensidad de
campo requerido en el receptor.
Definiciones:
B:Ancho de banda del canal (Hz) .5
F:Figura de ruido del receptor (dB)
Pn: Potencia del nivel de ruido a la entrada del receptor (dBW)
C/N: Relación señal a ruido C/N requerido por el sistema (dB).
Psmin (Sensibilidad): Potencia mínima requerida de entrada al receptor (dBW).
k: Constante de Boltzmann's = 1,38*10 -23 Ws/K.
T0: Temperatura absoluta = 290 K.
5 Al referirnos a la figura 7 del Anexo 2, se determina que para un canal de 6MHz se tiene unancho de banda B=5,71MHz
62
Formula usada:
Pn = F + 10 log (k*T0*B)
Psmin = Pn + C/N (3)
Como se observa en la fórmula 3, de acuerdo a la calidad de imagen que
se desee o pretenda estudiar y dependiendo de la clase de receptor que se tenga,
sea fijo o portátil, el cual determina el tipo de canal de transmisión sea Rice o
Rayleigh respectivamente, se selecciona de la tabla 4 el valor de C/N
correspondiente, el cual determina la sensibilidad del receptor según sea el caso.
4.5.4 Cálculo de la mínima intensidad de campo y del valor mediano de la
mínima intensidad de campo equivalente
El cálculo del valor mediano de la mínima intensidad de campo equivalente se
realizó utilizando la formula presente en la clausula 3.2 del documento “The
Chester 1997 Multilateral Coordinatio n Agreement” [3], la cual fue estudiada,
analizando cada una de las variables que la integran. Para poder asegurar que los
valores de la mínima intensidad de campo requerido en los receptores pueda ser
alcanzado en el porcentaje de localidades especificado s en la sección 4.5.2., se
trabajó con las siguientes formulas:
Pn = F + 10 log10 (k*T0*B)
Psmin = C/N + Pn
Aa = G + 10 log10 (1.64λ2/4π)
Φmin = Psmin - Aa + Lf Para recepción fija externa
Φmin = Psmin - Aa Para recepción portátil
Emin = Φmin + 120 + 10 log10 (120π)
= Φmin + 145.8
Emed = Emin + Pmmn + Cl Para recepción fija externa
Emed = Emin + Pmmn + Cl + Lh Para recepción portátil externa
Emed = Emin + Pmmn + Cl + Lh + Lb Para recepción portátil interna
63
Donde:
Aa: apertura efectiva de la antena (dBm2)
G: ganancia de antena receptora con respecto al dipolo de media onda (dBd)
λ: longitud de onda de la señal (m)
Φmín: mínima densidad de flujo de potencia en la localidad de recepción (dB
(W/m2))
Lf: pérdidas por alimentadores (dB).
Emín: mínima intensidad de campo equivalente en la localidad de recepción [dB
(µV/m)].
Emed: valor mediano de la mínima intensidad de campo equivalente [dB (µV/m)].
Pmmn: factor de corrección debido al ruido artificial creado por el hombre (dB). 6
Lh: atenuación debida a la altura (para recepción a 1,5 m sobre el nivel del suelo)
(dB)
Lb: pérdidas por penetración en edificaciones (dB)
Cl: factor de corrección según la ubicación (dB)
4.5.4.1. Ganancia de antena (G)
Como se explico en el marco teórico, la transición de analógico a digital
no supone un cambio en las instalaciones de antenas de transmisión ni en las de
recepción. Para las antenas de recepción se consultaron varias páginas web de
equipos de telecomunicaciones [12, 13, 14], que permitieron fijar un valor de la
ganancia de antena para recepción fija externa igual al de la llamada “antena yagi”
utilizada tradicionalmente para la recepción en la banda de frecuencia UHF, las
cuales poseen un valor típico de:
G = 12 dBd
6 Para propósitos del diseño se considerara Pmmn = 0 dB, esto en concordancia con lo estab lecidoen el documento ETSI TR 101190.
64
Se supone que la antena de un receptor portátil es omni-direccional para
todos los casos y que la ganancia (relativa a un dipolo de media onda λ/2) es de 0
dBd para la banda UHF.
4.5.4.2. Pérdida por alimentadores (Lf)
Según el documento ETSI TR 101190 en su cláusula 9.2.2.2.2, las
pérdidas por alimentadores de acuerdo a ciertas frecuencias de referencia se
muestran en la tabla 5.
Tabla 5. Perdidas por alimentadores según la frecuencia.
65 MHz 250 MHz 500 MHz 800 MHz
1 dB 2 dB 3 dB 5 dB
Para propósitos de la planificación se supone que los receptores portátiles
no poseen perdida por alimentadores, siendo este un valor de 0 dB. En el caso de
recepción fija externa debe denotarse que los receptores estarán conectados a una
antena externa ubicada en el techo por medio de un cable de alimentación. En la
banda de frecuencia UHF este tendrá una pérdida de entre 3 a 5 dB, como se
observa en la tabla. En un principio parece ser un valor muy alto pero en los
estudios de esta variable se consideraron posibles efectos de envejecimiento y
deterioro del cable. Se seleccionó el valor de 5 dB de pérdida por alimentadores
para el caso de recepción fija para dar un margen de protección, y p ermitiendo
extrapolar los cálculos para cualquier otra frecuencia del espectro.
4.5.4.3. Atenuación debida a la altura (Lh )
Para trayectos terrestres, las curvas de la Recomendación UIT -R P.1546
proporcionan los valores de intensidad de campo para una altura de antena
receptora por encima del suelo igual a la altura representativa del terreno en torno
al emplazamiento de la antena. Sujeto a un mínimo valor de altura de 10 m, las
alturas de los ejemplos de referencia son de 20 m para una zona urbana, 30 m
para una zona urbana densa y 10 m para una zona suburbana. Si la altura de la
antena receptora es distinta de la altura rep resentativa, se aplica una corrección a
la intensidad de campo tomada de las curvas de la Recomendación de acuerdo con
un procedimiento indicado en la propia Recomendación llamado “perdida por
65
altura”. Estas curvas han sido caracterizadas en el estándar DV B-T, en su
documento ETSI TR 101190. Todos los estudios se basaron en una altura
representativa de 10m.
Para recepción portátil, una altura de antena de 10m por encima
del suelo no representa un valor realista y por lo tanto es necesario
incorporar un factor de corrección para poder estudiar antenas cercanas al
suelo, de 1,5m por encima de este . Según estudios llevados a cabo en
Holanda en la banda UHF, y presentados en el documento antes
mencionado en la clausula 9.2.2.3.2 (j), las perdidas por altura para una
antena portátil en la banda UHF se han promediado alrededor de un valor
de 12 dB; este fue el empleado para los cálculos.
4.5.4.4. Pérdidas debidas a la penetración en edificios (Lb)
Las pérdidas debidas a la penetración en un edificio dependen en gra n
medida del material con que esté construido el edificio, del ángulo de incidencia y
de la frecuencia. Estas pérdidas se definen como la diferencia (dB) entre el valor
mediano de la intensidad de campo dentro del edificio a una determinada altura
con respecto al suelo y el valor mediano de la intensidad de campo fuera del
edificio a la misma altura. Si bien no se dispone de una sola fórmula para calcular
las pérdidas de penetración en un edificio, en la Recomendación UIT -R P.679
aparece información estadís tica útil sobre pérdidas medidas en varios tipos de
edificios a frecuencias comprendidas entre unos 500 MHz y 5 GHz.
Se ha medido una gran variedad de pérdidas debidas a la penetración en
edificios. En la tabla 6 se distinguen tres clases de probabilidade s relativas de
lograr la recepción en interiores y los correspondientes valores medianos y de la
desviación típica de las pérdidas por penetración en edificios, para la misma
intensidad de campo en el exterior, en ondas decimétricas.
66
Tabla 6. Variaciones de las pérdidas por penetración en edificios en las BandasIV/V de ondas decimétricas
Clasificación de las probabilidades relativas de
lograr la recepción en interiores
Valor mediano de las pérdidas
por penetración en edificios (dB)Desviación típica
(dB)
Alta 7 5
Media 11 6
Baja 15 7
Ejemplos de edificios con diferentes probabilidades relativas de lograr la
recepción en el interior
Alta: -Edificio residencial a las afueras sin ventanas de vidrio metalizado
-Habitación con una ventana que da al muro ex terior en un
apartamento en entorno urbano
Media: -Habitación exterior en entorno urbano con ventanas de vidrio
metalizado.
