LA RADIODIFUSIÓN DIGITAL EN VENEZUELA. ¿CUÁL SISTEMA SE ADOPTARÁ? ING. ANGIE VÁZQUEZ UNEXPO. Barquisimeto – Venezuela E-mail: [email protected] RESUMEN La nueva tecnología digital de la radio, basada principalmente en técnicas de compresión de la información de sonido MPEG “Moving Pictures Expert Group” y en la modulación multiportadoras COFDM “Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex”, que proporcionan una notable mejora en la calidad de imagen y sonido, contiene características que la diferencian sustancialmente de las formas de aplicación técnica convencional existentes en la tecnología analógica. Fundamentalmente, estas características consisten en un uso más eficaz del espectro radioeléctrico, permitiendo incrementar la capacidad para un mayor número de programas y reduciendo las distancias de reutilización de las frecuencias. Con el fin de facilitar una migración gradual de los actuales sistemas de radiodifusión sonora analógicos a los sistemas digitales se han investigado sistemas que permiten realizar «simulcast»; esto es, transmitir en el mismo canal la señal analógica y la señal digital, sin que se originen interferencias entre ellas. Palabras claves: FM, AM, COFDM, MEPG. ABSTRACT The new digital technology of the radio, based principally in technologies of compression of the sound information MPEG " Moving Pictures Expert Group " and in the modulation multicarriers COFDM " Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex ", which provide a notable improvement in the quality of image and sound, contains characteristics that separate it substantially from the existing forms of technical application conventional in the analogical technology. Fundamentally, these characteristics consist of a more effective use of the spectrum radioelectric, allowing increasing the capacity for a major number of programs and reducing the distances of reutilization of the frequencies. In order to facilitate a gradual migration of the current analogical systems of sonorous broadcasting to the digital systems there have been investigated systems that they allow to realize "simulcast"; this is, to transmit in the same channel the analog signal and the digital sign, without interferences originate among them. Keywords: FM, AM, COFDM, MEPG. INTRODUCCIÓN La radio digital es la transmisión y la recepción de sonido que ha sido procesado utilizando una tecnología comparable a la que se usa en los reproductores de discos compactos (CD, por sus siglas en inglés.) En síntesis, un transmisor de radio digital convierte sonidos en series de números, o” dígitos”. En cambio, las radios analógicas tradicionales convierten los sonidos en series de señales eléctricas que se asemejan a ondas de sonido (FM, AM). En comparación con la radio analógica tradicional, la radio digital ofrece a los oyentes una serie de ventajas que incluyen: Mejor calidad de audio, señales más fuertes, y nuevos servicios auxiliares, tales como canales múltiples de programación de audio, servicios de audio a petición, y funciones interactivas. Radios de diseño avanzado con funciones simplificadas. Potencial para introducir nuevos servicios de datos e información que serán indicados en la pantalla de la radio cuando se introduzcan funciones exclusivamente digitales. En 1926, se inician las primeras actividades sobre radiodifusión en Venezuela, mediante con un trasmisor Westerfl Electric de 1 Kw analógico, bajo la responsabilidad de la compañía Santana & Scholtz, pone al aire en caracas la emisora AYRE. La radiodifusión analógica en Venezuela cumplen 81 años, actualmente se discute cual será el sistema que adoptara Venezuela para emigrar a la radiodifusión digital. En el 2002, la Comisión Nacional de Telecomunicaciones, CONATEL, inició reuniones con la Cámara de la Radiodifusión de Venezuela, CAMRADIO, con el fin de escoger el estándar de radio digital a operar en el país. Los estándares de radio digital presentados por CONATEL a los integrantes de CAMRADIO fueron los siguientes: IBOC (In Band On Channel), WorldSpace, DRM (Digital Radio Mondiale) y Eureka 147. La presentación incluyó las fases del proceso de adopción del estándar digital, las cuales se resumen