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DVB-SH: la nueva generación de los sistemas móviles por satélite
bit 169 JUN.-JUL. 2008 73 TECNOLOGÍA Y SOCIEDAD. DVB-SH: la nueva generación de los sistemas móviles por satélite Descripción del sistema Las redes UMTS no pueden proporcionar servicios de TV a una gran masa de individuos a un coste razonable, por lo que es necesario desarrollar una red de radiodifusión específica [1]. Aunque la tecnología DVB-H permite armonizar con los aspectos anteriores, sus limitaciones de espectro y mayor costo de la infraestructura, también restringen el despliegue de un mercado masivo [2]. Alcatel-Lucent ha propuesto una solución de red híbrida, basada en el nuevo estándar DVB-SH (Digital Video Broadcasting- Satellite Services for Handhelds) [3], que utiliza un espectro totalmente disponible en banda S (2,17 hasta 2,2 GHz), aprovecha las ventajas del satélite en exteriores y de una red de repetidores terrestres en zonas urbanas e interiores donde la señal del satélite puede quedar bloqueada debido a la presencia de obstáculos [4]. En la Figura 1 se muestra la arquitectura del sistema donde se muestran dos trayectos de señal a los terminales móviles de usuario: recepción directa desde el satélite y una retransmisión desde los repetidores terrestres, ambos en banda S. El sistema utiliza la banda Ku/Ka del servicio fijo por satélite (FSS: Fixed Satellite Services) para transmitir los contenidos al satélite y para que éste, a su vez, envíe la señal a los repetidores terrestres. Debido a que la banda S del MSS es adyacente a la banda del servicio UMTS (2,11- 2,17 GHz), es posible la reutilización de las antenas y Jorge Matos Gómez Doctor Ingeniero de Telecomunicación DVB-SH: la nueva generación de los sistemas móviles por satélite La TV Móvil ya es una realidad en muchos lugares del mundo como Corea del Sur y Japón. Para Europa, el año 2008 es un año decisivo para la adopción de este servicio debido a la celebración de importantes acontecimientos deportivos, como la Eurocopa de fútbol y los Juegos Olímpicos de verano. Una de las tecnologías propuestas es el estándar DVB-H que, a pesar de sus novedades tecnológicas, presenta limitaciones para desplegar un mercado masivo. Alcatel-Lucent ha propuesto una solución que utiliza un espectro totalmente disponible en banda S y aprovecha las ventajas del satélite en exteriores y de una red de repetidores terrestres en zonas urbanas e interiores. En este trabajo se hace una descripción del sistema, su capacidad y cobertura, y algunas consideraciones relativas al desempeño y criterios de diseño. Figura 1. Arquitectura del sistema DVB-SH de Alcatel-Lucent. 74 bit 169 JUN.-JUL. 2008 TECNOLOGÍA Y SOCIEDAD. DVB-SH: la nueva generación de los sistemas móviles por satélite duplexores en las estaciones base, logrando un ahorro del 50% en el despliegue de la red de repetidores terrestres. El terminal móvil establece un canal interactivo/retorno con la red móvil 2G & 3G. De los 30 MHz disponibles, el sistema sólo utilizará en sus inicios 15 MHz, estructurados en 3 canales de 5 MHz de ancho de banda. El uso de turbo códigos de razón de código variable y entrelazadores de bits de larga duración (entre 100 ms y algunos segundos) permiten una alta protección contra errores en el canal. Por ejemplo, la utilización de un turbo código de razón 1/3, permite lograr una ganancia de codificación de 3 dB en presencia de ruido gaussiano. DVB-SH utiliza OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex), tanto para la componente satélite como para la componente terrestre (modo SH-A). Es posible tambien utilizar una señal TDM (Time Division Multiplex) para la componente satélite, manteniendo OFDM para la componente terrestre (modo SH-B). El tamaño de la FFT (Fast Fourier Transform) utilizado es 2K, lo que permite acomodar 1.705 portadoras en el ancho de banda de 5 MHz. De éstas, el número de portadoras activas para datos es de 1.512, siendo la duración del pulso básico OFDM de 358,4[5]. Utilizando un tiempo de guarda de 1/4, el símbolo OFDM tendrá una duración total de 448 , lo que implica una razón de símbolos de 2,23 kbaudios. Si cada símbolo OFDM se modula con QPSK (2 bit/símbolo) y se utiliza un turbo código de razón 1/3, entonces la capacidad de un canal de 5 MHz es de 2,3 Mbit/s. Los nuevos terminales móviles (Figura 2) permiten la recepción multibanda (VHF, UHF, banda L y banda S) y multinorma (DVB-T, DVB-H y DVB-SH). Además, en banda S, los nuevos terminales ofrecen dos importantes mejoras en su desempeño: un aumento sustancial en el rendimiento Doppler (velocidad máxima del móvil 160 km/h) y un significativo aumento de la sensibilidad del receptor gracias a la aplicación de técnicas de diversidad por el uso de dos antenas muy cercanas que refuerzan la recepción de la señal (6 dB). Capacidad y cobertura europea El satélite transmite los contenidos de alcance nacional en un canal de 5 MHz de ancho de banda (portadora F1). En el entorno urbano, el móvil podrá recibir los mismos contenidos a partir