-Habitaciones en el interior de un apartamento en entorno
urbano
Baja: -Habitaciones en el interior de edificios de oficinas
Para la planificación se utilizo una probabilidad baja ya que es el más
desfavorable de los casos, permitiendo que al asegurar que se cumple con este
valor se cubren los demás.
4.5.4.5. Factor de corrección de la intensidad de campo según la ubicación
(Cl)
En el proceso de evaluación de un servicio de televisión analógica, el
valor de la intensidad de campo especificado en los bordes del área de cobertura
es un valor medio. Este representa un valor promedio de todos los valores reales
de intensidad de campo que pueden ser medidos dentro de un área pequeña,
siendo de 100m x 100m. Esto quiere decir, que dentro de esta área la mitad de los
valores se encontrarán por encima de este valor promedio y la otra mitad por
debajo. Para la televisión analógica, si el valor, di gamos sea de 57 dB (µV/m) se
especifica como el límite inferior del valor medio, esto indica que valores por
67
debajo de este valor aparecerán en el área de cobertura. Pero, si este valor de 57
dB (µV/m) representa un grado de calidad alto, valores menores p resentaran una
calidad un tanto inferior de la imagen. De esta forma, en los bordes del área de
cobertura, aunque el valor real de la señal deseada este por debajo del límite
especificado, una imagen podrá ser recibida pero con una calidad inferior.
Con respecto a la televisión digital, es sabido que el comportamiento de
los receptores es completamente diferente. Cuando el valor de la relación C/N o
C/I cae por debajo de un valor “mínimo” con menos de 1 dB, la imagen
desaparece por completo, a este comportamiento se le define como “abismo
digital” y el valor límite de la intensidad de campo se designa como intensidad de
campo mínimo. Si el mismo concepto de cobertura utilizado para transmisión
analógica se aplicara al caso digital, esto significaría que el 50% de las áreas a
cubrir se encontrarían sin señal ya sea en los bordes del área de cobertura o
cualquier otra área con obstrucciones locales. Esto se debe al hecho de que en la
transmisión digital no existe una degradación continua del servicio, la image n
cambia de perfecta a no verse, sin ningún tipo de niveles intermedios. Por lo tanto
este valor de 50% es claramente inaceptable, niveles superiores de porcentaje de
ubicaciones deben ser seleccionados para permitir la recepción en un mayor
número de hogares, con instalaciones de recepción estándares. Es por esto que se
habla de un valor mediano mínimo equivalente, ya que se busca aumentar el nivel
de intensidad de campo mínimo, fijando un nuevo valor de 50% de ubicaciones,
como una forma de paliar los efe ctos producidos por la variación en las
localidades.
El valor a escoger dependerá de la calidad de servicio que se desee , y la
cantidad de hogares que se pretenda en un princi pio abarcar. Por lo tanto se han
establecidos dos valores como se especific ó en la sección 4.5.2., como referencia
de la calidad de servicio que se está ofreciendo; estos son 70 % y 95 % de las
localidades dentro de un área de 100m x 100 m que sean cubiertas en la
transmisión. Estos valores han sido los considerados para el estudio e
incorporados en el cálculo influenciando en el valor de la mínima intensidad de
campo requerido para tener recepción fija y portátil.
68
Dentro de un área pequeña habrá mayor o menor variación aleatoria
de la señal recibida debido a las irregularidades del terr eno y de las zonas
circundantes. Las estadísticas de estas variaciones han sido caracterizadas
por una distribución log-normal.
Factor de corrección por la ubicación (Cl):
Cl = µ*σt (dB) (5)
σt = .
Donde:
σt: desviación estándar total (dB)
σm: desviación típica en exteriores (σm = 5,5 dB)
σb: desviación típica de las pérdidas por penetración en edificios (dB) .7
µ: factor de distribución, que es igual a 0,52 para el 70% y 1,64 para el 95%. Esto
según la recomendación UIT-R P.1546.
Cabe esperar que las distribuciones de la intensidad de campo con la
ubicación para señales de televisión digital no sean las mismas que las aplicables
a las señales de televisión analógica. La Recomendación UIT-R P.1546 incluye la
desviación típica para el caso digital y el analógico en los Cuadros para 100 MHz,
600 MHz y 2000 MHz. En este caso se estudió el correspondiente a 600MHz, ya
que es el que define la banda UHF, y como se ac laró en un principio, el diseño se
basa en el canal radioeléctrico de 6MHz de numeración 48 (674 -680 MHz).
De acuerdo a la evidencia disponible a travé s de estudios llevados a cabo
por el organismo DVB la desviación estándar posee un valor cercano a los 5,5 dB,
por lo menos en zonas externas. En el resto del proyecto cualquier valor referente
a cobertura en exteriores se baso en esta desviaci ón estándar de 5,5dB. La
diferencia entre un porcentaje de ubicación de 50% a 70% será de 2,9 dB, y de
50% a 95 % será 9 dB.
7 Solo aplicable en el caso de recepción portátil interna.
69
Para recepción dentro de edificaciones, la desviación estándar es el
resultado combinado de la variaci ón en exteriores y de la variación de perdidas
por penetración en edificios. Ambas poseen distribuciones no correlacionadas.
Aplicando la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de ambas desviaciones se
obtiene el factor de corrección para rec epciones internas portátiles. En la banda
UHF, donde la desviación externa es de 5,5 dB y la desviaci ón de perdidas por
penetración en edificios es de 6 dB, se obtiene un valor combinado de 8.1 dB. Al
aplicar la fórmula del factor de corrección por ubicación se obtien en los valores
utilizados para la planificación, presentados en la tabla 7.
Tabla 7. Factor de corrección por la ubicación (Cl) para recepción p ortátil.
Cobertura Factor de Corrección (Cl)
>95% 14 dB
>70% 4 dB
4.5.5. Recepción con antena fija, y recepción externa e interna con antena
portátil
De la formula presentada en la sección 4.5.4 se cálculo el valor mediano
de intensidad de campo equiva lente para todas los ambientes de recepción posible,
con la debida consideración de todas las variables expuestas en las secciones
anteriores. Los valores obtenidos se presentan en las siguientes tablas para un
porcentaje de localidades de 70% y 95% respec tivamente.
