Título: Diseño para el despliegue de la redes SFN para la DTT en la provincia de Villa Clara Autor: Vivaldy Desta Limana Tutor: MsC. Irina Benignovna Siles Siles Co-tutor: Ing. Rolando Cerralbo Salgado , Mes y Año Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica , junio 2019 Este documento es Propiedad Patrimonial de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, y se encuentra depositado en los fondos de la Biblioteca Universitaria “Chiqui Gómez Lubian” subordinada a la Dirección de Información Científico Técnica de la mencionada casa de altos estudios. Se autoriza su utilización bajo la licencia siguiente: Atribución- No Comercial- Compartir Igual Para cualquier información contacte con: Dirección de Información Científico Técnica. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Carretera a Camajuaní. Km 5½. Santa Clara. Villa Clara. Cuba. CP. 54 830 Teléfonos.: +53 01 42281503-1419 Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Automática, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada. Firma del Tutor Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo Firma del Responsable de Información Científico-Técnica i PENSAMIENTO Un poco más de persistencia, un poco más de esfuerzo, y lo que parecía irremediablemente un fracaso puede convertirse en un éxito glorioso Elbert Hubbard ii DEDICATORIA A mis padres Auguste y Christine por ser ejemplo en mi vida y por apoyarme en todo momento. iii AGRADECIMIENTOS A Dios por permitirme vencer en esta etapa de mi vida. A mi familia por demostrarme que puedo contar con ellos. A Ana María por ser como una madre para mí. A Javier por ser como hermano y por sus ayudas incondicionales A mi tutora Irina por ayudarme durante toda la fase de mi tesis y de ser paciente conmigo. A la gente de mi comunidad congolesa por estar conmigo cuando la necesitaba A mis compañeros de estudio, sobre todo Mario, Giselle, Anisleydi por su ayuda a lo largo de estos años de mi carrera. A todos los profesores que ayudaron en mi formación profesional. A todos los que de una forma aportaron en este trabajo. iv TAREA TÉCNICA Recopilación y estudio de la bibliografía sobre redes SFN en ambientes DTT. Caracterización de la red MFN en Villa Clara. Simulación mediante software elegido de una propuesta de red SFN en la localidad Villa Clareña. Análisis de los resultados obtenidos en las simulaciones para las zonas interferentes. Elaboración del proyecto final Firma del Autor Firma del Tutor v RESUMEN La implementación de la televisión digital otorga un uso más eficiente del espectro radioeléctrico que la televisión analógica. Esta situación en la etapa de simultaneidad (etapa actual y que precede al apagón analógico parcial y total) se puede manifestar como una mayor ocupación del espectro en todo el territorio nacional que requirió en su momento una planeación paulatina y eficiente en aras de hacer un rehúso de las frecuencias de VHF (del inglés, Very High Frecuency) y UHF (del inglés, Ultra High Frecuency) y minimizar interferencias en la red MFN (del inglés, Multiple Frecuency Network) desplegada. El uso de redes SFN (del inglés, Single Frecuency Network) con múltiples transmisores operando a la misma frecuencia en la misma región es otra de las características de la DTV (del inglés, Digital Television) que mejora la productividad del espectro de los servicios de televisión. En nuestro contexto, donde se puede constatar estar a las puertas ya del 2do dividendo digital comenzar desde fechas tempranas a planear estratégicamente un uso eficiente del espectro por entidades como Radio Cuba constituye un reto más una necesidad apremiante. En este trabajo se parte de lograr una mejora del cubrimiento de la señal digital en Villa Clara a partir de medidores reales y de simulación y el realizar una propuesta de arquitectura de una red SFN local. vi TABLA DE CONTENIDOS PENSAMIENTO ..................................................................................................................... i DEDICATORIA .................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii RESUMEN ............................................................................................................................. v INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1 CAPÍTULO 1. Generalidades de las SFN en ambientes DTT ............................................... 5 1.1 Generalidades sobre televisión digital ..................................................................... 5 1.1.1 Generalidades sobre Televisión Digital Terrestre ................................................. 6 1.2 Características principales del estándar DTMB ....................................................... 8 1.3 Características de las Redes de Frecuencia Única ...................................................... 10 1.3.1 Configuracion de las SFN ............................................................................... 19 1.3.2 Tipos de redes SFN ......................................................................................... 20 1.3.3 Gap Filler ........................................................................................................ 23 1.4 Estudios SFNs desplegadas en diversos ámbitos ................................................... 24 1.5 Conclusiones del capítulo ...................................................................................... 25 Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara ................................. 26 2.1 Descripción actual de los centros transmisores en la provincia de Villa Clara .......... 26 2.2 Software de simulación utilizado ................................................................................ 27 2.2.1 Herramientas que brinda Xirio ....................................................................... 28 2.3 Ubicación actual de los centros transmisores en la provincia de Villa Clara con el software Xirio ...................................................................................................................................... 34 2.4 Transición parcial ........................................................................................................... 37 vii 2.5 Conclusión del capítulo .................................................................................................. 50 Capítulo 3: Diseño de una red SFN en la provincia de Villa Clara ...................................... 51 3.1 Visión futura para el despliegue de la SFN en la provincia de Villa Clara ........... 51 3.2 La propuesta de SFN ideal ..................................................................................... 55 3.3 La SFN real ............................................................................................................ 56 3.4 Conclusión del capítulo .............................................................................................. 70 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 71 Conclusiones ..................................................................................................................... 71 Recomendaciones ............................................................................................................. 72 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 74 ANEXOS .............................................................................................................................. 78 Anexo I Tabla de todos los centros de la provincia de VC ........................................... 78 Anexo II Tabla de los centros de transmisión TVD en Mayabeque ........................... 79 Anexo III Plan de distribución de canal en Cuba ........................................................ 81 Anexo IV Zona de solapamiento con 3 servidores 1 ................................................... 82 Anexo V Zona de solapamiento con 3 servidores 2 ................................................... 83 Anexo VI Zona de solapamiento con 2 servidores 1 ................................................... 83 Anexo VII Zona de solapamiento con 2 servidores 2 ................................................... 84 Anexo VIII Zona mejor servida para el Tx de Dos Hermanas ................................... 84 Anexo IX Zona mejor servida para el Tx de Caibarien ............................................... 85 Anexo X Zona mejor servida para el Tx de Corralillo ............................................... 85 Anexo XI Zona mejor servida para el Tx de Sagua la Grande .................................... 86 Anexo XII Zona mejor servida para el Tx de Zulueta .................................................. 86 INTRODUCCIÓN 1 INTRODUCCIÓN La implementación [1] de la televisión digital otorga un uso más eficiente del espectro radioeléctrico que la televisión analógica, ya que pueden utilizarse los canales adyacentes en una misma área de servicio y la distancia de reúso entre los servicios co-canal es menor que para servicios analógicos con la misma cobertura [2]. Esta situación en la etapa de simultaneidad (etapa actual y que precede al apagón analógico parcial y total) se puede manifestar como una mayor ocupación del espectro en todo el territorio nacional que requirió en su momento una planeación paulatina y eficiente en aras de hacer un rehúso de las frecuencias de VHF (del inglés, Very High Frecuency) y UHF (del inglés, Ultra High Frecuency)y minimizar interferencias en la Red de Frecuencias Múltiples (MFN, del inglés, Multiple Frecuency Network) desplegada. Con el advenimiento hace décadas y la evolución consecuente de las generaciones de Televisión Digital (DTV, del inglés, Digital Television) han aparecido nuevas mejoras [3] que están enfocadas al aumento de la capacidad del canal, la disminución de los valores Eb/No en función de estándares eficientes de codificación de canal, esquemas de modulación no uniformes, técnicas de diversidad o el uso del espectro de manera eficiente en función del 1er y el 2do Dividendo digital. Se puede aseverar, que el uso de redes de Red de Frecuencias Única (SFN del inglés, Single Frecuency Network) con múltiples transmisores operando a la misma frecuencia en la misma región es otra de las características de la DTV, que mejoran la productividad del espectro de los servicios de televisión [4] [5] [6]. En el contexto nacional, donde se puede constatar estar a las puertas ya del 2do dividendo digital comenzar desde fechas tempranas a planear estratégicamente un uso eficiente del espectro por entidades como Radio Cuba constituye un reto más una necesidad apremiante. Si se toman en consideración las ventajas [7] que tienen además las SFN como son por INTRODUCCIÓN 2 ejemplo no necesitar mayor potencia, alta probabilidad de localización y una facilidad de ofrecer cobertura a las zonas de sombra con reúso de frecuencia y teniendo en cuenta que en el país se implementa una multiplicación regional solo para las islas digitales (entiéndase por islas digitales aquellas zonas /provincias que emiten contenido idéntico de DTV con una programación o parrilla propia de los telecentros) soluciones de redes SFN o combinaciones MFN-SFN resultan interesantes. La recepción de una señal de televisión abierta en varios sectores de la ciudad de Villa Clara, tiende a ser de mala calidad o simplemente no puede ser percibida por el usuario, dichos sectores técnicamente son denominados como "zonas de sombra". Debido a la alta densidad de población que se encuentra distribuida en las zonas de sombras, se vuelve imperioso tomar acciones correctivas para solucionar el inconveniente antes mencionado. Cabe mencionar que dichas acciones deben de considerar que el espectro radioeléctrico es un recurso natural limitado y complejo de concesionar, por lo tanto se debe optimizar la utilización del mismo en los sistemas de radiocomunicación. En la