Estudio de las técnicas de agregación de canales de RF en la televisión digital terrestre

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA Estudio de las técnicas de agregación de canales de RF en la Televisión Digital Terrestre Autor: Ana Laura Rodríguez Lorenzo. Tutor: MSc. Irina B. Siles Siles. Santa Clara 2016 "Año 58 de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA Estudio de las técnicas de agregación de canales de RF en la Televisión Digital Terrestre Autor: Ana Laura Rodríguez Lorenzo [email protected]. Tutor: MSc. Irina B. Siles Siles MSc, Asistente, Electrónica,. Departamento de Telecomunicaciones y Facultad. [email protected]. Santa Clara 2016 "Año 58 de la Revolución". de. Ingeniería. Eléctrica,.

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Automática, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Tutor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. “En relación con la tecnología, no tenemos que preocuparnos solamente con que esta sea más eficiente y renovable, tenemos que inventar una tecnología creativa, que no solo lleva consigo un trabajo más creativo, sino que contribuya a mejorar el mundo natural al mismo tiempo que mejora el modo y la calidad de nuestras vidas.” Murray Bookchin.

(5) ii. DEDICATORIA. El presente trabajo va dedicado a mi familia, quienes con su apoyo incondicional, consagración, esfuerzo, confianza y amor me han sabido guiar por el buen camino en cada paso de mi vida..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. A Dios por brindarme salud y sabiduría para enfrentar las dificultades y retos propuestos, y ser el motor impulsor de mi vida. A toda mi familia por el apoyo incondicional brindado. Agradezco a mis padres cuyo esfuerzo me ha permitido llegar hasta estas instancias en mi vida. A mi esposo por su paciencia y apoyo cada día. A mis hermanas por el apoyo emocional. A mi tutora, la Ing. Irina Siles Siles por su paciencia y tiempo invertido en esta investigación. A cada uno de mis profesores a lo largo de mi carrera universitaria. A mis amigos y compañeros por haberme dado su apoyo durante mi trayectoria universitaria..

(7) iv. TAREA TÉCNICA. -. Revisión de la bibliografía sobre de la Televisión Digital Terrestre y de las técnicas de agregación de canales de RF.. -. Delimitación y caracterización de las técnicas de reutilización de frecuencias.. -. Valoración de la aplicación de estas técnicas en el estándar DTMB.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. La DTT de última generación está orientada a un necesario progreso en la mejora de la eficiencia espectral, dada la escasez del espectro radioeléctrico. Los avances en los estándares de transmisión de DTT demuestran los esfuerzos por dar una solución a la anterior situación. Los foros de estandarización están planeando la evolución de sus normas. El ATSC desarrolla el ATSC 3.0, DVB evalúa la posibilidad de una evolución luego de DVB-T2 y DTMB perfecciona su DTMB-A. Los materiales consultados muestran como los dos primeros estándares están desarrollando técnicas de agregación de canales de RF para mejorar la eficiencia espectral de las futuras redes, estas son: Time Frequency Slicing (TFS) y Channel Bonding (CB). La presente investigación se centra en las mencionadas técnicas, el análisis de las mismas por las ventajas que estas presentan y en los aspectos de implementación de ellas. Como los principios de TFS y CB se basan en la transmisión de un servicio de televisión a través de múltiples canales de RF, constituyen alternativas atrayentes para disminuir las interferencias y permitir obtener ganancias en capacidad y cobertura más allá de las ofrecidas del modo tradicional. Debido a las semejanzas entre los estándares ATSC 3.0, DVB-T2 y DTMB se llegó a conclusiones en cuanto a la posible adecuación de este último para aplicársele las técnicas estudiadas.. Palabras claves: DTT, ATSC 3.0, DVB-T2, DTMB, TFS, CB.

(9) vi. TABLA DE CONTENIDOS PENSAMIENTO .....................................................................................................................i DEDICATORIA .................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii TAREA TÉCNICA ................................................................................................................iv RESUMEN ............................................................................................................................. v TABLA DE CONTENIDOS .................................................................................................vi INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1 CAPÍTULO 1.. Características de la Televisión Digital y de las técnicas de agregación de. múltiples canales de RF .......................................................................................................... 5 1.1. La Televisión Digital................................................................................................ 5. 1.1.1. Arquitectura y tecnologías empleadas en la DTT ............................................. 6. 1.1.2. Ventajas de la Televisión Digital ...................................................................... 8. 1.2. Tendencias de las normas de DTT. .......................................................................... 9. 1.2.1. Evolución de ATSC a ATSC 3.0 .................................................................... 10. 1.2.2. Evolución de DVB-T a DVB-T2 .................................................................... 12. 1.2.3. Evolución de ISDB-T a ISDB-Tb ................................................................... 12. 1.2.4. Evolución de DTMB a DTMB-A ................................................................... 13. 1.3. Comparación entre los estándares de DTT ............................................................ 14. 1.4. La Televisión Digital en Cuba ............................................................................... 16. 1.4.1. Características técnicas de la red DTT en Cuba. ............................................ 17. 1.5. El espectro radioeléctrico. Tendencias a aumentar la eficiencia en su uso. ........... 17. 1.6. Planificación convencional de redes ...................................................................... 19. 1.6.1. Factor de reuso de frecuencia (ɳ) .................................................................... 20.

(10) vii 1.7. Tecnologías de agregación de múltiples canales de RF en los sistemas de. Televisión Digital de Próxima Generación ....................................................................... 21 1.7.1. Time Frequency Slicing. Concepto ................................................................ 22. 1.6.2. Channel Bonding. Concepto ........................................................................... 26. 1.8. Ventajas en la red por la agregación de múltiples canales de RF .......................... 29. 1.8.1. Robustez mejorada en la recepción ................................................................ 30. 1.8.2. Aumento de la capacidad ................................................................................ 30. 1.8.3. Incremento de la razón de datos ..................................................................... 31. 1.9. Conclusiones parciales del capítulo ....................................................................... 32. CAPÍTULO 2. 2.1. ANALISIS DE LA IMPLEMENTACIÓN DE TFS y CB ...................... 33. Aspectos de implementación de TFS y CB............................................................ 33. 2.1.1. Implementación en el transmisor con TFS ..................................................... 34. 2.1.2. FEC y entrelazado ........................................................................................... 35. 2.1.3. Compromisos de TI ........................................................................................ 38. 2.1.4. Composición de la trama ................................................................................ 39. 2.1.5. Implementación en el receptor con TFS ......................................................... 40. 2.1.6. Limitaciones de la operación TFS con un solo sintonizador .......................... 40. 2.1.7. Acercamiento a la operación con doble sintonizador para TFS ..................... 42. 2.1.8. Implementación en el transmisor y en el receptor con CB ............................. 43. 2.2. Impacto de TFS y CB ............................................................................................. 45. 2.2.1. Aspectos de legislación y regulación .............................................................. 45. 2.3. Recomendaciones de implementación para una red usando TFS y CB ................. 46. 2.4. Evaluación de la posibilidad de aplicación de TFS y CB al estándar DTMB ....... 47. 2.5. Conclusiones parciales del capítulo ....................................................................... 49. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 50.

(11) viii Conclusiones ..................................................................................................................... 50 Recomendaciones ............................................................................................................. 50 GLOSARIO DE TÉRMINOS .............................................................................................. 52 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 55 ANEXOS .............................................................................................................................. 60 Anexo I Diagrama en bloques del transmisor de ATSC. Fuente (TORAL, 2013). .......... 60 Anexo II Diagrama en bloques del transmisor de DVB-T2. Fuente (Estevan, 2014). ..... 60 Anexo III Diagrama en bloques del transmisor de ISDB-Tb. Fuente (Muela, 2013)....... 60 Anexo IV Diagrama de los bloques funcionales de DTMB-A. Fuente (Zhang, 2014). ... 61 Anexo V: Configuración y razones alcanzadas para el estandar DTMB-A. .................... 62 Anexo VI Espectro de frecuencias. Fuente (Nour and Douillard, 2008). ......................... 63.