70
Tabla 8. Valor mediano mínimo equivalente de la intensidad de campo en la
banda UHF para un porcentaje de localidades de 70% y 95% para la condición de
recepción con: Antena Fija Externa (Rice)
Frecuencia central f(MHz) 677 MHz
Tasa de codificación interna (FEC) FEC 2/3 3/4
Relación C/N mínima requerida por el sistema (dB) 17,1 18,6
Potencia mínima de recepción Psmin (dBW) -112,31 -110,81
Ganancia de antena respecto a un dipolomedio (λ/2) Ga (dBd) 12 12
Apertura efectiva de antena Aa (dBm2) -3,679 -3,679
Perdida por alimentadores Lf (dB) 5 5
Mínima densidad de flujo de potencia en elreceptor
Φmin(dBW/m2)
-103,63 -102,13
Mínima intensidad de campo equivalenteen el receptor
Emin(dBµV/m)
42,17 43,67
Perdida por altura Lh (dB) 0 0
Pérdida por penetración en edificios Lb (dB) 0 0
Porcentaje de localidades: 70%
Factor de corrección por ubicación Cl (dB) 2,9 2,9
Valor mediano mínimo equivalente de laintensidad de campo a 10 m s.n.s 50% delocalidades 50% del tiempo
Emed(dBµV/m)
45,07 46,57
Porcentaje de localidades: 95%
Factor de corrección por ubicación Cl (dB) 9 9
Valor medio mínimo equivalente de laintensidad de campo a 10 m s.n.s 50% delocalidades 50% del tiempo
Emed(dBµV/m)
51,17 52,67
71
Tabla 9. Valor mediano mínimo equivalente de la intensidad de campo en la
banda UHF para un porcentaje de localidades de 70% y 95% para la condición de
recepción: Externa Portátil (Clase A) (Rayleigh)
Frecuencia central f(MHz) 677 MHz
Tasa de codificación interna (FEC) FEC 2/3 3/4
Relación C/N mínima requerida por el sistema (dB) 19,3 21,7
Potencia mínima de recepción Psmin (dBW) -110,11 -107,71
Ganancia de antena respecto a un dipolomedio (λ/2) Ga (dBd) 0 0
Apertura efectiva de antena Aa (dBm2) -15,91 -15,91
Perdida por alimentadores Lf (dB) 0 0
Mínima densidad de flujo de potencia en elreceptor
Φmin(dBW/m2)
-94,19 -91,8
Mínima intensidad de campo equivalenteen el receptor
Emin(dBµV/m)
51,61 54
Perdida por altura Lh (dB) 12 12
Pérdida por penetración en edificios Lb (dB) 0 0
Porcentaje de localidades: 70%
Factor de corrección por ubicación Cl (dB) 2,9 2,9
Valor medio mínimo equivalente de laintensidad de campo a 10 m s.n.s 50% delocalidades 50% del tiempo
Emed(dBµV/m)
66,51 68,9
Porcentaje de localidades: 95%
Factor de corrección por ubicación Cl (dB) 9 9
Valor medio mínimo equivalente de laintensidad de campo a 10 m s.n.s 50% delocalidades 50% del tiempo
Emed(dBµV/m)
72,61 75
72
Tabla 10. Valor mediano mínimo equivalente de la intensidad de campo en la
banda UHF para un porcentaje de localidades de 70% y 95% para la condición de
recepción: Interna Portátil (Clase B) (Rayleigh )
Frecuencia central f(MHz) 677 MHz
Tasa de codificación interna (FEC) FEC 2/3 3/4
Relación C/N mínima requerida por el sistema (dB) 19,3 21,7
Potencia mínima de recepción Psmin (dBW) -110,11 -107,71
Ganancia de antena respecto a un dipolomedio (λ/2) Ga (dBd) 0 0
Apertura efectiva de antena Aa (dBm2) -15,91 -15,91
Perdida por alimentadores Lf (dB) 0 0
Mínima densidad de flujo de potencia enel receptor
Φmin(dBW/m2)
-94,19 -91,8
Mínima intensidad de campo equivalenteen el receptor
Emin(dBµV/m)
51,61 54
Perdida por altura Lh (dB) 12 12
Pérdida por penetración en edificios Lb (dB) 15 15
Porcentaje de localidades: 70%
Factor de corrección por ubicación Cl (dB) 4 4
Valor medio mínimo equivalente de laintensidad de campo a 10 m s.n.s 50% delocalidades 50% del tiempo
Emed(dBµV/m)
82,61 85
Porcentaje de localidades: 95%
Factor de corrección por ubicación Cl (dB) 14 14
Valor medio mínimo equivalente de laintensidad de campo a 10 m s.n.s 50% delocalidades 50% del tiempo
Emed(dBµV/m)
92,61 95
73
4.6. Predicción de Cobertura
Para el desarrollo de cualquier proyecto que involucre niveles de
potencia y áreas de cobertura es necesario realizar un estudio previo a manera de
tener un valor estimado que permita contar con una referencia sobre la cual
trabajar y concluir que lugares del área de interés presentan deficiencias y que
medidas deben tomarse para alcanzar los valores requeridos en los puntos de
estudio. De aquí la importancia de tener un métod o que permita caracterizar las
zonas, mediante una predicción previa, donde ésta al mismo tiempo permita crear
una guía sobre la cual se sustentara la posible implementación del proyecto.
El método de predicción de cobertura utilizado se basó en la
recomendación UIT-R Rec. P.1546. En el Anexo 4 se da una explicación del
método resaltando las características principales a tomar en cuenta al igual que se
presentan las curvas que sirvieron para las predicciones de la intensidad de campo
en los receptores.
Luego de establecer los valores mínimos requeridos de intensidad de
campo, tanto para recepción fija como para portatil en exte riores e interiores, se
procedió a realizar la predicción de cobertura para la ciudad Caracas presentado
en la siguiente sección.
4.6.1. Predicción de cobertura en el área de Caracas.
Para construir la base de datos del terreno de Caracas se recurrió al
software “Mapinfo”, el cual es un programa que permite crear mapas
topográficos. El mapa de la ciudad se estructuró gracias a la inform ación
proporcionada por la Gerencia de Análisis e Información Geográfica, Gerencia
General de Servicio Universal de CONATEL, la cual suministró el programa,
explicó el uso del mismo y proporcionó los archivos o “capas” necesarias para la
creación del mapa, sobre el cual se sentaron las bases del estudio.
Otra característica clave fue que al igual que se proporcionó la
información necesaria para contruir el mapa topografico de la ciudad, tambien se
suministró información acerca de las zonas de la ciudad, don de se especifican
avenidas, callles, sectores, los cuales podían superponerse al mapa topográfico.
74
Esto fue de gran ayuda ya que se podía visualizar perfectamente los límites de la
ciudad, permitiendo una caracterización clara de las zonas que debian cubri rse y
cuales no formaban parte del estudio . En el Anexo 6 se presenta el mapa
topográfico y de forma subsiguiente la imagen de la ciudad de Caracas
superpuesto, resaltando la diferencia, y presentando el mapa que sirvió de guía a
largo de todo el proyecto.
Utilizando este mapa se trazaron radiales separados cada 10° grados con
origen en cada uno de los transmisores de la ciudad, siendo estos el de Mecedores,
Volcán y Caricuao. Esto sirvió para obtener los perfiles de terreno necesarios para
realizar el estudio de predicción de cobertura. A continuación se presentan los
mapas, con los correspondientes radiales para cada unos de los transmisores
considerados:
Mecedores
Figura 13. Radiales trazados desde el transmisor de Mecedores.
Los radiales para el estudio del transmisor de Mecedores van desde el
azimut 110 hasta el 260, cubriendo la ciudad entera.
75
Volcán
Figura 14. Radiales trazados desde el transmisor de Volcán.
En este caso fue necesario trazar radiales en todos los angulos, debido a
que Volcán se encuentra rodeada de población en todas las direcciones. A pesar
de esto, los radiales con azimut desde el 130 al 220 no fueron estudiados, ya que
hay muy poca densidad de población al mismo tiempo que se encuentran muy
cercanos al area del transmisor.
Caricuao
Figura 15. Radiales trazados desde el transmisor de Caricuao.
Para este caso se trazaron radiales desde el azimut 110 al azimut 250, los
demás no se consideraron ya que este transmisor solo sirve para cubir el area de
76
Caricuao. No es posible su uso pa ra cualquier otra área que no sea ésta. Por esto el
estudio de este transmisor supuso un caso aparte del resto. Los azimutales que van
desde el 140° al 210° no se estudiaron, debido a que en estos radiales la población
se encuentra muy cercana al transmiso r y al estudiar otros radiales con distancias
superiores, al cubrir las zonas mas alejadas directamente se cubren las zonas
aledañas al transmisor.
Por medio del comando “cross section” de Mapinfo, se trazaron los
perfiles de terreno de cada uno de los emp lazamientos de transmisión antes
mencionados. Una vez hecho esto se procedió a utilizar los metodos sugeridos en
la recomendación UIT-R P.1546 para la predicción de cobertura.
Se ha de acotar que la predicción se realizó para cada transmisor
individual, no para una red de frecuencia unica. La forma como cada uno se
integra en una sola red se aclarara más adelante cuando se realicen las
simulaciones de cada transmisor; esto se presenta en la sección 4.7., donde,
gracias al estudio llevado a cabo para el cal culo del intervalo de guarda, las
coberturas individuales de cada transmisor se suporponen, contribuyendo cada
una a proporcionar el servicio, y donde las señales provenientes de distintos
transmisores se suman de manera constructiva si presentan retardos inferiores al
intervalo de guarda dentro de la red SFN.
Para porder realizar las predicciones, primero fue necesario calcular una
altura promedio del tereno para cada uno de los radiales en cosideración, tomado
entre 3 a 15km desde el punto de origen, sien do este el del transmisor. Con estó se
fijó la altura efectiva de antena del transmisor (h teff) con respecto a la altura
promedio del terreno, lo cual determinara la curva a usar para los niveles de
intensidad de campo en la recomendación. Una vez hecho es tó, se dividió cada
radial en tramos separados cada 1km, para fijar los puntos sobre los cuales se
realizarían las predicciones de intensidad de campo. En el caso de Mecedores se
cálculo a partir del Km 3, ya que no existe población en distancias inferiore s a
esta.
Para cada uno de los puntos se tuvo que hacer un estudio individual
considerando todos los factores que afectan la señal según la recomendación,
77
como era correccion segun la altura efectiva de la antena (h teff), corrección según
la distancia y el angulo de despeje del terreno “θ tca” en aquellos donde fuese
necesario considerarlo. Todo esto se aclara al consultar el metodo de predicción
en el Anexo 4. No se trata con mayor detalle en el trabajo debido a que tomaria
toda una sección, y mucho espacio la debida explicación de cada factor.
