Transmisión Eficiente de Servicios Fijos/Móviles y Servicios Locales en Redes de Televisión Digital Terrestre de Primera y Segunda Generación
- Autores: J. López Sánchez
- Directores de la Tesis: David Gómez Barquero (dir. tes.), Narciso Cardona Marcet (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de València ( España ) en 2014
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Manuel María Velez Elordi (presid.), Juan Carlos Guerri Cebollada (secret.), Saul A. Torrico (voc.)
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- Resumen
La provisión de servicios fijos y móviles en el mismo canal RF y la inserción de contenidos locales en redes SFN (Single Frequency Network) son dos aspectos claves para la optimización de redes de TDT (Televisión Digital Terrestre). Por un lado, la transmisión de servicios de TV móvil requiere la asignación de un ancho de banda específico y el despliegue de redes dedicadas para lograr buenos niveles de cobertura. Los costos asociados al despliegue y la ausencia de un exitoso modelo de negocios han sido las principales causas del fracaso de las primeras generaciones de tecnologías para TDT móvil. En este sentido, la convergencia de servicios fijos y móviles puede facilitar la introducción de los servicios de TV móvil mediante la reutilización del espectro, contenidos e infraestructura. Por otra parte, ni las topologías SFN ni las MFN (Multi Frequency Network) son idealmente adecuadas para la entrega de servicios globales y locales de forma eficiente. Las topologías MFN permiten una eficiente transmisión de contenidos locales pero necesita de una significativa cantidad de espectro radioeléctrico. Sin la violación del principio de funcionamiento de una topología SFN, los servicios locales orientados únicamente a una sub región deben ser transmitidos a través de toda la red, causando una ineficiente distribución de los contenidos locales. Por lo tanto, una eficiente provisión de servicios globales y locales en redes SFN permite un ahorro de ancho de banda y garantiza un óptimo uso del espectro. La presente tesis investiga diferentes soluciones técnicas para optimizar la simultánea transmisión de servicios de TDT a receptores fijos y móviles, y la eficiente transmisión de contenidos globales y locales usando el mismo canal RF e infraestructura de red. Las soluciones técnicas están orientadas a la familia de estándares europeos desarrollados por el consorcio DVB. Esto incluye los sistemas de primera y segunda generación DVB-T y DVB-T2, así como el sistema de siguiente generación DVB-NGH. No obstante, el estudio llevado a cabo en la tesis es genérico y puede aplicarse a futuras evoluciones de estándares como el japonés ISDB-T, la iniciativa FOBTV o el americano ATSC 3.0 entre otros. Nuestras investigaciones están basadas en simulaciones de capa física, medidas de laboratorio y campañas de medidas de campo para evaluar el rendimiento de las diferentes soluciones técnicas. Complementariamente, nosotros analizamos la aplicabilidad de estas soluciones por medio de estimaciones de cobertura en escenarios reales usando una herramienta profesional de planificación de redes de TDT, información de la actual red desplegada en la ciudad de Valencia España y el diseño de red TDT del operador público de Colombia. La recepción de servicios de radiodifusión móvil es significativamente más variable que la tradicional recepción fija debido a las severas condiciones de propagación del canal móvil, la utilización de antenas más compactas y la recepción al nivel del suelo. Con el fin de proveer servicios de TV móvil con buen nivel de cobertura usando la misma red de TDT planificada para recepción fija, es necesario desplegar una densa red con un gran número de estaciones o seleccionar los modos de transmisión más robustos a expensas de una baja tasa binaria si se desea evitar el despliegue de transmisores adicionales. Los modos de transmisión con robustez específica para cada servicio en el mismo multiplex pueden ser usados para optimizar la cobertura y la tasa binaria de los servicios fijos y móviles. Esta técnica de transmisión es posible en DVB-T por medio de la modulación jerárquica, la cual multiplexa dos diferentes flujos en la misma constelación. En DVB-T2, esto es posible a través de la técnica de múltiples PLP o del perfil T2-Lite. Múltiples PLP es considerada la evolución técnica de la modulación jerárquica, donde un PLP es un canal lógico que transporta uno o varios servicios con independiente modulación, tasa de codificación y entrelazado