actualidad especialmente con la televisión digital se utiliza la red de SFN para poder solucionar este inconveniente [6] [8]. La propuesta de una SFN en Villa Clara consiste en extender los elementos necesarios para su diseño, teniendo en cuenta los requisitos de la norma para televisión digital DTMB (del inglés, Digital Terrestrial Multimedia Broadcast, Radiodifusión Digital de Multimedia Terrestre), al no constar en la División Radio Cuba con los estudios previos sobre el tema. Resulta notorio además, que varias investigaciones han propuesto la inclusión de SFN a los estándares digitales desplegados a lo largo del mundo [9] ; basadas en la recomendación [], aunque cada propuesta resulta diferente en función de características orográficas particulares, redes existentes o infraestructura desplegada, teniendo en común que no son factibles en grandes áreas como para el país entero [6] [10]. Se pueden listar como investigaciones previas en el contexto nacional sobre redes SFN las siguientes en [11] se analiza la SFN desde el punto de vista de las auto-interferencias en DTMB y en [12] se hace en ambientes controlados de laboratorio, en [13] se aborda la problemática desde la perspectiva del análisis de la ganancia de red, en [7] y [14] se hace el diseño de una red para la Ciudad de la Habana y en Mayabeque respectivamente y en [15] se analiza la presencia del efecto Cliff al borde de la zona de servicio en una zona montañosa, con el objetivo de garantizar una cobertura de TVD con valores de niveles de intensidad de campo invariables dentro de la zona de servicio. INTRODUCCIÓN 3 Según los aspectos anteriores, se plantea la siguiente interrogante ¿sería factible llevar a cabo un estudio de despliegue de una red SFN en ambientes de DTT en la provincia de Villa Clara? Para obtener una solución al problema anterior, en el presente trabajo se planteó como objetivo general: Proponer el diseño de una red SFN para la DTT en la provincia de Villa Clara. De este objetivo general se derivan los siguientes objetivos específicos:  Estudiar los planteamientos teóricos de las redes SFN.  Caracterizar la red MFN en la provincia de la Villa Clara.  Ofrecer algunas soluciones para la mejora de la cobertura MFN en la provincia de Villa Clara.  Realizar una propuesta de diseño de la red SFN en la provincia de Villa Clara mediante simulación que tome en consideración diferentes aspectos reales.  Analizar los resultados obtenidos mediante simulación. Para dar cumplimiento a estos objetivos, durante la investigación se dará respuesta a las siguientes interrogantes:  ¿Cuáles son las características, ventajas y oportunidades de la red SFN?  ¿Qué particularidades tiene el diseño de redes SFN?  ¿Qué características, estructura tiene la red MFN implementada por Radio Cuba en la provincia de la Villa Clara?  ¿Podría mejorarse la MFN actual?  ¿Qué aspectos habría que tomar en consideración para realizar el despliegue de la red SFN en la provincia de la Villa Clara?  ¿Qué parámetros resultan de utilidad para la viabilidad del proyecto? Para la comprensión eficiente del tema el trabajo cuenta con introducción, capitulario, conclusiones y recomendaciones y referencias bibliográficas En la introducción: se da un bosquejo sobre el tema de investigación planteado pariendo del problema de investigación, su correspondiente objetivo general y los objetivos específicos asociados al cumplimiento de la tarea. INTRODUCCIÓN 4 En el capítulo 1 Generalidades de las SFN en ambientes DTT: partiendo de un análisis de las tendencias impuestas por el desarrollo y aparición de la segunda generación de DTT, se exponen de manera suscita temas referentes a las características, modos y clasificaciones de las redes SFN. En el capítulo 2 Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara: se describe la situación actual de la provincia de Villa Clara tomando en consideración la ubicación de los centros trasmisores de TV, sus características y analizando la situación real de los usuarios finales. Se tiene en cuenta además una propuesta de mejoras tomando en consideración la prospección de los sitios, el uso de infraestructura existente, estrategias de RadioCuba para el dividendo digital y consecuente disminución de las zonas de silencio. Partiendo de la propuesta de mejoras se realiza un análisis que se valida mediante simulación para una propuesta de red SFN en la provincia. En el capítulo 3: Diseño de una red SFN en la provincia de Villa Clara: se diseña una red SFN basada en la topología heredada que sea funcional y los resultados son mostrados mediante el software Xirio. Los resultados obtenidos son discutidos y se realizan análisis adicionales sobre posibles mejoras tentativas para proyecciones futuras. En las conclusiones: se aporta la valoración sobre el cumplimiento de los objetivos trazados como origen de la investigación Capítulo 1: Generalidades de las SFN en ambientes DTT 5 CAPÍTULO 1. Generalidades de las SFN en ambientes DTT En el presente capítulo se exponen de manera suscita temas referentes a las características, modos y clasificaciones de las redes SFN. La revisión bibliográfica realizada incluye además de documentos de la UIT, experiencias citadas en el despliegue de redes SFN en algunos países y otros documentos que sirven para adosar el marco teórico referencial. El tema analizado resulta de actualidad y útil a tener en cuenta para su implementación en Cuba por las ventajas que dichas redes incorporan. 1.1 Generalidades sobre televisión digital En la actualidad, la televisión es el principal medio de entretenimiento para millones de hogares en todo el mundo, además de una fuente importante de noticias, educación y otras informaciones [16]. Aunque en los últimos años la distribución por cable y satélite ha ganado una parte importante del mercado, todavía gran parte de los servicios de televisión llegan a los hogares desde estaciones transmisoras inalámbricas terrestres ya típicamente digitales. Las redes de teledifusión están diseñadas para asegurar una óptima calidad de recepción en cada hogar de una comunidad, estado o país a pesar de la variedad de receptores existentes y canales de propagación que difieren de un usuario a otro. Tradicionalmente, las redes de teledifusión están basadas en los ya casi extintos sistemas de transmisión analógicos, que son muy susceptibles a interferencias de otras señales y que requieren un alto coeficiente de protección co-canal, en el orden de los 30 a 45dB [17]. Las transmisiones analógicas son también muy sensibles a la propagación por trayectos múltiples, por lo que los transmisores que cubren áreas adyacentes operan en diferentes canales de radiofrecuencia. Cada región acude a métodos sofisticados de diseño [18] para llevar adelante la planeación de dichas redes de múltiples frecuencias. El sistema analógico tiene algunas deficiencias tanto en calidad de sonido e imagen, así como en la utilización del radioespectro, lo que ocasiona un problema grave en muchos países en donde el espectro disponible está saturado además por el sinnúmero de servicios emergentes. Las limitaciones de los sistemas analógicos y los avances en las comunicaciones digitales activaron el desarrollo de una serie de estándares de DTV. Los sistemas digitales [19] no solo Capítulo 1: Generalidades de las SFN en ambientes DTT 6 ofrecen una mejor calidad de audio y video a los usuarios hogareños, sino que además proveen una alta calidad de recepción para usuarios móviles, permitiendo la introducción de un gran número de nuevos servicios y una mejora drástica de la eficiencia espectral, factores cruciales para operadores y gobiernos que además a sido objeto de investigación. Una de las tecnologías más importantes en los nuevos estándares digitales es la inclusión e implementación del concepto de red de frecuencia única como una red teledifusora en donde todos los transmisores emiten información idéntica simultáneamente en la misma frecuencia [20]. Así, la distribución de una programación a lo largo de una región o incluso un país, requiere solamente el uso de un bloque de frecuencia. Este concepto actualizó radicalmente los requerimientos de diseño de las redes de teledifusión lo que provocó la elaboración de nuevos métodos y nuevas herramientas de desarrollo. Todos estos temas tienen una gran vigencia en todo el mundo y especialmente en Cuba ya que la televisión digital está en pleno desarrollo y se espera que reemplace completamente al sistema analógico en el futuro inmediato. 1.1.1 Generalidades sobre Televisión Digital Terrestre Desde el inicio de las investigaciones digitales en Japón en la década del 80 han ido apareciendo de manera paulatina varios estándares de la televisión digital terrestre (DTT, Digital Television Terrestrial). Si bien el primero, Comité de Sistemas Avanzados de Televisión (ATSC, Advanced Television Systems Committee), [21] estaba encausado en lograr mejoras en la calidad para la alta definición los restantes como Difusión de Video Digital (DVB, Digital Video Broadcasting) [22], Servicios Integrados de Difusión Digital Terrestre (ISBD-T, Integrated Services Digital Broadcasting Terrestrial) [23] Servicios Integrados de Difusión Digital Terrestre con mejoras brasileñas (ISBD-Tb, Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial Brazilan) o DTMB incurrían en mejoraras para la recepción móvil y portátil que se materializaban en técnicas de codificación de canal más robustas o esquemas de modulación eficientes. Para la fecha algunos han evolucionado con ligeras mejorías sobre todo en la inclusión de modulaciones de mayor orden como el DTMB- A y otros como el ATSC 3.0 o la norma de Europa DVB de segunda generación (DVB-T2, Digital Video Broadcasting Terrestrial 2) [24] que osadamente aplican técnicas de agregación de canales o modulaciones no uniformes para aumentar la capacidad, Capítulo 1: Generalidades de las SFN en ambientes DTT 7 concatenación de codificadores externos e internos para minimizar la BER, diversidad de antenas en trasmisión y/o recepción para en el mismo ancho de banda incidir en la eficiencia espectral (bit/s/Hz), nuevas formas de manejo de las estructuras basadas en codificación y modulación de entrelazado de bits (BICM, Bit Interleaving Coding and Modulation) buscando eficiencia , proyectándose en los nuevos servicios que van apareciendo que cada vez demandan mayor uso del espectro o el diseño de redes de SFN aparejadas a estructuras de intervalos de guardas. Como la DTT es una aplicación de la tecnología digital a la señal de televisión abierta, que se transmite sin necesidad de cables o satélites se ha de hacer de acuerdo a planes de canalización preestablecidos y tomando en consideración algunas recomendaciones BT 1368 .1368 [25]. Esta difusión se hace en Cuba según la figura siguiente y basado en la RESOLUCIÓN No. 28/2013 del MIC [26] cuyos valores para la designación numérica de los canales de radiodifusión televisiva analógica en las bandas de VHF y UHF se anexan. Figura 1.1: Plan de distribución de frecuencias para servicios de la TDT En la banda VHF las frecuencias van de 174 hasta 216 MHz y en la banda UHF de 470 hasta 698 MHz con el ancho de banda 6 MHz [27]. Una importante cantidad de países ha ingresado al nuevo siglo elaborando planes de lanzamiento de la DTT, los cuales han incluido: el desarrollo o adopción de un estándar tecnológico, la elaboración de planes de frecuencias y el diseño de cronogramas de transición tecnológica. La DTT presenta varias fases a Capítulo 1: Generalidades de las SFN en ambientes DTT 8 considerar, entre las cuales se destacan la renovación de los equipos de transmisión y recepción de señales [28]. La DTT mejora en la calidad de la recepción y aumenta la disponibilidad de servicios tanto de canales como en versatilidad del sistema: emisión con sonido multicanal, múltiples señales de audio, teletexto, Guía Electrónica de Programas ( EPG , del inglés, Electronic Program Guide), canales de radio, servicios interactivos, imagen panorámica, la recepción portátil, acceso a diverso servicios, aplicaciones interactivas y multimedia, a través de un canal de retorno telefónico [29]. A medida que se incremente servicio de TVD, el sistema de televisión analógico desaparecerá completamente desocupando frecuencias en el espectro radioeléctrico, esto permitirá aumentar la oferta de canales, su calidad y otros servicios en la DTT [30]. 