de un repetidor terrestre en el mismo canal utilizado por el satélite, si se utiliza una transmisión del tipo SFN (Single Frequency Network). Adicionalmente, la red de repetidores terrestres puede incluir la transmisión de contenidos locales (solo para entornos urbanos) mediante la utilización de los restantes canales de frecuencia portadora F2 y F3. Si el contenido se codifica a 256 kbit/s, entonces en un canal OFDM de 5 MHz se pueden transmitir 9 canales de TV móvil. Así, el sistema pude transmitir 9 canales de alcance nacional y 18 canales de carácter local, totalizando 27 canales. Para garantizar la cobertura por países, se utilizan haces puntuales (spot beam) como se muestra en la Figura 3 para la zona occidental de Europa. El satélite en cada haz pun- “Para lograr el uso de los mismos emplazamientos que las redes móviles terrestres 2G/3G, se requiere que la potencia de los repetidores terrestres del sistema DVB-SH igualen la cobertura de los primeros” Figura 2. Arquitectura del terminal móvil. bit 169 JUN.-JUL. 2008 75 TECNOLOGÍA Y SOCIEDAD. DVB-SH: la nueva generación de los sistemas móviles por satélite tual utiliza una de las portadoras disponibles del espectro de 15 MHz con la restricción de que los haces adyacentes no pueden utilizar el mismo canal para evitar interferencias. Dentro de cada haz puntual, la red de repetidores terrestre utiliza los dos canales restantes. Los repetidores de la misma frecuencia deben estar suficientemente alejados para evitar interferencias. Desempeño y criterios de diseño Para garantizar la calidad del servicio en exteriores, el satélite necesita de un nivel de potencia mínimo para que pueda vencer los obstáculos (por ejemplo, árboles) que puedan interponerse en el trayecto directo al terminal móvil. Para ello, se define un margen de potencia para contrarrestar el desvanecimiento (fading) de la señal [6]. En el canal móvil por satélite, el margen de potencia depende sensiblemente del ángulo de elevación de la visual al satélite, y de la frecuencia de operación [7]. Por ejemplo, el sistema coreano SDMB [8] utiliza un satélite geoestacionario en 144º E (Hanbyul) con un ángulo de elevación de 43º en Seúl y sus alrededores. Esto implica un margen de potencia de 8,36 dB a la frecuencia de 2,6 GHz y una disponibilidad del servicio de 90%. Por otro lado, el sistema europeo de Alcatel-Lucent tiene previsto el uso de un satélite geoestacionario en 10º E (W2A) con un ángulo de elevación de 41,3º en Madrid y sus alrededores. En este caso, el margen de potencia es de 8,4 dB a 2,2 GHz para la misma disponibilidad del servicio. Esto requiere el uso de satélites geoestacionarios de alta potencia, mayores de 70 dBW, en banda S. Para lograr el uso de los mismos emplazamientos que las redes móviles terrestres 2G/3G, se requiere que la potencia de los repetidores terrestres del sistema DVB-SH igualen la cobertura de los primeros. Conociendo el radio de cobertura de una celda, el uso de un modelo de predicción de las pérdidas del trayecto (por ejemplo, Okumura-Hata) y la ganancia de la antena transmisora, se puede estimar la potencia requerida de los repetidores terrestres. Conclusiones Es de especial importancia que el sistema DVB-SH opere con valores grandes del ángulo de elevación. Por ejemplo, a 2,2 GHz y 90% de disponibilidad del servicio, se requiere un margen de potencia de 15,4 dB a un ángulo de elevación de 25º. Esto significa que, a partir de ciertas latitudes, el sistema no es factible con la potencia actual de los satélites geoestacionarios. Además de la propuesta europea, la empresa ICO Global Communications (EEUU) está construyendo un sistema híbrido del mismo tipo para ofrecer servicios de voz, datos y de Internet a través de todo el territorio de Estados Unidos y Canadá para terminales móviles y portátiles. Referencias [1] P. Laine y H. Mittermayr, “From 3G Mobile TV to Unlimited Mobile TV”, 2006, Alcatel Telecommunications Review, pp 1-7. [2] G. Faria, J.A. Henriksson, E. Stare y P. Talmola, “DVB-H: Digital Broadcast Services to Handheld Devices”, Proc. IEEE, vol. 94, no.1 pp. 194-209, Enero 2006. [3] DVB, “System Specifications for Satellite services to Handheld devices (SH) below 3 GHz, DVB Document A110 Rev.1 , Julio 2007. [4] P. Kelley y C. Rigal, “DVB-SH- mobile digital TV in S-Band”, EBU Technical Review, Julio 2007, pp. 1-9. [5] DVB, “Framing Structure, channel coding and modulation for Satellite services to Handheld devices (SH) below 3 GHz, DVB Document A111, Rev. 1, Julio 2007. [6] J. Matos Gómez, Satellite Broadcast Systems Engineering, Artech House, Boston-London, 2002. [7] M.S. Karaliopoulos and F. N. Pavlidou, “Modelling the land mobile satellite channel: a review”, Electronics & Communication Engineering Journal, October 1999, pp. 235-248. [8] Sang-Jin Lee, SangWoon Lee, Kyung-Won Kim y Jong-Soo Seo, “Personal and Mobile Satellite SMB Services in Korea, IEEE Transactions on Broadcasting, vol.53, no.1, pp. 179-187, Marzo 2007. Fig.3 Asignación de frecuencia en Europa (satélite/red terrestre)
30 oct 2015