en tres. La primera corresponde al estudio de las tecnologías de radiodifusión sonora digital; la segunda, a Consulta Pública; y la tercera, a la fase experimental y normativa. En los últimos años se han realizados estudios y probados sistemas en todo el mundo para la introducción de la radiodifusión sonora digital, en Europa se efectuaron estudios basados en el proyecto Eureka 147 dando como resultado el sistema la estandarización del sistema DAB. En abril de 2005 el Comité Nacional de Sistemas de Radio (NRSC) de la Administración de EE.UU. aprobó el estándar denominado NRSC-5 (sistema IBOC FM y AM). Algunos países han realizado estudios dentro del consorcio DRM (Digital Radio Mondiale), con más de 60 miembros entre instituciones y empresas dentro y fuera de Europa. Mientras que la Fundación WorldSpace es una organización sin fines de lucro fue creada en 1997 para proveer educación y programación informativa a gente de países en desarrollo. WorldSpace es una compañía mundialmente conocida por sus transmisiones de radio por satélite. SISTEMAS PROPUESTOS PARA LA RADIO DIGITAL TERRESTRE EN VENEZUELA. SISTEMA IBOC. “In Band On Channel”. SISTEMA IBOC FM El sistema IBOC FM (In-Band ON Channel) permite la utilización de los sistemas híbridos (Simulcast), que tiene capacidad para transmitir la señal analógica y digital en el ancho de banda atribuido a los actuales sistemas de frecuencia modulada. Figura Nº. 1 Diagrama de Bloque SERVICIOS SOPORTADOS Los servicios soportados por el sistema pueden resumirse: • Main Program Service (MPS). Corresponde al programa de audio, tanto digital como analógico. • Supplemental Program Service (SPS). Corresponde a programas suplementarios de audio. • Station Identification Service (SIS). Corresponde a la transmisión de datos necesarios para el control e identificación de la estación. • Servicios Avanzados de Datos (ADS). Corresponde a la transmisión de datos auxiliares. elevado porcentaje de bits erróneos de la señal digital. Figura Nº. 2 INBOC FM modo Híbrido MODO HÍBRIDO AMPLIADO Las bandas laterales digitales son ampliadas hacia la señal analógica para aumentar la capacidad digital. MODOS DE FUNCIONAMIENTO El sistema IBOC FM «por canal dentro de banda» (in-band on-chanel, IBOC) puede funcionar en los modos «híbrido», «híbrido ampliado» y «totalmente digital». En el modo híbrido la señal digital se transmite en bandas laterales primarias a ambos lados de la señal analógica. En el modo híbrido ampliado la señal digital se transmite en bandas laterales primarias a ambos lados de la señal analógica, ampliando la banda utilizada por la señal digital en detrimento de la señal analógica. En el modo totalmente digital todo el ancho de banda se utiliza para la transmisión de las señales digitales por lo que aporta capacidades mejoradas de funcionamiento. Figura Nº. 3 INBOC FM modo Híbrido Ampliado MODO TOTALMENTE DIGITAL Se transmiten exclusivamente las señales digitales. Permite el modo de funcionamiento óptimo. Los radiodifusores pasarán del sistema híbrido al sistema totalmente digital cuando el número de receptores analógicos sea escaso. MODO HÍBRIDO (SIMULCAST) La señal digital es transmitida en las bandas laterales a ambos lado de la señal analógica. La señal analógica es retardada respecto a la señal digital con el objeto de que exista sincronización entre ambas señales para la situación en que el receptor conmuta a la recepción analógica cuando se produce un Figura Nº. 4 INBOC FM modo Digital BLOQUES FUNCIONALES DEL SISTEMA La figura 4 muestra la estructura básica de los bloques funcionales del sistema, que comprende los siguientes componentes básicos: • Codificador y compresión de la fuente de audio. • Codificación de canal. • Entrelazado en tiempo y en frecuencia. • Generador de señal OFDM. • Subsistema de transmisión. Los canales S1, S2, S3, S4 y S5 se utilizan solo en el sistema totalmente digital para la transmisión de datos o de sonido ambiental (audio complementario). El SIDS aporta el servicio de datos secundario. El canal de control del sistema (SCCH, system control channel) transporta la información de control y estado relativos al modo de funcionamiento y parámetros de configuración. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA INBOC FM. Figura Nº.5 Diagrama de Bloque Funcional. El audio una vez digitalizado alimenta, junto a los datos y servicios suplementarios, el dispositivo cuya función es la aleatorización de datos. Para la configuración de los modos de servicio se dispone 4 canales lógicos principales P1, P2 y P3 se utilizan para configurar los diferentes servicios de audio primario y el canal PIDS aporta el servicio de datos primario (IDS). La compresión de los datos se hace uso de algoritmos basados en el efecto psicoacústico de oído humano. Se consiguen velocidades de transmisión de solo 96 kb/s. En el proceso de codificación se añaden bits redundantes que facilitan la detección y corrección de errores. El sistema IBOC FM utiliza códigos convolucionales de Viterbi. Se diseñan técnicas específicas de corrección avanzada de errores FEC (Forward Error Correction). La corrección es dificultosa cuando el intervalo en que se producen los errores es de larga duración. La solución es el entrelazado en el tiempo de los datos en la transmisión y su reordenación en la recepción. Se implementa la señal OFDM. Las subportadoras OFDM se ordenan en grupos denominados divisiones de frecuencia. Cada división de frecuencia está constituida por 18 subportadoras para datos y una subportadora de referencia, una de tipo A y otra de tipo B. Las portadoras están espaciadas 363,373 Hz. SISTEMA WORLDSPACE La compañía WorldSpace fue creada en 1990 por Noah A. Samara. Su meta fue crear una nueva forma de medios de comunicación electrónicos usando satélites para acceder con transmisiones a la gente alrededor del mundo. Basada en tecnología propietaria, WorldSpace ha creado su propia programación y patentó un método de distribución de la misma. Para implementar su visión, diseñó y construyó la primera infraestructura de radio satelital en el planeta. El sistema Worldspace utiliza los satélites Afristar y Asiastar, a 21º y a 105º Este, respectivamente, permiten la recepción directa de radio por satélite. Cubren las áreas geográficas del Sudeste de Asia, Oriente Medio y África. Próximamente un tercer satélite, el Ameristar, a 95º Oeste, cubrirá las zonas de América del Sur y el Caribe. Figura Nº.6 Sistema de radio por satélite Los satélites tienen una masa de casi 3.000 Kg., se componen de una plataforma de control de vuelo y de una carga útil, con las funciones de la radiodifusión flexible según las necesidades de cobertura y tratamiento de las señales. Cada radiodifusor emite sus programas directamente hacia los satélites mediante pequeñas estaciones VSAT con potencias comprendidas entre los 10/100W, y antenas con diámetros entre 2 y 3 metros. Los satélites transmiten en la banda asignada a la radiodifusión sonora digital por satélite (banda L), entre 1.452 y 1492 MHz. Los receptores con unas dimensiones parecidas a los tradicionales multibanda de radio, disponen de una pequeña antena plana con la que son capaces de recibir estas emisiones digitales con una calidad de audio parecida al CD audio. Las emisiones se reconocen por un identificador alfanumérico. La tecnología de difusión de audio digital, desarrollada por Worldspace se basa en las técnicas de compresión MPEG, permitiendo a cada difusor adaptarse al nivel de calidad deseado. Pueden transmitir desde 16 Kbit/s en mono hasta la calidad del CD audio, a 128Kbit/s. El sistema tiene una capacidad para 432 canales de música en monofónica, 216 canales de sonido estéreo, o 108 canales de calidad CD. La zona de cobertura de los tres satélites comprende 123 países, con una población de 4.600 millones de habitantes. Un sistema de radio recepción por satélite funciona de la siguiente manera: Una estación de radio transmite desde tierra al satélite ráfagas continuas de información que contienen básicamente la programación (muchos canales de audio). La información es recibida por los satélites, amplificada y retransmitida de vuelta hacia la tierra. Los automóviles provistos de una pequeña antena conectada a un radio receptor satelital, serán capaces de decodificar la señal de radio. SISTEMA DRM El estándar DRM (Digital Radio Mondiale) está destinado a la