Los cálculos individuales se tornan engorrosos si se realizan a mano, por
lo tanto para la predicción de cobertura se utilizó la herramienta de cálculo
“Microsoft Excel” por medio de hoja de datos, donde se estudió c ada radial
trazado con los respectivos valores de intensidad de campo obtenidos mediante el
uso de la recomendación para cada punto de estudio. Todas las predicciones se
realizaron para un 50% de las ubicaciones y un 50% del tiempo, con una altura
representativa de antena receptora de 10m. Como se vió en la sección 4.5.5., el
factor de corrección por ubicación y las perdidas por altura, en el caso de
recepción portatil, han sido incorporados al cálculo del valor mediano de la
minima intensidad de campo requerida, por lo tanto para las prediciones no se
consideraron estos factores de corrección. El porque del uso de las curvas de un
50% del tiempo y 50% de las ubicaciones se explica en la sección 4.6.3.
En el Anexo 5 se presentan todos los radiales de cada un o de los
transmisores con los perfiles de terreno y la correspondiente grafica de
E[dB(uV/m)] vs. Distancia obtenidos de los valores que resultaron de la
predicción mediante el uso de la herramienta “Microsoft Excel”.
No fue necesario realizar corrección c on respecto a la frecuencia, ya que
el caso de estudio fue el canal 48, y las curvas para una frecuencia de 600MHz
son mas que suficientes, donde la diferencia con respecto a trasladar los cálculos a
la frecuencia central del canal eran despreciables. De h echo los valores son tan
pequeños que estas curvas sirven para el estudio de cualquier canal en la banda
UHF sin necesidad de realizar ningun tipo de corrección con respecto a la
frecuencia.
Según el documento [5], el resultado de la aplicación del método de
predicción propuesto, es que va a haber algunas diferencias en la intensidad de
campo a lo largo de la banda de UHF. La magnitud de esta diferencia será de 0dB
78
para distancias cercanas a los 10Km, como ocurre en el caso de estudio, e irá
incrementando para distancias superiores, teniendo un valor de 2 dB a distancias
entre los 60 y 100 km desde el transmisor.
En las predicciones de cobertura no se consideró el efecto que tiene el
clima. El metodo de predicción utilizado se basa en valores estadísticos
recopilados en zonas de Norte America y Europa, pero se demostró aplicando el
factor de corrección debido al clima a los valores obtenidos de prediccion que no
existía una diferencia considerable para ser tomado en cuenta. Esta presentaba
valores inferiores a los 0,8 dB para distancias inferiores a los 15 Km, produciendo
ningun cambio sustancial en los cálculos.
4.6.2. Antena de transmisión considerada para las predicciones de cobertura
El metodo de predicción de cobertura no considera el efecto de las
antenas, al estar referido a una antena dipolo medio de ganancia 0dBd. Según la
formula presente en el metodo de predicción del Anexo 4, la ganancia de la antena
transmisora supondrá un aumento directamente proporcional en el nivel de la
intesidad de campo sobre los ya determinados; por ejemplo para una ganancia de
antena de 5dBd esto significará un aumento de 5 dB en la intensidad de campo.
Para escoger la ganancia de antena se realizó el estudio de una serie de
proyectos presentados ante la Comision Nacional de Telecomunicaciones
(CONATEL), para habilitación de radiodifusión analogica y el informe
presentado a la comision con respecto a los protocolos de prueba llevados a cabo
para el estudio de comparación entre el estándar DVB -T e ISDB-T, aplicados a la
ciudad de Caracas. Debido al actual proceso de consultoria jurídica en la que se
encuentran varias emisoras del pais, de carácter privado, solo se pudo tener acceso
a dos proyectos de carácter público como son los proyectos de solicitud de: Avila
TV y Vea TV.
En dichos proyectos y gracias a que la transición de analógico a digital
no supone un cambio de las intalaciones, las ganancias de antenas propuestas (las
cuales en general poseen una ganancia de 12 dBd) se tomaron como referencia
para ser incorporadas a los cálculos de predicción.
79
El patron de radiación escogido para el trabajo, y según los proyectos
estudiados, se fijó en uno de forma “cardioide” en concordancia con antenas
utlizadas para transmision analógica.
Para el caso de Caricuao se presentó un estud io particular. Al ser esta una
estación aparte solo dedicada a cubrir la zona en cuestión, no era necesario que
tuviera un patron de radiación similar a los demas emplazamientos. Por ello, para
la estación de Caricuao se seleccionó un patron “moyano” el cual era mas que
suficiente para cubrir la zona. Se fijó una ganancia de 11 dBd, ya que la antena
utilizada para llevar a cabo los protocolos de prueba para televisión digital
terrestre en CONATEL, presentaba estas mismas características.
Este valor se sumó a los valores obtenidos por medio de la hoja de datos
de Excel para indicar el aumento debido a la ganancia de antena.
4.6.3. Potencia de transmisión a fijar en los transmisores
Para conocer que nivel de potencia era el requerido en los transmisores y
cumplir con los requsitos de recepción, se usó un estudio a la inversa, es decir,
con la ayuda de los puntos establecidos en cada radial se determinó en cada uno
que potencia por encima de 1kw (la cual es la potencia de referencia en la que se
basa la recomendación UIT-R Rec. P.1546) se necesitaba para poder tener los
niveles de intensidad de campo mínimos requeridos para gozar de recepción
portátil interna.
Esto se hizo con la idea de que al poder cumplir con esta clase de
recepción se estaria incluyendo direc tamente los ambientes de menos
requerimientos, siendo los de recepción portatil externa y recepción fija.
La transmisión digital a diferencia de la anológica, no presenta una
degradación suave de la señal sino mas bien un cambio abrupto de visibilidad,
como se explico en la sección 4.5.4.5. No es posible fijar un valor mínimo de
intensidad de campo para un 50% de las ubicaciones, porque esto significaría que
en la mitad de los casos no habria recepción haciendo necesario introducir el
factor de corrección por la ubicación que aumenta las probabilidad de ubicaciones
hasta un 95% de la zona de estudio. Este aumento en la intensidad de campo se
80
fija como el nuevo valor de 50% de ubicaciones a considerar para el cálculo de las
predicciones de cobertura.
Esto explica el hecho de porque se utilizan las curvas de un 50% del
tiempo y un 50% de las ubicaciones para las predicciones, donde el valor mínimo
de intensidad de campo a tomar en cuenta sera aquel que posea el factor de
correccion (Cl) que lleve la señal a po seer un 95% de probabilidad de ubicaciones.
De acuerdo a los valores determinados en la seccion 4.5.5., para poder
tener una recepción adecuada es necesario tener los niveles de intensidad de
campo, dependiendo del FEC escogido, presentados en la tabla pa ra un
porcentaje de localidades del 95%.
Tabla 11. Valor mediano mínimo equivalente del nivel de intensidad de campo.
FECValor mediano mínimo equivalente del nivel de intensidad de campo
[dB(µV/m)], Recepción Portatil Interna, 95% localidades
2/3 92,61
3/4 95
El propósito de trabajar con una probabilidad de recepción en el 95% de
las localidades es buscar cubrir las zonas de interés, con la mejor calidad que
pueda lograrse, y tratando de abarcar en lo más posible la ciudad con los
emplazamientos tradicionales, buscando los niveles de potencia que permitan
alcanzar este objetivo, siempre y cuando estos niveles de potencia se encuentren
dentro de unos rangos factibles de aplicación.
Debido al método de predicción utilizado estos valores no pueden
tomarse como los mínimos niveles de intensidad deseados en la zona de
recepción. Es necesario, como se ha señalado en el Anexo 4, añadir un margen de
error a los cálculos obtenidos ya que estos al ser estimados mediante un metodo
estadístico, como es el caso de el utilizado para las predicciones, presentan errores
inherentes. Para ello se ha añadido un margen de protección de 3dB a los valores
de la tabla 11. A esté se agrega otro margen de 3dB debido a los estudios
realizados por el proyecto Validate [5], donde se demuestra que existen
diferencias entre el valor teórico y los valores prácticos conseguidos en
81
mediciones cuando se implementa un sistema de transmsión digital terrestre. Al
considerar todos estos factores se tiene un margen de 6dB que al añadirse a los
valores mostrados en la tabla 11 se obtienen unos valores aproximados mostrados
en la tabla 12.
Tabla 12. Valor mediano mínimo equivalente del nivel de intensidad de campo
con un margen de protección de 6 dB.