1.2 Características principales del estándar DTMB DTMB (del inglés, Digital Terrestrial Multimedia Broadcast) es el estándar definido por el gobierno chino para la implementación de televisión digital y fue lanzado oficialmente en el año 2007. Actualmente algunos países que se encuentran implementando o adoptando este estándar son China, Comoras, Macao y Cuba. DTMB bajo el estándar GB20600 [31] está diseñado para soportar recepción fija y móvil combinando programación de alta definición, programación en definición estándar y datos para interactividad y también está diseñado para transmitir en canales físicos de 6/7/8 MHz, sin embargo en el presente trabajo se usará la norma con un ancho de banda de 6 MHz. Presenta tasas de datos de información de 4.8 a 32.5Mbps aproximadamente. Para la transmisión el estándar utiliza TDS-OFDM (del inglés, Time Domain Synchronous - Orthogonal Frequency Division Multiplexing) y las modulaciones disponibles para DTMB son: 4QAM, 4QAM –NR, 16-QAM, 32-QAM o 64-QAM. Según [11] las ventajas más relevantes del estándar en relación a las primeras generaciones de DTT fueron:  La opción de poder operar en modo dual en sistemas SFN y MFN.  Una mejor eficiencia espectral, mayor rapidez en la sincronización y estimación del canal en relación a los otros sistemas. Capítulo 1: Generalidades de las SFN en ambientes DTT 9 La modulación por división en frecuencias ortogonales OFDM (del inglés, Orthogonal Frecuency Division Multiplexing) es una técnica para la transmisión de datos en paralelo utilizando un gran número de sub-portadoras moduladas con suficiente espacio entre sus frecuencias de tal forma que sus portadoras sean ortogonales [32]. Permite comunicación digital de banda ancha en ámbitos con desvanecimientos severos por trayectos múltiples. Es importante también conocer que incorpora una secuencia pseudo-aleatoria de ruido, (PN, sus siglas en inglés Pseudo Noise), utilizada como encabezado de trama, actúa como intervalo de guarda para OFDM, realizando una sincronización en el dominio del tiempo y una estimación más precisa del canal del inglés (TDS, Time Domain Synchronous), con el objetivo de eliminar la interferencia inter-símbolo (ISI, Inter-Symbol Interference), así como utilizarse como símbolos de entrenamiento para reducir la sobrecarga de transmisión y mejorar tanto la eficiencia espectral como los rendimientos en la sincronización y estimación de canal.[33] Los principales modos de trabajo de DTMB se listan en la tabla 1.1. Para calcular las razones de trasmisión asociadas a los diferentes modos de trabajo se utiliza la siguiente fórmula: Tabla 1: Tabulación de los 7 principales modos de trabajo de DTMB. Modo Número de Portadoras FEC Modulación Cabecera Entrelazado Razón de Tx (Mbps) 1 3780 0.4 16QAM PN945 720 7.220 2 1 0.8 4QAM PN595 720 7.797 3 3780 0.6 16QAM PN945 720 10.829 4 1 0.8 16QAM PN595 720 15.593 5 3780 0.8 16QAM PN420 720 16.244 6 3780 0.6 64QAM PN420 720 18.274 7 1 0.8 32QAM PN595 720 19.492 𝑅𝑎𝑧ó𝑛 = 3744 𝑃𝑁+3780 × 𝑅𝑖 × 𝑅𝑚 × 5,67𝑀𝑏𝑝𝑠 (1) Capítulo 1: Generalidades de las SFN en ambientes DTT 10 Donde:  Intervalo de guarda , PN=420/545/945;  Eficiencia del esquema de modulación , Rm = 2/4/5/6;  Eficiencia del FEC, Ri (FEC) : 0.4= 3008/7488, 0.6= 4512/7488, 0.8 = 6016/7488; 1.3 Características de las Redes de Frecuencia Única La Televisión Digital Terrestre brinda la oportunidad de usar tecnologías de transmisión como las redes SFN, las cuales permiten brindar cobertura a áreas de servicio en donde existen zonas de sombra usando solo un canal de radiofrecuencia. Este hecho es aprovechado por los órganos reguladores del sector de las telecomunicaciones para concesionar una menor cantidad de canales y así, poder asignar más espectro radioeléctrico en las bandas VHF y UHF para otro tipo de servicios, como las redes de banda ancha móvil. Sin embargo, dentro de una red SFN, los canales de propagación que deben enfrentar los receptores son mucho más desafiantes, por lo que su uso exige un conocimiento más profundo acerca de cómo se comportan los canales de propagación para poder establecer parámetros de diseño que permitan el correcto funcionamiento de la red de transmisión y de los receptores. De acuerdo a la figura 1.2. Una red de SFN utiliza el mismo canal de radiofrecuencia para difundir un mismo programa en una misma zona según [34]. Se refiere [35] que las redes SFN, pueden diseñarse utilizando unas pocas celdas que cubren áreas extensas “celdas grandes” o pueden diseñarse con muchas celdas que cubren áreas relativamente pequeñas “celdas pequeñas Capítulo 1: Generalidades de las SFN en ambientes DTT 11 Figura 1.2: Representación de una red de frecuencia única Por analogía se puede extender y representar matemáticamente una red SFN de acuerdo con [36] de la siguiente manera: S(𝑡)= Σℎ(𝑡) ⨂𝑛𝑖=1 𝑥(𝑡)+𝑧(𝑡) (2) Donde ℎ(𝑡) representa a la respuesta al impulso del canal, 𝑥(𝑡) es la señal transmitida OFDM y 𝑧(𝑡) es el ruido blanco gausiano aditivo (AWGN) En [36] fenómenos de propagación que inciden en las SFN en su investigación comenta que la señal recibida debe ser interpretada como la suma de varias influencias que incluyen algunas posibles alteraciones creadas por ruido, ecos, co-canales en red e interferencia (Figura 1.3). El ruido es una fundamental e inevitable causa de distorsión de señal. Surge de varios procesos originados en el tránsito de las ondas desde la antena transmisora a la antena receptora, entre los que se encuentran las características de ambas antenas, la reflexión en superficies planas de muros y colinas; la absorción por parte de paredes, de la vegetación y de la atmósfera; la dispersión en superficies rugosas; la difracción que se produce en bordes filosos como las terrazas de los edificios y las cumbres; o la refracción en capas atmosféricas. El uso en la recepción de una antena directiva puede reducir parcialmente la degradación provocada por los ecos, garantizando una calidad de servicio satisfactoria. Capítulo 1: Generalidades de las SFN en ambientes DTT 12 Figura 1.3: Señales multitrayectoria en un escenario típico [36] En su exposición [37] Díaz Hernández ilustra como en un receptor de televisión analógica, la interferencia multitrayectoria aparece como versiones superpuestas retardadas y atenuadas de la señal deseada. Para un sistema de televisión digital como el mostrado en la figura 1.4, esta interferencia multitrayectoria degrada la señal deseada pudiendo producir un abismo digital donde el receptor se le hace imposible demodular, lo cual resultara en un error de transmisión. Según [9] el principio de la SFN funciona de la siguiente manera: Un receptor situado dentro del área de cobertura de la red recibe señales de uno o varios transmisores. La señal más fuerte es llamada la señal principal mientras que las señales que vienen de otros transmisores se llaman ecos. Un eco puede ser activo o pasivo. Un eco activo es una señal que viene directamente de un transmisor secundario mientras que un eco pasivo corresponde a la señal reflejada de un obstáculo tal como una montaña o un edificio. La recepción de varios ecos retardados causa interferencia multitrayecto. Capítulo 1: Generalidades de las SFN en ambientes DTT 13 Figura 1.4: Recepción por multitrayecto [36] Como consecuencia de lo anterior todos los artículos consultados en el marco referencial exponen que para evitar interferencias en las áreas de superposición, cada transmisor debe transmitir:  A la misma frecuencia: todos los transmisores se encuentran sincronizados a la misma frecuencia de referencia por el sistema de 10Mhz GPS. Dada una portadora de frecuencia ideal ƒk, la precisión en frecuencia requerida depende de la separación en frecuencia entre dos portadoras adyacentes (Δf). Así, cada transmisor debería radiar la portadora k-ésima dentro del intervalo. 𝑓𝑘±∆𝑓1000 (3)  Al mismo tiempo: todos los transmisores están sintonizados a la misma referencia temporal: 1 pulso por segundo (1PPS) GPS. Esta sincronización se realiza para aprovechar las características de la modulación OFDM y beneficiarse así de los ecos recibidos dentro del intervalo de guarda. Independientemente del retardo introducido por la red de distribución, todos los transmisores han de emitir el mismo símbolo en el mismo instante de tiempo. El nivel de precisión exigido no es muy elevado debido a la presencia del intervalo de guarda, pero precisamente por este motivo, lo que se quiere es que el intervalo de guarda sea útil para recibir los ecos de la propagación multi-camino y no para compensar una mala sincronización de la red. Una precisión de ±1μs sería suficiente. Capítulo 1: Generalidades de las SFN en ambientes DTT 14  Al mismo símbolo: todos los transmisores deben emitir el mismo canal multiplexado, exactamente la misma programación. Una portadora k-ésima ha de ser modulada con los mismos bits en todos los transmisores. En la Figura 1.5 se muestra un ejemplo de esquema de distribución para varios transmisores SFN con sincronización incluida. Figura 1.5: Sistema de difusión en SFN [38] Los bloques más significantes de la anterior figura son:  El Re-multiplexor MPEG-2: Re-multiplex los programas que provienen de varios canales de entrada.  El Adaptador SFN: Conforma la Mega-trama e inserta en dicha Mega-trama el Paquete de Inicialización de Mega-trama (MIP) con un PID propio.  Adaptadores de red: suministran un enlace transparente para las tramas de transporte MPEG-2 desde la central a las estaciones.  El sistema de Sincronización (sistema SYNC): compensa el tiempo de propagación de la señal a través de la red de distribución para que todas las señales de todos los transmisores (que recibirán la señal con distinto retardo de propagación) sean transmitidas en el mismo instante de tiempo. Añade el tiempo de espera necesario para transmitir en el instante adecuado.  El Modulador DTMB: Para que el instante de transmisión sea fijo, el retardo desde que la señal entre en el modulador hasta que llegue a la antena también debe ser fijo. Capítulo 1: Generalidades de las SFN en ambientes DTT 15 Parte de la información que se inserta en el MIP se puede utilizar para controlar directamente los modos del modulador u otros parámetros de transmisión.  