utilización de la banda por debajo de los 30 MHz y se proyecta una calidad equivalente a FM con menor ruido. Es el sistema recomendado por UIT el 4 de abril de 2001 (Recomendación BS 1514) y aprobado como estándar internacional en 2003 (IEC 62272-1) para la radiodifusión digital en las bandas de AM. Comenzó sus emisiones regulares, con gran apoyo de industria y operadores, en Ginebra en junio de 2003. El Estándar DRM describe los cambios y modificaciones mínimas necesarias a efectuar en los transmisores de AM de Onda Larga (LF), Onda Media (MF) y Onda Corta (HF) para poder cubrir un servicio de radiodifusión con un sistema de modulación OFDM conservando en o posible la ocupación espectral de los sistemas de AM. Figura Nº.7 Sistemas de transmisión en HF En los sistemas de transmisión en HF que utilizan modulación AM portadora única, en presencia de multitrayecto y bajo determinadas condiciones, se produce un desvanecimiento intenso como consecuencia de la diferencia de fase destructiva debido al retardo entre la onda principal y secundaria. Cuando toda la información se transporta mediante una única portadora resulta una desventaja añadida que es la insuficiente robustez del histórico sistema de modulación AM que el sistema OFDM pretende paliar parcialmente. y corrección configurable. de errores y datos es Canalización: El sistema DRM ha sido diseñado para ser utilizado en la canalización actual (canales de 9 ó 10 kHz o múltiplos de estas anchuras de banda de canal). Calidad de audio: Para difundir mayor calidad de audio, DRM codificación de audio avanzada MPEG4 advanced audio coding). Y (Spectral Band Replication). con la emplea (AACla SBR Protección contra errores e igualación del canal: DRM emplea entrelazado temporal y corrección de errores sin canal de retorno (FEC-Forward Error Correction). Para llevar a cabo la igualación, se utilizan símbolos de referencia piloto en orden a obtener información instantánea del canal en el receptor. Red de frecuencia única (SFN) y conmutación de frecuencia: El sistema permite utilizar redes de transmisores emitiendo en una sola frecuencia. Modos de funcionamiento: Existen 4 modos principales: Tabla Nº 1 Modos de transmisión MODO INTERVALO DE GUARDA ESPACIAMIENT O DE PORTADORAS Nºport ROBUSTEZ A 2.6 ms 41.6 Hz DESCRIPCIÓN RESUMIDA DEL SISTEMA DRM. B C D 5.3 ms 5.3 ms 7.3 ms 46.9 Hz 69.2 Hz 107.1 Hz Características esenciales: SÍMBOLO OFDM Flexibilidad: El flujo o tren de bits disponible para cada uno de los tres componentes del sistema, audio, protección Un conjunto de subportadoras durante un segmento de tiempo se denomina símbolo. En DRM cada símbolo contiene aproximadamente 200 sub-portadoras, 240/ 216 213 144 93 Baja Media Alta Muy alta espaciadas a través de los 9/10 kHz. El número preciso de subportadoras depende del modo de funcionamiento utilizado, que a su vez define una trama concreta de transmisión de 400ms. señal de audio analógica debe convertirse a la modalidad digital. La tasa binaria que surge de este proceso de digitalización se reduce a través de una codificación de fuente. Para implementar la modulación COFDM se realiza una partición del canal de transmisión en el dominio del tiempo y de la frecuencia: El dominio de la frecuencia es dividido en un conjunto de estrechas "sub-bandas de frecuencia". El dominio del tiempo es dividido en un conjunto de pequeños y contiguos "segmentos de tiempo". Figura Nº.9 Arquitectura DRM Figura Nº.8 Modulación COFDM Durante cada segmento de tiempo, las subportadoras son moduladas con datos codificados. El número de bits transmitidos por cada subportadora, depende de la clase de modulación utilizada (ej. 2 bits si se usa 4QAM, 4 bits si usamos 16QAM, y 6 bits si usamos 64QAM). El modo define la duración del símbolo y con ello la separación de las portadoras OFDM, ya que estas están separadas la inversa del período de símbolo. ARQUITECTURA DRM El sistema es capaz de ofrecer cuatro prestaciones de audio y de datos codificados. En el extremo transmisor la Los datos codificados de fuente se multiplexan con los demás datos que forman la carga útil (payload). Este multiplexado de la carga útil sufre entonces una codificación del canal para