(12) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. En el transcurso de la historia, la sociedad ha sufrido grandes cambios, pero sin dudas uno de los más trascendentales ha sido el papel tan importante que desempeñan las telecomunicaciones desde su nacimiento, en la vida diaria de las personas. Se quiere vivir en un mundo donde se pueda tener acceso a la información de forma permanente, sin importar el lugar donde se encuentren: hogares, autos, transporte público, caminando o en cualquier lugar, lo importante es poder seguir disfrutando de los servicios de telecomunicaciones. En la última década la televisión digital se ha convertido en un fenómeno importante para la sociedad de la información en todo el mundo. Televisión es una palabra híbrida entre griego y latín; Tele -viene del griego Lejano- y Visión -del latín Visio- que significa visión o vista. La televisión fue presentada en la Feria Mundial de París de 1900 donde se celebró el primer Congreso Internacional de Electricidad. Desde sus inicios ha sido el medio más económico y el sistema del que más dispositivos electrónicos se han vendido en el mundo (Gordillo, 2012). Según (ITU-R, 2013) la Televisión Digital Terrestre (DTT, Digital Terrestrial Television) de última generación está orientada a una necesaria mejora de la eficiencia espectral con el fin de abordar los desafíos derivados de la escasez de espectro como resultado de la progresiva asignación de frecuencias, el llamado Dividendo Digital, para satisfacer la creciente demanda de capacidad para la banda ancha inalámbrica. Los avances tanto en los estándares de transmisión como de codificación de video son de suma importancia para la progresiva puesta en marcha de servicios de alta calidad y grandes prestaciones. Sin duda alguna, la Televisión Digital ha tomado un protagonismo significativo en Cuba en la última década. El país ha hecho grandes esfuerzo para ofrecer a la población un servicio.

(13) INTRODUCCIÓN. 2. de calidad y satisfacer sus demandas. Después de un largo período de estudio y pruebas, en junio de 2011, la nación decidió adoptar el estándar de Televisión Digital DTMB (Digital Terrestrial Multimedia Broadcast), de acuerdo con (Barreras, 2008), desarrollado por la República Popular China. Para que toda la población goce de recibir una señal de DTT con una calidad óptima, se hace imprescindible diseñar redes de difusión con el fin de transmitir la señal de forma eficiente, con el fin de conseguir una utilización más eficiente del espectro y una importante disminución de la potencia de transmisión. Aunque el espectro es un recurso natural que puede ser reusado, solo puede acomodar un número limitado de servicios inalámbricos, servicios que cada vez más gozan de prestaciones y popularidad Por consiguiente, si la competición por la banda de Ultra Alta Frecuencia (UHF, Ultra High Frequency) no es manejada, entonces se congestiona la banda y esto puede conducir a la interferencia dañina que puede degradar señales o puede interrumpir servicios de comunicación. El problema de la limitación del espectro está adicionalmente combinado con el desarrollo de innovaciones tecnológicas que debe ser atendido a través de la disponibilidad del espectro adecuado (Gbenga-Ilor and Sanusi, 2014). La anterior situación, condiciona que desde varias perspectivas se susciten un conjunto de trabajos e investigaciones encausados en lograr un uso eficiente de los recursos de radio que permitan incrementar la eficiencia espectral de las redes futuras. Es por ello que esta tesis aborda el uso de tecnologías de agregación de canales de radio frecuencia (RF, Radio Frequency) (Gandia, 2015) (Fischer, 2010) (Gomez et al., 2015) (Garro et al., 2015) (ETSI, 2010). En total concordancia con las líneas de investigación actuales, esta tesis se centra en la realización de un estudio en torno a dos tecnologías proclives emergentes: Time Frequency Slicing (TFS) y Channel Bonding (CB). Según (Gandia, 2015) la implementación de estas técnicas permite obtener ganancias no solo en capacidad sino además en cobertura; del mismo modo, es posible obtener una mayor robustez frente a interferencias. Es un tema muy reciente que, según (Garro et al., 2015), promete revolucionar el mundo de la DTT. La aplicación de tecnologías de agregación de canales de RF proporcionará a los.

(14) INTRODUCCIÓN. 3. sistemas de última generación de unas capacidades y una flexibilidad espectral sin precedentes en tecnologías de DTT. Las técnicas de reúso de frecuencia TFS y CB consisten en la transmisión de los datos de un servicio de televisión a través de múltiples canales de RF en lugar de utilizar un solo canal. TFS fue introducido en primer lugar como un anexo informativo (no normativo) en DVB-T2 (Digital Video Broadcasting, 2nd generation) (Eizmendi et al., 2014), y posteriormente fue adoptado en DVB-NGH (Next Generation Handheld) (DVB, 2012), (ETSI, 2012). CB ha sido adoptado en ATSC 3.0 (Advanced Television System Committee) según (Stadelmeier et al., 2015). TFS y CB han sido propuestos para su inclusión en ATSC 3.01 (Stadelmeier et al., 2015). Aun así, nunca han sido implementados. El concepto de TFS en radiodifusión terrestre fue investigado por (Makni et al., 2011) y por (Morgade et al., 2013) considerándolo una realización potencial dentro del estándar DVBT2. Aunque el estudio de TFS es nuevo en el contexto de radiodifusión, un TFS como sistema fue introducido en 1994 por (Woodworth et al., 1994), como una técnica que permite usuarios múltiples con diferentes requerimientos de tasa de datos. CB ha sido desarrollado e incluido en LTE-Avanzado (Long Term Evolution-Advanced). El concepto de CB fue previamente introducido en 2008 por (Chandra et al., 2008). En (Arslan et al., 2013) los autores presentan resultados de la funcionalidad de CB en el estándar IEEE 802.11n. CB es también investigado para redes IEEE 802.22 en (Park et al., 2012) basado en la modulación de Multiplexación por División de Frecuencia Ortogonal (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplex). Teniendo en cuenta dicho contexto se presenta la siguiente interrogante: ¿Qué características presentan las técnicas de agregación de multicanales de RF que han surgido como consecuencia de la evolución y desarrollo de los estándares de DTT? Para dar solución a la problemática anterior se ha planteado el siguiente Objetivo general: Estudiar las diferentes técnicas de agregación de multicanales de RF que han surgido como consecuencia de la evolución y desarrollo de los estándares de DTT.. 1. El proceso de estandarización de ATSC 3.0 está todavía en marcha..

(15) INTRODUCCIÓN. 4. Del mencionado objetivo general se desglosan los siguientes Objetivos específicos: 1.. Describir las principales características de los esquemas DTT.. 2.. Analizar la evolución de los diferentes estándares de DTT.. 3.. Describir las técnicas de agregación de multicanales de RF.. A través de toda la tesis se da respuesta a las siguientes Interrogantes Científicas: 1. ¿Cuáles son las principales características de los esquemas DTT? 2. ¿Cómo ha sido la evolución de los diferentes estándares de DTT? 3. ¿Cuáles son las características más importantes de las técnicas de agregación de multicanales de RF? Con este proyecto se pretende contribuir al desarrollo de la DTT para ofrecer una respuesta a la constante demanda acerca de lo limitado que se encuentra el espectro electromagnético. La implementación de estas técnicas de reutilización de frecuencias permitirá a los especialistas e investigadores realizar estudios y análisis comparativos, que en función de la disponibilidad de los recursos, logren su mejor utilización y así continuar desarrollando nuevos proyectos teniendo en cuenta los resultados alcanzados. Esta tesis permite despertar el espíritu innovador en estudiantes e investigadores de esta rama del saber que estén en búsqueda de creaciones. Los resultados de esta investigación poseen una aplicación práctica y teórica de gran trascendencia para todos los especialistas, estudiosos y diseñadores de la rama de la Ingeniería en Telecomunicaciones, más específicamente a aquellos que se dedican a la Televisión Digital. Con el fin de abordar los objetivos planteados, el presente trabajo de diploma se estructura en introducción, capitulario, conclusiones y referencias bibliográficas. En la introducción se define la importancia, actualidad, necesidad y antecedentes del tema tratado. En el Capítulo 1 se estudian las principales características de la DTT, así como de las técnicas de agregación de múltiples canales de RF: TFS y CB. En el Capítulo 2 se describen los principales aspectos de implementación de estas técnicas y su impacto en el entorno de DTT. En las conclusiones se realiza un resumen de los resultados alcanzados en la investigación..

