2.5 redes de acceso por satélite

- Redes de acceso de banda ancha -

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2.5 Redes de acceso por satlite

2.5.1 Motivacin original y evolucin Tradicionalmente los satlites de comunicaciones se han utilizado para establecer enlaces troncales que transportan circuitos telefnicos conmutados, circuitos alquilados y canales de televisin punto a punto28.28Ms recientemente, los avances tecnolgicos y el uso de frecuencias ms altas (ver Tabla 8, [29]) ha permitido reducir el tamao y el coste de los terminales, haciendo posible el acceso directo de los usuarios al satlite. As, desde hace aos se emplean satlites para distribuir programas de TV directamente a los usuarios, equipados con antenas bastante pequeas (ej. entre 60 y 90 cm). La introduccin de un canal de retorno terrestre (por ejemplo por mdem telefnico o por RDSI) permite prestar adems servicios interactivos. En los sistemas de TV digital por satlite, parte de la capacidad puede utilizarse para acceso a Internet sustituyendo flujos de vdeo por flujos de paquetes IP, de forma similar a la combinacin de servicios de TV e Internet sobre redes de cable (ver la seccin correspondiente).

Los satlites se usan tambin para comunicar usuarios corporativos, mediante terminales con tamaos tpicos de antenas entre 1 y 2 m que permiten comunicacin bidireccional a travs del satlite. Este tipo de terminales se conoce como VSAT (Very Small Aperture Terminal). Los ms pequeos, con antenas menores de 0,5 m, se llaman USAT (Ultra Small Aperture Terminal).

VSATsVSATs

Figura 49. Red satlite

28 El INTELSAT 1 (Early Bird), lanzado en 1965, tena capacidad para 240 circuitos telefnicos 1 canal de TV en blanco y negro. 10 aos despus se lanz el INTELSAT 6 con capacidad para 35000 circuitos de voz y 2 canales de TV en color [1].

- Tecnologas de acceso -

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Con la reduccin de coste de los terminales, los servicios de comunicacin bidireccional a travs de satlite tienden a extenderse hacia empresas pequeas y usuarios residenciales. Ver el sistema DVB-RCS (Digital Video Broadcast Return Channel by Satellite) en la seccin 2.5.2.

Tabla 8. Bandas de frecuencia para satlites

Los distintos tipos de redes satlite unidireccionales, hbridas (con canal de retorno terrestre) y bidireccionales se explican con ms detalle en la seccin 2.5.2. En general, las redes satlite se caracterizan por

Cobertura extensa, con rapidez de instalacin de los terminales y coste independiente de la distancia dentro de la zona cubierta. Un mismo satlite puede incluir haces con diferentes coberturas.

Capacidad del orden de decenas de Mbit/s en el sentido de bajada hacia los terminales (downstream) y generalmente menor en el de subida hacia el satlite (upstream). La capacidad depende de las caractersticas de cada sistema y en particular del tamao de las antenas.

Adecuacin para servicios de difusin Los sistemas citados usan satlites en rbita geoestacionaria (GEO). Estos permiten dar servicio en zonas muy amplias, por ejemplo distribucin de TV en un continente, pero tienen como inconvenientes un retardo y atenuacin elevados29. Ver Figura 50 [30]. Segn la aplicacin, el impacto del retardo puede ser relevante (ej. telefona, datos interactivos) o no (ej. TV), mientras que el bajo nivel de la seal impone el uso de terminales fijos, receptores de TV o VSATs, con antenas ms o menos grandes que apuntan al satlite.

Algunas redes de satlites GEO permiten el acceso desde terminales porttiles30 del tamao de un maletn a velocidades bajas (ej. 64 kbit/s).

29 La rbita geoestacionaria se encuentra a casi 36000 km sobre el ecuador, lo que introduce un retardo de ida-vuelta en torno a 1/4 de segundo. 30 Por ejemplo, este tipo de terminales es el que tpicamente usan corresponsales de cadenas de noticias como la CNN para transmitir voz y vdeo de calidad modesta desde lugares remotos.

Enlaces satlite Banda Desarrollo

descendente ascendente Antena tpica Mercado objetivo

C 1970 - 80 4 GHz 6 GHz 2,4 m Operadores de telefona y TV

Ku 1980 - 90 11-12 GHz 14 GHz 1 m Empresas, TV residencial

Ka 2000 - 20 GHz 30 GHz 0,6 m Servicios de banda ancha


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Figura 50. Ejemplo de cobertura del satlite Hispasat/1C, haz europeo

2.5.1.1 Acceso satlite con terminales mviles En los aos 1980 y 1990 se propusieron varios sistemas basados en constelaciones de satlites en rbitas bajas31 (LEO, Low Earth Orbit) capaces de dar servicio de voz y datos a velocidades muy bajas (ej. 9,6 kbit/s o inferiores) a terminales mviles. Estos sistemas se denominan GMPCS (Global Mobile Personal Communications by Satellite). Adems de reducir mucho el retardo de propagacin, los satlites LEO permiten usar terminales con una antena pequea y sin necesidad de apuntarla al satlite, aunque s es necesario tener lnea de visin directa con l (no funcionan dentro de edificios). Como contrapartida, es necesario lanzar decenas de satlites para conseguir cobertura global, complicando y encareciendo la red. Dada la competencia de las redes mviles terrestres, que cubren los mercados ms lucrativos, las pocas redes LEO que han llegado a entrar en funcionamiento tienen pocos usuarios. Ver Tabla 11.

La Figura 51 muestra de forma esquemtica una red LEO. Tpicamente los enlaces con los terminales funcionan en las bandas L (1,6 GHz) o S (2,4 GHz), los enlaces con las estaciones terrestres en las bandas C o Ka y los enlaces entre satlites en la banda Ka. Cada satlite LEO cubre un rea de entre 3.000 y 4.000 km de radio y se mueve a unos 7 km/s. Cuando un terminal fijo en la superficie de la Tierra pierde de vista al satlite que le atiende, la comunicacin debe traspasarse a otro.

Ms recientemente, los sistemas mviles de tercera generacin o 3G (ver seccin 2.8) contemplan la posibilidad de usar redes de acceso celulares terrestres y redes de acceso satlite de forma complementaria, de forma que un terminal pueda comunicarse a travs de un satlite cuando no tiene cobertura de una estacin base

31 Alturas entre 500 y 2000 km.


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terrestre32. Esto se denomina MSS (Mobile Satellite Service). La mayora de los pases han reservado una banda de frecuencias comn para MSS siguiendo las recomendaciones de la UIT (ver Figura 74 en la seccin 2.8). Aunque ya hay algunas empresas con redes en proyecto para este tipo de servicios [31], su situacin actual es bastante incierta.

Enlacesentre satlites

Enlacesentre satlites

Figura 51. Constelacin de satlites de baja rbita (LEO)

Otro grupo de redes LEO en proyecto [32] se basan en constelaciones con menos satlites que las anteriores, pensadas sobre todo para servicios de almacenamiento y reenvo de datos. Estas redes tienen cobertura limitada de forma que, dependiendo de la zona geogrfica donde se encuentre, un terminal tiene que esperar ms o menos tiempo (ej. varios minutos) hasta tener un satlite a la vista para poder transmitir o recibir informacin.

La situacin actual y perspectivas de las redes LEO se comentan con ms detalle en la seccin 2.5.4.

2.5.1.2 Evolucin La tendencia actual de las redes satlite es evolucionar hacia la prestacin de servicios de acceso multimedia de banda ancha, en particular acceso a Internet, con terminales fijos o, como mucho, porttiles, y usando una nueva generacin de satlites con funciones avanzadas y mayor capacidad que los actuales [33].

En estos nuevos sistemas, ver Tabla 12, predomina el uso de satlites GEO, generalmente con conmutacin a bordo y haces de cobertura muy pequea, por 32 De la misma forma, las redes locales inalmbricas (WLAN, ver seccin correspondiente) pueden ser otro medio de acceso de alta velocidad integrado en las redes 3G.


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ejemplo un pas o parte del mismo, en lugar de un continente. Ver Figura 52 [34]. Esto permite comunicar directamente de un terminal a otro en un salto a travs del satlite en lugar de dos saltos (terminal-satlite-estacin terrestre central y vuelta) reduciendo el retardo a la mitad, as como reutilizar frecuencias en diferentes zonas para aumentar la capacidad total del sistema (como en las redes celulares terrestres).

Actual

Futuro

Actual

Futuro

Figura 52. Comparacin de zonas de cobertura

Las denominadas plataformas de gran altura (HAP), aviones no tripulados con gran autonoma a alturas entre 15 y 30 km, de los cuales ya existen prototipos, pueden convertirse en el futuro en plataformas de comunicaciones que complementen tanto los sistemas satlite como los terrestres, aportando gran flexibilidad en cuanto a su situacin geogrfica y la posibilidad de mantenimiento y actualizacin de los equipos a bordo [35,36,37].

2.5.2 Estructura y elementos de red Como se ha comentado en la seccin anterior, existen tres arquitecturas bsicas de redes de acceso por satlite en funcin del tipo de canal de retorno desde los usuarios hacia la red:

Unidireccionales, sin canal de retorno. Slo permiten servicios unidireccionales, por ejemplo distribucin de TV.

Hbridos, con canal de retorno a travs de otra red diferente, por ejemplo red telefnica conmutada o RDSI. Permiten prestar servicios interactivos asimtricos, por ejemplo navegacin por la Web para usuarios residenciales33. Ver Figura 53.

Sistemas bidireccionales, con comunicacin en ambos sentidos a travs del satlite. Normalmente la capacidad disponible en el sentido de bajada es

33 Por ejemplo, DirecPC


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mayor que en el de subida. Estos sistemas pueden utilizarse para crear redes privadas virtuales (VPN) para empresas con muchas sucursales, en particular si estn situadas en reas rurales. Por ejemplo, el servicio de Correos de EE.UU. tiene unas 17.000 estafetas conectadas mediante la red satlite de Spacenet.

Internetproveedor

de servicios

red satlite

canal de retorno

usuario

contenidosmultimedia

Internetproveedor

de servicios

red satlite

canal de retorno

usuario

contenidosmultimedia

Figura 53. Red satlite hbrida

Los sistemas hbridos tienen como ventaja que los terminales son ms baratos y pueden ser instalados por el propio usuario. Existen diversas formas de coordinar el canal de ida por satlite con el de retorno por la otra red, de forma que la informacin que el usuario pide por el canal de retorno sea encaminada por el satlite [38].

