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Planeamiento de Cobertura – Las opciones existentes para TV digital terrestre

SFN – Single Frequency Network

La digitalización de la televisión terrestre trajo novedad y desafíos en el planeamiento de la cobertura aún en grande parte desconocido por las emisoras. La tecnología digital ofrece una calidad de la imagen perfecta, siempre cuando una determinada relación señal ruido es garantida al receptor. Todavía allá donde esta relación no es suficiente el decodificador irá fallar totalmente en la recuperación de la imagen. La televisión digital terrestre presenta, por tanto, un área de cobertura con límites muy claros y abruptos en su amplitud, efecto conocido en la literatura como cliff effect. Nuevos servicios como la recepción móvil y portátil traen nuevos parámetros al proyecto de la cobertura. La recepción móvil amplia en mucho las exigencias sobre el proyecto para alcanzar una calidad de servicio comparable a lo de la telefonía celular. Reforzar las señales, ampliar el área de cobertura y garantir una calidad de servicio dentro de el área de cobertura pueden ser obtenidas por repetidores o vía redes de frecuencia única.

En la TV digital terrestre los padrones que hacen uso de la modulación multi portadoras (son ellos DVB-T e ISDB-T) permiten configuración de una rede de transmisión en frecuencia única (SFN – Single Frequency Network). Esta tecnología permite la reutilización del mismo canal de transmisión en regiones donde el no empleo de esta tecnología causaría en interferencias. Sin embargo la reutilización sin la ocurrencia de interferencia exige que el contenido transmitido sea idéntico bit a bit. Además de la concordancia exacta de los bits de esta transmisión la rede SFN exige aún que el contenido transmitido por cada una de las estaciones ocurra en el exacto mismo momento.

La ventaja de este método es permitir la reutilización de las frecuencias dando un mejor aprovechamiento al espectro radioeléctrico. Además de esta ventaja una transmisión en SFN configura una rede con diversidad espacial, dando al receptor derecho de elegir por la mejor señal. Esta diversidad espacial representa una redundancia al receptor. La desventaja de este método es tornar más complejo alocar la frecuencia si considerada un área de cobertura mayor que la de la amplitud de una sola estación transmisora. En función de la concordancia del contenido transmitido por el canal en rede SFN se puede imaginar una emisora a nivel nacional siendo transmitida en el mismo canal. Este método sin embargo elimina la posibilidad de regionalización de contenidos.

La tecnología SFN no se debe confundir con las repetidoras (gap filler). A pesar de la similitud de las suyas funciones hay diferencias intrínsecas a cada una. Ambos los métodos se aprovechan de una característica de la modulación multi portadora. El parámetro “intervalo de la guardia” de esta modulación, es decir, un tiempo reservado entre una portadora y otra, torna la transmisión inmune a los atrasos por propagación de multi trayecto, ecos, reflexiones y hasta el efecto doppler (movilidad).

Una repetidora capta la señal transmitido del aire y lo amplifica para reforzar su intensidad. La dificultad de las estaciones repetidoras está en la suya instalación. El local de activación debe ser cuidadosamente elegido y todo el sistema debe ser especificado basado en la intensidad de la señal a ser repetida y de la ganancia del repetidor. Los equipamientos de repetición requieren un aislamiento vía de regla entre 10 hasta 15dB superior a la ganancia del repetidor. Este valor alto es difícil de ser obtenido. En ecuación energética del proyecto de una repetidora los valores de la relación frente-espalda de las antenas, de la ganancia de las antenas, de la atenuación de los cables de interconexión, de la distancia vertical y horizontal entre las antenas receptora (donadora) y transmisora (de servicio) deben ser considerados. Es por esta razón que el termo “gap filler” se emplea, pues el repetidor actúa con mejor desempeño en locales (túnel, áreas de sombra detrás de morros o montañas) en los cuales la antena donadora provenga un servicio para el cual ella no concurra con la señal que la generó.