(16) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF. 5. CAPÍTULO 1. Características de la Televisión Digital y de las técnicas de agregación de múltiples canales de RF. En el capítulo que se presenta a continuación se realiza una revisión bibliográfica, en un primer momento, sobre las características de los sistemas DTT, su arquitectura y tecnologías aplicadas, además de las ventajas que presenta. Se hace un análisis sobre la evolución de los estándares de DTT y de las particularidades de la televisión digital en Cuba. Se estudia el problema de la limitación del espectro y se mencionan algunas de las soluciones que se han venido investigando para dar solución a esta problemática. Por último, y más importante, se estudian dos técnicas de agregación de múltiples canales de RF: TFS (Time Frequency Slicing) y CB (Channel Bonding). 1.1. La Televisión Digital. El sector de las telecomunicaciones es totalmente dinámico. Los operadores de telecomunicaciones deben buscar nuevas estrategias para adaptarse a las condiciones donde se ofrecen nuevos y variados servicios y tecnologías por utilizar. La integración de redes, servicios y arquitecturas es un paso crucial que se debe dar en busca de maximizar la eficiencia, generar soluciones adaptadas a los usuarios y reposicionarse en el mercado. La DTT es la transmisión de imágenes en movimiento y su sonido asociado mediante una señal digital (codificación binaria) y a través de una red de repetidores terrestres. Las investigaciones iniciales sobre DTT tuvieron sus inicios a finales de los años 1970's, buscando mejorar algunas características de la televisión analógica terrestre (TORAL, 2013)..

(17) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF. 6. La transición a la radiodifusión digital representa oportunidades significativas para promover el desarrollo industrial, la creación de empleo y el crecimiento económico, dependiendo de las características individuales de cada país y las políticas que decida adoptar. 1.1.1 Arquitectura y tecnologías empleadas en la DTT En la Figura 1.1 se muestra el diagrama en bloques del transmisor de televisión digital.. Figura 1.1 Diagrama en bloques del transmisor de DTT. Fuente (Parreño, 2014).. Como se muestra en el diagrama, a las señales digitales tanto de audio como de video se les aplica una codificación. La principal razón para realizar la codificación es disminuir la razón de bits de las señales, aunque la codificación también agrega la información necesaria para decodificar la señal. Una ventaja de los sistemas digitales es la posibilidad de cambiar el codificador de video o actualizarlo mientras se implemente mediante software. Esta codificación corresponde a la codificación de fuente del sistema de comunicaciones, debido a que busca eliminar la redundancia de la señal original. La capa de transporte en el transmisor sirve para multiplexar las señales de audio y video codificado, incluso se pueden multiplexar más de una señal de audio por cada señal de video lo que equivale al segundo programa de audio (SAP, Second Audio Program) en las transmisiones de televisión analógica donde se envía el audio en otro idioma que por lo general es el audio original de la película y no el doblaje. Al audio y video que corresponden al mismo canal de televisión se les llama flujo de programa y puede haber varios flujos de programa multiplexados en un flujo de transporte que es el flujo de bits que entra al codificador contra errores. Incluso a un solo flujo de video le pueden corresponder uno o más flujos de audio. Además de.

(18) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF. 7. agregar la información necesaria para demultiplexar las señales de video y audio en esta parte del procesamiento de la señal también agrega información para sincronizar el video y el audio del programa de televisión. El codificador contra errores del diagrama a bloques del transmisor de televisión digital corresponde a la codificación de canal en un sistema de comunicaciones, debido a que en esta parte se agrega la redundancia necesaria a la señal. En todos los sistemas de televisión digital terrestre se utilizan dos códigos de protección contra errores concatenados por un entrelazador. Aunque los códigos pueden cambiar de un sistema a otro (Parreño, 2014). En la Figura 1.2 se muestra el diagrama en bloques del receptor de televisión digital. Estos bloques hacen el trabajo hacia atrás de los bloques del transmisor de tal forma que su resultado final sea una señal de video y una señal de audio que el televisor pueda mostrar en la pantalla.. Figura 1.2. Diagrama a bloques del Receptor de Televisión Digital. Fuente (Parreño, 2014).. Además, la importancia del receptor reside en poder aplicar una ecualización que contrarreste los efectos del canal de comunicaciones y en recuperar la sincronía de la señal para realizar una demodulación digital eficiente y la sincronía de la señal de video y de audio de manera que el televidente no perciba ningún desfase entre la señal de audio y de video al momento de mirar el programa de televisión (Parreño, 2014). Todos los sistemas de DTT utilizan el mismo codificador de video, el H.264/MPEG-4 AVC debido a los esfuerzos de la Organización Internacional para la Estandarización (ISO, International. Organization. for. Standardization). y. la. Unión. Internacional. de. Telecomunicaciones (ITU, International Telecommunications Union) por normalizar la codificación de video y a que ofrece el mejor desempeño. De la misma manera en todos los.

(19) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF. 8. sistemas de DTT se aplica la recomendación ITU-R BT.601-5 (ITU-R, 2015). Sin embargo, el codificador de video H.264/MPEG-4 AVC (ITU-T, 2012) no está estandarizado, únicamente define el decodificador y establece un conjunto de herramientas que se pueden utilizar en el codificador. Al estandarizar únicamente el decodificador, los algoritmos de codificación pueden seguir mejorando pero el consumidor no necesita cambiar su decodificador y los codificadores se pueden implementar con software propietario de manera que se fomente la competencia en la industria (TORAL, 2013). La etapa de multiplexación y transporte ha sido estandarizada por el estándar ISO 13818 (ISO/IECC, 2000). Las modulaciones OFDM o COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex) son utilizadas por todos los sistemas de DTT menos por el sistema ATSC debido a que cuando se definió el estándar aún no habían salido a la luz las patentes de la modulación OFDM. 1.1.2. Ventajas de la Televisión Digital. La TV digital es más que convertir las emisiones analógicas tradicionales al formato digital, es una mejora de calidad de la imagen y sonido, un mayor número de canales y la introducción de numerosos servicios interactivos, además de servicios móviles. El empleo de la tecnología digital como medio para la difusión de TV proporciona una serie de beneficios frente a otras posibles opciones. A continuación se describen las principales ventajas de la TVD según (Martínez, 2014), (Castro, 2011) y (César and Efraín, 2012)  Mejora de la calidad de la imagen y del sonido (se evitan los efectos de «nieve» y de doble imagen de la Televisión Analógica) en la zona de cobertura, como consecuencia de la robustez de la señal digital frente al ruido, las interferencias y la propagación multitrayecto.  Se puede ofrecer un sonido multicanal, con calidad de disco compacto. Además, la multiplicidad de canales de audio permite conseguir el efecto de sonido surround (perimétrico) empleado en las salas de cine. Otro uso potencial de estos canales es la transmisión de audio en distintos idiomas con el mismo programa de video.  Abre las puertas del hogar a la Sociedad de la Información, debido a que permite la convergencia TV-PC. El televisor pasa a convertirse en un terminal multimedia que.