mejorar su robustez a costa de un aumento de la tasa de bits. La codificación es del tipo multinivel MLC (Multilevel Coding) con dos posibles niveles de protección: UEP (Unequal Error Protection) y modulación jerárquica. Después de esta codificación los datos son correspondidos (mapping) con la constelación pertinente (16 o 64 QAM). Luego se le aplica un entrelazado celular para finalmente combinarse en un correspondedor con los canales auxiliares. El canal principal MSC (Main Service Channel) es el de mayor capacidad, lleva la carga útil y presenta cuatro flujos que puede ser de audio o datos. El sistema dispone de dos canales auxiliares, el canal de acceso rápido FAC (Fast Access Channel) y el canal de descripción de servicio SDC (Service Description Channel). Mejoras en la recepción. La información transmitida se codifican y se multiplexan las señales en OFDM (Orthogonal Frequency División Multiplexing), distribuyendo la información entre un elevado número de frecuencias. Para proteger la señal de errores de transmisión el sistema se vale de 2 técnicas llamadas UEP y EEP (Unequal/Equal Error Protection). La primera es la preferible, pues ofrece más protección para los datos más críticos. Calidad de sonido. Podemos llegar alcanzar una calidad equivalente a la de un CD gracias al layer II del estándar MPEG Audio (también conocido como MUSICAM). Este sistema aprovecha el efecto de enmascaramiento que se produce debido a las características psicoacústicas del oído humano. Típicamente el múltiplex contiene 6 programas de audio estéreo de gran calidad (192 kbps) usando el estándar MPEG-1 Audio, además de servicios adicionales. Flexibilidad. Los servicios pueden estructurarse y configurarse dinámicamente. Por ejemplo, una emisora de radio durante un programa donde se debate o dialoga puede emitir usando una velocidad baja (con 64 o 96 kbps es suficiente), ocupando un ancho de banda pequeño, mientras que a otras horas puede emitir audio estéreo con velocidades mayores (128 o 192 kbps) y por lo tanto con más ancho de banda. Respecto del FAC, está constituido por 64 bits por cada trama de 400 ms. Informa al receptor sobre el ancho de banda, el tipo de modulación utilizada en el SDC y MSC. SISTEMA DAB DAB, son las siglas de Digital Audio Broadcasting (Radiodifusión de Audio Digital). También se le conoce con el nombre de sistema Eureka 147, fue este consorcio el encargado de desarrollar el estándar. Podemos considerar este sistema como el avance más importante en tecnología radio desde la introducción de la radio FM estéreo. Es capaz de proporcionar de manera eficiente radiodifusión digital multiservicio de gran calidad, para receptores móviles, portátiles y fijos. Puede funcionar en cualquier frecuencia entre 30 MHz y 3 GHz para receptores móviles (más alta para la fija) y puede usarse en redes terrestres, por satélite, híbridas (satélite con complemento terrestre) y de difusión por cable. Las principales ventajas que ofrece DAB sobre la radiodifusión tradicional son las siguientes: Eficiencia en la utilización del espectro y la potencia. Se consigue intercalando señales de varios programas junto a una especial característica de reutilización de frecuencia (Single Frecuency Network, SFN) que permite a las redes de difusión extenderse, virtualmente sin límite. Servicios de datos. Junto a la señal de audio se transmiten otras informaciones: Canal de información. Transporta la configuración del múltiplex, información de los servicios, fecha y hora, información del tráfico, avisos de emergencia, etc. Datos asociados al programa (PAD). Se dedican a la información directamente relacionada con los programas de audio: títulos musicales, autor, texto de las canciones en varios idiomas. La capacidad del PAD es ajustable (mínimo de 667 bit/s con MPEG-1 o 333 bit/s con MPEG-2). Servicios adicionales. Por ejemplo el envío de imágenes y textos a tableros de anuncios electrónicos, incluso vídeo. Puede ofrecer Acceso Condicional (CA) para servicios de pago aunque la administración específica del subscriptor no forma parte del estándar DAB. BLOQUES FUNCIONALES Convertidor A/D: Fmax=24KHz, fs=48KHz, 16 bits/muestra. Codificador de fuente: MPEG