Los terminales satlite bidireccionales son ms caros y usan antenas mayores que deben ser instaladas por personal especializado, pero tienen la ventaja de que no dependen de otra red para el canal de retorno. Tpicamente los sistemas bidireccionales han estado ms orientados al mercado de negocio, pero pueden extenderse al mercado residencial si su coste baja. Algunas empresas34 ofrecen ya sistemas bidireccionales para usuarios residenciales que utilizan la misma antena para recepcin de TV y para acceso a Internet, con coste y prestaciones comparables a los de ADSL [39]. En edificios con instalacin de antena colectiva puede instalarse una antena compartida para el canal de retorno va satlite [40].

34 Por ejemplo, Direcway, Starband o Transcom W1


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Los paquetes IP pueden encapsularse sobre diferentes protocolos de nivel 2 para su transmisin por el enlace satlite. En el enlace descendente tiende a imponerse el empleo del estndar DVB (Digital Video Broadcast) de ETSI (ver seccin 2.5.3). DVB permite multiplexar a nivel 2 varios flujos de vdeo MPEG hasta una tasa total de unos 35 Mbit/s segn la modulacin usada. Parte de estos flujos pueden sustituirse por paquetes IP segn la mezcla de servicios de TV y de Internet que se desee.

Para el canal de retorno existen diferentes soluciones propietarias. Por ejemplo, en [34] se describe una arquitectura de IP sobre DVB con canal de retorno terrestre. El nuevo estndar DVB-RCS (Digital Video Broadcast Return Channel by Satellite) ofrece una solucin normalizada para integrar el canal de retorno en la red satlite [41]. Esta solucin est dirigida inicialmente a pequeas empresas y posteriormente a usuarios residenciales, entrando en competencia con redes de acceso terrestres como ADSL o redes de cable [42]. Los sistemas DVB-RCS pueden funcionar en frecuencias de las bandas Ku o Ka (ver Tabla 8). El usuario dispone de un encaminador IP y de un terminal satlite interactivo35 que se comunica a travs del satlite con una estacin central, a la que se conectan los proveedores de acceso a Internet y otros servicios. La estacin central recibe el trfico IP de los proveedores y lo enva a los terminales encapsulado sobre DVB como ya se ha mencionado. El canal de retorno DVC-RCS usa MF-TDMA. La estacin central coordina el acceso de los terminales que solicitan transmitir por el canal de retorno. Ver figura.

Figura 54. Ejemplo de sistema DVB-RCS

Por lo que respecta a los protocolos de transporte por encima de IP, es necesario tener en cuenta que los enlaces satlite se caracterizan por un retardo alto, lo que puede afectar a las prestaciones de las aplicaciones que utilizan TCP. Sobre el enlace

35 Que pueden alquilarse o comprarse al proveedor de acceso satlite o al proveedor de acceso a Internet segn el modelo de negocio.

ISP

ModuladorDVB terminal

interactivoControl de acceso al RCS

ida

retorno (RCS)

Demod.MF-TDMA

pasarelaIP/DVB

ISP...

TV

ISP



ida

retorno (RCS)

Demod.MF-TDMA

pasarelaIP/DVB

ISP...ISP



ida

retorno (RCS)

Demod.MF-TDMA

pasarelaIP/DVB

ISP...

TVTV


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satlite se pueden usar mecanismos especficos para mejorar las prestaciones de TCP. En [42] se dan varios perfiles de acceso que definen las capacidades ofrecidas al usuario en el sentido de ida y en el de retorno, as como porcentajes de disponibilidad. Ver detalles en la seccin 2.5.5.

2.5.3 Normalizacin El consorcio DVB36 (Digital Video Broadcasting Project) creado en 1993, en el que participan ms de 300 miembros entre operadores, fabricantes, proveedores de servicios, reguladores y otras entidades, define estndares para TV digital y servicios de datos. DVB usa compresin de audio (MPEG Layer 2) y de vdeo (MPEG-2) y permite transmitir entre 6 y 8 veces ms canales de TV que los sistemas analgicos sobre el mismo ancho de banda. El consorcio DVB tiene una parte comercial que analiza la situacin del mercado y los requisitos de los usuarios, en funcin de los cuales la parte tcnica desarrolla especificaciones tcnicas. Estas especificaciones se envan al Instituto Europeo de Estndares de Telecomunicaciones (ETSI) para su aprobacin como estndares. Fuera de Europa, DVB compite con otros estndares como el ATSC norteamericano para TV digital.

DVB encapsula la informacin en paquetes de transporte MPEG-2 (ISO/IEC 13818-1) [43], lo que permite aplicarlo tanto a servicios de TV como a servicios multimedia interactivos. Los paquetes de transporte MPEG-2 (Transport Stream Packets) son bloques de tamao fijo, 4 octetos de cabecera y 184 octetos de informacin, que pueden transmitirse sobre redes satlite (DVB-S), de cable (DVB-C) o de TV digital terrestre (DVB-T).

Para los servicios interactivos, DVB ha definido varios estndares sobre canales de retorno por diferentes tipos de red, incluyendo redes satlite (DVB-RCS), a travs de sistemas de antena colectiva (DVB-RCCS), red telefnica o RDSI (DVB-RCP), redes de cable (DVB-RCC, definido en colaboracin con DAVIC37), redes LMDS (DVB-RCL), GSM (DVB-RCG) y DECT (DVB-RCD). Ver Tabla 9.

DVB-MHP (Multimedia Home Platform) define una interfaz genrica entre las aplicaciones interactivas y los terminales donde se ejecutan: set-top boxes, PCs multimedia, etc.

Adems de los citados, el proyecto DVB ha generado estndares sobre procedimientos de medida, interfaces con otras redes (PDH, SDH, ATM,), procedimientos de acceso condicional (SimulCrypt, MultiCrypt) y otros. El servidor web del proyecto mantiene una lista de equipos que cumplen los estndares DVB.

Dentro de ETSI38, los grupos BROADCAST, SES (Satellite Earth Stations & Systems), 3GPP (Third Generation Partnership Project), BRAN (Broadband Radio Access 36 www.dvb.org 37 DAVIC (Digital Audio Visual Council). Esta asociacin ha concluido sus actividades. Las especificaciones DAVIC 1.3.1 han sido publicadas por ISO (ISO-IEC 16500). La versin ms reciente, DAVIC 1.5, est disponible en www.davic.org 38 portal.etsi.org


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Networks) y SPAN (Services and Protocols for Advanced Networks, resultado de la unin en 1999 de los grupos SPS: Signalling Protocols and Switching y NA: Network Aspects) tienen actividades relacionadas con el proyecto DVB.

Tabla 9. Seleccin de estndares DVB

Tema Ref. ETSI Ttulo

General TR 101 200 A guideline for the use of DVB specifications and standards

Transmisin

EN 300 421 Framing structure, channel coding and modulation for 11/12 GHz satellite services DVB-S

TR 101 198 Implementation of Binary Phase Shift Keying (BPSK) modulation in DVB satellite transmission systems

EN 300 473 DVB Satellite Master Antenna Television (SMATV) distribution systems DVB-SMATV

TS 101 194 Control Channel for SMATV/MATV distribution systems. Baseline Specification

Canales de retorno

ETS 300 802 Network-independent protocols for DVB interactive services Comn

TR 101 194 Guidelines for implementation and usage of the specification of network independent protocols for DVB interactive services

DVB-RCP ETS 300 801 Interaction channel through Public Switched Telecommunications Network (PSTN)/ Integrated Services Digital Networks (ISDN)

DVB-RCS EN 301 790 Interaction for Satellite Distribution Systems

TR 101 201 Interaction channel for Satellite Master Antenna TV (SMATV) distribution systems; Guidelines for versions based on satellite and coaxial sections DVB-RCCS

TR 101 790 Guidelines for the Implementation and Usage of the DVB Interaction Channel for Satellite Distribution Systems

Multiplexado de informacin

TR 101 154 Implementation guidelines for the use of MPEG-2 Systems, Video and Audio in satellite, cable and terrestrial broadcasting applications MPEG-2

TR 102 154 Implementation Guidelines for the use of MPEG-2 Systems, Video and Audio in Contribution Applications

EN 300 468 Specification for Service Information (SI) in DVB systems DVB-SI

TR 101 211 Guidelines on implementation and usage of Service Information (SI)

EN 301 192 Specification for data broadcasting Encapsulado de paquetes IP TR 101 202

Specification for data broadcasting; Guidelines for the use of EN 301 192

Interfaz con terminales

DVB-MHP TS 101 812 Digital Video Broadcasting Multimedia Home Platform (MHP)


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BROADCAST es un comit conjunto de ETSI con la UER39 (Unin Europea de Radio-Televisin) y CENELEC40 (Comit Europeo de Estndares Electrotcnicos), responsable de servicios de radio y TV analgicos y digitales (DVB, Digital Video Broadcasting, y DAB, Digital Audio Broadcasting) va satlite, cable y transmisores terrestres. CENELEC por su parte es el organismo responsable de la normalizacin de receptores de radio y TV (TC 203, 206, 209).

ETSI SES es el responsable de todo tipo de servicios de comunicacin por satlite, incluyendo servicios fijos (ej. VSAT), de difusin, de banda ancha, mviles, parte satlite de UMTS, terminales de usuario y estaciones terrestres, en particular interfaces de radiofrecuencia e interfaces con otras redes. La seccin de estndares de [30] contiene una lista de los principales estndares de ETSI aplicables a redes satlite. El grupo SES colabora con el ERM (Electromagnetic Compatibility and Radio Spectrum Matters), grupo horizontal de ETSI sobre cuestiones de espectro y compatibilidad electromagntica, y tiene relaciones con otros organismos como el ITU-R y la CEPT. Grandes redes como Intelsat, Inmarsat y Eutelsat publican especificaciones de los tipos de estaciones terrestres soportadas por cada una [30].

La European Co-operation on Space Standardization (ECSS)41 es una iniciativa de armonizacin de estndares en la que participan la Agencia Espacial Europea (ESA), agencias del espacio nacionales de varios pases europeos y la industria, as como el grupo ETSI SES. ECSS se centra en aspectos de ingeniera y calidad, en particular en lo relacionado con la interfaz entre los satlites y los lanzadores.

Por ltimo, la Tabla 10 cita las RFCs42 relativas al uso de TCP sobre canales satlite, el uso de PEPs (ver la seccin 2.5.5) y el impacto de los errores de transmisin sobre las prestaciones extremo a extremo.