(20) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF. 9. puede admitir datos procedentes de los servicios de telecomunicaciones, suministrando servicios de valor añadido como correo-e, cotizaciones de bolsa, videoteléfono, guías electrónicas de programas (EPG, Electronic Program Guide), video bajo demanda, teletexto avanzado, banco en casa, tienda en casa, etc.  Al utilizar como medio de difusión la red terrestre, permite una recepción en el hogar sencilla y poco costosa, ya que emplea el mismo sistema de recepción de la televisión analógica sin merma de calidad.  Puede emplear redes de frecuencia única (SFN, Single Frequency Network) lo que conlleva un mejor aprovechamiento del espectro de frecuencias, recurso muy escaso.  Incrementa el número de programas con respecto a la televisión analógica actual, permitiendo múltiples programas y servicios multimedia en cada radiocanal.  Permite el aumento de la relación de aspecto. El formato convencional es de 4:3, mientras que con la televisión digital se permite el formato panorámico de 16:9.. A continuación se presenta la Tabla 1.1, donde se compara la Televisión Analógica y la Digital, y se hacen evidentes las ventajas de esta última. Tabla 1.1 Comparación entre Televisión Digital y Televisión Analógica (Castro, 2011).. 1.2 Tendencias de las normas de DTT. Según (Parreño, 2014) las normas de televisión digital consiguen aumentar la oferta de programas y permiten ofrecer servicios interactivos a través de los cuales se puede interactuar con la programación televisiva, acceder a información acerca de los contenidos transmitidos con múltiples señales de audio, teletexto, EPG, canales de radio, servicios interactivos, imagen panorámica y también desarrollar plataformas avanzadas para atender.

(21) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF. 10. a temáticas vinculadas como la educación, la salud, los derechos, la cultura, la religión, el entretenimiento, etc. Al igual que en la televisión analógica, diferentes estándares han sido desarrollados por diversos grupos y dependiendo de las ventajas técnicas aportadas por los estándares o de las situaciones comerciales de cada país, se han formado bloques de países que han adoptado estos estándares. Según (Gandia, 2015), estas normas han logrado un gran nivel de desarrollo, respondiendo a las demandas tecnológicas, sin embargo, están todavía lejos del límite de capacidad teórico de Shannon, así que el desarrollo futuro es posible. Los Estados Unidos de Norteamérica fue el primer país en realizar el apagón analógico para emitir solo en formato digital usando su estándar ATSC. La Comunidad Europea desarrolló una familia de estándares denominados DVB para aplicaciones móviles, satelitales y terrestres (DVB-T) y tuvo como referencia el año 2012 para completar la transición hacia la DTT. La República Popular China con el estándar DTMB. Japón y Brasil con el estándar ISDB-T, denominado estándar Japonés con innovaciones brasileñas. (Curasma, 2010) Los estándares sirven para mantener la interoperabilidad de equipos y aplicaciones. Actualmente hay cuatro grupos principales de estándares de DTT. 1.2.1. Evolución de ATSC a ATSC 3.0. El Comité de Sistemas de Televisión Avanzados (ATSC, Advanced Television System Committee), es una organización internacional sin ánimo de lucro que crea normas voluntarias para la Televisión Digital (Gordillo, 2012). El estándar fue publicado en diciembre de 1995 por la mencionada ATSC con el nombre de “A/53” (ATSC, 1995) y adoptado por la Comisión Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos (FCC, Federal Communications Commission). Es un estándar de TVD que describe un sistema diseñado para transmitir video y audio de alta calidad, con información auxiliar dentro de un solo canal de radiodifusión terrestre de 6 [MHz]. Las principales ventajas del diseño de este sistema es su técnica de capas, lo cual le otorga gran flexibilidad para agregar funciones, y el uso de la modulación 8-VSB logra que sea una buena alternativa en términos de potencia utilizada lo que se traduce en un aumento de.

(22) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF. 11. la cobertura. Este tipo de modulación permite alcanzar razones de transmisión de datos altas conservando un ancho de banda reducido. Sus desventajas son su alta susceptibilidad al multitrayecto, lo cual no lo hace deseable para zonas densamente pobladas o recepción en dispositivos móviles, y el uso del estándar MPEG-2 no lo hace el más eficiente en términos de compresión. Además no fue creado pensado en aplicaciones interactivas con un canal de retorno. El sistema original ATSC fue diseñado sin tomar en cuenta la recepción de dispositivos móviles debido a que fue concebido en una época anterior a la de los teléfonos inteligentes y sistemas de televisión para autos. Por lo tanto el soporte para dispositivos portátiles es limitado. Una solución a esto fue el diseño del estándar ATSC-M/H, el cual debió ser compatible con el sistema original y no introdujo ningún tipo de modificación a los receptores fijos, pero esto no se solidificó hasta noviembre de 2009 fecha en la que fue publicado este estándar (César and Efraín, 2012). ATSC 2.0 es la mejora que se le hizo al estándar anterior, encaminada a optimizar los servicios interactivos, cambiando el formato de compresión. La ventaja que tiene es que permite el uso de más canales y agregar más calidad de video y audio. El ATSC americano se encuentra desarrollando la próxima generación del estándar, conocido como el ATSC 3.0. El proceso de estandarización de ATSC 3.0 está todavía en marcha. La mayor parte de los bloques de las normas DVB-T2 y DVB-NGH son reusados en ATSC 3.0 (Gandia, 2015). En ATSC 3.0, razones de código de 2/15, 3/15 y 4/15 proveen una relación señal a ruido (SNR, Signal to Noise Ratio) umbral negativa para el canal de ruido aditivo blanco gaussiano. (AWGN, Additive White Gaussian Noise) (-5.7 dB, -3.7 dB, y -2.2 dB respectivamente) usando modulación QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) (Michael and Gómez-Barquero, 2015). Este introduce nuevas técnicas de transmisión con respecto al actual estado del arte de las tecnologías de DTT (GomezBarquero and Caldwell, 2015), (Fay et al., 2016). El incremento de la eficiencia espectral a través de tecnologías de múltiples canales de RF es discutido durante el proceso de estandarización de ATSC 3.0. El diagrama en bloques de los sistemas de DTT que usan ATSC se muestra en el Anexo I..

(23) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF. 1.2.2. 12. Evolución de DVB-T a DVB-T2. Este estándar fue publicado en marzo de 1997 por la DVB (Digital Video Broadcasting) como “EN 300 744” (DVB, 1997) y adoptado por el Instituto Europeo de Estándares de Telecomunicaciones (ETSI, European Telecommunications Standards Institute) (ETSI, 2009). Adoptado mundialmente por más de 100 países (Castro, 2011). El estándar DVB-T forma parte de toda una familia de estándares de la industria europea para la transmisión de televisión digital según diversas tecnologías como satelital (DVB-S), cable (DVB-C), móvil (DVB-H) y más recientemente IP (DVB-IPTV). DVB-T se ha convertido en el estándar de DTT más ampliamente adoptado en el mundo. En Junio de 2009 fue publicada la segunda generación de este sistema, DVB-T2, (ETSI, 2009), cuya motivación es sustituir, eventualmente, todos los sistemas DVB-T ya operativos en el planeta, con los últimos avances, tanto a nivel teórico como a nivel tecnológico de circuitería. La motivación principal de DVB-T2 es conseguir una mayor eficiencia en el uso del canal de radio, aplicando los últimos avances en tratamiento de señales y en velocidad de procesamiento de los receptores actuales. Esta necesidad surge por dos razones, principalmente; la escasez del espectro radioeléctrico destinado a difusión de video y la mayor demanda de este para los nuevos servicios de difusión. La mayor razón de bits que ofrece, con respecto a su predecesor DVB-T, hace que sea un sistema más adecuado para transmitir señales de televisión de alta definición (HD, High Definition) (aunque muchos organismos de radiodifusión siguen utilizando DVB-T).(Muela, 2013) DVB-T2 supera a DVB-T con una eficiencia espectral del 50%. Además, expande el set de parámetros de configuración y provee técnicas avanzadas de codificación y de modulación.(Gandia, 2015) El diagrama de bloques del sistema de televisión digital terrestre DVB-T2 se muestra en el Anexo II. 1.2.3. Evolución de ISDB-T a ISDB-Tb. El estándar ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial) fue publicado por la Asociación de Industrias de Radio y Negocios (ARIB, Association of Radio Industries and Business) en mayo de 2001 como STD–B31 (ARIB, 2001). Es un conjunto.