El sistema de Posicionamiento Global GPS: La referencia de tiempo a través de GPS es la única que tiene una disponibilidad a nivel global. Los receptores GPS suministran una frecuencia de referencia de 10 MHz y una referencia de tiempo consistente en 1 pulso por segundo. Las SFN poseen muchas ventajas, dentro de las que se destacan según [39]  Alta eficiencia en el uso del espectro radioeléctrico: Actualmente, un canal de televisión para dar cobertura a toda el área deseada emplea una MFN, es decir, usa numerosos canales de frecuencia para retransmitir la señal de un mismo canal; con las SFN es necesario un único canal de frecuencia en toda el área de cobertura para cada canal de televisión  Ganancia interna de la red: Cuando la señal proveniente de diferentes transmisores en una SFN llega a un mismo receptor, en lugar de interferirse, se genera una ganancia interna de la red, como se muestra en la Figura 1.4. Es necesario aclarar que a más de la amplitud de la señal hay que tomar en cuenta su fase, porque puede haber componentes que se cancelen debido a que están desaseadas alrededor de 180◦; para evitar esto se insertan retardos en los transmisores, de tal manera que este efecto ocurra sobre áreas no pobladas. Figura 1.5: Ganancia aditiva de la SFN [40] Una de las desventajas que presentan la red SFN es que no es posible la división de la red ya que no es factible transmitir distinta programación a los diferentes sectores dentro del área de cobertura. Capítulo 1: Generalidades de las SFN en ambientes DTT 16 La otra desventaja está en función de la perfecta sincronización de la triada mencionada anteriormente como una característica. En su trabajo [41] plantea que si alguno de los transmisores de la red SFN pierde la sincronía con la señal de reloj del GPS o no está recibiendo los MIPs, la mejor opción es que salga del aire, porque ya no contribuye al funcionamiento de la red y solo producirá interferencias negativas. Otro aspecto a considerar es que una red SFN queda imposibilitada para la realización de desconexiones territoriales. Esta situación exime de la inclusión de los servicios de los telecentros en el caso en que exista una propuesta regional a nivel del país. Por último y no menos importante, las interferencias (de canal adyacente, co canal y de la propia red SFN) que se traducen en una situación que altera, modifica o destruye una señal durante su trayecto en el canal de transmisión entre el emisor y el receptor. El caso de la interferencia de canal adyacente no será tratado en este marco referencial pues en el diseño a realizar no serán contempladas las redes analógicas existentes, únicamente las digitales trabajando en modo isofrecuencial. Para el caso de la interferencia cocanal reiterar que las mismas se producen cuando la señal deseada se ve degradada por otros servicios que utilizan el mismo canal radioeléctrico. La relación de protección mínima por interferencia cocanal considerada en este proyecto es 19dB, lo que equivale a decir que la señal deseada deberá estar 19 dB por encima de la señal interferente en el mismo canal (ver Figura 1.6). Para el caso de las autointerferencias acotar que se producen cuando en un determinado punto llegan dos señales a la misma frecuencia, transportando el mismo servicio pero con una diferencia de tiempos de propagación superior al intervalo de guarda. Figura 1.6 Niveles de protección de canal adyacente y cocanal Capítulo 1: Generalidades de las SFN en ambientes DTT 17 En la SFN, la señal recibida es una superposición de señales provenientes de varios transmisores. La variación de la fuerza total del campo es menor, ya que uno de los transmisores está sombreados, mientras que los otros aún son admisibles. Esto resulta en una mayor probabilidad de ubicación en comparación con el transmisor único caso. Este fenómeno suele referirse a ganancia de red o ganancia de diversidad [19]. La SFNG es un parámetro de la razón de modulación de error de sigla MER, que a su vez se define como la razón entre la potencia promedio de los vectores correspondientes a una constelación ideal (Psenal) y la potencia promedio relativa a los vectores de error en la recepción real (Perror), como se define en la expresión (3). De este modo, mientras mayores sean los valores de MER, mayor es la coincidencia entre las constelaciones ideal y real y, por tanto, menor es la afectación del ruido o interferencia en la recepción. MER(dB)=10log10( 𝑃𝑠𝑒𝑛𝑎l 𝑃𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 ) (4) SFNG, según [20], [44] y [45] está definida por la expresión (4), considerando un parámetro propio de la recepción como lo es el parámetro MER. SFNG=MERSFN - MERMFN (5) Donde MERMFN es el valor de MER obtenido en MFN y MERSFN es el valor de MER en condiciones similares de SFN. Las condiciones de simulación varían evaluando los parámetros Atenuación (diferencia de niveles de intensidad de señal en dB), Retardo (retardo entre señales en 𝜇𝑠) y nivel de intensidad de la señal principal (en dBm), simulando un amplio rango de condiciones de comunicación. Intervalo de Guarda en redes SFN El intervalo de guarda será aquel que protege a los datos del retardo artificial que pueda ocasionarse por el efecto multitrayecto. La elección del intervalo de guarda es una situación crítica a la hora de diseñar un sistema. Por un lado un mayor tiempo de guarda se traduce en Capítulo 1: Generalidades de las SFN en ambientes DTT 18 una disminución de la tasa binaria disponible con lo que los servicios disponibles en la DTT se verían afectados, por otro lado un mayor tiempo de guarda redunda en la mejora de la ganancia de nuestra red SFN dando así una alta probabilidad de cobertura. Distancia máxima entre transmisores Como el intervalo de guarda es aquello que determina el retardo que puede tener una señal para no crear efectos de interferencia, se puede traducir en distancia máxima que puede separarse un transmisor de otro. Utilizando una sencilla relación matemática con la velocidad de la luz Al igual que para otros estándares como DVB-T2 o ATSC 3.0 el intervalo de guarda de DTMB, se tiene en cuenta para determinar la separación máxima teórica entre transmisores de una SFN y se relaciona en la expresión detallada a continuación [46] [10]. Dmáx = C× Δg (6) Donde: C = Velocidad de la luz = 3 x 108m/s Δg = Intervalo de guarda. (El cual, puede tomar valores en un canal de 6MHz de 74.074μs, 104.938μs, 166,667μs), en el caso de Cuba 74.074μs. Entonces, si se desea saber a cuál distancia se debe ubicar un transmisor de otro en SFN en Cuba, se procede, sustituyendo: C= 3 x 108m/s y Δg =74.074μs Seria: Dmáx = 3 x 108m/s × 74.074μs Luego: Dmáx = 22Km La Tabla 1.1 resume los valores de los intervalos de guarda, aplicando el mismo procedimiento para los intervalos de guarda 104.933μs y 166,667μs, se tendría que ubicar un transmisor de otro en SFN para DTMB, a una distancia aproximada de 31 km y 50 km respectivamente para que no se interfieran entre sí. Capítulo 1: Generalidades de las SFN en ambientes DTT 19 Tabla1.1. Intervalos de guarda en TDT para DTMB PN420 PN595 PN945 Distancia (Km) 22 31 50 Duración de intervalo de guarda (µs) 74.074 104.938 166,667 1.3.1 Configuracion de las SFN Según los aspectos estructurales y aspectos prácticos [47] de la red de frecuencia única, en el campo hay muchas configuraciones diferentes de redes de SFN, pero aquí se considerarán tres:  El solapamiento entre los transmisores se encuentra dentro de la distancia de seguridad para SFN con alta redundancia en el área dada que la región de solapamiento resulta prácticamente la distancia entre ambos centros. Figura 1.7 Representación de casos típicos en configuración SFN.  El solapamiento entre los transmisores está dentro de la distancia de seguridad para SFN pero con poca redundancia en el área ya que la región de solapamiento resulta medianamente angosta. Figura 1.8 Representación de casos típicos en configuración SFN. Capítulo 1: Generalidades de las SFN en ambientes DTT 20  El solapamiento entre transmisores está fuera del límite de SFN y por tanto podrían generarse interferencias destructivas manifestadas como multitrayectos que arriban fuera del intervalo de guarda conferido. Figura 1.10 Representación de casos típicos en configuración SFN. Por simplicidad, se ilustran casos representativos donde todos los transmisores tienen la misma Potencia radiada efectiva (situación que podría no ser así y estar en presencia de un trasmisor dominante) y donde se podría incluir retardo de compensación SFN. Para evitar las muescas en el espectro, se debe introducir un retardo de desplazamiento SFN en uno de los dos transmisores. Esto podría mover el problema a otra ubicación si el retraso es relativamente pequeño (3us... 5us...) El retraso debería garantizar una recepción confiable que ocurrirá a la distancia donde la diferencia de amplitud entre dos señales de Rx es relativamente grande. Si es posible, esta distancia debe establecerse fuera del área de superposición. Basándose en las curvas de propagación definidas en la Recomendación UIT-R P.370-7 de la UIT, es posible determinar la distancia y utilizando la fórmula (6). 1.3.2 Tipos de redes SFN De acuerdo con [34] pueden existir varios tipos para clasificar las redes SFN de acuerdo con diversos criterios. Cuyo se puede listar:  Geométrico: se refiere al tamaño físico o geográfico del área de cobertura. Esta podría definirse como grande, mediano, pequeño o, más cuantitativamente, que cumple con Capítulo 1: Generalidades de las SFN en ambientes DTT 21 una distancia de más de 100 km, entre 25 y 100km y con un radio de menos de 25 km.  Política: esto define la cobertura de manera más generalizada e imprecisa como nacional, regional o local. Esto podría ser complicado de planificar, sobre una base internacional estándar, como el tamaño geográfico de las naciones y regiones varía de un país a otro. Por ejemplo el país de Luxemburgo es más pequeño que muchos de los países en Europa.  Estructural: se relaciona con la cobertura prevista por una infraestructura de transmisores en particular. Los países pueden desear continuar usando su red de transmisores analógicos para televisión digital, así, por ejemplo, una estación principal y sus relés pueden operar en una SFN regional o local. Alternativamente, los países pueden desear usar una red de transmisores densos o distribuidos para una gran zona de SFN. La cobertura se define entonces por la proporcionada de la red de transmisores en particular. Otra distinción estructural de SFN es dada por SFN abierto y cerrado. En una red abierta no se toman medidas para minimizar el nivel de radiación hacia áreas fuera del área de cobertura. En el caso límite, una red abierta puede consistir solamente en un solo transmisor en una red cerrada, el nivel de radiación hacia áreas fuera del área de cobertura es deliberadamente reducido sin reducción de la cobertura del área prevista. Esto puede utilizar antenas direccionales en estaciones transmisoras de cerca de la periferia del área de cobertura. También se pueden clasificar como: Una red distribuida: Es aquella que opera con una misma frecuencia en todos los transmisores de una determinada provincia, por dichas frecuencia se transmite una única información que viajara por toda la red, es decir información exactamente igual bit a bit [10]; en los retransmisores detectaran la señal del a Transmisión de flujo de transporte del inglés BTS (Broadcast Transport Stream) con un retardo de tiempo que puede ser solucionado con una adecuada configuración. Cabe mencionar anteriormente que el uso de sincronismo es vital en estas redes, ya que la transmisión que haga cada una de las estaciones repetidoras deberá de ser de forma simultánea. Capítulo 1: Generalidades de las SFN en ambientes DTT 22 Es necesario considerar un medio adecuado para la transmisión de la información desde el lugar en donde se genera la información hacia cada uno de los retransmisores, dicho medio puede ser Microondas, Enlaces Satelitales o Fibra óptica. Figura 1.5: Transmisión entre repetidores y generador de señal[10] En este tipo de redes, a su vez se las puede subdividir según el modo de operación en Dinámicas y Estáticas [10].  El modo de operación Dinámicas, son todos los transmisores y retransmisores en sincronismo que trabajan de forma dinámica. Es decir calcula el retardo para cada uno de ello, lo cual a su vez conlleva a tener una red altamente escalable. Para realizar este cálculo de retardo, se considera la sumatoria del retardo que causa el medio de transmisión o canal (dicho atraso es calculado por el transmisor en base a la señal de 1pps) y el retardo que toma el procesar la información desde que entra la BTS hasta la salida del símbolo OFDM. El valor calculado, será considerado como atraso máximo.  