Tabla 10. Documentos del IETF relativos al uso de TCP sobre enlaces satlite

RFC Fecha Tipo Ttulo

2488 Enero 1999 Best Current Practice Enhancing TCP Over Satellite Channels using Standard Mechanisms

2760 Febrero 2000 Informational Ongoing TCP Research Related to Satellites

3135 Junio 2001 Informational Performance Enhancing Proxies Intended to Mitigate Link-Related Degradations

3155 Agosto 2001 Best Current Practice End-to-end Performance Implications of Links with Errors

39 www.ebu.ch (European Broadcasting Union) 40 www.cenelec.org 41 www.ecss.nl 42 www.rfc-editor.org


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2.5.4 Madurez de la tecnologa y del mercado Los satlites geoestacionarios con terminales fijos se han utilizado durante dcadas y actualmente la tecnologa es muy fiable. La mayora de los satlites en servicio actualmente se limitan a hacer de repetidores, recibiendo seales en unas frecuencias y retransmitindolas a la Tierra en otras. Algunos de los satlites de baja rbita actuales y la mayora de los satlites de nueva generacin en proyecto (ver ms adelante) incluyen conmutacin a bordo. Ver Figura 55 [44]. Existen numerosos operadores y proveedores de servicio satlite. Por ejemplo [30] ofrece informacin sobre 36 operadores, casi 200 satlites y ms de 220 proveedores de servicios en Europa. Analysys tiene una base de datos [32] con informacin tcnica y de situacin actual sobre 28 redes satlite, 9 de ellas en servicio y el resto en proyecto

GEO

operadores telefnicos;

30%

TV directa al hogar; 10%

operadores de TV; 25%

telefona mvil; 5%

usos militares;

15%

datos; 5%

LEO

usos militares;

45%

otros usos civiles; 30%

datos; 10% telefona mvil; 15%

Figura 55. Usos de satlites GEO y LEO en 1998

. El Global VSAT Forum43 ofrece informacin sobre servicios, tecnologa y aspectos regulatorios. Segn esta asociacin, existen ms de 500.000 terminales VSAT instalados en ms de 160 pases, aunque el mayor nmero se concentra en EE.UU. (65%) y Europa (15%). El coste de los terminales ha pasado de 15.000 dlares en 1985 a 2.500 dlares en 2000 [45]. Hughes Network Systems y Gilat son los principales fabricantes.

Las redes de satlites de rbitas bajas (LEO), diseadas hace unos aos para dar servicios interactivos a terminales mviles sin los problemas de retardo de los satlites geoestacionarios, han tenido un desarrollo escaso. Los elevados costes de la red debido a la complejidad de los satlites y a la necesidad de utilizar constelaciones con varias decenas de ellos para obtener cobertura global, junto con el rpido desarrollo de las redes mviles terrestres, han hecho que la mayora de los sistemas proyectados hayan fracasado. Iridium, quiz la red ms conocida, Globalstar y Orbcomm estn actualmente en funcionamiento. Ver Tabla 11 [32].

43 www.gvf.org


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Las tres redes han pasado por situaciones de quiebra o graves dificultades financieras. Por ejemplo, Iridium, impulsada por Motorola, empez a dar servicio a finales de 1998, pero cerr dos aos despus, con planes para la destruccin de los satlites. Sin embargo, la empresa Iridium Satellite LLC compr la red y poco despus firm un contrato con el Departamento de Defensa de EE.UU. para dar acceso a 20.000 empleados. La empresa, dirigida a usuarios profesionales de compaas de aviacin, petrleo, minera y otras industrias, espera entrar en beneficios en 2003.

Tabla 11. Redes LEO en funcionamiento

Red N de satlites Altura Servicios Comentarios

Iridium44 66 780 km Voz 2,4 kbit/s Datos 2,4 kbit/s

Enlaces entre satlites (ISL) a 23 GHz Vida media: 5 aos

Globalstar 48 1414 km Voz 2,4 kbit/s Datos 9,6 kbit/s Sin ISL. Vida media: 10 aos

Orbcomm 35 825 km Datos 2,4 kbit/s (sin cobertura continua)

Sin ISL. Vida media: 4 aos

Figura 56. Constelacin Iridium, con 11 planos de 6 satlites cada uno45

44 Inicialmente la red iba a tener 77 satlites, por lo que tom su nombre del Iridio, cuyo tomo tiene 77 electrones


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Iridium y Globalstar tienen planes para adaptar sus redes a los requisitos de los sistemas 3G por satlite y han obtenido dos de las ocho licencias para redes MSS (ver la seccin 2.5.1.1) concedidas por la FCC en julio de 2001 [31]. Estas redes ofrecern servicios de voz, datos y multimedia similares a los de las redes 2.5G y 3G terrestres, usando satlites en diferentes rbitas. Dos de los proyectos, los citados de Iridium y Globalstar, se basan en la mejora de redes LEO existentes, mientras que el resto tienen en proyecto redes nuevas, menos costosas, bien con cobertura global mediante constelaciones de satlites en rbitas medias46 (MEO, Medium Earth Orbit), menos numerosas que las constelaciones LEO, o bien con cobertura regional mediante satlites GEO. La FCC puso como condicin a estas redes su entrada en servicio antes de julio de 2007, pero actualmente el xito de la mayora de ellas es bastante incierto.

Adems de las redes LEO citadas, unas pocas redes ofrecen actualmente servicios similares a terminales mviles usando satlites GEO con cobertura regional. Por ejemplo, ACeS (en el este de Asia, India, China y Australia) y Thuraya (en oriente medio y partes de Europa del este, Asia y frica) con telfonos duales satlite/GSM.

La Tabla 12 muestra las caractersticas principales de varias redes previstas para entrar en servicio en el periodo 2003-2007 [32,39,46], que prometen mejoras importantes en cuanto a capacidad y flexibilidad en comparacin con las redes actuales.

Tabla 12. Redes satlite de nueva generacin

Red Satlites Banda Velocidad ascend./descend. Comentarios

Astrolink 9 GEO Ka 20 / 155 Mbit/s Cancelado recientemente

Euro SkyWay 3 GEO Ka 2 / 32 Mbit/s

Terminales tamao laptop Cobertura en Europa y pases en torno al Mediterrneo

Skybridge 80 LEO Ku 2 / 20 Mbit/sLEOs simples sin conmutacin ni ISL Complementado con 3 GEO en banda Ka de Cyberstar

Spaceway 8 GEO Ka 16 / 16 Mbit/s 2 satlites para cobertura en Amrica y 6 para el resto del mundo

Teledesic 30 MEO Ka 2 / 64 Mbit/s Planes iniciales de 840 (1994) LEO, luego reducidos a 288 LEO (1998).

West Early Bird (WEB) 2 GEO Ka 6 / ? Mbit/s

Cobertura en Europa Plan para 9 satlites MEO cancelado

45 www.ee.surrey.ac.uk/Personal/L.Wood/constellations/ 46 En torno a 10000 km. Los sistemas de posicionamiento por satlite, como GPS y GLONASS usan constelaciones de 24 satlites en rbitas de aproximadamente 20000 km que emiten en la banda de 1,6 GHz. El proyecto europeo Galileo (2008) usar 27 satlites a 23600 km de altura.


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Como muestra la tabla, la mayora se basa en satlites GEO en banda Ka. Casi todos los proyectos incluyen haces de cobertura reducida para reutilizar frecuencias y conmutacin a bordo ATM [47] y, en algunos casos, de paquetes. La tabla indica las velocidades mximas en sentido ascendente y descendente ofrecidas al usuario. La capacidad total de estos satlites puede alcanzar varios Gbit/s.

Astrolink, Spaceway y Teledesic son proyectos con origen en EE.UU. Los otros tres, EuroSkyWay, Skybridge y West, son de origen europeo, impulsados respectivamente por Alenia Spazio, Alcatel Espace y Matra Marconi Space47. La Agencia Espacial Europea (ESA) ha financiado parte del desarrollo de las tres redes dentro de su programa ARTES-3 (Advanced Research in Telecommunications Systems).

La red EuroSkyWay48 vender capacidad a operadores y usuarios (universidades, hospitales, etc.) con antenas en torno a 80 cm. Adems, la red prev dar servicio a profesionales con terminales de tamao similar a un ordenador porttil pequeo. Aunque no se cita en la tabla, Inmarsat, que actualmente tiene 5 satlites geoestacionarios (Inmarsat-3), tiene planes para lanzar otros 2 nuevos (Inmarsat-4) para dar tambin servicios de banda ancha a terminales tamao laptop [32]. Cada satlite EuroSkyWay es capaz de conmutar 30 canales de 32 Mbit/s (en total 1 Gbit/s) y tiene una capacidad adicional de 40 Mbit/s en 6 canales transparentes. Con los haces de cobertura ms pequea (800 km) ofrece hasta 2 Mbit/s en sentido ascendente y 24 Mbit/s en descendente. Su vida media se estima en 15 aos.

Por su parte, la red Skybridge49 usar 80 satlites en la banda Ku a una altura de 1469 km y unas 140 estaciones terrestres, cada una de las cuales cubrir una zona de unos 350 km de radio. La red ofrecer servicios de acceso de banda ancha e interactivos con bajo retardo (30 ms), por ejemplo telefona, videotelefona y videoconferencia, comercio electrnico, servicios de entretenimiento, teleeducacin, teletrabajo, telemedicina, redes corporativas, etc. Estos servicios se dirigen tanto a usuarios residenciales como a empresas, escuelas, hospitales, etc. en zonas de densidad de poblacin baja o media. El coste de un terminal residencial se estima en 700 .

La ESA ha reorganizado recientemente su programa de telecomunicaciones50, sustituyendo la estructura ARTES por varias lneas de trabajo, entre ellas la de servicios multimedia interactivos. Uno de los proyectos dentro de esta lnea es AmerHis, en el que participan el CDTI, Hispasat y Alcatel Espacio. AmerHis tiene como objetivo dar servicios multimedia interactivos usando el satlite Amazonas, actualmente en construccin y con lanzamiento previsto para 2004. Este satlite funcionar en la banda Ku con cobertura en Europa, Amrica del Norte y del Sur.

47 En mayo de 2000, Matra Marconi Space y Daimler Chrysler Aerospace se integraron en ASTRIUM, creando la mayor compaa europea del sector espacial. Actualmente EADS tiene un 75% de la compaa 48 www.euroskyway.it 49 www.skybridgesatellite.com 50 telecom.esa.int


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Dejando aparte los proyectos comentados, en el mercado actual los servicios ms tradicionales de transporte de informacin punto a punto generan todava la mayor parte de los ingresos y beneficios de las empresas del sector, aunque hay una competencia creciente de las redes de fibra ptica y una tendencia clara a tratar de introducir los satlites en el mercado de las redes de acceso de banda ancha [34].