II (MUSICAM). Multiplexación de las señales: L+R+información adicional. Retardador para encubrimiento de errores por desvanecimiento. En transmisión se retarda una señal (R) y en recepción la señal que no se retarda en transmisión (L). FACILIDADES DEL SISTEMA El sistema proporciona una señal con varios programas y datos digitales multiplexados: PAD (Programme-Associated Data), MCI (Multiplex Configuration Information), SI (Service Information) y otros datos. Con esta información se dan facilidades como: • Funciones opcionales del receptor: control del rango dinámico. • Grafico de un texto sobre el programa que se escucha. Se obtiene a partir de la información de servicio (SI). CONCLUSIÓN Actualmente en Venezuela se están observando las pruebas realizadas a los sistemas de radiodifusión digital realizadas en otros países. Posteriormente CONATEL preparara las pruebas para los diferentes sistemas de radio difusión digital a fin de obtener los niveles de señal de campo, la cobertura de radio, calidad de los servicios. Figura Nº.10 Arquitectura DAB Los sistemas de radio digital aportan una gran novedad técnica a la radiodifusión, que posiblemente sea más importante que la calidad digital de audio que proporciona y que la gran capacidad del canal. Esta novedad consiste en el uso de una técnica llamada OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) que permite el establecimiento de redes de frecuencia única y elimina prácticamente todo el problema de las interferencias que sufren las transmisiones convencionales. La implementación de una red de frecuencia única es muy importante para la recepción móvil. De esta forma, por ejemplo, un automóvil que se desplaza no necesita resintonizar continuamente la frecuencia para seguir escuchando el mismo programa. Asimismo, mediante la utilización de la frecuencia única se aprovecha mejor el espectro. Otro sistema dentro de la radio difusión digital es el sistema MPEG Audio Capa 2 comprime el sonido teniendo en cuenta las características psicoacústicas del oído humano. Concretamente, se basa en el conocimiento de los fenómenos de enmascaramiento y de la percepción de señales en presencia de frecuencias débiles, permitiendo reducir de forma importante el nivel de cuantificación de la información, sin que ello modifique la calidad de la recepción final. De esta forma, se reducen por eliminación aquellas frecuencias que resultan irrelevantes o redundantes para el oído. Las radiodifusoras para lograr la transición a la radio digital deben instalar equipos nuevos. Estas usarán señales analógicas y digitales en un mismo canal de AM o FM, lo que conlleva que retransmitirá en dos formatos una misma programación. Permite la interactividad de los oyentes, además de la recepción de imágenes y publicidad al instante. La radio digital a diferencia de la radio tradicional presenta aspectos muy importantes de los cuales se pueden mencionar los siguientes: La calidad de audio es superior, no hay interferencias lo que hace que sean más atractivas, los diseños de radio son más originales ya que se puede seleccionar la estación que se desee, el radioescucha puede programar su radio y solicitar que le lleguen informaciones sobre noticias, precios de acciones, cotizaciones bursátiles, resultados deportivos o información meteorológica, etc., si así lo desea. REFERENCIAS www.coitt.es/antena/pdf/166/06a_Reportaje _FM_digital.pdf www.coitt.es/antena/pdf/164/07a_Reportaje _La_onda.pdf www.com.uvigo.es/asignaturas/rtn/documen tos/Sist_DRM.pdf www.cema.edu.ar/~fpeca/tesidestac/RadioS atelital.pdf http://www.rtve.es/dab/ Estos formatos son el digital y analógico, cabe destacar que los radioescuchas podrán percibir las estaciones analógicas con pocas alteraciones. La radio digital se puede emitir de 3 maneras: la radio digital, por satélite la radio digital terrena y la radio Web; ésta última es la más novedosa ya que en ella se establecen nuevas fronteras de comunicación, se puede escuchar tanto directamente como diferido de las emisiones. robotica.uv.es/noticias/migracionaldab.doc www.lpi.tel.uva.es/cgi-bin /miguel/ down load/down.pl www.conatel.gov.ve/noticia.asp www.camradio.org/documentos/historia.PD F