temporal. T2-Lite es el perfil recientemente incluido en DVB-T2 para reducir la complejidad del receptor y facilitar la transmisión de servicios fijos y móviles en un mismo canal RF. Con el fin de mejorar la recepción móvil en redes TDT planificadas para recepción fija, nosotros evaluamos el uso combinado de modos de transmisión que ofrecen robustez específica para cada tipo de servicio y técnicas de diversidad en el dominio del tiempo, la frecuencia y el espacio. Diversidad en tiempo y frecuencia es generalmente lograda mediante códigos FEC y entrelazadores, mientras la diversidad espacial es conseguida por medio de múltiples antenas en transmisión y/o recepción. De acuerdo a los resultados, la incorporación de entrelazado de capa física y/o aplicación, y de single-input multiple-output (SIMO), son esenciales para el rendimiento de sistemas de difusión móviles. La técnica de códigos FEC en capas superiores (UL-FEC) puede ser usada para habilitar entrelazado temporal en DVB-T o para incrementar el tiempo de entrelazado en sistemas de segunda generación. UL-FEC puede ser implementado de forma retro compatible con receptores comerciales sin alterar su correcto funcionamiento. Estimaciones de cobertura en escenarios reales muestran que la combinación de diversidad temporal y espacial con modos de transmisión que ofrecen robustez específica por servicio es suficiente para habilitar la provisión de servicios de TV en movilidad con aceptable nivel de cobertura en redes DVB-T y DVB-T2 orientadas inicialmente para recepción fija. El principio básico de funcionamiento de las redes SFN es que todos los transmisores radien la misma señal sincronizadamente en tiempo, frecuencia y bit, por lo tanto son especialmente adecuados para servicios globales debido al mutuo soporte de señales provenientes de diferentes transmisores. Sin embargo, estas topologías no son eficientes para la transmisión de servicios locales debido a que los contenidos son transmitidos en toda la red (solución conocida como simulcast). Una solución ideal para la entrega de servicios globales y locales en redes SFN debe mantener todas las ventajas SFN para los servicios globales y no deben ser afectados por la inserción de los contenidos locales. Adicionalmente, la transmisión de servicios locales debe ser espectralmente eficiente y disponible para cualquier sub grupo de transmisores de la red, mientras su área de cobertura (LSA) es restringida a las zonas cercanas a los transmisores donde los contenidos han de ser consumidos. La modulación jerárquica (para DVB-T y DVB-NGH) y soluciones técnicas basadas en multiplexación en tiempo y frecuencia (para DVB-T, DVB-T2 y DVB-NGH) son evaluadas en esta tesis con el fin de proveer servicios globales y locales en redes de radiodifusión SFN. Estas soluciones mantienen todas las ventajas SFN para servicios globales, mientras las cobertura de los servicios locales es restringida a la zonas cercanas a los transmisores donde generalmente está localizada la población objetivo (ejemplo una ciudad). Todas las soluciones ofrecen una ganancia en la capacidad de transmisión comparada con el enfoque simulcast. Debido a que los servicios locales son transmitidos sobremodulando los servicios globales, las soluciones basadas en modulación jerárquica ofrecen mayor ganancia en capacidad de transmisión que las otras soluciones. Usando las soluciones basadas en multiplexación en tiempo y frecuencia, los servicios locales pueden conseguir una cobertura muy cercana a la ofrecida para los servicios globales. Además, con estas soluciones la inserción de contenidos locales no afecta el nivel de cobertura de los servicios globales. Una ventaja adicional de la multiplexación en frecuencia es la no existencia de interferencia entre transmisores de diferentes LSA debido a que la inserción se realiza de forma ortogonal. Para el resto de soluciones, una técnica de división temporal puede ser usada con el fin de maximizar el área de cobertura evitando interferencias entre transmisores adyacentes. Por otra parte, cuando las soluciones basadas en modulación jerárquica son usadas, los niveles de cobertura de los servicios globales y locales sufren una reducción comparada con la ofrecida por una constelación equivalente en modo no jerárquico debido a interferencia entre niveles. En general, cada técnica está enfocada a diferentes casos de uso con diferentes compromisos entre capacidad y cobertura, las cuales exploran la viabilidad de insertar contenidos locales en redes SFN de una forma eficiente.