Por ejemplo, en el primer semestre de 2002 Hispasat51 obtuvo unos beneficios de 9,7 millones de y unos ingresos de 56,5 millones de , con un crecimiento del 7,5% respecto del mismo periodo del ao anterior. Hispasat, que ofrece servicios a operadores de telecomunicaciones en Europa, el norte de frica y Amrica, cuenta con cuatro satlites en rbita: Hispasat 1A (1992), 1B (1993), 1C (2000, ver Figura 50) y el 1D lanzado en septiembre de 2002. El Hispasat 1D tiene 28 transpondedores en la banda Ku con conectividad en Europa, Amrica y transatlntica. Su vida til estimada es 15 aos y su coste total, incluidos construccin del satlite, lanzamiento y seguro, asciende a 194 millones de euros. La compaa tiene previsto adems lanzar un nuevo satlite llamado Amazonas, que dar capacidad adicional para Europa, Amrica, norte de frica y conexiones transatlnticas. En abril de 2002, Hispasat y Retevisin anunciaron la colaboracin de ambas empresas para la prestacin de servicios de acceso a Internet en banda ancha por satlite para habitantes de zonas alejadas de las grandes ciudades y localidades con una poblacin menor a 2.500 personas, as como el desarrollo de aplicaciones interactivas de teleenseanza y telemedicina.

Una empresa que desee instalar una red privada o un nuevo operador pueden alquilar capacidad disponible en los satlites de otros operadores. Adems de las transacciones bilaterales entre vendedores y compradores de capacidad, el London Satellite Exchange (E-Sax) ofrece un mercado electrnico de compra-venta de capacidad en satlites, que incluye servicios de asistencia al comprador en cuestiones tcnicas y contractuales relacionadas con su demanda de capacidad, as como en la compra de equipos. E-Sax publica ndices de precios por MHz y mes (suponiendo un periodo de alquiler inicial de 3 aos) en las bandas C y Ku en funcin de las zonas geogrficas a conectar, basados en la media de las transacciones sobre aproximadamente el 75% de los satlites comerciales disponibles. Los precios medios actuales rondan los 4900 /mes por MHz en la banda C y los 5200 /mes por MHz en la banda Ku. Ver Figura 57. Otro mercado electrnico similar es SatCap52, creado en 1999 y con base en msterdam.

51 www.hispasat.es 52 www.satcap.com


109

Figura 57. ESAX53 World Satellite Transponder Index

2.5.5 Prestaciones Las prestaciones de estas redes son muy variadas segn el tipo de satlite y de terminal. Los terminales satlite mviles ofrecen velocidades muy pequeas, similares a las de GSM, por ej. 2,4 kbit/s 9,6 kbit/s. Los terminales porttiles tipo maleta pueden alcanzar velocidades comparables a las de un canal B RDSI (64 kbit/s). Los terminales VSAT, de mayor tamao, ofrecen velocidades ms altas, hasta unos 2 Mbit/s. Los servicios de acceso a Internet por satlite para usuarios residenciales como los citados en la seccin 2.5.2 anuncian velocidades en torno a 128 kbit/s en sentido ascendente y 512 kbit/s en descendente.

Como ejemplo, la tabla siguiente (ver [42]) muestra varios perfiles de acceso a un sistema satlite bidireccional DVB-RCS (ver la seccin 2.5.2) adecuado para empresas pequeas y usuarios residenciales.

Tabla 13. Ejemplo de prestaciones en un sistema DVB-RCS

Perfil de acceso 1 2 3 4 5 6 7 8

Hacia el terminal kbit/s (mx.) 256 256 256 512 1024 2048 4096 4096

Hacia el terminal kbit/s (mn.) 8 16 32 64 128 256 512 1024

Retorno kbit/s (mx.) 16 32 64 128 256 512 1028 1028

Retorno kbit/s (mn.) 2 4 8 16 32 64 128 256

No disponibilidad 0,1% 0,1% 0,1% 0,1% 0,1% 0,1% 0,1% 0,1%

Actividad en la hora cargada 20% 20% 20% 25% 25% 25% 30% 30%

53 www.e-sax.com


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El porcentaje de no disponibilidad estima el porcentaje de tiempo de cada mes durante el cual las velocidades mnimas anteriores no pueden cumplirse debido a condiciones meteorolgicas adversas, congestin y fallos de la red.

El protocolo de transporte utilizado puede limitar las prestaciones que obtiene la aplicacin. El protocolo UDP puede funcionar sin cambios sobre enlaces satlite. Sin embargo, TCP suele necesitar ajustes para un adecuado funcionamiento de sus mecanismos de control de errores y control de congestin, debido a las particulares caractersticas de los enlaces por satlite: elevado producto retardo por ancho de banda, asimetra de capacidad entre los dos sentidos de la comunicacin (normalmente mucho mayor en el canal de ida que en el de retorno) y tasa de errores potencialmente alta. Existen numerosos estudios del funcionamiento de TCP sobre satlite en la literatura tcnica y propuestas para mejorar sus prestaciones, por ejemplo uso de ventanas suficientemente grandes, asentimiento selectivo, compresin de cabeceras TCP/IP, etc. [33,38,44,48,49]. Ver referencias a RFCs 2414, 2488 y 2760 en la seccin 2.5.3.

Otra solucin habitual es el empleo de PEPs (Performance Enhancing Proxies) que modifican el funcionamiento del protocolo sobre el enlace satlite (ver Figura 54). Una tcnica utilizada, por ejemplo, es enviar asentimientos al extremo emisor antes de que los datos hayan llegado realmente al extremo receptor. Los PEP son aplicables tambin en otros casos donde la red presenta un tramo especialmente peor que el resto, por ejemplo en el acceso a travs de redes locales inalmbricas (WLAN). Ver RFC 3135 en la seccin 2.5.3.

En cuanto al nivel de aplicacin, el protocolo HTTP/1.1 permite enviar mltiples solicitudes de informacin sobre la misma conexin TCP, por lo que es ms adecuado que HTTP/1.0, que carece de esta funcin. El uso de caches de pginas Web actualizadas con la informacin que se difunde por el canal de bajada del satlite puede servir para reducir el nmero de accesos a travs del satlite y mejorar el tiempo de respuesta ofrecido al usuario.

El protocolo SNMP funciona sobre UDP por lo que no se ve afectado por posibles problemas de prestaciones causados por TCP. Sin embargo, el acceso individual a los valores de una base de informacin de gestin puede ser muy lento debido al retardo que introduce el satlite en cada acceso. (La versin 3 de SNMP permite el acceso a un conjunto de valores en una sola operacin, reduciendo el retardo). En general, las aplicaciones que necesiten muchas interacciones para transferir la informacin sufrirn este mismo problema.

2.5.6 Adecuacin a los servicios considerados En general, la principal ventaja de las redes satlite es su capacidad de difusin eficiente de informacin en reas muy extensas, permitiendo el acceso desde reas rurales u otras donde no existen redes alternativas, con coste independiente de la distancia dentro de toda la zona de cobertura. Su principal limitacin, en el caso de los satlites GEO, es el elevado retardo que agregado a otros retardos de redes


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terrestres puede afectar negativamente al funcionamiento de servicios interactivos. Ver consideraciones adicionales sobre capacidad de crecimiento en la seccin 2.5.8.

Las redes LEO eliminan el problema del retardo, pero las que se han desplegado hasta la fecha no han tenido xito comercial y no se consideran en esta seccin. Igualmente, aunque existen terminales satlite mviles su coste es elevado y su velocidad muy reducida (pocos kbit/s) por lo que tampoco se consideran.

A partir de las consideraciones expuestas, las redes satlite se consideran ms adecuadas para distribucin de TV analgica y digital, as como para el establecimiento de redes privadas virtuales en el caso de empresas con muchas oficinas dispersas, en particular en reas rurales.

Tambin son adecuadas para acceso a Internet en general (correo electrnico, transferencia de ficheros, navegacin por la Web, comercio electrnico, streaming de audio y video, etc.), en especial para aplicaciones que necesiten multicast (multiconferencia, descargas de software o de otros tipos de informacin a mltiples destinatarios, etc.) y excluyendo las aplicaciones ms interactivas (ej. juegos en red que necesiten un retardo pequeo). En el caso de usuarios residenciales, el acceso a Internet ir normalmente asociado a servicios de TV sobre el mismo equipo y usar canales de retorno de baja capacidad por satlite o a travs de una red terrestre (redes hbridas, ver la seccin 2.5.2) por motivos de coste.

Las aplicaciones de telefona y videoconferencia son posibles como otra aplicacin ms sobre IP, aunque desde terminales fijos y adems con una potencial degradacin de la calidad o de la interaccin (efecto walkie-talkie) debido a las limitaciones de retardo y, en su caso, capacidad disponible desde el terminal hacia la red. La telefona mvil por satlite es posible pero con un coste muy elevado, por lo que slo es adecuada para usuarios de negocios y donde no exista cobertura de redes terrestres.

En cuanto a seguridad, el acceso al satlite plantea problemas similares a los de otras redes radio o de medio compartido, en particular en el enlace de bajada. Por ello, ser necesario aplicar mecanismos generales de seguridad como cortafuegos, protocolos de seguridad (ej. IPsec, SSL), tarjetas inteligentes, etc. [38] Como aspecto especfico a tener en cuenta en este caso, los sistemas PEP de mejora de prestaciones (ver la seccin 2.5.5) pueden ser incompatibles con mecanismos de seguridad, por ejemplo cifrado extremo a extremo a nivel IP.

2.5.7 Aspectos regulatorios La regulacin de los satlites de comunicaciones ha cambiado significativamente en los ltimos aos, siguiendo la tendencia general de liberalizacin de las telecomunicaciones. Las organizaciones internacionales como Intelsat, Inmarsat o Eutelsat se han privatizado y, en general, el sector est actualmente abierto a la competencia. La regulacin de los satlites se coordina en la Unin Internacional de


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Telecomunicaciones (UIT) y, en Europa, en la Conferencia Europea de Administraciones de Correos y Telecomunicaciones (CEPT54).

El UIT-R55, sector de radiocomunicaciones de la UIT, se encarga de regular el uso del espectro radioelctrico y de rbitas de satlites, no slo para servicios de radiocomunicaciones terrestres y por satlite de todo tipo (fijos, mviles, de difusin, etc.), sino tambin para servicios de posicionamiento, meteorolgicos, observacin del medio ambiente e investigacin espacial. Para ello cuenta con varios grupos de estudio, por ejemplo el SG1 sobre gestin de espectro, el SG4 sobre servicios satlite fijos o el SG6 sobre servicios de difusin terrestres y satlite.

Cada dos o tres aos se celebran conferencias mundiales de radiocomunicaciones (la ltima, WRC-2000, en Estambul y la prxima, WRC-2003, prevista en Ginebra) cuyas decisiones se incorporan en un Reglamento de Radiocomunicaciones internacional.

En particular y con el objetivo de facilitar el desarrollo de los servicios GMPCS de comunicaciones mviles por satlite ya citados, la UIT ha promovido el acuerdo GMPCS-MoU entre Administraciones, operadores y fabricantes de terminales y mantiene una lista de terminales registrados para cada pas. (Por ejemplo, en Espaa la red Iridium tiene tres terminales registrados de Motorola y otros tres de Kyocera, mientras que Globalstar tiene tres terminales registrados de Qualcomm.)