(24) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF. 13. de normas para realizar transmisiones de televisión digital en un canal de 6 [MHz]. ISDB está conformado por una familia de componentes. La más conocida es la de DTT pero también la conforman la de televisión satelital (ISDB-S), televisión por cable (ISDB-C), servicios multimedia para unidades móviles (ISDB-Tmm) y radio digital (ISDB-Tsb). Además de transmisión de audio y video, también define conexiones de datos con Internet como un canal de retorno sobre varios medios (ADSL, ISDN, redes celulares, WLAN) y con diferentes protocolos, lo que lo hace altamente eficiente para interfaces interactivas como la transmisión de datos y guías electrónicas de programación (César and Efraín, 2012). El uso de BST-OFDM le permite una mejor recepción en dispositivos móviles y le da la capacidad de realizar una modulación jerárquica de las portadoras, lo cual le permite optimizar servicios para diferentes escenarios dentro de un mismo canal de 6 [MHz] (Parreño, 2014). De este estándar se deriva el estándar ISDB-Tb (Sistema Brasileño de TV Digital), desarrollado por Brasil en 2008. Este permite la recepción de señales de televisión digital con teléfonos móviles. Las principales diferencias con ISDB-T según (César and Efraín, 2012). son el uso de MPEG-4 como estándar de compresión y la definición de un canal de retorno a través de WiMAX para tener una interactividad completa. Además cuenta con soporte para la inclusión de caracteres de idiomas derivados del latín. También fue desarrollado su propio middleware, llamado Ginga, el cual fue diseñado para construir aplicaciones más robustas que podrían ser ejecutadas por diferentes tipos de receptores y que según su gobierno serían aplicaciones primordialmente de carácter social. El diagrama en bloques del receptor del sistema de televisión digital terrestre ISDB-Tb se muestra en el Anexo III. 1.2.4. Evolución de DTMB a DTMB-A. DTMB, fue creado en conjunto por las universidades de Jiaotong y Tsinghua y publicado a finales de 2006 (DTMB, 2006). Es el estándar de DTT para terminales fijas y móviles de la República Popular China (TORAL, 2013)..

(25) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF. 14. Además de las funciones básicas del servicio de televisión tradicional, el estándar DTMB da cabida a nuevos servicios adicionales. El sistema DTMB es compatible tanto con recepción fija (cubierta y al aire libre) como con recepción móvil (Muela, 2013). Su principal ventaja es su alta razón de transferencia de datos, su flexibilidad en el uso de códecs y la mejor recepción en dispositivos móviles. Su principal desventaja es que dada la ausencia de una restricción en los códecs de video, la electrónica de los receptores es más cara y se pueden presentar problemas de compatibilidad (César and Efraín, 2012). Este estándar ha evolucionado desde DTMB, pasando por E-DTMB (Enhanced Digital Terrestrial Multimedia Broadcast) y llegando a DTMB-A (Advanced Digital Terrestrial Multimedia Broadcast). Es una realidad la aparición de la próxima generación del sistema DTMB con una mayor velocidad de datos y un mejor rendimiento para soportar tanto los servicios existentes como la ultra alta definición (UHD, Ultra High Definition). La anterior situación condiciona una brecha para el advenimiento del nuevo estándar DTMB-A. Este último, según (Song, 2015), incorpora nuevas características que hacen idónea su implementación. El Anexo IV muestra el diagrama en bloques del estándar DTMB-A; nótese cómo tiene estructuras convergentes con su homólogo DTMB. El Anexo V muestra una tabla que contiene las diferentes razones de trasmisión que se pueden obtener para los diferentes modos de trabajo que provee el nuevo estándar. 1.3 Comparación entre los estándares de DTT La Figura 1.3 muestra la evolución de las normas de DTT hasta la fecha. A continuación se presenta la Tabla 1.2, en la cual se hace una comparación entre los cuatro estándares analizados. Al analizar la anterior la tabla se llega a la conclusión de que los estándares ATSC 3.0, DVB-T2 y DTMB-A presentan algunas similitudes significativas, que contribuirán a llegar a conclusiones en la presente investigación. Por ejemplo los tres pueden trabajar con ancho de banda del canal de 6, 7 y 8 MHz. En cuanto al tipo de modulación también se ven semejanzas, al ser usada la modulación OFDM. La corrección de errores en cada uno de.

(26) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF. 15. estos estándares ocurre a través de LDPC (Low Density Parity Check) y BCH (Bose Chadhuri Hocquenghem). ATSC 3.0 y DVB-T2 se encuentran desarrollando dos técnicas de agregación de múltiples canales de RF: TFS (Time Frequency Slicing) y CB (Channel Bonding), como se ha mencionado antes. Las características en común entre los estándares analizados anteriormente sientan las bases para el análisis de la posibilidad de aplicar estas técnicas en el estándar DTMB.. Normas de TDT. ATSC. ATSC 2.0. DVB-T. DVB-T2. ISDB-T. ISDB-Tb. DTMB. DTMB-E. ATSC 3.0. DTMB-A. Figura 1.3. Evolución de las normas de DTT. Fuente Elaboración propia. Tabla 1.2 Características principales de los estándares de DTT. Fuente Elaboración propia. ATSC Ancho de Banda del canal (MHz) Codificación de video. Codificación de audio Tipo de modulación. # de subportadoras (k=1024). DVT-T. DVB-T2. DTMB. DTMB-A. ISDB-T. ISDB-Tb. 6. 6. 6, 7 y 8. 6y8. 1.7,5,6,7,8,10 (6, 7 y 8). 6y8. 1.7, 6, 7, 8 10. 6,7,8. 6, 7 y 8. MPEG-2. AVC/ MPEG-4. HVEC (H.265). MPEG-2 o MPEG4 (H.264). MPEG-2 , MPEG-4, AVS. MPEG-2 , MPEG-4, AVSplus. MPEG-2. AC-3. MPEG-4 HE AAC v2 8-VSB o 16-VSB. HE-AAC. MP2. MPEG-4 (H.264) y HVEC (H.265) AAC. AAC. COFDM (4-QAM, 16-QAM o 64QAM). COFDM (hasta 256-QAM). BST OFDM (QPSK, DQPSK, 16-QAM o 64-QAM). OFDM (QPSK, DQPSK, 16QAM o 64QAM). 4k. 2k, 8k. 1k,2k,4k,8k,1 6k,32k (2k,8k). AC-3, MP2, AVS TDSOFDM, GrayAPSK, LDPC, 4-APSK, 16-APSK, 64-AAPSK, 256-APSK 4K/32K. AAC. OFDM, 16QAM a 4096-QAM y QPSK. AC-3, MP2, AVS TDSOFDM para SDTV, 8VSB para HDTV, QPSK (16QAM, 64QAM) 1,3780. 2k,4k,8k. 2k, 4k, 8k. Banda Lateral Vestigial (8-VSB). 1. ATSC 2.0 ATSC 3.0. 4k. MPEG-4 (H.264).