El modo de operación Estáticas, son todos transmisores y retransmisores que trabajan sin necesitar una señal de referencia de 1pps, por lo contrario, se calcula inicialmente retardo máximo (Time-Offset) en base a todos los retardos que existan Capítulo 1: Generalidades de las SFN en ambientes DTT 23 entre el transmisor y los retransmisores. La desventaja que tiene este tipo de redes, es que poco escalable, debido a que cada vez que le agrega una nueva estación de retransmisión, es necesario hacer un nuevo cálculo de retardo máximo. Una red de repetición: es una red SFN que se caracteriza como comunicación bit a bit desde el transmisor principal con cada uno de los retransmisores que están desplegados, se realiza utilizando la misma señal de radiofrecuencia (RF) que emite el transmisor principal. Estas redes permiten cubrir las zonas donde no haya cobertura y mejorar la recepción del servicio de televisión digital. [10] Los dispositivos que suelen utilizar para este tipo de redes son denominado Gap Filler, estos equipos son alimentados por la señal que reciben del transmisor principal sin necesidad de tener un canal especial como la fibra óptica, enlaces microondas o satelitales. 1.3.3 Gap Filler Un gap-filler es un dispositivo utilizado en las redes digitales de difusión de DTT para brindar cobertura a los lugares en donde no llega la señal o el nivel recibido no es satisfactorio [3]. Según [49] una de sus principales ventajas es su bajo costo y consumo de energía eléctrica. No requiere de una red de transporte para llevar la señal hasta el gap-filler, basta con ubicar la antena receptora de este gap-filler en un lugar donde haya recepción de la señal proveniente del o los transmisores. Su instalación es sencilla porque solo se requiere de las antenas de transmisión y recepción, de un medio de transmisión para llevar la señal de las antenas al gap-filler y la alimentación eléctrica para el equipo. Nótese que no son necesarios equipos adicionales como receptor satelital, modulador, etc. ya que solo retransmiten la señal recibida; sin embargo, algunos gap-fillers regeneran la señal antes de retransmitirla. [40] Las zonas de sombra aparecen ante la presencia de obstáculos tales como edificaciones, sótanos, condiciones geográficas desfavorables, zonas montañosas, etc. En la figura 1.6 se muestra cómo un Gap-filler retransmite la señal. Capítulo 1: Generalidades de las SFN en ambientes DTT 24 Figura 1.6: Retransmisión de la señal a través un Gap Filler 1.4 Estudios SFNs desplegadas en diversos ámbitos Los estudios realizados por [48] en el caso de Dinamarca y Suecia mostraron que, las SFN nacionales pueden seguir siendo poco prácticas, incluso con el intervalo de guarda más largo posible disponible en DVB-T2. El intervalo de guarda óptimo en un SFN nacional dependerá de una serie de factores que incluyen el tamaño del país, la longitud de las rutas marítimas y cualquier situación de cobertura. El Reino Unido es un buen ejemplo de un país difícil para servir con un SFN nacional, ya que su ancho y longitud superan la longitud del intervalo de guarda de cualquiera de los modos DVB-T2 disponibles, el país está rodeado de agua, por lo que es importante tener en cuenta las rutas marítimas. Según [48] en el caso de Gales e Irlanda del Norte, si se pudiese basar el intervalo de guarda en los resultados, entonces la curva sugeriría un intervalo de guarda más largo. Esto se puede explicar cuando se considera la geografía. En Italia, el múltiplex de servicio público con contenidos regionales se implementa normalmente utilizando dos frecuencias VHF (canales 5 y 9) en una configuración MFN y otra frecuencia UHF para cada región en una configuración SFN, teniendo en cuenta la coordinación internacional. Como ejemplo, se considera la región de Puglia, en el sur de Italia. Cubre un área muy grande, que consiste principalmente en terreno plano e incluye Capítulo 1: Generalidades de las SFN en ambientes DTT 25 algunos transmisores altos de alta potencia HTHP (High Transmitter High Power). Por esta razón, representa un estudio de caso relevante en cuanto a la planificación de SFN. En países como Perú y Colombia se han realizado estudios para la implementación de redes SFN en ciudades como Lima y Bogotá respectivamente, con el mismo objetivo de mejorar cobertura con eficiencia espectral.[10] En Cuba, se han hecho recientemente varios estudios sobre esta temática pero se han centrado únicamente en el diseño regional de la provincia de La Habana. Sin embargo en la provincia de Mayabeque se ha hecho un estudio teniendo en cuenta como base los centros que actualmente trasmiten el servicio de TVD en la provincia, como se muestra en el anexo 2, se desea diseñar un sistema potencial de SFN que cumpla con las siguientes premisas: 1.5 Conclusiones del capítulo De la revisión bibliográfica realizada se constata que existen varios tipos de redes SFN y que las características de las SFN la hacen flexible en función a las características puntuales de cada estándar. La ubicación de los centros trasmisores para la teledifusión que resulta ser en la practica la heredada por los esquemas analógicos de televisión podría ser un problema a considerar para el diseño pues típicamente no se parte de un diseño óptimo para una región determinada sino que se parte de una infraestructura a reutilizar. Para gozar las ventajas de las redes SFN es preciso incluir nuevo equipamiento para lograr la sincronización necesaria. Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 26 Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara En el presente capítulo se describe la situación actual de la provincia de Villa Clara tomando en consideración la ubicación de los centros trasmisores de TV, sus características y analizando la situación real de los usuarios finales que en muchos casos se traducen en insatisfacciones por un escaso cubrimiento de la señal digital. Se tiene en cuenta además una propuesta de mejoras tomando en consideración la prospección de los sitios, el uso de infraestructura existente, estrategias de RadioCuba para el dividendo digital y consecuente disminución de las zonas de silencio. Partiendo de la propuesta de mejoras se realiza un análisis que se valida mediante simulación para una propuesta de red SFN en la provincia. 2.1 Descripción actual de los centros transmisores en la provincia de Villa Clara La provincia de Villa Clara tiene una extensión de 8411.8 km2 con un total de 13 municipios. Sobre los servicios de televisión analógica se puede decir que existen en la región un total de 39 centros trasmisores para irradiar servicios de radiodifusión terrestre de televisión (incluidas las comunitarias) y 5 centros DTT, en las frecuencias de VHF (30 a 300 MHz) y UHF (300 – 3000 MHz) de acuerdo a la distribución de frecuencias. En el contexto nacional para finales del 2018 habían más de 120 Transmisores digitales instalados en el país y los estudios mostraban que aproximadamente el 63 % de la población (más de 7 millones de habitantes) tenían acceso a la señal de definición estándar. A la fecha en la etapa de simulcast, ya la provincia cuenta con 1 transmisor de HDTV desde el año 2015 y 4 trasmisores de SDTV en explotación desde hace varios años bajo el estándar DTMB. Las características más relevantes de estos centros se pueden consultar en la Tabla 2.1 y la ubicación de los mismos en la orografía se ilustra en la Figura 2.9. Según la planeación paulatina de los pasos de avance de la TVD en Cuba, se concibió que para julio del 2018 habría de comenzar el denominado apagón parcial, un proceso que implicaría la salida de los canales que hoy se transmiten por la señal de la televisión analógica y el apagón total estaría programado para el 2021. Como este proceso no resulta trivial además de la población como actor principal intervienen además en la migración entidades Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 27 como Copextel, el Ministerio de Educación, Cimex, la Cadena de Tiendas Caribe, el Ministerio de Trabajo y Seguridad Social y el Banco Central, todos responsabilizados de una u otra forma con el proyecto de mejoramiento. Tabla 2.1: Ubicación y características de los centros DTT de la provincia de Villa Clara. Municipio Centro transmisor Ubicación latitud /longitud Canal Frecuencia (MHz) Potencia (Watt) Corralillo Corralillo 22N5814/80W 3428 34 590-596 100 Sagua la Grande La Roca 22N4821/80W 0659 28 554-560 500 Caibarién Caibarién 22N3002/79W 2902 22 518-524 100 Santa Clara Dos Hermanas, Carretera a Manicaragua, Km 2 1/2 22N2218/79W 5755 13 210-216 5000 2.2 Software de simulación utilizado Para la simulación del análisis de cobertura en la literatura se constata el uso de diferente software [2] [49] [50] el uso de unos u otros está relacionado con las facilidades y bondades que otorga cada uno de ellos. A continuación se hace una breve descripción de algunos de los más utilizados. EMLAB: es un paquete de software especializado que traza los patrones de radiación y calcula el área de cobertura de una sola antena hasta llegar a toda la red, es una plataforma desarrollada por la empresa ADELNA que a diferencia de los otros software resulta versátil al momento de diferenciar los servicios de telecomunicaciones, incluye una adecuada base de datos de antenas caracterizadas de varios fabricantes de antenas al nivel mundial con lo cual a partir del elemento simple se diseñan arreglos de antenas elementales, presentando el mismo software los patrones de radiación resultantes en formato polar. ICS Telecom: Es el software desarrollado para la empresa ATDI, la ARCOTEL (Agencia de control de las telecomunicaciones) que es poderosa si se la compara con el Radio Mobile, sin embargo, adolece de las mismas construcción de arreglos de antenas con un limitado Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 28 número de antena caracterizadas y disponibles en su base de datos. Encima que es un software de simulación costoso para un ambiente académico. Radio Mobile: Este software está entre los paquetes de software que permiten el cálculo de predicción de cobertura a nivel universitario y que no necesita licencia para su uso , permite la descarga de mapas digitales de cualquier parte del mundo y puede ser utilizado en un entorno de aprendizaje, también se puede escoger el modelo de propagación, posibilita el cálculo del Link Budget ( presupuesto de enlace) para un trayecto, no obstante su principal limitante es la imposibilidad para el diseño de arreglos de antenas con una limitada cantidad de antenas caracterizadas y disponible en base de datos. Xirio: La herramienta de simulación XIRIO Online permite realizar de forma rápida y económica simulaciones profesionales de cobertura radioeléctrica en cualquier parte del mundo en entornos rurales y urbanos utilizando cartografía de alta resolución. Con XIRIO Online puedes diseñar redes sin disponer de herramienta ni cartografía digital propia. Sin embargo en el presente trabajo seleccionaremos el software Xirio por facilidad que presenta al usuario y que por la situación económica que nos presenta porque los otros software citados anteriormente tenían sus dificultades a la hora de instalar o utilizar pero el Xirio nos resultó muy fácil al utilizarlo de hecho que puede obtener un radioenlace de multicobertura y algunas ventajas que nos ofrece [51]. Pero tiene un inconveniente que a la hora de trabajar no puede salvar el trabajo más de 3 días. 2.2.1 Herramientas que brinda Xirio Con Xirio [51] se pueden implementar en función de las necesidades de diseño o análisis varios tipos de estudios (enlace, de red transporte, cobertura o cobertura multitransmisor) y los mismos tienen resultados a partir de un cálculo de estadística y características del perfil fidedignas. La figura muestra 2.1 el sub menú principal que brinda opciones además para utilidades, resultados y cartografía y planificación. Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 29 Figura 2.1: Interfaz de dialogo principal de Xirio. Los métodos de cálculo de Xirio están basados en una serie de modelos básicos o estándares, generalmente promovidos por recomendaciones de carácter internacional, a los que se añade la posibilidad de configurar determinados parámetros para un ajuste más preciso debido a circunstancias concretas de la planificación. Los parámetros a configurar en la ventana correspondiente al método de cálculo dependerán del método de propagación básico seleccionado por el usuario. Los métodos de propagación básicos son los siguientes: Rec. UIT-R P.526: Método determinístico basado en difracción. Válido para frecuencias mayores de 30 MHz. Empleado en todos los servicios radioeléctricos en entornos rurales y mixtos siempre que se disponga de cartografía de media o alta resolución. Línea de vista: Método de cálculo que proporciona predicción del nivel de señal únicamente en condiciones de despejamiento del trayecto, aplicando la atenuación por espacio libre. Rec. UIT-R P.1546: Método empírico para la gama de frecuencias de 30 MHz a 1 GHz. Válido en entornos rurales para cualquier servicio radioeléctrico, pero especialmente recomendado para radiodifusión sonora y audiovisual cuando no se dispone de cartografía precisa o a distancias superiores a los 100 km. Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 30 Okumura-Hata: Método empírico válido en la gama 150 MHz a 2 GHz. Recomendado para servicios de móviles y de acceso de banda ancha en entornos rurales y urbanos cuando no se disponga de cartografía de alta resolución. Okumura-Hata modulado: Método híbrido válido en la gama 150 MHz a 2 GHz. Basado en el método de Okumura-Hata, realiza una corrección en función de las pérdidas de difracción, aprovechando la cartografía de alta resolución en entornos urbanos. Xia-Bertoni: Método determinístico válido en la gama de frecuencias de 800 MHz a 2 GHz. Recomendado para entornos urbanos en servicios móviles y acceso de banda ancha. Requiere cartografía urbana con información de edificios (MDE). Rec. UIT-R P.1411: Método determinístico válido en la gama de frecuencias de 800 MHz a 5 GHz. Recomendado para entornos urbanos en servicios móviles y acceso de banda ancha. Requiere cartografía urbana con información de edificios (MDE). COST 231: Método determinístico válido en la gama de frecuencias de 800 MHz a 2 GHz. Recomendado para entornos urbanos en servicios móviles y acceso de banda ancha. Requiere cartografía urbana con información de edificios (MDE). Stanford University Interim: Método empírico válido para frecuencias menores de 11 GHz. Recomendado para los servicios móviles y de acceso a banda ancha (especialmente WiMAX) cuando no se dispone de cartografía urbana con edificios (MDE). Rec. UIT-R P.1812: Método determinístico válido en la gama de frecuencias de 30 MHz a 3 GHz. Empleado en entornos rurales y mixtos para todos los servicios radioeléctricos, y especialmente radiodifusión, siempre que se disponga de cartografía de media o alta resolución. Rec. UIT-R P.452: Método de cálculo determinístico válido en la gama de frecuencias de 700 MHz a 50 GHz. Especialmente recomendado para el cálculo de interferencias en radioenlaces del servicio fijo. Rec. UIT-R P.530: Método de cálculo determinístico válido para frecuencias mayores de 30 MHz. Incorpora el análisis de viabilidad de radioenlaces digitales del servicio fijo. Definido por el usuario: Método de cálculo configurable por el usuario, en el cual es posible definir la pérdida básica asociada a la propagación de la señal mediante una expresión Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 31 configurada manualmente por el usuario. En los términos de dicha expresión podrán combinarse términos en los que intervenga la distancia (Km), la frecuencia (MHz), la altura del transmisor (m), la altura del receptor (m), la altura efectiva de transmisor (m) y las pérdidas por difracción (dB). Curvas de superficie: Método de cálculo de propagación por onda de superficie. Válido para frecuencias menores de 30 MHz. Es recomendable el uso de cartografía morfográfica de conductividades del terreno. Método Indoor: Método de cálculo 2.5D empírico para la predicción de propagación en interiores. Compatible con escenarios de propagación indoor-outdoor, outdoor-indoor y entre diferentes plantas. Rec. UIT-R P.528: Método de cálculo empírico válido en la gama de frecuencias de 125 MHz - 15.5 GHz. Recomendado para servicios móvil aeronáutico y de radionavegación aeronáutica que utilizan las bandas de ondas métricas, decimétricas y centimétricas. Rec. UIT-R P.1147: Método empírico de predicción destinado a la gama de frecuencias comprendidas entre 150 y 1700 kHz aproximadamente, para longitudes de trayecto entre 50 y 12000 km. Rec. UIT-R P.533: Método empírico de predicción de frecuencias disponibles, de niveles de la señal y de la fiabilidad prevista para los sistemas con modulación analógica y digital en ondas decamétricas. Existe un cúmulo de parámetros que se han de configurar para los estudios entre ellos la ubicación de cada punto de interés o transmisor (Latitud y Longitud), niveles de potencias irradiados, pérdidas, antenas con sus patrones de radiación respectivos (ganancia, polarización, frecuencias, alturas, XPD 90) y rango de potencia recibida en dBµV. Las figuras a continuacion muestran las interfaces representativas para dichos parámetros. Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 32 Figura 2.2: Eleccion de un Estudio Figura 2.3: Configuracion de un Estudio Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 33 Figura 2.4: Configuracion de una banda de frecuencias Figura 2.5: Configuracion del transmisor Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 34 Figura 2.6: Propiedades de la antena Figura 2.7: Patron de radiacion 2.3 Ubicación actual de los centros transmisores en la provincia de Villa Clara con el software Xirio La ubicación de todos los centros trasmisores de TV en la provincia se muestra en la figura 2.8 en relación a la tabla ofrecida en el Anexo 1 con las herramientas proporcionadas por Xirio. La figura 2.9 esta en función de la tabla 2.1 y están representados los 5 centros de vital importancia, nótese que en la figura solo existen 4 puntos de interés y es debido a que en la ubicación de Dos Hermanas coexisten el centro SD y el HD. Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 35 Figura 2.8: Representación de los centros transmisores de TV analógicos y digitales en Villa Clara. Figura 2.9 Ubicación de los centros trasmisores SD y HD en la provincia Villa Clara. En épocas anteriores se hacían procedimientos rudimentarios de cubrimiento de la señal en función de mediciones de campo y estrategias de planeación. En la actualidad ya se trabaja con software de simulación profesionales que son capaces de calcular y simular áreas estimadas de cubrimiento que toman en consideración modelos de propagación, características del terreno, especificaciones técnicas, etc. Consecuentemente, resulta necesario en esta etapa crítica en donde co-existen un gran número de trasmisores irradiando realizar una adecuada planeación para la llegada del apagón analógico (año 2021). De acuerdo con el plano teórico de cobertura, según el programa Xirio que se muestra en la figura 2.10, se tiene una visión del cubrimiento teórico/sistémico del Canal 13 Digital con una potencia de 5KW. Nótese que se pueden identificar con claridad varias zonas de baja cobertura que corroboran un cubrimiento únicamente del medio-bajo para el servicio SD para el trasmisor de Dos Hermanas con umbrales por debajo de 52dBµV. Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 36 Figura 2.10: Representación del cubrimiento del CH 13 SD del trasmisor Dos Hermanas Zona 1: Esta zona incluye las regiones comprendidas entre La Presa Alacranes hasta Santo Domingo. Ésta zona incluye el recorrido por la carretera Central hasta Cascajal, pasando por los poblados de Mordazo y Manacas. También un tramo de la carretera Santo Domingo a Corralillo al Sur Oeste de Rancho Veloz. Incluye también amplias zonas de Matanzas y Cienfuegos. Zona 2: Abarca la zona de la loma La Isabel, el poblado de Corralillo, Sierra Morena, Hotel Elguea y las playas de El Salto y la Ganuza. Zona 3: Ubicada al oeste y al sur oeste del Centro Transmisor de Corralillo. Zona 4: Esta zona está comprendida entre Quemado de Güines y Rancho Veloz, a la salida del Ingenio Quintín Banderas comienza una cordillera de elevaciones costeras que avanza hacia el oeste a pocos kilómetros de la costa paralela y al sur de la carretera del Circuito Norte y alcanza hasta el oeste de Corralillo. Zona 5: Comprendida desde el oeste de Sagua La Grande en un abanico que parte de Quemado de Guines, e incluye El Ingenio Riquelme, La Isabela hasta la Playa El Uvero. Zona 6: Comprende un área al norte nordeste de Santa Clara y comprende las ciudades desde Mata, Calabazar, Encrucijada, Ingenio Emilo Córdova y El Santo. Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 37 Zona 7: Comprende el municipio de Caibarién. Zona 8: Se ubica al este de Santa Clara. Zona 9: Está ubicada en la zona montañosa de las montañas de Cubanacán y Guamuaya, éste último conocido como El Escambray. Haciendo un estudio de cobertura multitransmisor de la red MFN desplegada en la provincia y que está en función de la Tabla 1 y los modelos de patrones de radiación como los mostrados en la Figura 2.11 para los sistemas de antenas utilizados, se puede hacer una simulación de la situación de cobertura real que en epígrafes posteriores se validará con pruebas de campo. Los valores en colores para los niveles de intensidad fluctuantes representados se muestran en la leyenda de los rangos de señal. Es notorio que existen aún con los centros trasmisores secundarios, varias zonas con situaciones complejas como en algunos lugares bajos (zonas cercanas en la carretera de Manicaragua), zonas montañosas (Jibacoa y Güinía) o el grupo montañoso de Cubanacán y la Cordillera de Santa Fe que afectan las zonas de Placetas y Caibarien, o las elevaciones al este de Wilfredo Pagés que comprometen la recepción en Mata, Calabazar, Encrucijada, Ingenio Emilo Córdova y El Santo por solo citar algunos ejemplos. Figura 2.11: Representación de la cobertura SD para los centros de importancia vital en función de los rangos de señal utilizados y patrones de radiación de Dos Hermanas, Caibarién y Corralillo. 