En Europa, la directiva 1994/46/CE introduce la liberalizacin en el sector satlite. Otras documentos relevantes son la directiva 1997/13/CE relativa a un marco comn en materia de autorizaciones generales y licencias individuales en el mbito de los servicios de telecomunicaciones, la decisin 1997/710/CE relativa a un planteamiento coordinado de autorizacin en el mbito de los servicios de comunicaciones personales por satlite en la Comunidad Europea y la directiva 1999/5/CE sobre equipos radioelctricos y equipos terminales de telecomunicacin y reconocimiento mutuo de su conformidad. Esta ltima es la base para la elaboracin de estndares tcnicos sobre equipos por parte de ETSI (ver la seccin 2.5.3).

Siguiendo la directiva 1997/13/CE, la CEPT promueve un servicio de ventanilla nica para facilitar la obtencin de todas las licencias necesarias a los operadores interesados en prestar servicios satlite en varios pases miembros. Este servicio, denominado Satellite One Stop Shopping (OSS) no sustituye a las autoridades nacionales competentes (por ejemplo, la CMT en Espaa) sino que se limita a hacer de intermediario entre el solicitante y dichas autoridades. Adems de para satlites, el OSS est disponible para otros servicios de comunicaciones liberalizados. La informacin sobre los servicios de OSS y su estado de implantacin en cada pas se encuentra accesible en los sitios web de ETO56 (European Telecommunications

54 www.cept.org 55 www.itu.int/ITU-R/index.html 56 www.eto.dk


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Office) y de ERO57 (European Radio communications Office). Adems ERO ofrece informacin sobre el uso de frecuencias en Europa, incluyendo enlaces a las tablas de uso de frecuencias de cada pas. Actualmente, el CEPT ha integrado las dos oficinas, ETO y ERO, en el ECC (Electronic Communications Committee).

El 7 de marzo de 2002 se aprob un nuevo grupo de directivas: 2002/19/CE sobre acceso a las redes de comunicaciones electrnicas, recursos asociados y su interconexin (directiva de acceso), 2002/20/CE sobre autorizacin de redes y servicios de comunicaciones electrnicas (directiva de autorizacin) y 2002/21/CE sobre un marco regulador comn de las redes y servicios de comunicaciones electrnicas (directiva marco). En la misma fecha se adopt la decisin 2002/676/CE sobre un marco regulador de la poltica del espectro radioelctrico en la Comunidad Europea. Las directivas y documentos mencionados en los prrafos anteriores estn accesibles en las pginas de legislacin58 de la Secretara de Estado de Telecomunicaciones y para la Sociedad de la Informacin del Ministerio de Ciencia y Tecnologa. Para ms informacin sobre comunicaciones por satlite, mviles, gestin del espectro y otros relacionados puede consultarse la pgina de telecomunicaciones59 de la Comisin Europea y la seccin de regulacin de [30].

En Espaa, la regulacin general est contenida en la Ley General de Telecomunicaciones60 (Ley 11/1998, de 24 de abril). La Orden Ministerial de Licencias Individuales61, de 22 de septiembre de 1998, establece el rgimen aplicable a las licencias para servicios y redes de telecomunicaciones en el caso de redes pblicas en general (captulo III de la orden) o de redes privadas que usen el espectro radioelctrico (captulo IV).

La Orden de 9 de marzo de 2000 aprueba el Reglamento de Desarrollo de la LGT en lo relativo al uso del dominio pblico radioelctrico62. En este reglamento se modifica la Orden Ministerial de Licencias sustituyendo las menciones a redes de satlites de rbita media o baja por redes basadas en satlites en general.

Por ltimo, la Orden CTE/630/2002 de 14 de marzo de 2002 (B.O.E. n 70, de 22 de marzo de 2002) define el vigente Cuadro Nacional de Atribucin de Frecuencias63 (CNAF), de acuerdo con los acuerdos y recomendaciones internacionales aplicables. La Secretara de Estado de Telecomunicaciones y para la Sociedad de la Informacin del Ministerio de Ciencia y Tecnologa se encarga de controlar el uso del espectro por los distintos servicios de radiocomunicaciones. Una red de estaciones de comprobacin fijas y mviles se encargan de la identificacin, localizacin y eliminacin de interferencias radioelctricas perjudiciales, as como infracciones e

57 www.ero.dk 58 www.setsi.mcyt.es/legisla/legisla.htm 59 www.europa.eu.int/information_society/topics/telecoms/index_en.htm 60 www.setsi.mcyt.es /legisla/teleco/lgt/indice.htm 61 www.setsi.mcyt.es /legisla/teleco/o220998l/sumario.htm 62 www.setsi.mcyt.es /legisla/teleco/o090300/sumario.htm 63 www.setsi.mcyt.es /espectro/espectro.htm


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irregularidades que se puedan producir en el uso del dominio pblico radioelctrico.

2.5.8 Escalabilidad Como en otros sistemas inalmbricos, el despliegue de los terminales satlite es rpido, pero la disponibilidad de espectro limita la capacidad total del sistema.

Una vez que se dispone de la infraestructura de acceso (el satlite o transpondedores alquilados, la estacin terrestre y los accesos a otras redes), pueden instalarse terminales rpidamente en cualquier punto dentro de la zona de cobertura que tenga visin directa con el satlite. Sin embargo, excepto para aplicaciones unidireccionales (ej. distribucin de TV), el nmero de usuarios que se puede atender viene limitado por la capacidad disponible en la interfaz radio, normalmente en el enlace ascendente.

La capacidad y prestaciones de los satlites son muy variadas segn su tipo. Un satlite de comunicaciones tpico tiene entre 12 y 24 transpondedores, con anchos de banda entre 36 y 72 MHz. Por ejemplo, los satlites Hispasat 1A y 1B, lanzados en 1992 y 1993 respectivamente, tienen cada uno 3 transpondedores de 27 MHz y 110 W, 8 de 72 MHz y 50 W y 1 de 36 MHz y 50 W. El Hispasat 1C, lanzado en 2000, tiene 24 transpondedores de 36 MHz y 110 W cada uno [30]. Un transpondedor tpico puede dar una velocidad equivalente a un enlace T3 (45 Mbit/s). Con estaciones terrestres grandes se pueden alcanzar velocidades hasta un STM-1 (155 Mbit/s) [34].

Segn [50], en junio de 2001 existan 200 satlites de comunicaciones comerciales con una capacidad total de 260 Gbit/s, lo que da una capacidad media de 1,3 Gbit/s por satlite. En [51] se hacen unos clculos generales sobre lmites de capacidad en funcin del nmero de satlites, altura de las rbitas, potencia transmitida y rea de la antena receptora. Segn estos clculos, suponiendo terminales con antenas de 1 m2 y potencia 10 W, se podra alcanzar una capacidad terica mxima en sentido ascendente de unos 120 Gbit/s por cada satlite geoestacionario, a compartir entre todos los terminales del sistema. Con constelaciones de satlites en rbitas bajas podran alcanzarse incluso capacidades superiores. No obstante, aunque la capacidad potencial de las redes satlite futuras sea bastante mayor que la de las existentes, es muy limitada si la comparamos con las redes basadas en cable o en fibra ptica.

A corto plazo, la tendencia es hacia satlites OBP (Onboard Processing) con haces de cobertura estrechos y conmutacin a bordo, por sus importantes ventajas en cuanto a capacidad y flexibilidad comentadas en secciones anteriores. Por ejemplo, la ESA ha diseado un satlite OBP que puede atender hasta 150.000 terminales con velocidades mximas de 2 Mbit/s en sentido ascendente y 32 Mbit/s en sentido descendente [51].


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2.5.9 Consideraciones medioambientales, meteorolgicas y geogrficas

Los sistemas que funcionan en las bandas Ku y Ka (ver Tabla 8) estn sujetos a atenuacin por lluvia. Adems se producen cortes cuando el Sol pasa por el campo de visin de las antenas que apuntan al satlite, debido a la energa electromagntica emitida por el Sol en la bandas utilizadas por los satlites. Estos cortes son predecibles y ocurren en los equinoccios de primavera y otoo cuando el Sol est sobre el Ecuador. Cada satlite se ve afectado una vez al da por este fenmeno, normalmente durante menos de 8 minutos.

Los terminales necesitan tener lnea de visin directa con el satlite, por lo que no pueden instalarse en lugares donde esta lnea queda bloqueada por edificios u otros obstculos.

El Real Decreto 1066/2001, de 28 de septiembre, aprueba el Reglamento que establece condiciones de proteccin del dominio pblico radioelctrico, restricciones a las emisiones radioelctricas y medidas de proteccin sanitaria frente a emisiones radioelctricas [24]. Ver seccin 2.7.9.


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2.6 Televisin digital terrestre (TDT)

2.6.1 Motivacin original y evolucin La televisin digital supone en primer lugar una mejora de calidad de la televisin analgica, la cual, nacida hace ms de sesenta aos en su versin en blanco y negro, y ampliada hace cincuenta como televisin en color, se puede considerar un prodigio de la tcnica para la poca en que fue diseada, aunque en la actualidad el procesado digital de la seal y las tcnicas de modulacin hacen posible alcanzar mayores niveles de calidad y funcionalidad.

Recordemos que al disear la televisin analgica en color un objetivo primordial fue conservar la compatibilidad con los receptores en blanco y negro existentes (que ya constituan un parque considerable cuando apareci la televisin en color). La solucin tcnica fue construir una seal de vdeo que ocupara el mismo ancho de banda que la televisin en blanco y negro, transmitiera la misma seal necesaria para los receptores en blanco y negro (la seal de luminancia Y) y enviara la informacin de color imbricada en esta seal de luminancia: en una modulacin en cuadratura con una portadora ubicada en la parte alta de frecuencias de la seal de luminancia. Esto provoca una serie de interferencias mutuas entre las componentes de color y de luminancia, conocidas como cross-luminance y cross-colour, que se traducen en aberraciones de la imagen tales como manchas de color cuando existen cambios muy rpidos (de alta frecuencia) en la seal de luminancia (de ah que las camisas de rayas estn prohibidas en los estudios de TV) y alteraciones de luminancia cuando se transmiten colores muy saturados.

En cuanto a la transmisin de la televisin por ondas de radio de superficie, las modulaciones analgicas utilizadas sufren sobre todo el efecto de la transmisin multitrayecto, que se traduce en la aparicin de doble (o mltiple) imagen (ghost). Esto implica que los receptores de televisin fijos utilicen antenas direccionales, apuntadas hacia la estacin emisora de forma bastante precisa por tcnicos antenistas, que la recepcin con receptores porttiles con antenas dipolos sea normalmente de calidad muy inferior a la conseguida con televisores fijos y que la recepcin por televisores mviles est prcticamente descartada.