(27) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF FEC exterior. Reed Solomon. LDPC. LDPC 2/15 a 13/15 CRC. Bit Rate Neto, R (Mbit/s) en 6 MHz. 19.392658. 19,4. 28 Mbit/s36 Mbit/s. Tolerancia al ruido Tolerancia al multicamino. Buena. Buena. Regular. Buena. 16. BCH+LDPC (16k, 64k). BCH+LDP C (7k). BCH+LDP C (15k, 61k). Reed Solomon y Convolucional. Reed Solomon y Convolucional. 7.4-50.3 (3.7-31.7). 4.81-32.49. 5-49,31. 23.234. 23.234. Buena. Reed Solomon Convolucional Corrector de errores de Viterbi 3,7323,75 para 6 MHz; 4,9831,67 para 8MHz Regular. Buena. Regular. Buena. Regular. Buena. Buena. Buena. Buena. Buena. Buena. Buena. Buena. 1.4 La Televisión Digital en Cuba Cuba se encuentra inmersa en la transición de la transmisión de televisión analógica a digital. La transición a la radiodifusión de la DTT es un cambio revolucionario que está incidiendo dramáticamente en el futuro de la televisión en Cuba. La introducción oportuna y bien planificada de la DTT será un factor importante para el desarrollo tecnológico, económico y social. La anterior aseveración está justificada ya que la televisión es uno de los medios de comunicación más conocidos e importantes, transmitiendo noticias vitales, información y entretenimiento sin costo a cualquiera que tenga acceso al equipamiento, formando una parte vital de la infraestructura de las comunicaciones y de la información. En junio de 2011 se firmó un acuerdo para la adopción por parte de Cuba de la norma de DTT desarrollada por la República Popular China DTMB y el estándar de compresión digital de audio y video (AVS , Audio Video Coding Standard) también desarrollado por ese país, ya que este presentó mejores resultados técnicos que los demás estándares analizados, según (Barreras, 2008) Es importante señalar que esta negociación incluye además del equipamiento (equipos para el ICRT, RadioCuba, cajas decodificadoras, entre otros), dos elementos esenciales: . La posibilidad de la inserción en la adecuación, evolución y desarrollos futuros de estas normas; o sea, una oportunidad efectiva de avanzar hacia la soberanía e independencia tecnológica..

(28) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF. . 17. Exime al país de obligaciones de pago de derechos de propiedad intelectual por el empleo de estas normas en la transmisión, recepción y producción de los programas de televisión.. Las características de la televisión digital permiten un mejor aprovechamiento del espectro radioeléctrico, por esta razón el espectro dedicado a la transmisión de televisión digital será reducido, eliminando la Banda I de VHF (canales del 2 al 6) y los canales del 52 al 69 de la Banda V de UHF. Esta reducción del espectro hace necesaria una nueva repartición de canales a los centros transmisores de televisión en el país (HEREDIA et al., 2013). 1.4.1. Características técnicas de la red DTT en Cuba.. La red de DTT en Cuba consta de una red de frecuencia múltiple (MFN, Multiple Frecuency Network) que da cobertura a todo el territorio nacional de acuerdo con el actual Plan Técnico nacional de la DTT, donde se utilizan las bandas de frecuencias de muy alta y ultra alta frecuencia (VHF y UHF) con 6 MHz de ancho de banda y el plan de canalización diseñado por (HEREDIA et al., 2013). Existiendo en su totalidad decenas de trasmisores DTT marca BBEF y 6 zonas de demostración desplegadas por todo el país. La red consta también de un multiplex de ámbito autonómico y un multiplex de ámbito local para cada cabecera provincial, conforme al Plan Técnico nacional de televisión digital local. En la medida que la capacidad del espectro radioeléctrico lo permite, en algunas de las “Islas Digitales” o cabeceras provinciales se ha planificado un segundo múltiplex autonómico, aunque con limitación temporal de su cobertura. También el Plan Técnico nacional de televisión digital contempla desde el año 2015, en algunos territorios (Habana, Matanzas, Santa Clara y otros), un segundo transmisor para el canal HD experimental. En todos los casos, la imagen, sonido y datos asociados a una emisión de DTT se codifican digitalmente en formato MPEG-4 aunque existen también encoder AVS, y el flujo binario resultante de la codificación se multiplexa de acuerdo a (ISO/IECC, 2000) y se transmite teniendo en cuenta las características técnicas del estándar DTMB (DTMB, 2006) 1.5 El espectro radioeléctrico. Tendencias a aumentar la eficiencia en su uso. Según (Nour and Douillard, 2008) el espectro de frecuencias radioeléctricas es el conjunto de ondas radioeléctricas cuya frecuencia está comprendida entre 3 KHz y 3000 GHz. El.

(29) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF. espectro. de. frecuencias. se. divide. de. acuerdo. con. el. Reglamento. 18 de. Radiotelecomunicaciones de la ITU, tal y como se puede apreciar en el Anexo VI. El uso del espectro está regulado tanto a nivel nacional como internacional para asegurar su uso eficiente y evitar interferencias dañinas. La gestión internacional del espectro trata de armonizar el uso de las bandas del espectro en diferentes países. Las bandas asignadas para servicios de televisión son: VHF y UHF. La cantidad de espectro disponible está limitada. El espectro de radiodifusión está bajo presión para ser compartido con otros usuarios y en algunos casos para ser liberado para otro uso (por ejemplo la banda de difusión móvil). Como el espectro es un recurso escaso, debe ser manejado con ‘especial atención’, encontrando el término medio entre valores económicos, culturales y sociales por el bien común. El espectro es vital para la transmisión de radio y televisión, hoy y en el futuro. Los servicios públicos de transmisión necesitan una cantidad adecuada de espectro para evolucionar con tecnologías nuevas, propulsar innovación, y responsabilizarse por las expectativas de la audiencia. De acuerdo con (Gimenez et al., 2013) si más servicios o servicios de calidad superior necesitan ser ofrecidos, entonces la radiodifusión necesita solicitar más espectro, reducir cobertura, o usar más eficientemente el espectro disponible. La necesidad de un uso eficiente del espectro radioeléctrico requiere la investigación de tecnologías nuevas para garantizar un incremento del uso del mismo. En correspondencia con esta necesidad de un uso más eficiente del espectro radioeléctrico algunas entidades se encuentran investigando y desarrollando alternativas para dar respuesta a este problema. Como ejemplo se puede citar un estudio hecho en 2014 en Nigeria con el fin de diseñar redes SFN optimizadas, a fin de incrementar la disponibilidad del espectro (Gbenga-Ilor and Sanusi, 2014). Otra investigación fue realizada en marzo de 2013 en la Universidad de Cagliari en Italia (Fadda, 2013), la cual se centró en hacer un profundo análisis del espectro disponible y proponer una redistribución del mismo con el objetivo de alcanzar una mejor eficiencia. En agosto de 2012 el Ministerio Federal de Economía y Tecnología de Alemania, comisionó oficialmente al Instituto de Tecnologías de Comunicaciones del mismo país (Kürner et al., 2013) para realizar un competente estudio y análisis sobre los requerimientos futuros del espectro, basados en el estándar.