FECValor medio minimo equivalente del nivel de intensidad de campo
[dB(µV/m)], Recepción Portatil Interna, 95% de localidades
2/3 99
3/4 101
Estos valores fueron incorporados a las tablas de predicción de cobertura,
mediante el uso de las hojas de datos creadas en el ambiente de “Microsoft
Excel”. Para el caso de la antena (como tambien ocurrira para los niveles de
potencia), de acuerdo al aumento en decibeles que requiere un punto de estudio
para cumplir con los niveles mínimos de intensidad de campo, en esa misma
medida, crecerá el nivel de potenc ia con respecto a un 1Kw para cumplir con los
requisitos de transmisión. Este aumento se consideró, según fuera el caso para un
FEC 2/3 o 3/4, mediante la siguiente formula la cual se aplicó a todos los puntos
de cada radial considerados en el estudio:
Pti(dB) = 10*Log(1 Kw) + Vmmic[dB(µV/m)] – Emedi[dB(µV/m)] (6)
Pti(Watts) = 10[Pti(dB)]/10
Donde:
Vmmic: Valor mediano mínimo equivalente del nivel de intensidad de campo con
margen de protección.
Ei[dB(µV/m): Intensidad de campo obtenido en el punto “i” por medio de la
prediccion de cobertura.
Pti: Potencia calculada en el punto “i” para poder cumplir con los requisitos de
niveles de intensidad de campo mínimo.
82
Se aplicó la formula anterior a cada punto en consideración, donde se
tomó el maximo de potencia que resultara de el estudio de todos los radiales de
cada emplazamiento por separado, tanto para un FEC 2/3 como 3/4. Estos
calculos se realizaron para aquellos sitios donde pudiera ser posible la medición,
para cumplir con los niveles de in tensidad de campo requeridos para recepción
potatil interna.
Para cada uno de los emplazamientos tradicionales de Caracas se
obtuvieron los niveles de potencia presentados en la tabla 13, los cuales presentan
valores dentro de rangos factibles de aplicació n en transmisores de uso actual
(aproximando estos valores a aquellos que son utilizados en transmisores reales).
Tabla 13. Potencia mínima requerida en los transmisores tradicionales.
Transmisor FECPotencia mínima requerida.95% de localidades (Kw)
Mecedores2/3 8
3/4 12,5
Volcan2/3 8,5
3/4 13,5
Caricuao2/3 3
3/4 4,5
Se crearon nuevas hojas de datos tomando en cuenta estos niveles de
potencia, para observar el aumento que se producía en la intensidad de campo y
para comprobar el cumplimiento de los requerimientos de recepción portatil
interna. Estas sirvieron para el posterior estudio de interferencia, para también
comprobar que con estos niveles de potencia y en un ambiente de posible
interferencia causado por un servicio analógico, el sist ema fuera inmune y
trabajara sin ningun tipo de problema. En la sección 4.6.4 se muestra el estudio de
interferencia.
83
4.6.4. Estudio de interferencia para la introducción del servicio digital
En la transición del servicio de television analógica al digital , es
necesario tomar las debidas precauciones parta evitar intereferencia entre señales,
de manera que la introducción de este nuevo servicio no interrumpa en la calidad
de otros ya establecidos, especificamente en los de transmisión analógica. Al
mismo tiempo, la calidad de transmisión digital no debe verse afectada por
servicios previamente establecidos. En el curso de ambos procesos de
planificación y coordinación es necesario predecir el nivel de la intensidad de
campo de interferencia producida por una estación que transmite en el área de
servicio de otra.
Para el cálculo de interferencia solo se tomó en cuenta la interferencia
producida por un “canal adyacente”, siendo estos uno digital a uno analógico y
viceversa. Otras formas de interferencia como d igital a digital deberán ser
consideradas en estudios posteriores cuando esté más desarrollado el uso de la
Televisión Digital Terrestre. Por otra parte la interferencia co -canal no fue tomada
en cuenta debido a que no existirán servicios similares utiliza ndo el mismo canal
radioeléctrico en los comienzos del sistema, y donde el diseño de la red en el
presente proyecto trata más bien de incorporar los transmisores operando a la
misma frecuencia para cubrir un área común, estando todas las señales dentro del
intervalo de guarda contribuyendo de manera constructiva a la señal deseada.
4.6.4.1. Interferencia del canal adyacente inferior analógico sobre el canal
digital
En el cálculo de la interferencia producida por un servicio analógico
sobre uno digital se utilizaron las graficas de 1% del tiempo 50% de ubicaciones,
según lo establecido en el documento [1] en la clausula 3.1., para predicir la
intensidad de campo en los puntos equiespaciados de los radiales provenientes
desde Mecedores para el caso del canal r adielectrico 47 perteneciente a la emisora
Avila Tv, con la intención de comparar los niveles de intensidad de campo con
aquellos obtenidos en la predicción de cobertura del canal 48, el cual es el objeto
de nuestro estudio. Las relaciones de protección ne cesarias, es decir, la relación
señal deseada a interferencia C/I requerida a cumplir se encuentran en el
84
documento [7], donde los valores utilizados para el estudio se muestran en la tabla
14.
No existe en la actualidad estudios acerca del efecto de un si stema NTSC
sobre DVB-T o viceversa, por lo tanto para poder tener una relación aproximada,
se utilizaron los cuadros mostrados en esta sección para relaciones de protección
de sistemas PAL, los cuales presentan características similares al NTSC. Al
mismo tiempo no existen datos concreto de estudios realizados para DVB -T en
una canal de 6MHz, por ello se utilizaron los cuadros referidos a 7MHz.
Tabla 14. Relaciones de protección (dB) del canal adyacente inferior a señales
DVB-T de 7 MHz interferidas por seña les de televisión analógica
Fuente: Recomendación UIT-R Rec. BT.1368
Estos valores están referidos a:
La potencia promedio de la señal COFDM en el canal asignado para
transmisión digital.
La potencia rms de la señal de video para transmisión analógica.
Las relaciones de protección relacionadas a cualquier tipo de
interferencia se presentan sin considerar el ruido o cualquier otra clase de
interferencia, en el nivel de calidad deseada, y como se observa están expresadas
en dB.
Una vez hecha la predicción de la intensidad de campo para cada punto
con la señal proveniente de la estación Ávila TV, los valores se compararon con
85
aquellos de las predicciones realizadas para el canal 48 tomando en cuenta los
niveles de potencia calculados para la operación de los transmisores en la sección
4.6.3. Los niveles se establecieron tanto para un FEC de 2/3 como 3/4, en ambos
casos se demostró no haber ningún tipo de interferencia del servicio analógico en
el digital.
4.6.4.2. Interferencia del canal adyacente superior dig ital sobre el canal
analógico
En el caso de la interferencia producida por el canal digital sobre el
analógico se deben tomar dos consideraciones: una, se calcula la interferencia
troposférica la cual se refiere a la interferencia producida sobre señales a nalógicas
degradas, y una continua que se refiere a la interferencia que existe continuamente
sobre una señal analógica de calidad superior. Para realizar estos cálculos se
utilizaron las curvas de 1% del tiempo 50% de ubicaciones para el caso
troposférico y 50% del tiempo 50% de ubicaciones para las interferencias
continuas, las cuales se encuentran en la recomendación [8]; esto está en
concordancia con los expuesto en la clausula 6.2 del Annex 1 del documento [3].
Las relaciones necesarias se muestran en la tabla 15.
Tabla 15. Relaciones de protección (dB) de una señal de imagen analógica
deseada interferida por señales DVB -T de 7 MHz (canal adyacente superior)
Fuente: Recomendación UIT-R Rec. BT.1368
De nuevo se comparó la cobertura del transmisor de Áv ila TV con el del
hipotético transmisor digital emplazado en el mismo sitio de Mecedores. Se
demostró por medio de las hojas de datos, que previamente se habían creado en el
ambiente de “Microsoft Excel”, que para el transmisor de Ávila Tv no existe
86
interferencia debido al canal digital, al tener relaciones de protección con niveles
superiores a los requeridos.
La opción de la interferencia producida por canales adyacentes superiores
al canal digital 48 no fue considerada al no estar presente en el espectr o actual
radioeléctrico alguna señal que opere en el canal 49, pero las relaciones de
protección para este caso son inferiores que para un canal adyacente inferior, por
lo tanto si el sistema funciona y no posee interferencia de canal adyacente inferior
al mismo tiempo estará protegido contra interferencia de canal adyacente superior.
Esto puede comprobarse al consultar la recomendación UIT -R Rec. BT.1368.
La comparación directa entre el transmisor de Ávila Tv y el digital que se
encuentra emplazado en el mismo sitio de Mecedores, se realizó directamente sin
necesidad de algún tipo de corrección, debido a que las áreas a cubrir son las
mismas. Este no es el caso al medir la interferencia hacia o desde el Volcán,
donde es necesario hacer un estudio aparte de cada punto en el borde del área de
cobertura de cada transmisor lo cual conlleva un estudio complejo que escapa a
los intereses del proyecto. Aún así se estimó la interferencia en los bordes de
cobertura mediante simulaciones, donde se determinaron estos puntos de corte y
mediante los valores de la simulación se compararon para determinar si cumplían
con los niveles requeridos.