2.6.1.1 Digitalizacin El primer paso para mejorar la calidad de la seal en banda base consiste en la digitalizacin de la seal de vdeo, separando las componentes de luminancia y color. Aparte de las ventajas inherentes a la digitalizacin de seales, como la robustez frente al ruido al sustituir amplificacin por regeneracin, la digitalizacin introduce nuevas posibilidades para el almacenamiento, el procesado y la edicin digital [52].

La digitalizacin de los dos componentes de la seal de vdeo, luminancia (Y) y crominancia (B-Y e R-Y; denominadas respectivamente componentes u y v), se


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realiza a una frecuencia de muestreo de 13,5 millones de muestras por segundo para el caso de la luminancia y la mitad, 6,75 millones, para cada uno de los componentes de la seal de color u y v. Esto es debido a la respuesta del ojo humano, mucho ms sensible a la luminancia que a la crominancia. En la norma ITU R-601 se definen varios sistemas de muestreo. El anterior se denomina 4:2:2 (4 muestras Y + 2 muestras u + 2 muestras v), definindose otros submuestreos como el 4:2:0, donde en una lnea se manda informacin de crominancia y en la siguiente no, que es el que utiliza el sistema de compresin MPEG-2 del que trataremos seguidamente. Cada muestra, tanto de luminancia como de crominancia, se cuantifica a continuacin con 8 10 bits. El resultado se serializa y se le aade el audio, que se muestrea a 48 kHz. Se envan 32 bits por muestra, de los cuales 20 corresponden a la codificacin del audio y el resto son funciones adicionales.

El audio y el video se multiplexan y se serializan en una nica salida normalizada por el ITU R-601, la denominada SDI (Serial Digital Interface). Teniendo en cuenta las velocidades de muestreo y niveles de cuantizacin, resulta que las velocidades ms comunes de esta interfaz son:

Para el caso de muestreo 4:2:2 y 10 bits de cuantizacin: 270 Mbit/s Para el caso de muestreo 4:2:0 y 8 bits de cuantizacin: 177 Mbit/s

Se han definido otras interfaces SDI; por ejemplo para transmitir imgenes con relacin de aspecto 16:9 la velocidad necesaria es de 360 Mbit/s.

2.6.1.2 Compresin (MPEG-2) La interfaz SDI es la utilizada en los estudios para la generacin de las seales, pero los anchos de banda necesarios para la transmisin de estas seales digitalizadas resultan irrealizables desde un punto de vista prctico. Por ello es necesario realizar una compresin de la seal que reduzca de forma considerable el caudal requerido. El Motion Picture Expert Group (MPEG) define los formatos que debe tener esta seal comprimida (aunque sin entrar en los algoritmos de compresin). La versin 2, conocida como MPEG-2, es la que se utiliza en la televisin digital.

La compresin del vdeo se basa en las siguientes propiedades de las imgenes [52]:

Redundancia temporal: se basa en que un pxel tiende a repetirse en una secuencia de imgenes. La tcnica de codificacin empleada es DPCM con prediccin inter-trama con tcnica de compensacin de movimiento, enviando vectores de movimiento de macrobloques (ver ms adelante). As, si un macrobloque no ha cambiado respecto a la trama de referencia denominada I (veremos ms adelante los diferentes tipos de trama), simplemente se indica este hecho; si ha cambiado de posicin, se enva su vector de movimiento; si ha cambiado totalmente se enva una nueva trama I de referencia.

Redundancia espacial: se basa en que un pxel y sus vecinos guardan mucha semejanza entre ellos. Se reduce haciendo una transformacin de dominio (Discrete Cosine Transform, DCT) y aplicando a los coeficientes resultantes una cuantizacin que refleja el hecho de que el ojo humano es ms sensible a


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las bajas frecuencias que a las altas. Con esto se anulan los valores de muchos coeficientes, lo que permite reducir apreciablemente el nmero de bits a transmitir.

Redundancia estadstica: se basa en el hecho de que hay agrupaciones de bits que se repiten continuamente, por lo que se consiguen ahorros de tasa de transmisin mediante el empleo de cdigos de longitud de segmento (RLC: Run Length Code) y cdigos de longitud variable (por ejemplo Huffman) asignando los cdigos de longitudes menores a los smbolos ms frecuentes.

Cabe resear que mientras las tcnicas de reduccin de la redundancia estadstica son totalmente reversibles, es decir, los decodificadores reconstruyen completamente la seal original, las tcnicas de reduccin de redundancia temporal y espacial introducen errores no recuperables.

La estructura de los datos resultante es la representada en la Figura 58.

B B B B B B B BI P PP

Y

CR

CB

0 1

2 34 5

secuencia

group ofpictures

imagen

slice

macrobloque

bloque Y bloque CR bloque CB

B B B B B B B BI P PP

Y

CR

CB

0 1

2 34 5

secuencia

group ofpictures

imagen

slice

macrobloque

bloque Y bloque CR bloque CB

Figura 58. Estructura de los datos en TV digital

Los componentes de la estructura son:

Bloque: unidad mnima de informacin constituida por los coeficientes de la DCT.


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Macrobloque: constituido por una agrupacin de 16x16 muestras de luminancia Y, 8x8 de crominancia u y 8x8 de crominancia v. Los macrobloques son la base del clculo de los vectores de movimiento.

Tira (Slice): para permitir implementaciones que realizan el procesamiento de la seal en paralelo por tiras horizontales que componen la imagen.

Imagen: es la unidad de codificacin bsica. Consiste en una agrupacin de tiras. Existen tres tipos de imgenes:

- Imgenes I. Son las que se utilizan al principio de una secuencia de imgenes o de grupo de imgenes (GOP). Son imgenes dnde slo se aplican tcnicas de compresin de redundancia espacial y estadstica. Evidentemente sern las que menos compresin tengan, pero son necesarias para evitar la propagacin de errores. Adems sirven para dar una referencia al decodificador, puesto que si hacemos un cambio de emisora necesitamos una imagen de referencia para empezar a decodificar (y las imgenes B y P provienen de la prediccin respecto a una imagen I).

- Imgenes P. Tienen como referencia una imagen I o bien otra P de una o dos tramas anteriores. En estas imgenes se aplican los tres tipos de compresin.

- Imgenes B. La razn de la eficacia de la compresin MPEG-2 viene dada precisamente por la existencia de las imgenes del tipo B. Esta compresin es til cuando realizamos cambios de plano, puesto que se hace a partir de imgenes anteriores y futuras (I y P). Ahora bien, esto tiene un coste y es el de necesitar buffers ms grandes y hacer ms clculos (cosa que provoca retardos).

Grupo de imgenes (GOP, Group of Pictures): es la base para realizar la codificacin temporal. El nmero de imgenes que componen el grupo puede configurarse, pero suelen ser 12. El GOP acota la propagacin de errores.

Secuencia de vdeo: permite la representacin de imgenes entrelazadas o progresivas, con relacin de aspecto (4:3, 16:9) y resolucin (4:2:2, 4:2:0) determinadas. Todos estos aspectos conforman los niveles y perfiles de MPEG-2. Hay cinco perfiles que indican el nivel de compresin a emplear:

- Simple: retardo bajo para videoconferencia - Principal: el utilizado en radiodifusin - Escalable respecto a la SNR: permite mltiples grados de calidad - Espacialmente escalable: permite diversos grados de calidad y resolucin

espacial - Alto: permite mltiples grados de calidad, resolucin espacial y formado

de croma. Por otra parte existen cuatro niveles (formatos de fuente) a codificar:

- TV de baja definicin


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- TV de definicin standard (nivel principal) - TV de definicin mejorada (16:9 PALPlus) - TV de alta definicin

Los pares perfil-nivel definen puntos de conformidad que deben cumplir los decodificadores. El par utilizado en la difusin de televisin es el MP@ML (perfil principal-nivel principal).

La componente de audio tambin se comprime, basndose en este caso en la caracterstica psico-acstica del odo humano conocida por enmascaramiento, esto es, el efecto de que un tono muy prximo a otro en frecuencia pero de nivel ms bajo no se percibe. La banda de audio (de 18 Hz a 22 kHz) se divide en 32 subbandas y se aplica el modelo de respuesta del odo humano a cada una de ellas.

La especificacin de audio MPEG-2 sigue la filosofa de flexibilidad que permite escoger distintos formatos de audio. En 384 kbit/s se puede codificar audio estereofnico con efecto envolvente: canales derecho e izquierdo y surround centro, izquierdo y derecho, ms los efectos de baja frecuencia (LFE). Alternativamente se pueden codificar hasta 7 bandas de doblaje para programacin multilinge.

El resultado final de la compresin para programas en PAL es una tasa entre 2 y 15 Mbit/s, dependiendo del tipo de evento transmitido. Por ejemplo, las transmisiones deportivas en vivo, con mucho movimiento y que no pueden tener un gran retardo de compresin, demandan mayor tasa de bit, mientras que las pelculas comprimidas off line demandan una tasa menor.

2.6.1.3 Entramado, multiplexacin e informacin de sistema MPEG-2

MPEG-2 especifica cmo se multiplexan las seales comprimidas de vdeo, audio y datos para ser transmitidas o almacenadas. Dicha especificacin ha sido complementada por el consorcio DVB para proporcionar mayores facilidades de navegacin por los programas e introducir mayores facilidades de interactividad.

Las salidas de los codificadores MPEG-2 constituyen lo que se denomina flujos elementales (ES, Elementary Streams). Las cabeceras de estos ES contienen informacin relativa a la imagen o el audio que se ha comprimido (razn de aspecto, alto, ancho, caudal en bits, etc.).

Al conjunto de ES se le aaden otras cabeceras, no necesariamente alineadas con los comienzos de los ES, que contienen un identificador de flujo, una marca de tiempo de presentacin y una marca de tiempo de decodificacin, para permitir la correcta sincronizacin de los diferentes ES, as como informacin opcional que indica la existencia de cifrado, autora, copyright, etc.

Los PES (Packetized Elementary Streams) pueden multiplexarse a su vez de dos formas [52]:

Flujo de Programa (Program Stream). Multiplexa los flujos de un solo programa y est pensado para entornos prcticamente libres de errores, como el almacenamiento en DVD (Digital Versatile Disc). Es una secuencia


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de PES de longitud variable, normalmente bastante grandes (mximo 64k), a la que se le aade una cabecera de paquete que lleva informacin de sincronismo, por lo que al menos debe haber una cada 0,7 segundos. Opcionalmente puede haber una cabecera de sistema que indica el nmero de flujos de vdeo y audio presentes, tasa de bit, etc.

