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