Para las simulaciones se hizo uso de la herramienta “Radio Mobile”. Con
la ayuda de los radiales trazados para cada transmisor, s e ubicaron los puntos en el
borde del área de cobertura de acuerdo a los resultados obtenidos de la predicción
de cobertura. Para cada uno de los transmisores se determinó la intensidad de
campo según las porcentajes de tiempo requeridos para la interferen cia de
analógico sobre digital y viceversa, utilizando para el transmisor de el Volcán la
potencia establecida en la sección 4.6.3 y para el transmisor de Ávila Tv una
potencia de 30 Kw según el proyecto consignado ante CONATEL por esta misma
radiodifusora, encontrando que no existía interferencia en la mayoría de las áreas
de interés. Solo se detecto interferencia en las áreas circundantes al transmisor del
Volcán en la transmisión analógica por parte del canal digital. Cuando se trató de
transmisión digital no había interferencia proveniente de la señal analógica.
87
Las simulaciones demostraron que existe interferencia en áreas cercanas
a Volcán que antes de la introducción de este nuevo servicio no existían, pero se
ha omitido este efecto ya que es poco y no afecta en su gran mayoría la cobertura
general de la emisora Ávila Tv. Esta decisión se tomó en acuerdo con el tutor
empresarial, porque no es necesaria tanta protección de este servicio, ya que se
estará trabajando hacia futuro para la eventual convers ión de este y otros canales
de transmisión analógica del estado para incorporarlos al proyecto de televisión
digital.
Todas las relaciones de protección están referidas al uso de un filtro pasa -
banda llamado “mascara de espectro” el cual es necesario aplic ar a la salida de las
señales del transmisor, tanto para uno digital como uno analógico, para de esta
manera poder cumplir con las relaciones de protección especificadas en esta
sección. En la clausula 4.8 del documento del estándar DVB -T (ETSI EN 300744)
se especifica los parámetros que debe cumplir este filtro para su uso.
Queda claro que los valores y relaciones encontradas en la sección solo
suponen una hipótesis y no deben tomarse como completamente ciertos, se
propone a futuro la necesidad de hacer un estudio concreto de interferencia en la
zona de Caracas, que supone un proyecto aparte dedicado exclusivamente a esta
materia.
4.7. Simulaciones de cobertura en el área de Caracas
Una vez comprobado que no existían problemas de intereferencia en el
sistema de transmision digital y donde la intereferencia sobre el sitema analógico
era despreciable, se procedió a llevar a cabo las simulaciones mediante el uso del
programa de software libre llamado “Radio Mobile”, el cual consiste en un
modelo de propagación Longley-Rice.
La validéz de este programa de simulación se sustenta en el hecho de que
las intensidades de campo calculadas, necesarias para tener recepción, se
realizaron tratando de calcular los niveles requeridos a 10m de altura, para un
50% del tiempo y 50% de ubicaciones, para señales que lleguen directas al
receptor, ya habiendo considerado para los valores de C/N las posibles reflexiones
88
de la señal mediante el planteamiento de los medios de transmision Rice o
Rayleigh. Por lo tanto al final lo que se tiene es una señal directa por propagación
Longley-Rice dandole validéz al uso de este software.
Es posible conseguir otros programas que faciliten las simulaciones y den
valores mucho mas precisos, pero estos son programas propietarios y uno de los
objetivos del proyecto era trabajar con un software libre, donde el único
disponible en la actualidad que mejor presenta las características para la
simulación de transmisión de señales es el mencionado “Radio Mobile”.
Este programa ha sido tradicionalmente u tilizado en la Comisión
Nacional de Telecomunicaciones para llevar a cabo la simulación de cobertura de
las estaciones de transmisión analógicas en el país. El envío de la señal en la
televisión digital terrestre pasa a ser analógica en su paso por el medi o áereo, esto
significa que el envío de la señal es indiferente del proceso a que es sujeto en
etapas previas, como: digitalización, comprensión, y protección contra errores,
entre otras; y por lo tanto al ser una señal analógica al momento de enviarse su
comportamiento es igual a cuando se trabaja con un sistema de televisión
analógica permitiendo que “Radio Mobile” sirva para la simulación de señales
que se encuentren bajo el estandar DVB -T.
Ciertos parametros fueron introducidos en el programa para la de bida
simulación en el área de Caracas. En la figura 16 se muestran los parametros de
propagación correspondientes que deben introducirse al programa para poder
llevar a cabo las simulaciones.
89
Figura 16. Parámetros de propagación introducidos en Radio Mo bile
Como se denota se fijó una frecuencia mínima y una maxima alrededor
de la frecuencia de 677 MHz que es la frecuencia central del canal 48. Para los
valores de refractividad se utilizó la recomendación UIT -R Rec. P.453, la cual
especifica dichos valores para distintas zonas del mundo, en nuestro caso se tomó
la de la zona norte de Sudamerica. La conductividad se obtuvo de la
recomendación UIT-R Rec. P. 832 y la permitividad de la recomendación UIT -R
Rec. P.527. Se fijó un clima ecuatorial, el cual es ca racterístico de la ciudad de
Caracas.
Con respecto al porcentaje de pérdidas debido a la ciudad, no se poseía
información suficiente para poder fijar algún valor. Esto también viene afectado
por el hecho de que en las predicciones de cobertura este factor tampoco se tomó
en consideración al no poseer de información suficiente acerca de los alre dedores
de los puntos de medición, ya que el estudio fue netamente teórico y no se pudo
obtener acceso a ningún tipo de valores prácticos.
Las simulaciones se llevaron a cabo para un 50% del tiempo y un 50% de
localidades. Se fijó una polarización de antena horizontal, tal y como se utilizó en
los protocolos de pruebas de televisión digital terrestre realizados por CONATEL
y en concordancia con los proyectos de solicit ud para la habilitación de
90
radiodifusión analógica por parte de las emisoras: Avila TV y Vea TV. Esta es la
polarización utilizada en la transmisión UHF.
Luego se fijaron los niveles de potencia de los transmisores, de acuerdo a
los valores calculados para tal propósito en la sección 4.6.3, la ganancia y patrón
de radiación de la antena transmisora, esto según los expuesto en la sección 4.6.2;
y pérdidas por alimentadores. En la sección Systems de las “Propiedades de Red”
del software se introdujeron todos estos valores como se muestra en la figura 17.
Figura 17. Parámetros introducidos en Radio Mobile para cada emplazamiento.
La sensibilidad de los equipos se fijó en -80dBm según especificaciones
de varios equipos de recepción DVB -T consultados en la web [15, 16, 17]. La
pérdida por alimentadores se obtuvo del informe presentado ante CONATEL con
respecto al protocolo de pruebas de televisión digital terrestre [9], donde mediante
mediciones hechas se determinó que los cables del sistema de transmisión
presentaban una pérdida de 3dB.
Con la ayuda del programa Mapinfo se creó una imagen de la ciudad de
Caracas, resaltando todas la zonas con sus respectivas calles y avenidas, la cual se
guardó en un formato compatible con el software de simulación. Mediante el
comando “merge pictures” en Radio Mobile, esta imagen se solapo sobre el mapa
91
de terreno de Caracas, la cual es una imagen creada de las carpetas que vienen
incorporadas al programa de simulación, para tener una vision mas clara de que
áreas quedan cubiertas y cuales no en la ciudad por medio de la simulación. Las
figuras 18 y 19 muestran los expuesto anteriormente.
Figura 18. Mapa orográfico de Caracas obtenido de Radio Mobile
Figura 19. Mapa de Caracas extraído del programa Mapinfo
Luego de ubicar cada transmisor según su coordenada geográfica se
realizó de manera individual las simulaciones para valores iguales o superiores al
limite inferior o valor mínimo de intensidad de campo para recepción portatil
interna, luego desde el valor mínimo para recep ción portatil externa y por ultimo
para valores por encima o iguales para poder gozar de recepción fija. Para estos
dos ultimos casos también se les añadió el margen de 6 dB de protección a los
valores calculados en la sección 4.5.5 para ambos tipos de rec epción, esto para
fijar los nuevos valores mínimos de intensidad de campo para las simulaciones y
92
con la intención de paliar los errores debido a la predicción. En el Anexo 6 se
presentan las imágenes de la simulación para cada transmisor individual y para
cada tipo de recepción. Se debe acotar que las simulaciones se realizaron para
cada tasa de codificación interna (FEC), es decir se trabajó con los dos valores de
potencia calculados para cada transmisor.