Flujo de Transporte (TS, Transport Stream). Es el que aplica en el caso de la TDT. Est orientado a la transmisin en ambientes ruidosos y, por tanto, trata de minimizar el efecto que tiene la prdida de un paquete. Por ello el PES se divide en paquetes de transporte de longitud fija y pequea (188 octetos64). En un TS se multiplexan diversos PES, en cualquier orden, siempre manteniendo la secuencia. Cada paquete de transporte tiene una cabecera que, entre otros campos, tiene un identificador de paquete (PID) de 13 bits que permite identificar el ES al que pertenece, un indicador de cifrado y un contador secuencial para detectar prdidas de paquetes.

Una gran parte de la funcionalidad y versatilidad de la televisin digital viene de la informacin de sistema, especificada en MPEG-2 y completada por el DVB. Esta informacin est contenida en una serie de tablas, que se transmiten en TS, y cuya informacin se resume a continuacin:

Tabla de Asociacin de Programas (Program Association Table, PAT). Tiene el PID 0x0000. Es la ms importante, ya que es absolutamente necesaria para decodificar el TS. Contiene la lista de todos los programas que constituyen el TS. Esta lista incluye los PID de las Tablas de Mapa de Programas.

Tabla de Mapa de Programa (Program Map Table, PMT). Cada programa tiene su PMT asociada, que informa de los ES que lo componen. En la Figura 59 se muestra la composicin y relacin de estas dos tablas. Puede contener datos adicionales como informacin de la codificacin del vdeo y del audio, identificador de idioma, acceso condicional, copyright, etc.

Tabla de Informacin de Red (Network Information Table, NIT). Tiene el PID 0x0010. La NIT es una informacin opcional en MPEG, aunque obligatoria segn el DVB, y sus contenidos son definidos por el radiodifusor. Esta tabla da informacin sobre la red fsica que trae el TS, por ejemplo: frecuencias de canal, detalles del transpondedor del satlite, caractersticas de la modulacin, origen del servicio (quin realiza el programa), nombre del servicio y detalles de otras redes alternativas. La definicin ha sido ampliada por el DVB. La informacin de la tabla es utilizada durante la iniciacin del IRD (Integrated Receiver-Decoder), que extrae informacin de sintonizacin de la seal que puede almacenarse en una memoria no voltil. Adems, la NIT sealiza los cambios de sintona.

Tabla de Acceso Condicional (Conditional Access Table, CAT). Su PID es 0x0001. Si alguno de los programas que viajan dentro del TS est codificado

64 El nmero 188 proviene de su adecuacin para ser transportado sobre ATM: usando AAL-5, 2 x TS = 8 celdas; usando AAL-1:47 x TS + 16 octetos Reed Solomon = 128 celdas


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(cifrado), la CAT es obligatoria. Esta tabla da detalles de los sistemas de codificacin empleados, as como los valores de los PID de los paquetes EMM (Entitlement Management Message), que contienen informacin sobre la codificacin. El formato de esta informacin no est especificado por MPEG-2 y depende del tipo de codificacin utilizado. DVB s define los sistemas de codificacin.

Tabla de Asociacin de Bouquets (Bouquet Association Table, BAT). Esta tabla est definida por el DVB. Un bouquet se puede definir como una serie de servicios que se agrupan como una sola entidad. Por ejemplo, puede existir uno para de deportes, que har que los programas deportivos que se estn emitiendo tengan un identificador comn. De esta manera es ms fcil organizar las guas de programacin electrnicas (EPG, Electronic Program Guides). Un programa puede estar presente en BAT diferentes. Una BAT puede llevar informacin de programas que no estn viajando en el mismo TS, siempre y cuando sean originados por el mismo proveedor.

Tabla de Asociacin de Programas (PAT)

TVxx Prog. 3 PID=0x41

TVyy Prog. 15 PID=0x7F

...

...

...

PID 0x41TVxx

Vdeo 0xC8

Audio 0xD2

PCR 0xA6

Datos 0xC8

PID 0x7FTVyy

Vdeo 0xC1

Audio 0xE4

PCR 0xA9

Datos 0xB7

Tablas de Mapa de Programas (PMTs)

Tabla de Asociacin de Programas (PAT)

TVxx Prog. 3 PID=0x41

TVyy Prog. 15 PID=0x7F

...

...

...

PID 0x41TVxx

Vdeo 0xC8

Audio 0xD2

PCR 0xA6

Datos 0xC8

PID 0x41TVxx

Vdeo 0xC8

Audio 0xD2

PCR 0xA6

Datos 0xC8

PID 0x7FTVyy

Vdeo 0xC1

Audio 0xE4

PCR 0xA9

Datos 0xB7

PID 0x7FTVyy

Vdeo 0xC1

Audio 0xE4

PCR 0xA9

Datos 0xB7

Tablas de Mapa de Programas (PMTs)

Figura 59. Tablas PAT y PMT

Tabla de Informacin de Eventos (Event Information Table, EIT). Utilizada para informar de los eventos actuales y futuros. Existe una subtabla EIT para cada servicio. Un ejemplo de uso de EIT es que cuando el usuario est en un programa determinado y pulsa la tecla Piloto del mando a distancia, aparece la informacin de ese programa y del siguiente.

Tabla de Descripcin de Servicios (Service Description Table, SDT). La SDT sirve para hacer un listado de los nombres y otros parmetros de los servicios. Para cada TS existe una SDT. El proceso que asegura la adquisicin de los parmetros es el siguiente: la transmisin de la SDT por el TS actual es


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obligatoria y, adems, la SDT debe tener una lista con, como mnimo, todos los servicios de ese TS. Como recomendacin se establece que los identificadores de los servicios sean nicos en una red, puesto que as se permite a los IRD tener una lista con los programas preferidos del usuario. Contiene la siguiente informacin:

- Nombre de bouquet. Este descriptor sirve para transmitir el nombre del bouquet al cual pertenece el servicio. Se puede encontrar ms de una vez, puesto que un programa puede pertenecer a varios bouquets.

- Acceso condicional. Si el servicio est cifrado, este campo sirve para transmitir informacin del sistema de acceso condicional. No realiza funciones de control del cifrado sino que transporta informacin para el IRD. De esta manera se evita que un usuario que no tiene acceso a un servicio piense que no funciona el receptor, ya que este le indicar que se trata de un programa cifrado.

- Disponibilidad de pas. Indica los pases para los cuales est destinado el servicio y evita que sea visto en otros pases.

- Transmisin de datos. Se utiliza para identificar la transmisin de datos. - De unin. Este descriptor sirve para unir un servicio con otro. El valor

del descriptor en este caso depende del tipo de unin. Si ste es 0x01, se refiere a un servicio que contiene informacin de este servicio. Si es 0x02, se refiere a la EPG para este servicio. Si es 0x03, se refiere a un servicio sustituto de acceso condicional del servicio actual (por ejemplo, se utiliza para, si el programa est cifrado, enviar al usuario un canal de promocin), etc.

- Mosaico. Se utiliza para describir servicios de mosaico. - Servicio multilinge. Se utiliza para proporcionar el nombre del

proveedor del servicio en una o ms lenguas. - Referencia de NVOD. Da un listado de todos los servicios que

pertenezcan a un servicio NVOD. - Servicio. Contiene informacin textual bsica de un servicio, como son el

nombre y el proveedor. ste descriptor es obligatorio. Tabla de Fecha y Hora y Tabla de Diferencia de Tiempo (Time and Date

Table y Time Offset Table, TDT/TOT). La primera transmite el Tiempo Universal Coordinado (UTC) actual codificado como Fecha Juliana Modificada (MJD). Sirve para sincronizar el reloj interno del IRD y tiene que transmitirse, como mnimo, uno vez cada 30 segundos. La EIT se actualiza de acuerdo con esta tabla. La segunda es opcional y transmite la MJD con la diferencia de la hora local.

Tabla de Estado en Curso (Running Status Table, RST). Sirve para saber de manera rpida el estado de un evento (por ejemplo, si est en emisin). Esta tabla slo se enva cuando un evento cambia de estado y no repetidamente como las otras tablas. Cuando se transmite una tabla para un evento determinado, sta invalida el estado del evento actual transmitido


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anteriormente por la EIT. Con esto lo que se pretende es que los IRD o VCR sean capaces de conmutarse justo cuando el evento escogido empiece.

2.6.1.4 Radiodifusin de televisin digital por ondas terrestres Existen tres mecanismos de difusin de televisin digital para los que se ha editado normativa (por parte de DVB y ETSI en Europa): satlite, cable y radiodifusin terrestre o televisin digital terrestre (TDT) objeto de esta seccin. Los objetivos de la TDT, adems del primario de ofrecer una televisin de mayor calidad, pueden resumirse en los siguientes [53].

Proporcionar mayor cantidad de programas utilizando el mismo espectro que la actual televisin analgica, o incluso liberando partes del mismo, y esto:

- Manteniendo las coberturas nacionales de la actual distribucin analgica.

- Con capacidad de proporcionar programacin regional y local de forma efectiva.

Proporcionar una radiodifusin ms robusta que permita la recepcin de los programas en condiciones donde la televisin analgica ofrece resultados pobres o donde no es factible, por ejemplo

- En presencia de interferencias, propagacin multitrayecto, ruidos, etc. - Recepcin por aparatos porttiles no conectados a una antena exterior

direccional. - Receptores mviles a velocidad vehicular (autobuses, trenes).

Utilizar lo mximo posible la infraestructura existente de televisin analgica: antenas emisoras, antenas receptoras de los usuarios, instalaciones de antena colectiva, etc.

Coexistencia espectral con la televisin analgica. Proporcionar flexibilidad para poder intercambiar calidad y cantidad. Ser

capaz de soportar la evolucin hacia un servicio de Televisin de Alta Definicin.

Soportar el acceso condicional (suscripcin, pago por visin). Cierta capacidad de interfuncionamiento con televisiones digitales

distribuidas por los medios alternativos: cable y satlite.

Proporcionar interactividad con el usuario. En nuestro estudio, este aspecto merece un tratamiento aparte.

Aunque a veces se suelen poner los distintos tipos de distribucin de la televisin digital (satlite, cable y terrestre) como abiertos competidores, y sin duda existen grandes reas de solapamiento de mercados objetivos, se pueden resaltar algunos aspectos diferenciales de la TDT:


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Su primer objetivo es la sustitucin de la televisin analgica en abierto, llegando en un plazo relativamente largo al apagado analgico. Se dirige a los usuarios de esta televisin, que tienen sus antenas de tejado, estn acostumbrados a la recepcin en porttiles, etc. Por ello los promotores de la TDT dicen que, por ejemplo, no hay que comparar con el nmero de canales que se pueden recibir del cable o del satlite, sino que hay que decir que la TDT puede proporcionar dos o tres veces ms canales que la analgica con la misma, o incluso menor, utilizacin de espectro.