2.4 Transición parcial La primera propuesta que se considera como parte de la estrategia a seguir en la Transición Parcial que está planificada es que el Transmisor del Canal 14 con una potencia de 10KW asuma las transmisiones de TV Digital Standard en el 2019 o a más tardar en la primera mitad del 2020. Dicho transmisor hoy transmite el Canal Educativo-1 Analógico pues tiene la Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 38 ventaja de ser híbrido; trasmite indistintamente una señal analógica o digital en función de su configuración. Gracias a esa característica se han podido realizar gran cantidad de mediciones de campo de la TV Digital conmutando momentáneamente del servicio Analógico al Digital mientras se mide la intensidad del campo, con la instrumentación idónea para la Norma Digital DTMB o haciendo coincidir los mantenimientos preventivos del Ch- 14 con las mediciones, y en el período de afectación por mantenimiento, se incluye una parte del tiempo con transmisiones Digitales para hacer las mediciones en los lugares de interés. Estas pruebas con el canal 14 resultan necesarias si bien se toma en cuenta la tendencia a que los servicios de radiodifusión terrestre de televisión ocupen solamente las bandas de UHF y las de VHF queden despejadas para emplearlas en otros servicios de comunicaciones. Eso permitirá conocer el cubrimiento real de la TVD Standard cuando aún la población no está complemente afectada, pues todavía la población tendrá la posibilidad de recibir el servicio de TV Analógica. Se tendría lo más importante que es el criterio de la población y también se pueden hacer mediciones de campo sin tener que solicitar permisos para cambios de programación. Habría entonces más tiempo de modificar políticas e implementar acciones más efectivas. El Ch-14 debe brindar servicio a más del 70% de la población de Villa Clara. Además, se incorporara a los Transmisores de Güinía Ch-42 y Jibacoa Ch-29 en el Escambray que actualmente transmiten el Educativo-1 y esa experiencia en la montaña será muy valiosa. Hay que tener en cuenta que las opiniones de la población tendrán limitación, pues aún contarán con el servicio de TV Analógico. Estas operaciones de la Transición Parcial no generan gastos, es solo operación. Figura 2.12: Representación de la cobertura SD para los centros de importancia vital y para el Tx de Dos Hermanas en el CH-14 Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 39 Haciendo un análisis en cada zona identificada con problemas de recepción se llevan a cabo las mediciones o pruebas de campo con esta primera propuesta. Para corroborar los resultados de simulación las mediciones de campo se realizaron tanto para el canal 13 como para el 14; haciendo uso de las características de transmisor hibrido antes discutida. Las condiciones para la recepción de la señal se listan a continuación.  Un dipolo calibrado de 0 db de ganancia.  Una antena Logarítmica.  Mástil de 3 metros de altura.  El transmisor del canal 13 con 5kw.  El transmisor del canal 14 con 12kw Se puede afirmar categóricamente que la Zona 1 está cubierta por el Ch-14. Solo Vesubio, en el extremo NW no alcanza un MER de 24, aunque con antenas y bajantes adecuados sí hay buena recepción. - Parámetros de puntos notables Zona 1 Occidente: Tabla 2.2: Parámetros medidos en puntos de interés de la Zona 1. Localidad Canal Nivel(dbuv) C/N (db) MER (db) BER Cascajal 13 35,3 13,9 - - Cascajal 13 38,1 22,5 17,5 <1x10-5 Cascajal 14 49 35,4 29,6 <1x10-5 Cascajal 14 50,6 36,3 >30 <1x10-5 Mordazo 13 37,5 22,5 17 <1x10-5 Mordazo 13 40,2 25,7 17,1 <1x10-5 Mordazo 14 50,5 37,4 >30 <1x10-5 Mordazo 14 52,4 38,4 >30 <1x10-5 Gavilanes 14 48 28 <1x10-5 Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 40 Vesubio 14 32 23 <1x10-5 Entronque 14 30 53 <1x10-5 La Piedra 14 24 21 <1x10-5 Entronque Gavilanes 14 26.3 40 <1x10-5 - Parámetros de puntos notables Zona 2 Occidente Norte: Ésta zona no está cubierta eficazmente por el Ch-14 de Santa Clara, pero sí parte de ella está cubierta por el CH-34 de DTV del Centro de TV en Corralillo, ubicado en la loma La Isabel. Dicho Centro Transmisor se ubicó inicialmente en ese lugar para el servicio de los entonces Canales Cuba Visión y Tele-Rebelde al poblado de Corralillo, Sierra Morena, Hotel Elguea y las playas de El Salto y la Ganuza, Los Canales 3 y 5 de Santa Clara estaban bloqueados por la cordillera costera y se repetían dichos servicios en los Canales 8 y 10. Un conjunto de antenas con corrimiento de fase y espacio en dos frentes se diseñó para ese objetivo. Luego con el desarrollo de la TV se incorporaron los Canales Educativos (14 y 20 para Santa Clara y 40 y 46 para Corralillo) y por último el Transmisor del Canal 34 para la TV Digital, siguiendo ese mismo concepto del servicio de cubrimiento y utilizando las mismas antenas de UHF que el 40 y 46, se constata que la TVD cubre igualmente la misma zona con valores de MER > 24dB. Con la TV Analógica se cubre casi toda el área, solo el extremo este del poblado de Sierra Morena tiene algunas dificultades de recepción al estar en una zona más baja y alejada que el resto del poblado, por lo que algunos vecinos utilizan tubos altos para sus antenas, aun así, algunos ven la TV con un poco de ruido (llovizna) debido a una señal relativamente baja, a lo que se le suman los televisores viejos y las antenas y bajantes en malas condiciones, propios de ese tipo de localidad. Para la actual DTV el MER bordea el valor de 20 en esa zona y la experiencia dice que, el que no disponga de la antena adecuada no verá la Televisión en el este de Sierra Morena bajo éstas condiciones. Al Sursureste de Corralillo el Ch-14 llega con dificultad con un MER inferior a 20 y ésta zona se encuentra en la parte trasera del Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 41 Sistema de Radiación de La Isabel, por lo que la cobertura también es débil. Aunque en ésta área la densidad de población es muy baja y aislada. - Parámetros de puntos notables de la Zona 3: Al oeste y al sur oeste del Centro Transmisor de Corralillo el servicio de los Canales Analógicos actuales no es bueno desde Santa Clara y están por la parte trasera del conjunto de antenas de La Isabel en Corralillo, por lo que el servicio solo es efectivo en las zonas cercanas al Centro Transmisor. Pero esa zona tiene poca población, excepto el poblado de Motembo, que recibe un servicio con baja señal desde el Centro Transmisor de Jacán, en la provincia de Matanzas. Fue necesario montar un repetidor para Tele-Rebelde ya que Jacán transmite ese servicio por el Ch-13 y dicho canal tiene problemas de interferencia en la costa norte. En la actualidad en Motembo hay un Centro Transmisor de la UPTCER con un equipo que transmite Tele- Rebelde en el Canal 52 analógico. Sin embargo, no hay servicio de TV Digital adecuado en la actualidad. Figura 2.13: Zonas sin cobertura en la provincia de Villa Clara. - Parámetros de puntos notables de la Zona 4: Se debe destacar que, a media distancia entre Quemado de Güines y Rancho Veloz, a la salida del Ingenio Quintín Banderas comienza una cordillera de elevaciones costeras que avanza hacia el oeste a pocos kilómetros de la costa paralela y al sur de la carretera del Circuito Norte y alcanza hasta el oeste de Corralillo. Ésta cordillera está a una distancia de la costa que varía entre los 2 y 7 kilómetros. Tanto Rancho Veloz, Sierra Morena, Corralillo y algunos poblados se encuentran en la ladera norte de ésta cordillera, por lo que están bloqueadas de las transmisiones de Santa Clara. En igual situación se encuentran las playas de La Panchita, El Salto y La Ganuza. También se encuentran algunos planes económicos con Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 42 asentamientos y zonas de interés, como el Plan Agrícola Lugardita, La Salina, la Cooperativa Pesquera de Carahatas el Hotel Elguea y Unidades Militares de la Zona. Por éstas características geográficas la ladera sur de la referida cordillera junto a Rancho Veloz, como parte de la Zona 1, sí recibe directamente el Canal 14 y el pueblo de Rancho Veloz, al norte de la cordillera, no lo recibe, como parte de la Zona 4. Tampoco La Panchita, la Salina, Lugardita, etc. cuentan con una buena recepción del Ch-14 y cuando solo se transmita la DTV podrían quedar sin servicio, todos ellos al norte de la carretera del Circuito Norte, que avanza al oeste. Para cubrir esta zona, ahora de bajo cubrimiento para la TV Analógica, está concebido un Transmisor de TVD en Rancho Veloz, que solo necesitará radiar al norte desde La Panchita hasta Lugardita. - Parámetros de puntos notables de la Zona 5: En ésta zona está débilmente presente el Ch- 14 de acuerdo con las mediciones, sin embargo, está totalmente cubierta por el Ch-28 ubicado en las alturas de La Roca. Las antenas en el Centro Transmisor de La Roca están formadas por cuatro paneles en dos direcciones similares a La Isabel y cubren desde El Ubero hasta Quemado. Figura 2.14: Cobertura servida por el trasmisor La Roca CH -28 De modo cualitativo se puede decir que denota como en el poblado de la Isabela de Sagua en las casas había muy buena recepción del Ch-28 DTV SD de la Roca, además de los Canales Ch-32 TVD HD y Ch-13 TVD SD de Santa Clara, en viviendas que disponían de televisores modernos, antenas adecuadas y bajantes de cable coaxial. Además, los moradores argumentan que la recepción es estable. Esto lleva a confirmar que para ambientes TVD Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 43 pueden llegar a ser “adecuadas” aún con lecturas de MER alrededor de 20 o incluso con lecturas de MER de 17, la recepción es eficaz con sistemas de recepción adecuados. Tabla 2.3: Parámetros medidos en puntos de interés de la Zona 5. Canal Lugar MER BER Campo 28 Quintín Banderas 24,7 0.0 e -5 41,1 28 Riquelme 30,5 0.0 e -5 51,6 28 Parque Quemado no No No 28 Quem. Comunitaria >32 0.0 e -5 60,2 28 Quemado PNR 26 0.0 e -5 43 28 Quemado / Sagua >32 0.0 e -5 55,6 28 Sagua PNR >32 0.0 e -5 57,1 28 Armonía >32 0.0 e -5 51,2 28 Playa Uvero 25,5 0.0 e -5 42,4 28 Sagua / Isabela >32 0.0 e -5 55,6 28 Nueva Isabela >32 0.0 e -5 55,3 28 Isab terreno Béisbol 25 0.0 e -5 42 28 Sagua Fca Bujías >32 0.0 e -5 67,3 28 Sitiecitos entrada 26 0.0 e -5 45,5 - Parámetros de puntos notables de la Zona 6: El Xirio muestra ésta zona como bloqueada debido a unas elevaciones al este de Wilfredo Pagés en la carretera Santa Clara, Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 44 Cifuentes, Sagua. Sin embargo, las mediciones de campo del Ch-14 con transmisión Analógica, las lecturas son superiores a los 50 db micro volts por metro, sin quejas de mal servicio de los pobladores, además, se visitaron viviendas con sistemas de recepción convencionales y reciben bien, con una calidad de recepción superior al 80% los canales de Santa Clara, Ch-13 SD y Ch-32 HD. En el 2014 en Calabazar se midieron 59 dB micro volt por metro al Ch-14 Analógico. Ésta zona estará cubierta. Figura 2.15: Cobertura servida por el trasmisor Dos Hermanas CH -14 en la zona 6 - Parámetros de puntos notables de la Zona 7: Ésta Zona está perfectamente cubierta por el Ch-22 del Centro Transmisor de Reforma y en el caso de Cayo Santa María el Transmisor del Ch-34 también cubre eficientemente la zona, incluso se recibe en lugares de la costa. Figura 2.16: Cobertura servida por el trasmisor La Reforma CH -22 en la zona 7 - Parámetros de puntos notables de la Zona 8. Ésta sí resulta una zona problemática, pues existe una cordillera de elevaciones de norte a sur llamada La Sierra de Santa Fe, que comienza cerca de Camajuaní y avanza hacia el sur, pasando unos 5 kilómetros al oeste de Placetas y luego se une al grupo montañoso de Cubanacán. Ésta cordillera bloquea completamente a Placetas y demás territorios al este de esa ciudad. Las antiguas Cadenas Nacionales de Microndas buscaron distintas soluciones para superar éste obstáculo. En Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 45 el caso de la Philco con la altura, ubicando espejos a 600 pies en Santa Clara y en Placetas sobre una torre de 300 pies en la loma de La Vigía, la mayor altura de las cercanías de Placetas. En el caso de la ROCMI se desviaron de Placetas hacia Zulueta, también con una torre alta y la Thompson montó su repetidor en Las Coloradas, muy cerca de Zulueta en la elevación mayor de todo ese territorio. Los pobladores de Placetas siempre han tenido dificultades de recepción de alguno de los canales, especialmente los Educativos. Mediciones de la TVD en Placetas y demás poblaciones, como Zulueta, Buena Vista, General Carrillo, etc. Resultaron mediciones deficientes para la TVD con lecturas de MER inferior a 15. Todos los factores coinciden. Bajas lecturas de campo en las mediciones, bajo cubrimiento según el Xirio y quejas de la población. Es ésta una zona que deberá tener un tratamiento específico antes de la Transición, porque será una zona muy conflictiva. Figura 2.17: Cobertura servida por el trasmisor Dos Hermanas CH-14 en la zona 8 - Parámetros de puntos notables de la Zona 9. Esta zona es muy montañosa (montañas de Cubanacán y Guamuaya, éste último conocido como El Escambray.) y proclive a que los fenómenos