Es importante también resaltar que fue necesario j ugar con la orientación
que tendrían las antenas para determinar el angulo de azimut que mejor se
adaptara para el envío de la señal a la mayor cantidad de zonas posibles. Se partió
de la premisa expuesta en el protocolo de prueba [9], donde el ángulo de azimut
utilizado para la antena del transmisor de Mecedores en la dirección de maxima
radiación fue de 180°. A través de simulaciones se comprobó que ésta era la mejor
opción para la antena que sería considerada para el diseño en el emplazamiento de
Mecedores.
Para el caso de Volcán no fue posible recopilar información de algún
transmisor o emisora operando en esta área debido al proceso de consultoría
jurídica en el que se encuentran los varios operadores que utilizan este
emplazamiento. Sin embargo, por me dio de simulaciones se determinó que la
mejor opción era fijar la antena con un azimut de 0° en la dirección de maxima
radiación, debido al patron de radiación escogido, el cual era cardioide. Se pudo
determinar que de esta manera se cubrían también zonas que se encontraban a los
costados del lugar, tanto para el Este como para el Oeste.
Caricuao como se ha mencionado a lo largo de todo el proyecto, fue un
caso aparte de estudio debido a que esta zona no puede ser integrada al resto de la
ciudad. Para este sitio se utilizó una antena moyano ya que presentaba las mejores
caraterísticas para cubrir la zona. Al mismo tiempo, mediante simulaciones se fue
desplazando la antena hasta conseguir la mejor opción para poder cubrir la mayor
parte de la zona y que esta pudiera tener recepción portatil interna. Se sugiere
colocar los paneles en 90°grados que forman el arreglo de antena entre los
azimutales 125° y 215°.
En el Anexo 6 junto con los mapas de cobertura para cada transmisor, y
la presentación de la operación simultanea de todos los transmisores para
93
ejemplificar el concepto de SFN sobre el cual trabajara la red, se presentan los
patrones de radiación de cada antena para cada emplazamiento tradicional, según
se muestra en el programa Radio Mobile.
En la figura 20 se presenta una imagen completa con todos los
transmisores operando para valores de intensidad de campo desde 59 dB(µV/m) a
130 dB(µV/m), para el caso de un FEC 3/4, estó a manera de ejemplo de la red
SFN para Caracas.
Figura 20. Ejemplo de red SFN para la ciudad de Caracas.
Como se ve en la figura 20, a pesar del estudio realizado todavía siguen
quedando zonas pequeñas sin ninguna clase de recepción. En la sección 4.7.1 esto
se expone con mas detalle presentando el porcentaje de las zonas que gozan de
recepción portatil interna, externa y recepción fija, respectivamente. Una vez
detallado este aspecto se enumerán las posibilidades que existen para extender el
área de cobertura. Por medio de la figura 20 se muestra la cobertura del sistema
configurado como una red de frecuencia única SFN, utilizando los
emplazaminetos tradicionales de la ciudad de Caracas .
94
4.7.1. Porcentaje del área de Caracas cubierta de acuerdo al tipo de
recepción.
Para presentar los resultados en función del porcentaje del área de la
ciudad cubierta de acuerdo a la clase de recepción, se necesitó crear una imagen
con el programa Mapinfo, donde se trazaron radiales con una separación de 5°
grados entre cada uno, fijando puntos con una separación de 1Km para cada
radial. En total se fijaron 358 puntos de referencia sobre la ciudad de Caracas.
Figura 21. Puntos de referencia para el cálculo del porcentaje de cobertura.
Se realizó la simulación de cobertura, donde se enumeraron aquellos
puntos ausentes de señal, calculando un porcenta je aproximado del área de la
ciudad que se encuentra cubierta, esto según el tipo de ambiente de recepción que
se desee. A continuación se presenta el porcentaje estimado de cobertura para
cada tipo de ambiente de recepcion en la red de frecuencia única. E n la sección
4.8 se exponen cada una las caracteristicas del sistema propuesto.
4.7.1.1. Recepción portátil interna dentro de la red SFN
Para la recepción portátil interna se obtuvieron los porcentajes de área
cubierta en la ciudad de Caracas, dentro de la red SFN, presentados en la tabla 16.
95
Tabla 16. Porcentaje de cobertura en la red SFN para recepción portátil interna
Porcentaje de Probabilidad de localidadesFEC
2/3 3/4
95% 90% 87%
70% 92% 91%
4.7.1.2. Recepción portátil externa dentro de la red S FN
Para la recepción portátil externa se obtuvieron los porcentajes de área
cubierta en la ciudad de Caracas, dentro de la red SFN, presentados en la tabla 17.
Tabla 17. Porcentaje de cobertura en la red SFN para recepción potátil externa
Porcentaje de Probabilidad de localidadesFEC
2/3 3/4
95% 93% 92%
70% 95% 94%
4.7.1.3. Recepción fija dentro de la red SFN
Para la recepción fija se obtuvieron los porcentajes de área cubierta en la
ciudad de Caracas, dentro de la red SFN, presentados en la tabla 18.
Tabla 18. Porcentaje de cobertura en la red SFN para recepción fija
Porcentaje de Probabilidad de localidadesFEC
2/3 3/4
95% 97% 96%
70% 98% 97%
Como se puede observar de las simluaciones para ninguna de las dos
opciones de tasa de codificación inte rna y a pesar de los niveles de potencia
estudiados necesarios para cumplir con los requerimientos de transmision es
96
posible cubrir en su totalidad la ciudad de Caracas con los valores mínimos
estipulados.
Se denota que la codificación 2/3 presenta una dif erencia pequeña de
mejor cobertura con respecto a la 3/4, pero sin ser considerable. Al mismo tiempo
a pesar de que es posible alcanzar mejores porcentajes para una probabilidad de
localidades del 70%, esto requiere un compromiso del operador al tener que
sacrificar la cantidad de hogares que tengan cobertura, teniendo solo una calidad
aceptable de servicio.
Por lo tanto, si se quisiera extender esta cobertura y tratar de llegar lo
más posible a todos los rincones de la ciudad habria que considerar alguna d e las
siguientes posibilidades: Modulación Jerárquica y Retransmisores (Gap fillers).
Ambas opciones son tratadas en el Anexo 7, donde para el caso de los
retransmisores se hizo un estudio, proponiendo los parametros que estos
posiblemente puedan tener en las zonas de Brisas de Turumo, La Vega y
Propatria, ya que estas eran areas desprovistas de señal y que permitian mediante
simulaciones determinar la posibilidad de la colocación de un retransmisor.
4.8. Características del sistema propuesto para cubrir la ciudad de Caracas
configurado como una red de frecuencia única
El sistema se estructuró en base a los requerimientos de recepción fija,
portátil externa y portátil interna. Permitiendo obtener tipos de recepción de
menores exigencias en un porcentaje may or de la ciudad.
El Canal radioeléctrico de operación será el 48 (674–680 MHz),
adyacente al canal analógico operativo 47 (668 –674 MHz) habilitado a nombre de
la Fundación Ávila TV, Televisora de las Comunidades Metropolitanas.
El modo de operación del sis tema será 8k, con un intervalo de guarda de
1/8, quedando abierta la posibilidad de utilizar 1/16 si se comprueba su
factibilidad. El esquema de modulación de las subportadoras será 64 QAM.
La escogencia del FEC quedará a juicio del lector dependiendo del tipo
de resolución que desee para su sistema. Un canal HDTV de resolución 720p
97
exigirá un FEC 2/3 y uno de resolución 1080i exigirá un FEC 3/4. En ambas
situaciones es teóricamente factible la transmisión de 4 programas SDTV.
La sensibilidad de los receptores será de -80 dBm. La altura del centro de
radiación será de 35m para todos los casos.
4.8.1. Características de las plantas transmisoras
A continuación se exponen las características del sistema propuesto para
cada emplazamiento tradicional que en conju nto forman la red de frecuencia única
(SFN).
4.8.1.1. Mecedores
Dirección de la Planta Transmisora: Sitio de ubicación de la planta
transmisora del canal 47: Carretera a Estación Mecedores, Parque Nacional El
Ávila, Municipio Libertador, Distrito Capital. Altura sobre nivel del mar
(a.s.n.m.): 1710m.
Coordenadas geográficas:
Latitud Norte: 10° 31’ 54”,
Longitud Oeste: 66° 52’ 31”
Potencia del Transmisor:
Tabla 19. Potencia del transmisor ubicado en Mecedores.
