Los radiodifusores deben de sopesar los aspectos técnicos ante el desarrollo e implantación de la radio digital, en la elección de los estándares de emisión para la radio digital terrestre. En Europa encontramos las familias DAB (Digital Audio Broadcasting) y DRM (Digital Radio Mundiale), en USA el estándar elegido es el HD-Radio y el ISDB-TSB (Integrated Service Digital Broadcasting-Terrestrial for Sound Broadcasting) en Japón.
La familia DAB es un estándar que permite mejorar de manera sustancial el aprovechamiento del espectro radioeléctrico, pero que exige llevar a cabo una reasignación de frecuencias, debido a que sus bandas de trabajo son la banda L (l452-1468 MHz) y la banda lll de VHF (195-223 MHz), ademas de que sus mecanismos de procesamiento de señal varían sustancialmente de los sistemas convencionales.
El estándar Radio DNS permite la recepción de FM, DAB, HD Radio, etc., junto a servicios ofrecidos mediante tecnología IP, a través de licencias de uso y explotación de código abierto. Quizás el aspecto más interesante de esta tecnología sea el desarrollo de tres aplicaciones que introA-4 ducen servicios de valor anadido a través de conexiones de
banda ancha: RadioVlS, RadioEPG y RadioTAG:
– Radi0VIS: permite la recepción de imágenes y texto. Estos contenidos pueden enriquecer la emisión tradicional introduciendo información y publicidad.
– RadioEPG: proporciona información al oyente sobre la parrilla de programación de la emisora que está escuchando y las posibilidades de recepción de la misma. Así,
el oyente puede combinar diferentes tecnologías y elegir servicios en streaming o mediante redes terrestres.
– Radi0TAG: permite la interacción con el oyente. Al presionar un botón el oyente puede marcar un contenido como interesante y buscar más información en su telefono móvil o en su ordenador. Esta aplicación permite la compra de entradas o música, ofrece información adicional y conecta a los oyentes con los anunciantes.
El Sistema DAB
De una manera general se puede decir que el sistema DAB partió de dos requerimientos:
– Resolver definitivamente la recepción móvil.
– Convertirse en un servicio multimedia interactivo.
Ventajas:
Así, mediante la utilización de técnicas digitales para compresión y transmisión de la señal, el sistema DAB obtiene diferentes mejoras de calidad y de ampliación de servicios
por encima de la radiodifusión convencional. Entre otras características sobresalen las siguientes:
– Mejor calidad de sonido y eliminación de ruidos e interferencias.
-Mejora el aprovechamiento del espectro radioeléctrico.
-Una recepción muy robusta.
-Canales de datos de alta capacidad.
-Radiodifusión con redes de frecuencia única.
-Bajo coste de transmisión para las empresas de radiodifusión.
Desventajas:
-El usuario debe remplazar sus viejos receptores por unos que puedan recibir en el rango de frecuencias de la banda L.
-El radiodifusor que debe cambiar su infraestructura de transmisión.
Coponentes Principales:
Los cuatro elementos principales que componen el sistema DAB, y que hacen posible su eficiencia son:
-Codificador MUSICAM.
– Multiplexor.
– Modulador COFDM.
– Transmisor.
Codificación y compresión de audio digital:
MUSICA es una codificación y compresión de audio digital propuesta al grupo MPEG. Este método de codificación reduce la cantidad de información a una séptima parte sin degradar la calidad de la señal recibida. Para esta compresión de información se parte de
técnicas de codificación psicoacústicas especificadas por MPEG de capa II o MPEG-2 LayerII y de la respuesta del oído humano, basándose en una serie de efectos que, sin
deteriorar la calidad de la señal, posibilitan eliminar información redundante o inservible e inaudible para el sistema de audición del organismo humano.
Codificación de canal y modulación de la señal DAB
Al igual que los sistemas IBOC y DRM, el sistema DAB utiliza para la etapa de codificación/modulación de la señal digital el esquema COFDM, y al igual que DRM, el sistema DAB también permite asignar a la información contenida en el múltiplex diferentes niveles de protección, dependiendo de su importancia y con el objetivo de optimizar el uso del canal de transmisión.
Los parámetros de la codificación convolucional dependen del tipo de servicio transportado, la velocidad de transmisión y el nivel de protección contra errores deseado; existen dos niveles de protección disponibles, la protección
desigual contra errores (Unequal Error Protection – UEP), utilizada principalmente para audio aunque puede usarse también para datos, y la protección igual contra errores
(Equal Error Protection – EEP), usada tanto para audio como para datos.