(30) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF. 19. DVB-T2, llegando a importantes conclusiones en cuanto a su mejor uso; al concluir la investigación se hacen varias propuestas que, según su criterio, podrán ser puestas en marcha a partir del año 2018. LTE también se encuentra desarrollando estrategias a fin de aprovechar más eficientemente el espectro (Hwu and Razavi, 2015), ya que esta es una de las tecnologías que más se está implementando en la actualidad. Las técnicas CA/CB (Carrier Aggregation/Channel Bonding) también han sido estudiadas para ser aplicadas a las redes de telefonía móvil, con este fin, la misma es usada para combinar múltiples canales adyacentes para obtener mayores anchos de banda de transmisión (Khan et al., 2014), (Deek et al., 2014), es LTE-A quien está llevando a cabo estas investigaciones (Pedersen et al., 2011). Estos son solo algunos ejemplos de todo lo que se está haciendo en el mundo de la tecnología referente a este tema. El desarrollo de normas de próxima generación de DTT (Gandia, 2015) se levanta como una oportunidad crucial para implementar tales avances técnicos. En concordancia a la anterior aseveración, y tomando en consideración las técnicas emergentes en aplicaciones de DTT la presente investigación estudiará dos técnicas que responden, de una manera muy eficiente, a esta creciente demanda de un uso más eficiente del espectro radioeléctrico disponible: TFS (Time Frequency Slicing) y CB (Channel Bonding). En Cuba esta citada situación de la limitación del espectro no resulta ser tan alarmante como en otros países del mundo, pero en esta nación se va camino al desarrollo vertiginoso no solo de la DTT y sus servicios sino de un cúmulo de servicios inalámbricos emergentes, lo que conllevará al aumento de la congestión del espectro y, por consiguiente, a la oportuna puesta en práctica de algunas de estas técnicas con el fin de brindar un servicio de óptima calidad a la población. 1.6 Planificación convencional de redes Los servicios de DTT están empaquetados en multiplex y cada uno es ubicado en canales de RF en las bandas de trasmisión. Una estación de DTT dada entrega los canales de RF en una frecuencia específica. Para extender la cobertura en un área arbitrariamente grande, el reúso de frecuencia es implementado en diferentes áreas del transmisor debido a la limitada cantidad de espectro. La Figura 1.4 es un esquema de este panorama. La forma en la que el.

(31) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF. 20. reúso de frecuencias es realizado está principalmente vinculada al sistema de robustez contra la interferencia co-canal (CCI, Co-Channel Interference). El reúso requerido limita el número de canales de RF disponibles por estación transmisora. (Gandia, 2015). Figura 1.4. Escenario de reúso de frecuencias donde 4 multiplex son asignados a diferentes frecuencias en cada área transmisora. Fuente (Gandia, 2015).. 1.6.1. Factor de reuso de frecuencia (ɳ). El factor de reúso de frecuencia, ɳ, define el número promedio de áreas del transmisor que usan una frecuencia nominal diferente para transmitir el mismo multiplex. Con este enfoque, ɳ diferentes canales de RF son necesarios para construir una red de un multiplex que use un solo canal de RF por multiplex y área transmisora. Con NRF multiplexores por área de transmisor un total de ɳ·NRF frecuencias están obligadas a construir la red completa. La ecuación 1.1 define el factor de reúso de frecuencia como:. ɳ=. M 𝑁𝑅𝐹. Ecuación 1.1. donde M denota el número de canales de RF disponibles. La Tabla 1.3 presenta el número de canales de RF disponibles por estación según el factor de reúso de frecuencia y el número de canales de RF en la UHF (antes y después de la liberación de la banda de 800 MHz y después de la hipotética liberación de la banda de 700.

(32) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF. 21. MHz). Puede verse que un reúso de frecuencia de 4 hará posible transmitir 7 canales de RF por estación como en la situación actual con el factor de reúso de frecuencia de 7. Tabla 1.3 Número de canales disponibles por estación, en función de ɳ. Fuente (Gandia, 2015).. Banda (MHz). M. ɳ=3. ɳ=4. ɳ=7. 470-862. 49. 16. 12. 7. 470-790. 40. 13. 10. 5. 470-698. 28. 9. 7. 4. 1.7 Tecnologías de agregación de múltiples canales de RF en los sistemas de Televisión Digital de Próxima Generación De acuerdo con (Milan Milivojević, 2015), la aplicación de tecnologías de agregación de canales de RF proporcionaría a los sistemas de DTT de última generación de nuevas capacidades y una flexibilidad espectral sin precedentes en tecnologías de DTT. El concepto de agregación de. múltiples canales de RF (en lo adelante Multi-RF) es desarrollado por TFS (Time Frequency Slicing) y CB (Channel Bonding).(Gandia, 2015), (Stadelmeier et al., 2015), (Gomez et al., 2015), (Bergsmark et al., 2014), (Makni et al., 2011), (Stare, 2013), (Cordeiro and Ghosh, 2006), (Joshi et al., 2012), (Khan et al., 2014), entre otros. TFS y CB se basan en la transmisión de los datos de un servicio de televisión a través de múltiples canales de RF en lugar de utilizar un solo canal. TFS difunde los datos a través de ranuras temporales en diferentes canales de RF. Los datos son recuperados de forma secuencial en el receptor mediante saltos en frecuencia. CB difunde los datos de un servicio a través de varios canales de RF convencionales formando un multiplex de RF (en lo adelante RF-Mux). La implementación de estas técnicas permite obtener una distribución correcta de los datos de servicio a través de canales de RF. Potencialmente obtiene dos ganancias principales de la red: . Logra un desempeño mejorado de RF ya que propaga datos de servicio a través de múltiples canales de RF por la frecuencia intermedia (FI, Frequency Interleaving) y una mejora de la diversidad de frecuencia..

(33) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF. . 22. Obtiene un incremento sustancial de la capacidad para asignar servicios, lo cual concede una mayor eficiencia para la multiplexación estadística en los servicios de codificación variable (VBR, Variable Bit Rate). Además, recibir múltiples canales de RF al mismo tiempo permite una creciente razón de datos de servicio con el número de canales de RF adheridos.. TFS se introdujo en primer lugar como un anexo informativo en DVB-T2 (no normativo) (Eizmendi et al., 2014) (ETSI, 2012) y adoptado en DVB-NGH (DVB, 2012) y CB ha sido adoptado en ATSC 3.0 (Stadelmeier et al., 2015), como se ha mencionado anteriormente. Sin embargo, estas técnicas nunca han sido implementadas. Sus ganancias potenciales de red no han sido evaluadas o calculadas debido a la inexistencia de implementaciones reales. Las limitaciones de estas ganancias necesitan ser evaluadas así como también sus ventajas. Los aspectos de implementación de estas tecnologías deben ser investigados desde el punto de vista del transmisor y del receptor por separado. En la parte transmisora los datos de cada servicio pueden ser codificados separadamente, pero distribuidos en múltiples tramas de acuerdo al número de canales de RF. La recepción, cuando hay más de un canal de RF, podría implicar la necesidad de ubicar más de un sintonizador o una planificación correcta para usar un solo sintonizador, en caso de que sea factible. Las plataformas de DTT requieren aumentar la eficiencia espectral para responder a la demanda actual de servicio dentro del restante espectro después de los dividendos digitales (Cordeiro and Ghosh, 2006). En concordancia con (Choi and Lee, 2015), las ganancias de las técnicas de agregación de canales pueden ser explotadas para lograr una eficiencia espectral superior por medio del aprovechamiento del reúso de frecuencias. La evolución de los estándares de transmisión es un punto crucial para aumentar la capacidad de carga útil por canal de RF. Las nuevas estrategias en la planificación de redes también pueden contribuir a aumentar la capacidad global de las redes reduciendo las necesidades de canales de guarda y habilitando el uso de más canales de RF por estación. 1.7.1. Time Frequency Slicing. Concepto. TFS rompe con el concepto existente de transmitir los servicios a través de canales aislados de RF y abre la puerta para la agregación de múltiples canales de RF con una alta capacidad.

