Dividendo digital y “TV white spaces”

Los servicios de difusión de televisión operan en canales licenciados en las bandas de VHF y UHF del espectro radioeléctrico. La regulación en la mayoría de los países prohíbe el uso de dispositivos no licenciados en las bandas de TV, con la excepción de controles remotos, equipos de telemetría médica, y micrófonos inalámbricos. En la mayoría de los países en desarrollo, los reguladores están actualmente en el proceso de conversión de transmisión analógica a digital. Esto se conoce como el

“Digital switchover (DSO)”. Este proceso fue completado en los Estados Unidos en junio de 2009, y en Inglaterra para el año 2012. (Nekovee, 2010). Un proceso similar de DSO está siendo planeado y completado en muchos países alrededor del mundo, incluyendo Colombia.

Una vez completado el DSO, una porción que era destinada a los canales análogos de TV se vuelve totalmente disponible debido a la mayor eficiencia en el uso del espectro de la televisión digital (TVD). Esto es lo que se conoce con el nombre de

“Dividendo digital”. Una definición similar la encontramos en (Doeven J., Walop P., 2012), en donde se establece que “El dividendo digital es la cantidad de espectro

análoga a digital”. Estos canales liberados serán re-asignados por los reguladores a otros servicios a través de subastas. Este dividendo digital puede ser usado por servicios de difusión (provisión de más programas, alta definición, 3D o televisión móvil). Puede ser usado también por otros servicios, como el servicio de comunicaciones móviles, en una banda de frecuencia que pueda ser compartida con la de difusión (ej. Dispositivos móviles de corto alcance, como micrófonos inalámbricos usados en teatros y durante eventos públicos). De igual forma, en servicios de “roaming” internacional. (Doeven J., Walop P., 2012).

En adición al espectro liberado, después de la transición a la TV digital habrá típicamente un número de canales de TV en un área geográfica dada que no serán usados por las estaciones de TV digital, ya que estas no serán capaces de operar sin causar interferencia co-canal a estaciones de canal adyacentes. Sin embargo, un transmisor operando en dicho canal de TV vacante a un mucho más bajo nivel de potencia no necesitaría una gran separación (física) de una estación de TV de canal adyacente para evitar causar interferencia. De tal manera, que dispositivos con una radiación de potencia baja pueden, por lo tanto, operar en canales disponibles en ubicaciones que no pueden ser usadas por las estaciones de TV debido a restricciones de interferencia. Estos canales vacantes son conocidos como

“TV White Spaces” o “Interleaved spectrum” en el lenguaje de los reguladores en Inglaterra (UK). (Fadda & Murroni, 2013; Harrison, 2011; Martin et al., 2016; Nekovee, 2010; Pelechrinis et al., 2013). Estos últimos son los considerados como las oportunidades espectrales presentes en la banda de TV digital, objeto de estudio en la presente investigación.

De igual manera, en (Doeven J., Walop P., 2012) se señala que los “TV White Spaces” son las porciones del espectro no utilizadas por el sistema de difusión,

también referido como “interleaved spectrum”. Estos pueden ser usados por otros servicios de forma secundaria, bajo la condición de no afectar los servicios de difusión y no reclamar protección de ellos. Este ha sido el caso hasta ahora para aplicaciones de corto alcance que soportan la difusión, como micrófonos

inalámbricos usados en teatros o durante eventos públicos, “Smart grid/telemetry”, soluciones de video, broadband y servicios de ubicación mejorados.

Una nueva aproximación para el uso de los TVWS es la radio cognitiva, la cual consiste en obtener información acerca del espectro usado localmente antes de transmitir. Con base en esta información, el sistema dinámicamente ajusta sus parámetros de operación. Este ajuste puede ser realizado a través de técnicas de detección o por medio de una base de datos geo-espacial. (Doeven J., Walop P., 2012). Un ejemplo de la distribución de frecuencias en la banda de UHF en Inglaterra después de la conclusión del proceso de DSO, se muestra en la figura 10.

Figura 10. Distribución de las bandas de TV en UHF después del DSO en UK. Fuente: (Nekovee, 2010).

Los 128 MHz de espectro marcado en verde (16 canales) es el espectro liberado que se planea licenciar a través de subastas. Los 256 MHz (32 canales) marcados en purpura corresponde al “interleaved spectrum” o TVWS que pueden ser usados a nivel geográfico para acceso no licenciado mediante el uso de la tecnología de radio cognitiva. Finalmente, el canal marcado en rosado es licenciado para acceso

exclusivo de micrófonos inalámbricos, entre otros dispositivos de baja potencia. (Program Marking and Special Events - PMSE). (Nekovee, 2010).

Del cuadro anterior, pareciera que es bastante significativa la capacidad espectral disponible para acceso cognitivo en la banda de UHF. Sin embargo, debido a su naturaleza secundaria, la disponibilidad y la descomposición de frecuencia de la banda de UHF para acceso cognitivo no es la misma en todas las ubicaciones geográficas y depende también de los niveles de potencia usados por los dispositivos cognitivos. (Nekovee, 2010).

Adicionalmente, a la considerable capacidad que los TVWS ofrecen, una razón importante de que estos atraigan la atención es la excepcional combinación entre ancho de banda y cobertura. Las señales en las bandas de VHF/UHF viajan mucho más lejos que las señales Wifi y 3G/4G, y penetran edificios más fácilmente. Por lo tanto, estas bandas pueden ser usadas por un amplio rango de nuevos servicios potenciales. Aparte de servicios de acceso inalámbrico de banda ancha a áreas rurales, otras aplicaciones de los TVWS incluyen las siguientes (Nekovee, 2010):

 Redes de distribución inalámbricas para casas digitales del futuro y mallas de energía inteligentes.

 Redes móviles de banda ancha exentas de licencia.

 Redes inalámbricas de banda ancha de última milla en áreas urbanas.

 Comunicaciones celulares / “femtocells” cognitivas en TVWS.