Las tramas de transmisión están formadas por símbolos OFDM consecutivos, los cuales son generados por el multiplexor, que combina las CIF y las FIB en un proceso que
incluye modulación DQPSK, entrelazado en frecuencia, y multiplexación en frecuencia de los simbolos DQPSK (generador OFDM).
Usos de modos de transision
Cada modo de transmisión define ciertos parámetros, como tamaño del múltiplex, cantidad de portadoras a transmitir, etc. Entonces, los modos de transmisión se seleccionan de acuerdo a las siguientes condiciones de transmisión:
– Modo de transmisión I: disenado para su uso en redes SFN y para áreas de cobertura locales en las bandas I, II y III. Por debajo de 300 MHz, en redes de VHF, debido a que este modo permite la máxima separación entre transmisores.
– Modo de transmisión II: se emplea para redes SFN de tamaño mediano en banda L de 1452 MHz a 1492 MHz, o para redes híbridas de satélite y terrestres.
Además, el modo II puede ser utilizado también para redes SFN de tamaño medio-grande mediante la inserción, si fuese necesario, de retardos artificiales entre
transmisores y/o utilizando antenas transmisoras directivas.
-Modo de transmisión III: es más apropiado para satélite, debido a que trabaja en la banda de los 3 GHz para recepción móvil y es el que posee la máxima tole-
rancia al ruido de fase. Es el modo adecuado para servicios que exceden al país y para coberturas de país. Este modo también es el preferido para las transmisiones por redes de cable hasta 3 GHz.
– Modo de transmisión IV: este fue añadido posterior mente para establecer redes SFN en banda L a 1,5 GHz que permitieran mayor espaciamiento entre los transmisores. Sin embargo, es menos resistente a la degradación de señal producida en móviles a grandes
velocidades, debido a la menor separación entre portadoras que el modo II.
Requerimientos de conversión para la transmisión de la señal DAB
Dado que el sistema DAB está diseñado para trabajar en las bandas III y L del espectro radioelectrico, al adoptar esta tecnología, es necesario que los radiodifusores cambien todos los equipos y antenas empleados para la generación y transmisión de la señal, ya que la radiodifusión de audio digital se llevaría a cabo en bandas diferentes a las utilizadas actualmente en España para este servicio.
Por otro lado, debido a que el sistema DAB trabaja con una sola señal de banda ancha (1,5 MHz) dividida en subcanales que transportan los servicios de audio y datos de
cada una de las radiodifusoras, sería necesario que cada una de las radiodifusoras generaran su respectivo contenido en sus propias instalaciones, y posteriormente transmitirlo a una central transmisora donde todas las señales de cada radiodifusora sería procesada para generar la señal de banda ancha correspondiente. Lo anterior podría representar un problema ya que sería necesario crear un organismo o empresa independiente a las radiodifusoras, que sería el encargado de administrar la central de transmisión.
Recepción de una Señal
La Imagen muestra un receptor DAB conceptual. El conjunto DAB está seleccionado en el sintonizador analógico. La salida digitalizada que se introduce en el demodulador OFDM y un decodificador de canales eliminan los errores de transmisión. La información contenida en el FIC se pasa a la interfaz de usuario para la selección de servicios y se utiliza para configurar el receptor adecuado. Los datos MSC son procesados en un decodificador de audio para producir las señales de audio izquierdo y derecho o en un decodificador de datos (paquetes Demux), según corresponda.
Tipos de receptores existentes
-Componentes de alta fidelidad
-Receptores para automóviles
-Tarjetas de audio digital para PC
-Sistemas de alta fidelidad
-Receptores portátiles
DAB+
Está basado en el estándar original de DAB, pero utiliza una codificación de audio más eficiente. Considerando que el DAB utiliza la codificación MPEG Audio Layer II (más conocido como MP2), DAB+ utiliza la codificación MPEG4 o HE-AAC V2 (mejor conocido como MP4 o AAC+). Esto permite que la calidad subjetiva de audio sea igual o mejor y se transmitirá a velocidades de bits más bajas. HE-AAC V2 combina tres tecnologías:
-El códec de audio avanzado (Advanced Audio Co-ding – AAC) que consigue para MPEG-4 tasas de bits más bajas manteniendo la calidad del audio.