El satlite proporciona una programacin de mbito nacional e incluso internacional. El cable proporciona una programacin que puede combinar la nacional con la local, pero su cobertura se circunscribe a ncleos densos de poblacin. La TDT puede resultar complementaria, en el sentido de que puede proporcionar programacin nacional, local, o nacional localizada, con una cobertura universal.

En Europa se ha escogido como sistema de transmisin COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing), que es una combinacin de una modulacin de mltiples portadoras, OFDM, con una potente codificacin encadenada para correccin de errores.

La especificacin proporciona una gran flexibilidad para permitir por un lado el intercambio de alcance y ancho de banda y, por otro, una utilizacin eficiente del espectro (UHF) permitiendo el diseo de redes isofrecuencia o SFN (Single Frequency Network), ya que la tcnica COFDM consigue que, dentro de ciertos lmites de retardo, la recepcin desde varios transmisores trabajando en la misma frecuencia beneficie a la recepcin. El ancho de canal recomendado en Europa es de 8 MHz, aunque la especificacin tambin admite las opciones de 7 y 6 MHz.

Resumiendo, los parmetros que se pueden configurar en un sistema COFDM son [54]:

Nmero de portadoras. DVB define dos modos: 8k (8192 portadoras tericas, 6817 reales) y 2k (2048 tericas, 1512 reales). Como el ancho de banda es fijo y el espacio entre portadoras para mantener la ortogonalidad es la inversa de la duracin del smbolo, la duracin del mismo es de 896 s en el caso de 8k y de 224 s en el caso de 2k. Por un lado, el nmero de portadoras influye en la complejidad de los receptores, que implementan Transformadas Rpidas de Fourier (FFT), ms compleja la 8k-FFT y menos compleja la 2k-FFT. Pero, por otro lado, la transmisin de smbolos de mayor duracin hace que el sistema sea ms robusto y permite mayores intervalos de guarda, facilitando la creacin de redes isofrecuencia grandes.

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 aade al tiempo de transmisin del smbolo para permitir que todos los ecos o transmisiones distantes con la misma informacin se extingan. Cuanto mayor sea el intervalo de guarda, mayor ser la distancia que se puede cubrir por emisor en una red isofrecuencia. La Tabla 14 resume los valores de los intervalos de guarda.


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Tasa de codificacin. La potencia de aplicacin de la COFDM proviene de la robustez que se consigue con los cdigos de proteccin contra errores. A la codificacin utilizada en los sistemas por cable y satlite (Reed Solomon y entrelazado externo) la TDT aade codificacin interna (Rate Compatible Punctured Convolutional y entrelazado interno). Todo esto da origen a las tasas de codificacin entre las que se puede escoger dependiendo de las condiciones de transmisin: 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 informacin y otro de redundancia. En el otro extremo la tasa menos protegida es la 7/8: 7 bits de informacin y 1 de redundancia.

Tabla 14. Duracin de los intervalos de guarda en TDT

Proporcin Intervalo de guarda/Informacin til

Duracin del Intervalo de Guarda - Modo 8k

Duracin del Intervalo de Guarda - Modo 2k

1/4 224s 56s

1/8 112s 28s

1/16 56s 14s

1/32 28s 7s

El mtodo de modulacin. Todas las portadoras pueden modularse con uno de tres mtodos, nuevamente dependiendo de las condiciones de transmisin esperadas: QPSK, el ms robusto, 16-QAM, intermedio, y 64-QAM, el menos robusto. Adicionalmente se puede realizar una modulacin jerrquica para evitar el efecto acantilado (cliff effect) de las modulaciones digitales, que consiste en que no existe una degradacin paulatina de la calidad segn se degrada la relacin seal ruido, sino que se produce una prdida abrupta del servicio. La modulacin jerrquica consiste en tener dos caminos para la misma informacin del smbolo, uno con la codificacin y el mtodo de modulacin ms robustos, y consecuentemente con la menor tasa de bit, y otro con mayor tasa de bit pero menos robustez. As, en condiciones de transmisin malas el receptor puede escoger degradar la calidad pero manteniendo el servicio. El DVB-T especifica tres jerarquas de modulacin mediante un parmetro . El valor 1 indica codificacin uniforme, mientras que 2 y 4 indican distintas distancias entre las constelaciones resultantes.

Las tasas netas de informacin en Mbit/s que se obtiene con la combinacin de los diferentes parmetros se resumen en la Tabla 15.

Obsrvese que gran parte de los parmetros se dedican a hacer factibles las redes isofrecuencia (SFN) [55]. En la difusin de TV analgica convencional la planificacin de frecuencia da origen a redes multifrecuencia (MFN, Multi Frequency Network), donde se cambian las frecuencias de los programas entre reas adyacentes para evitar interferencias. La TDT tiene como principal objetivo un uso


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eficaz del espectro, de forma que se pueda cubrir un vasto territorio (por ejemplo, un pas) 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 estn 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 [56]:

Tabla 15. Tasa neta de informacin de la TDT

Intervalo de guarda Modulacin Bits por portadora

Tasa de codificacin 1/4 1/8 1/16 1/32

2 1/2 4.98 5.53 5.85 6.03 2 2/3 6.64 7.37 7.81 8.04 2 3/4 7.46 8.29 8.78 9.05 2 5/6 8.29 9.22 9.76 10.05

QPSK

2 7/8 8.71 9.68 10.25 10.56 4 1/2 9.95 11.06 11.71 12.06 4 2/3 13.27 14.75 15.61 16.09 4 3/4 14.93 16.59 17.56 18.10 4 5/6 16.59 18.43 19.52 20.11

16-QAM

4 7/8 17.42 19.35 20.49 21.11 6 1/2 14.93 16.59 17.56 18.10 6 2/3 19.91 22.12 23.42 24.13 6 3/4 22.39 24.88 26.35 27.14 6 5/6 24.88 27.65 29.27 30.16

64-QAM

6 7/8 26.13 29.03 30.74 31.67

SFN de gran cobertura, con muchos transmisores 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 nmero de emisores SFN de potencia y espaciados medios

SFN de relleno (gap fillers) con transmisores de baja potencia para dar servicio en zonas de difcil cobertura.

Para los dos primeros tipos de redes se requiere el modo 8k, mientras que para los otros se puede usar tambin el modo 2k, dependiendo de las distancias a cubrir.

El trmino alta potencia es relativo a las emisiones SFN entre s, ya que comparando con la radiodifusin analgica, la emisin digital requiere menos potencia y tiene adems un espectro ms uniforme. Con ello se consigue el objetivo


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de coexistir con las emisiones analgicas, ya que por un lado los niveles de potencia de las digitales hacen que sta no produzca interferencias en las emisiones analgicas y, por otro, las protecciones contra errores de las emisiones digitales las defienden de las interferencias de las analgicas sobre ellas.

2.6.1.5 Interactividad y canal de retorno En primer lugar se debe precisar el significado de trminos como interactividad, TV interactiva, presentacin de pginas Web, t-comercio, acceso a Internet de alta velocidad, etc. Para ello, conviene establecer en primer lugar una distincin en funcin del medio de distribucin de TV entre infraestructura cableada (cable, pares de cobre y en el futuro fibra ptica) e infraestructura inalmbrica (ondas de superficie y satlite). Los siguientes factores establecen las diferencias esenciales entre las dos opciones.

Las reas de servicio cubiertas, que implican el nmero de usuarios que comparten un determinado ancho de banda, tanto en sentido descendente como ascendente. Los sistemas inalmbricos tienen reas de cobertura del orden de 104-106 usuarios, mientras que en los cableados el orden de magnitud est entre 102 y 103.

Los anchos de banda ascendentes y las caractersticas de retardo hacen adems que los sistemas cableados puedan ofrecer el conjunto completo de servicios de telecomunicacin, es decir, acceso a Internet y telefona.

La ventaja diferencial de los sistemas inalmbricos de distribucin reside precisamente en su amplia cobertura y su potencial de acceder masivamente a los usuarios, ya sea con programas de TV o con descargas de datos (datacasting).

Centrndonos en la televisin digital terrestre, podemos encontrar los siguientes niveles de interactividad65:

TV Mejorada (Enhanced TV). Es la interactividad que viene embebida en el TS MPEG y que permite al usuario navegar por los contenidos recibidos sin necesidad de canal de retorno:

- La informacin puede a su vez estar relacionada con un programa (o anuncio) de TV que se est viendo (channel hyperlinking) utilizando la informacin de sistema del MPEG-2/DVB.

- Puede ser independiente del programa que se est viendo, por ejemplo un teletexto mejorado, con apariencia de pginas web y navegacin por mando a distancia, distribucin de una gua de programacin, informacin meteorolgica, etc.

65 La terminologa empleada en este campo est muy sobrecargada de significados por el marketing de los operadores y fabricantes. Este estudio hace su propia definicin, tratando de recoger el uso ms extendido. Ver Interactive Television Dictionary, www.itvdictionary.com


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Por supuesto, este tipo de interactividad est disponible independientemente del sistema de transporte utilizado.

TV Interactiva con canal de retorno. El usuario interacciona bsicamente en relacin con los contenidos que est recibiendo por el canal de distribucin de bajada. Su interaccin puede estar relacionada o no con los programas, por ejemplo votaciones, participacin en concursos, mediciones de audiencia, solicitudes de informacin sobre productos (que le puede ser enviada por otro medio), telebanca, envo de mensajes SMS, etc.

Acceso a Internet de alta velocidad. Entendido ste en el sentido en el que los usuarios que acceden por cable mdem o ADSL lo entienden, la TDT no es comparable por las razones aducidas arriba del nmero de usuarios cubiertos y los anchos de banda disponibles. Aunque tcnicamente es factible, no es comercialmente escalable. No obstante, existen dos reas de aplicacin donde la TDT puede resultar un complemento de gran potencial a los accesos a Internet de alta velocidad convencionales [57]:

- Descargas de datos (datacasting) masivas. Un ejemplo de esto es el acceso a informacin de eventos de gran difusin, que suelen saturar las redes de datos: resultados electorales, informacin de eventos deportivos, etc. Requiere acuerdos entre los proveedores de acceso a Internet y los emisores de TV, as como aparatos de recepcin debidamente acondicionados (por ejemplo, un PC con conexin a Internet convencional y con tarjeta de TV). Otros ejemplos de aplicacin de datacasting ms profesionales son las descargas masivas de software para dispositivos como set-top boxes, o paneles de anuncios programables.

- Acceso a Internet de alta velocidad en localidades remotas donde no existe cobertura por otros medios como cable, etc. Esto implicara una decisin de tipo poltico-social para reservar el ancho de banda necesario en los mltiplex para estos usos y se tratara de cubrir un nmero limitado de usuarios en estas circunstancias: esc

2.5 redes de acceso por satélite

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