(34) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF. 23. de multiplexación, que puede explotar potencialmente la ganancia y mejorar la diversidad de frecuencia. TFS, consiste en la transmisión de los datos de cada servicio de TV a través de varios canales de RF por medio de ranuras temporales y saltos de frecuencia. Así, las ranuras de tiempo que contienen los datos de un servicio son secuencialmente transmitidas sobre diferentes canales de RF, rompiendo con la tradición de enviar cada servicio usando un canal de RF particular. Mientras que la recepción tradicional es simplemente realizada sintonizando el canal de RF que lleva el servicio deseado, con TFS las ranuras de un servicio son secuencialmente reactivadas, sintonizando el canal de RF que lleva los datos en un instante dado de una forma secuencial (saltos de frecuencia). (Bergsmark et al., 2014) La Figura 1.5 describe un esquema básico de la asignación tradicional de servicios sin usar TFS (izquierda) y al usar TFS (derecha). De manera ilustrativa, considerando el multiplex 1: los servicios son transmitidos en el canal de RF con frecuencia f1, con TFS los servicios previamente contenidos en este multiplex están divididos y serán transmitidos a través de f1, f2, f3 y f4. En el primer caso el sintonizador es fijado a f1. En el caso TFS, el salto de frecuencia permite la agregación secuencial de los datos.. Figura 1.5 Asignación clásica de servicios (izquierda) y asignación con TFS (derecha). Fuente (Gandia, 2015).. El concepto de TFS no está solo vinculado a la simple distribución de datos a través de múltiples canales de RF. La esencia de este sistema lo dota además de una adecuada corrección de errores y un adecuado entrelazado y posibilidades para propagar los datos a través de los diferentes canales de RF..

(35) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF. 24. La Figura 1.6 describe el esquema básico de desempeño de TFS. Puede verse que el proceso de modulación codificada de bits entrelazados (BICM, Bit Interleaved Coded Modulation) (Nour and Douillard, 2008) y (Michael and Gomez-Barquero, 2016) es realizado para cada servicio. El entramador o framer genera una trama por cada canal de RF conteniendo datos de todos los servicios. La asignación de datos en cada trama está directamente vinculada a la operación del receptor. Dos ranuras de los mismos servicios no son transmitidas al mismo tiempo sobre diferentes canales de RF. Esto permite la recepción por medio de los saltos de frecuencia cuando hay menos sintonizadores que canales de RF en el RF-MUX (Gandia, 2015).. Figura 1.6 Transmisor (izquierda) y receptor (derecha) para la operación TFS. Fuente (Gandia, 2015).. La recepción con un solo sintonizador puede ser posible si se considera la necesidad de tiempos de guarda entre dos ranuras consecutivas para lograr la conmutación de una frecuencia a otra. Mientras más rápido se produzca la conmutación, menor será el tiempo de guarda requerido. Aumentando el tiempo de guarda se necesita consumir más tiempo, donde los datos de servicio no pueden ser ubicados, lo que conlleva a un gasto superior de la razón de datos. De acuerdo con (Stare, 2013), el uso de más de un sintonizador podría eliminar la necesidad del tiempo de guarda y permitir la operación ideal de TFS sin.

(36) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF. 25. restringir la razón de datos. El inconveniente es la necesidad de introducir sintonizadores adicionales en la unidad receptora. TFS estaba originalmente pensado e informativamente especificado dentro del proceso de estandarización de DVB-T2 (ETSI, 2012) para operar usando dos sintonizadores y fue ampliamente adoptado en el estándar de transmisión móvil DVB-NGH (DVB, 2012), (Gimenez et al., 2013). Sin embargo, nunca ha sido implementado porque DVB-NGH no ha sido desarrollado todavía en ningún país. Sin embargo, según (Gandia, 2015), el concepto de TFS puede ser aplicado para cualquier otro estándar de difusión terrestre porque define una técnica de capa física. Esta importante conclusión abre las puertas a fin de poder aplicar esta técnica en el estándar DTMB implementado en Cuba. DVB-T2 y DVB-NGH introducen TFS operando intra-trama o inter-trama, dependiendo de los requerimientos de operación. TFS intra-trama funciona internamente, dentro de la misma trama. Las ranuras de datos son secuencialmente ubicadas en diferentes posiciones dentro de las tramas que son transmitidas en cada canal de RF. En cada canal de RF se transmite una trama que contiene ranuras de todos los servicios. En tal caso, la duración del entrelazado no excede la duración de la trama (Choi and Lee, 2015). La figura 1.7 muestra un ejemplo de una transmisión de TFS intra-trama con 3 canales de RF y una trama por canal. En este caso cada canal de RF transmite información de todos los servicios. La recepción de un servicio o PLP (Physical Layer Pipe) dado es realizada secuencialmente dentro de la duración de la trama. Para la configuración dada cada duración de trama implica dos ciclos TFS (2 rondas de sintonización sobre los 3 canales de RF), lo que también se logra con TFS inter-trama. La operación trama a trama (el TFS inter-trama) es posible asignando las ranuras trama a trama o usando directamente tramas pequeñas. Así, los datos de un servicio en particular son transmitidos en un canal de RF diferente durante la duración de la trama (Gandia, 2015)..

(37) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF. 26. Figura 1.7 TFS intra-trama dentro de cada PLPs en una trama. Fuente (Gandia, 2015).. La figura 1.8 muestra un ejemplo de una transmisión de 3 tramas por canal de RF. Las ranuras PLP son asignadas trama a trama. La figura describe un ciclo TFS implicando 3 ranuras del PLP.. Figura 1.8 TFS Inter-trama con ranuras asignadas en diferentes tramas. Fuente (Gandia, 2015).. 1.6.2 Channel Bonding. Concepto Según (Cordeiro and Ghosh, 2006) CB consiste en la unión de múltiples canales de RF simultáneos y la combinación de los datos enviados a través de ellos. CB fue introducido en ATSC 3.0 (Stadelmeier et al., 2015) para posibilitar razones de datos mayores que las que ofrece un solo canal de RF, en función del aumento del ancho de banda experimentado por canal de RF adherido..

(38) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF. 27. La técnica consiste en enviar datos usando más de un canal de RF simultáneamente a fin de que la demodulación de los datos de cada canal pueda estar combinada como una sola señal. Para reducir la complejidad de la modulación y la demodulación, el modo estándar de operación de CB estipula la división de la capacidad global del RF-MUX en tantas subcadenas o substreams como canales de RF. Así, cada cadena o stream puede estar independientemente modulada y demodulada. Después, una combinación de circuitos permite recuperar el stream completo (Gandia, 2015). La Figura 1.9 describe un esquema básico de la asignación tradicional de servicios sin usar CB (izquierda) y al usar CB (derecha).. Figura 1.9 Asignación clásica de servicios (izquierda) y asignación con CB (derecha). Fuente (Gandia, 2015).. Según (Stadelmeier et al., 2015) ATSC 3.0 ha definido dos modos de operación para CB. La Figura 1.10 ilustra los diagramas en bloques del receptor y el transmisor para ambos modos. El modo básico es conocido como CB Básico o Plain CB, el cual posibilita duplicar la transmisión de servicios que exceden el rendimiento de un único canal de RF. El segundo modo de operación, conocido como SNR promedio o SNR Averaging, saca provecho de la frecuencia inter-RF interlineando a través de dos canales de RF, mejorando la robustez de la transmisión. Un bloque adicional, el intercambiador de celdas o cell exchanger es empleado para asegurar una distribución equitativa de los datos a través de dos canales de RF. El cell exchanger distribuye las celdas pares e impares de cada palabra de código FEC en cada canal de RF respectivamente. La operación inversa tiene lugar en el receptor para recuperar los datos..

(39) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL Y DE LAS TÉCNICAS DE AGREGACIÓN DE MÚLTIPLES CANALES DE RF. 28. Figura 1.10 Diagrama en bloques del transmisor CB (izquierda) y receptor (derecha). La cell exchanger y la re-exchanger son evitadas con Plain CB y activadas con SNR Averaging. Fuente (Garro et al., 2015).. La Figura 1.11 describe un esquema básico de la transmisión y la recepción para el sistema CB sin la existencia de una FI inter-RF (inter-RF FI). Básicamente, el proceso divide los datos en stream de baja razón de datos y cada uno es modulado y transmitido en un canal de RF diferente. Varios sintonizadores se encargan de recibir cada stream por separado (Gandia, 2015).. Figura 1.11 Transmisor (izquierda) y receptor (derecha) básicos para CB. Fuente (Gandia, 2015)..