Transmisor FECPotencia mínima requerida.95% de localidades (Kw)
Mecedores2/3 8
3/4 12,5
Parámetros de la antena de transmisión:
Ganancia del arreglo de antena transmisora: 12dBd
Patrón de Radiación: “Cardioide”
Polarización: Horizontal
98
Paneles de antena orientados hacia 90°, 180° y 270°, tenien do un
azimut de 180° en la dirección de máxima radiación.
4.8.1.2. Volcán
Dirección de la Planta Transmisora: Cerro el Volcán, Oripoto, Municipio
Baruta, Estado Miranda. Altura sobre nivel del mar (a.s.n.m.): 1494m.
Coordenadas geográficas:
Latitud Norte: 10° 25’ 00”
Longitud Oeste: 66° 51’06”
Potencia del Transmisor:
Tabla 20. Potencia del transmisor ubicado en Volcán.
Transmisor FECPotencia mínima requerida.95% de localidades (Kw)
Volcan2/3 8,5
3/4 13,5
Parámetros de la antena de transmisión:
Ganancia del arreglo de antena transmisora: 12dBd
Patrón de Radiación: “Cardioide”
Polarización: Horizontal
Paneles de antena orientados hacia 270°, 0° y 90°, teniendo un azimut
de 0° en la dirección de máxima radiación.
99
4.8.1.3. Caricuao
Dirección de la Planta Transmisora: Torre de Venezolana de Televisión
(VTV), Fila Caricuao, Parroquia Caricuao, Municipio Libertador, Caracas,
Distrito Capital. Altura sobre nivel del mar (a.s.n.m.): 1160m.
Coordenadas geográficas:
Latitud Norte: 10° 26’ 33,3”
Longitud Oeste: 66° 59’ 03”
Potencia del Transmisor:
Tabla 21. Potencia del transmisor ubicado en Caricuao.
Transmisor FECPotencia mínima requerida.95% de localidades (Kw)
Caricuao2/3 3
3/4 4,5
Parámetros de la antena de transmisión:
Ganancia del arreglo de antena transmisora: 12dBd
Patrón de Radiación: “Moyano”
Polarización: Horizontal
Paneles de antena orientados hacia los acimutales 125° y 21 5°.
100
CONCLUSIONES
Este estudio ha permitido demostrar la versatilidad que presenta el
cambio a un sistema de transmisión digital, donde se podrá abarcar una mayor
cantidad de viviendas con una calidad mejorada, con menos potencia y ofreciendo
servicios antes inmaginados, como la opción de recepción portatil en casi todo el
area de Caracas.
Partiendo de las premisas de diseño impuestas por CONATEL y de los
resultados obtenidos del estudio de un sistema de transmisión digital terrestre
configurado como red de frecuencia única , se determinó que se necesitará trabajar
con una modulación OFDM de 64 QAM, el modo de operación 8k, un intervalo
de guarda de 1/8, y una tasa de co dificación interna (FEC) de 2/3 o 3/4 . La
selección de la tasa de codificación interna dependerá de la decisión que se tome
sobre que formato transmitir en la red, específicamente el formato HDTV, sea
720p con un FEC de 2/3, o uno 1080i con un FEC de 3/4. Trabajar con una tasa de
codificación interna de 2/3, requiere meno r potencia que trabajar con una de 3/4.
Con ambas tasas de codificación interna es teóricamente factible la posibilidad de
transmisión de 4 programas de calidad SDTV en la red.
La posibilidad de utilizar los emplazamientos tradicionales para su
posterior empleo en la estructuración de una red de frecuencia única (SFN) para
cubrir la ciudad de Caracas es factible, evitando problemas causados p or
intereferencia mutua o de otros servicios. Es posible trabajar con estos
emplazamientos ubicando las antenas en los mismos sitios antes ocupados por los
sistemas de transmisión analógica sin tener que realizar cambios considerables al
sistema original.
El sistema teóricamente soporta la interferencia de canal adyacente, tanto
en el canal analógico como en el digital, por lo que el sistema debe ría funcionar
sin presentar ningún tipo de interrupción de señal.
101
En las zonas de Caracas en las cuales no f ue posible tener señal se puede
hacer uso de dos técnicas de extensión de cobertura siendo estas modulación
jerárquica, la cual es útil solo en el caso de transmisión HDTV ofreciendo la
posibilidad a las zonas de sombra de recuperar la señal con una calidad SDT V
inferior, o, la utilización de retransmisores o gap -fillers que sirven para proveer a
las zonas de sombra de toda la programación proveniente del transmisor principal.
Más del 80% del área de interés a cubrir podrá disfrutar de recepción fija
interna y/o portátil, permitiendo obtener señal en el interior de edificaciones
donde la mayoría de la población tendrá sus equipos de recepción. Este porcentaje
se presenta para un 95% de probabilidad de localidades, incluso en áreas de bajos
recursos, permitiendo la socialización del espectro. El porcentaje del área cubierta
podrá mejorar al utilizar antenas colectivas ubicadas en los techos de las
edificaciones, permitiendo que la población pueda disponer de recepción fija en
un porcentaje considerablemente alto de la ciudad, aun a costa de no poder
disfrutar de recepción portátil interna.
Los niveles de potencia de transmisión alcanzados siguen siendo muy por
debajo de aquellos requeridos para transmisión analógica, llegando a tener una
reducción de más del 50% con respecto a la analógica. Esto comprueba la utilidad
y economía que se logra al utilizar sistemas de transmisión digital terrestre.
Debido a la capacidad que tienen los equipos de utilizar las señales
retardadas dentro del intervalo de guarda de manera con structiva es posible que en
ciertas zonas de la ciudad se obtenga más señal de la que se ha determinado por
medio de simulaciones. Esto quedará para futuros estudios cuando se busque
implementar el sistema de red de frecuencia única en la ciudad de Caracas .
102
RECOMENDACIONES
Del siguiente trabajo se desprenden las siguientes recomendaciones:
Realizar pruebas de campo que determinen la factibilidad de la propuesta,
considerando todos los parámetros expuestos a lo largo del proyecto para
determinar si en realidad es viable.
Profundizar sobre los factores que afectan la interferencia entre canales
considerando todos los aspectos relevantes a esta materia.
Estudiar la posibilidad de trabajar con un intervalo de guarda de 1/16, donde
mediante pruebas de campo se determine si es posible su utilidad.
Utilizar para el sistema un FEC 2/3 ya que este presenta mayor robustez, al
mismo tiempo que permite trabajar con menos potencia que la requerida por un
FEC 3/4. Su única desventaja es el tipo de formato, donde con 2/3 solo será
posible recibir una imagen en formato 720p, la cual es una calidad de imagen
inferior a 1080i.
Determinar si es factible, por medio de un estudio práctico, el envío de 4
programas utilizando un FEC 2/3, ya que los v alores con los cuales se trabajó a
lo largo del proyecto solo son de carácter teórico. Es posible que en su
implementación se consigan valores inferiores de tasas de transferencia.
En el caso de ser necesario el uso de gap-fillers para extender las áreas de
cobertura, se deberá realizar un estudio in-situ que permita determinar de
manera fiable la potencia a la que estos equipos podrán trabajar en relación con
el aislamiento que se logre en la construcción de estos mismos.
Es posible integrar en las antenas de los puntos de recepción diversidad en
espacio u otras modificaciones que permitan mejorar la recepción de la señal.
Otra forma de mejorar la recepción en las antenas es encontrado mejores
ubicaciones para su colocación y/o utilizar antenas de mayor ganancia.
La potencia necesaria para la transmisión podría ser reducida al aumentar la
ganancia de la antena transmisora, permitiendo el envío de tasas de
103
información altas como las que se obtiene al utilizar un FEC 3/4 con una menor
exigencia sobre el sistema, realizando el estudio corre spondiente para
garantizar la misma cobertura.
Estudiar el empleo de técnicas de compresión con un mejor desempeño, como lo
es MPEG-4, y los beneficios que conlleva su uso en el sistema de televisión
digital terrestre propuesto.
Realizar el estudio pertinente que permita determinar la posibilidad de integrar la
red propuesta a una de mayor tamaño, con la intención de abarcar una mayor
área de cobertura.
Hacer un estudio de campo que determine si existen zonas con una intensidad de
campo superior a aquellas obtenidas teóricamente, determinando si estas
presentan un aumento considerable para ser tomadas en cuenta, permitiendo un
ahorro en la potencia de transmisión.
104
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ANEXOS
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