Otra limitación de la repetidora se debe en función de la señal no ser modulad por la estación. De este hecho las portadoras ya presentan descocamientos temporales y el intervalo de la guardia no será “cero” y si solamente tendrá a aumentar aun más cuando fuera la distancia del punto de repetición. De esta forma emplear el repetidor como medio de aumentar el área de transmisión presenta límites especificados por el parámetro intervalo de la guardia. Para un intervalo de la guardia de “1/16”, por ejemplo, dos señales dejan de se interferir en un rayo de solamente 42km de coexistencia. Después de esa distancia el intervalo de la guardia tornase insuficiente el desplazamiento entre las portadoras de las dos fuentes acaba generando interferencias. Es por esta razón que repetidoras acostumbran actuar en áreas restrictas y bien delineadas.

La configuración de una rede SFN exige que cada estación transmisora reciba la misma señal en banda base para una modulación y amplificación. No obstante de esto la señal en banda base debe contener las informaciones necesarias para permitir el sincronismo de la transmisión. El fajo de transporte de los datos de un canal recibe una señalización de tiempo. Esta señalización ocurre en la estación central y se da por vías de completar las tablas MIP (Mega Initialization Paket) en el caso DVB-T e IIP (ISDB-T Information Paket) en el caso ISDB-T. Son necesarios equipamientos para multiplexar la información de tiempo en el fajo de datos, conocidos como SFN-Adapter. La información inserida es una base de tiempo con referencia GPS que servirá como parámetro de referencia y ajuste de la rede.

Cada estación transmisora deberá tener equipamientos compatibles con la configuración SFN. Los transmisores deberán identificar la información de tiempo escrita en el fajo de datos y con referencia a una base de tiempo GPS propia, aguardar el momento exacto de transmisión de la información (eso exige que un transmisor tenga memoria volátil para almacenar los datos hasta su efectiva transmisión). El tiempo exacto de transmisión es dado cuando transcurrir el tiempo de generación del contenido y el intervalo de tiempo configurado de espera. Ese tiempo de espera sirve para cumplir con el procesamiento de la señal y permitir su distribución entre todos los transmisores de la rede, vía link de fibra óptica, microondas o hasta satélite. Este tiempo no puede ser superior a un segundo, tiempo suficiente para una distribución de una señal (vea figura que sigue).

De esta forma cada estación SFN irá transmitir el mismo contenido bit a bit al mismo tiempo. Con esto la señal en el aire estará menos propicia a las interferencias. La grande ventaja de esta configuración es dada por el parámetro ganancia SFN (SFN gain). Esta ganancia viene a ser importante justamente en el límite de alcance de cada estación, donde la señal es más flaca. Las señales provenientes de cada estación acaban sumándose y el resultado es una mayor intensidad de la señal en esta región. Por otro lado, por culpa del mismo efecto descrito en el caso del repetidor hay límites de este mecanismo presentar solamente beneficios. La complejidad aumenta cuando más de dos estaciones transmiten sus señales sobre la misma área, pues el receptor el tiempo de llegada de la misma portadora de cada una de las estaciones es diferente y, en algunos casos, puede no cumplir con el plazo previsto en el intervalo de la guardia (vea ilustración que sigue).

En este caso la configuración SFN genera un ruido (SFN noise) que depende de la intensidad de la señal interferente, mas puede alcanzar valores altos. Esta interferencia puede ser reducida o hasta eliminada a través de dos parámetros:

1. Intervalo de la guardia: un aumento del intervalo representa una reducción de la tasa útil de bits a ser transmitida. Es muy eficaz en la configuración, pues puede hasta eliminar el ruido enteramente;

2. Atraso en la transmisión: cada transmisor compatible con SFN tiene este parámetro de ajuste adicional. El introduce un atraso o hasta anticipa la emisión del contenido alterando la relación de los tiempos de llegada en una dada área. Este método permite disminuir la influencia del ruido y dislocar el área de influencia del ruido de la región. En este último caso el radiodifusor puede configurar la rede de forma que el ruido mayor ocurra en una región sin interes de recepción.

KATHREIN MOBILCOM BRASIL fue la integradora de la primera rede SFN en operación comercial en América del Sur inaugurada en el año de 2006. Para un operador de TV por suscripción vía UHF KATHREIN dibujó una rede con 5 estaciones, cada cual con 16 frecuencias en sincronismo generando una grande área de cobertura con boa intensidad de la señal. Un de los mapas de estudio con la ganancia generado por dos estaciones SFN puede ser visto en la figura arriba.


Ing. Raul I. Faller
Gerente Ventas Internacional
Kathrein Mobilcom Brasil