de fading y multitrayectos se acentúen. La Tabla 2.4 muestra las mediciones realizadas recientemente con el Ch-14 transmitiendo Digital. También se hicieron mediciones anteriores en Mataguá y Ceibabo, ambos poblados en la carretera de Manicaragua a Santa Clara. Puede concluirse que tanto la carretera de Manicaragua a Cumanayagua está cubierta hasta Barajagua, ya en la provincia de Cienfuegos. Está cubierta la carretera de Manicaragua a Güinía en los primeros 10 kilómetros en alturas adecuadas, no así en lugares bajos. Ya al acercarse a Güinía la recepción de los canales de Santa Clara es muy deficiente, a tal extremo que no hay lectura. A diferencia de la Zona NW, aquí entre montañas sí hay bastante población campesina, aunque no hay mucha electrificación. En la carretera de Manicaragua a Topes de Collantes solo hay Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 46 recepción cerca de Manicaragua en los primeros dos kilómetros. En las montañas no hay recepción. Jibacoa y Güinía son dos poblados con concentraciones de habitantes donde se montaron dos Centros Transmisores de TV para solucionar localmente el servicio de TV Analógica. Podría concluirse que es ésta una zona solo cubierta en Jibacoa, Güinía y la carretera a Cumanayagua. Figura 2.18: Cobertura servida por el trasmisor Dos Hermanas CH-14 en la zona 9 Tabla 2.4: Parámetros medidos en puntos de interés de la Zona 8. Ubicación MER CH13/CH14 CAMPO Manicaragua Yail 25/32 43/57 La Moza Estadio 23/32 46/61 Hoyo 20/32 46/61 La Campana 19/24 35/48 Barajagua 0/23 0/54 Entropnque Hanabanilla 18/30 51/60 Carretera Manicaragua a Güinía Km 5 20/22 51/57 La segunda propuesta a colación, no genera gastos, es solo operación. El Ch-13 (10kw) actualmente transmite la TV Digital Standard (TVDS) y estará liberado al pasar dichas transmisiones de TVDS al Ch-14, así el Ch-13 podrá transmitir la TV Digital HD, la TV de Alta Definición (TVDHD) que actualmente se transmiten por el transmisor del Canal 32 (Ch- 32). Las antenas del Ch-32 son 4 pisos de paneles verticales en fase dirigidos hacia el norte, Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 47 hacia Santa Clara, por lo que la ganancia en la dirección principal disminuirá alrededor de los 6 dB ahora, pero será compensada en 10 dB por la mayor potencia del Transmisor del Ch-13 y por la mejor propagación de la Banda III. Ambas antenas están a la misma altura, por lo que no habrá cambio en el perfil de cubrimiento. La transmisión de ésta forma sería temporal. La tercera propuesta está en función de tomar el Transmisor del Ch-32 (1kw) que actualmente transmite para Santa Clara la DTV HD se traslada para el nuevo Centro Transmisor de la loma Las Coloradas en Zulueta, donde actualmente está una repetidora de la Cadena Nacional de Microondas de ETECSA. Sería también de forma temporal. Las antenas radiarían de forma omnidireccional. El montaje podría efectuarse con los cuatro actuales paneles del Ch-32 en una “torreta lateral” en el extremo de la torre. Si el coaxial alcanza, se tendrán los recursos para hacer éste montaje, en lo fundamental y con medios propios. Así se resolvería el cubrimiento de la importante Zona 8, la más afectada de la División. Se dispone del transmisor, de las antenas y coaxial, así como dos tramos de AT-35 para la torreta, solo se necesitan las jaulas de angulares para el montaje de los paneles como en las comunitarias, algunos herrajes de sujeción y fuerza de trabajo de Planta Interior y Exterior. Tiene la desventaja de que se afectará el Ch-26, que trasmite el Telecentro para Santa Clara junto con el Ch-32 a través de un combinador, pero éste servicio del Telecentro se podría transmitir con un panel de UHF para pruebas de taller, que tenemos en el extremo de la torreta de FM que utilizamos para Habana Radio. Se perderían 6 dB de las transmisiones hacia Santa Clara del Ch-26, pero será suficiente para la ciudad. Además, el costo será mínimo en relación con el beneficio que representa cubrir la muy afectada Zona 8 en el Centro éste de la provincia. Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 48 Figura 2.19: Cobertura servida por el trasmisor Las Coloradas CH-47 en la zona 8 Podría darse el caso que por situaciones de replaneación al cambiar la frecuencia el diagrama de radiación también tenga variaciones que podrían modificar la cobertura de un determinado servicio. Las modificaciones de cobertura más importantes se producirán en los centros con sistemas radiantes complejos que incluyan inclinaciones eléctricas o configuraciones poco comunes. En estos casos será necesario estudiar detalladamente el comportamiento del Patrón de radiación a la nueva frecuencia de emisión. Puede ser necesario ajustarlo o incluso renovarlo si hubiera una reducción de cobertura importante. Un estudio preliminar realizado por Radio Cuba para el transmisor de Zulueta con el software Emlab operando a la frecuencia de 671MHz y con un trasmisor de 1KW, cuya propuesta consta con 3 variantes para diferentes sistemas radiantes se observa en las figuras siguientes. Nótese como el cubrimiento de la zona identificada con problemas queda resulto. a) Variante 1: Azimut: 135º 225º 315º, Antenas: 1 1 1,GMÁX: 7.63 dB Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 49 b) Variante 2: Azimut: 135º 225º 315º Antenas: 2 1 1 GMÁX: 12.28 dB c) Variante 3: Azimut: 135º 225º 315º Antenas: 1 2 1 GMÁX: 11.4 dB Figura 2.20: Propuesta de sistema radiante y zona cubierta por el Tx de Zulueta Las Coloradas. Haciendo un análisis para un estudio multicobertura en la provincia se puede ver cómo habría un cubrimiento de más de un 75% para la provincia. En Las Coloradas se debería de utilizar un combinador para el Ch-32 TVD SD ya instalado desde la Etapa de Transición Parcial con un nuevo transmisor, también de 1KW para la TVD HD. En Caibarién hay un combinador Ch-30+36 pero se acopla actualmente con dos Transmisores Analógicos de 200 watts pico y no resistirán ésta potencia de dos Transmisores de 1 KW. El Transmisor de TVD SD del Ch- 22 en Reforma, Caibarién se podría dejar como emergente activo, pues Caibarién debe de cubrirse perfectamente desde La Coloradas. Capítulo 2: Caracterización de la DTT en la provincia de Villa Clara 50 Esta proyección y planeación en la etapa del Switch-Off analógico ha de estar enfocada en el uso claro y optimizado de las frecuencias y de minimizar el riesgo de tener regiones no cubiertas o espectadores no listos. Además, resulta crucial la necesidad de la existencia de un marco legislativo que vele por líneas de tiempo, estrategias de licencias, áreas de cobertura para los servicios digitales no menores que los digitales, coordinación con otros servicios terrenales primarios, campañas de comunicación, etc. Figura 2.23: Cubrimiento de la señal SD en la provincia de Villa Clara 2.5 Conclusión del capítulo Como parte del estudio se hizo una descripción minuciosa de la situación actual del cubrimiento digital en la provincia de Villa Clara, así como la clara identificación de algunas zonas de sombra que se corroboraron en simulación e incito. Se realiza un análisis de posibles alternativas a implementar para mejorar a un índice superior de un cubrimiento de un 75% prácticamente libre de costo. Resulta además un complemento a estudios de proyecciones en la empresa Radio Cuba. Tras lograr una mayor área de cobertura se aprovechó para realizar algunas estimaciones sobre redes SFN alternativa que resulta idónea a valorar en aras de analizar desde ya la implicación de liberar una parte del espectro radioeléctrico Capítulo 3: DISEÑO DE UNA RED SFN EN LA PROVINCIA DE VILLA CLARA 51 Capítulo 3: Diseño de una red SFN en la provincia de Villa Clara Los últimos tópicos de la presente investigación parten de retomar aspectos prácticos discutidos en el marco referencial de forma teórica. En este capítulo se ha de diseñar una red SFN que sea funcional basada en la topología de los trasmisores analógicos heredada. Los resultados de simulación son mostrados mediante el software Xirio. Las coberturas obtenidas son discutidas. Se incluye unos análisis adicionales sobre posibles mejoras tentativas para proyecciones futuras. 3.1 Visión futura para el despliegue de la SFN en la provincia de Villa Clara Si bien en su momento, la DTV constituyó una manera de anticipar una determinada obsolescencia tecnológica pasando por momentos claves (elección–adopción de un estándar, transición parcial, simulcast, transición total y consolidación) las decisiones de cada momento han de ser consensuadas, y han de tomar en consideración experiencias previas de otros que experimentaron el Switch-Off analógico para evitar así futuras incompatibilidades del parque tecnológico, procesos de reantenización complejos, oportunidades para TV de pago y posibles proyecciones para el Segundo Dividendo Digital que incluyan la armonización, re-planificación, e inclusión de redes SFN para concesionar una menor cantidad de canales. Como se dijo en el Capítulo 1 el área de interés para un estudio de SFN es aquella donde se solapan las zonas de cobertura, pues fuera de estas el comportamiento de la señal es similar al de MFN. En estas zonas de solapamiento se produce una interferencia mutua entre los transmisores que utilizan la misma frecuencia de transmisión. Esta interferencia puede ser tanto constructiva (mejora la calidad de la recepción) o destructiva (empeora o imposibilita la recepción). Sin embargo, dentro de una red SFN, los canales de propagación que deben enfrentar los receptores son mucho más desafiantes, por lo que su uso exige un conocimiento más profundo acerca de cómo se comportan los canales de propagación para poder establecer parámetros de diseño que permitan el correcto funcionamiento de la red de transmisión y de los receptores. Capítulo 3: DISEÑO DE UNA RED SFN EN LA PROVINCIA DE VILLA CLARA 52 Son loables las ventajas de SFN sobre MFN que van desde una mayor eficiencia espectral, rendimiento de potencia, alta probabilidad de localización o mayor probabilidad de cubrir zonas de silencio. Estas ventajas han de ser compensadas con un nuevo esquema, hardware adicional y sincronización precisa en contenido, tiempo y frecuencia por parte de los trasmisores para garantizar interferencias no destructivas en los límites colindantes de las zonas de solape. Para el diseño de la SFN, la distancia entre los transmisores y el punto de reflexión más lejano debe ser el punto de partida para determinar el modo de operación y a partir de este, los demás parámetros. Para determinar el tiempo de retardo de la señales multitrayectoria, se utilizó una distancia d, las señales multitrayectoria llegarán a este punto con un nivel de señal que no genera interferencia en el receptor. Debido a la dificultad para calcular hasta que distancia el nivel de señal causa interferencia, la mayoría de fabricantes y las experiencias de otros países recomiendan realizar el ajuste del intervalo de guarda una vez que el canal se encuentre en operación. La configuración del esquema DTMB incluye un modelo TDS-OFDM con longitudes de símbolo de 420/595/945 que se corresponden con duraciones del intervalo de guarda de 74.074/104.938/166.667µs respectivamente. Se deduce que la consecuencia de maximizar la longitud de la secuencia PN se traduce en un aumento de la razón de bits para una disminución del flujo de datos útiles de salida, una disminución tanto de la probabilidad del error de bit como de la degradación de la señal. Para SFN, dicho intervalo de guarda, se tiene en cuenta para determinar la separación máxima teórica entre transmisores de una SFN y se relaciona en la expresión (1). Entonces, para saber cuál es la distancia máxima a que se deben de ubicar un transmisor de otro en configuración SFN en Cuba, los valores se relacionan en la tabla 1; si estas distancias difieren este esquema