– La replicación de la banda espectral (Spectral Band Replication – SBR), herramienta de expansión debido a que ofrece la misma experiencia de sonido con aproximadamente la mitad de la tasa de bits respecto a otros códecs de audio. El códec transmite las frecuencias más bajas, mientras que el SBR reconstruirá las altas frecuencias, a partir de la información proporcionada por el rango de frecuencias ya comprimido por el A-4 códec y un pequeno flujo de datos asociado.
-El estéreo paramétrico (Parametric Stereo – PS): para incrementar aún más la calidad de una señal de audio comprimido, especialmente las codificadas a tasas muy bajas (entre los 16 y 56 kbps, pero sobre todo las menores a 48 kbps).
Sistemas In Band On Channel (IBOC)
La clave técnica del DAB radica en la completa reorde-nación del sistema radiofónico que supone, al prescindir(aunque no inmediatamente) de las OM y las FM y sustituirlas por una banda diferente, tradicionalmente utilizada para la transmisión de televisión, la VHF. La transición de la radio analógica a la digital DAB obliga a una redistribución de licencias que trastoca el actual reparto de mercado, más aún cuando la presencia en el sistema analógico no garantiza un lugar dentro del nuevo reparto digital.
El sistema digital Radio Mondiale
El sistema de radiodifusión DRM fue diseñado por el Consorcio DRM como un reemplazo digital de alta calidad para las transmisiones analógicas de AM actuales, por esta razón, la señal digital DRM puede ser transmitida dentro de las bandas y los canales asignados actualmente para dichos servicios.
El sistema DRM permite la emisión simultánea en digital y analógico en ondas largas, cortas y medias. El DRM utiliza una compresión MPEG-4 que consigue un sonido
equivalente a la actual FM.
El sistema DRM está formado por varios modos de operación que pueden ser divididos en dos grupos.
– Modos DRM30: denominados como modos de transmisión A, B, C y D, son aquellos que fueron diseñados específicamente para la radiodifusión en las bandas de AM, utilizando frecuencias por debajo de los 30 MHz.
Según la recomendación ITU-R BS.1514.
Ventajas y Servicios del DRM
Ofrece una mejora en la calidad de audio
Transmisión Simulcast AMIDRM
Uso eficiente del espectro asignado para la radiodifusión.
Reducción en el consumo de potencia (40 % o 50 % aproximadamente).
Sintonización de otros servicios de datos y audio analógico y digital (DAB, AM o FM).
DRM permite el uso de redes SFN para la transmisión.
Rápida sintonización de estaciones.
Disminución en los costes de operación.
Datos asociados al programa (PAD) y servicios basados en datos adicionales.
Arquitectura del sistema de trasmisión
Tanto la función de codificación de fuente como la multiplexación se encuentran integradas en el servidor de contenidos, mostrado en la Figura 4.58.
En la misma figura se muestran también los dos tipos básicos de información de entrada:
– El audio y los datos que serán transmitidos a través del canal de servicio principal (MSC, Main Service Channel), que constituye la información útil arrojada por el multiplexor, esta información puede contener de 1 a 4 servicios, ya sea de audio o de datos, la velocidad de este canal depende del ancho de banda y del modo de transmisión.
-Los datos de identificación del o los servicios y los parámetros de codificación que sirven para ayudar al receptor en la sintonización y a codificar de forma correcta la senal recibida.
Codificación de fuente
El sistema DRM provee tres códecs pertenecientes al estándar:
– MPEG-4 AAC (Advanced Audio Coder) o codificación de audio avanzado, que optimiza el ancho de banda cuando en la transmisión hay música. Provee la mayor calidad de audio así como la mayor velocidad de transmisión. Protección frente al error para sonido monofónico y estereofónico, consideradas características mínimas necesarias del oído humano.
-MPEG-4 CELP (Code Excited Linear Prediction) o predicción lineal con excitación por código, protección frente al error para sonido monofónico y baja velocidad de
transmisión (4 kbps para CELP, como mínimo) y están diseñados para codificar únicamente servicios de voz.
-MPEG-4 HVXC (Harmonic Vector Excitation Coding) o codificación por excitación de vector armónico, protección frente al error para sonido monofónico y muy baja velocidad de transmisión, óptimo para aplicaciones de base de datos, requieren de una menor velocidad de transmisión (2 kbps con HVXC), por lo que están diseñados para codificar únicamente servicios de voz.
Codificacion de Canal y modulacion DRM
En la Figura 4.61 se muestra un diagrama de bloques simplificado de un modulador DRM, cuyas funciones se explican brevemente a continuación:
– En la etapa de dispersión de energía se aleatorizan los bits, esto con el fin de reducir la periodicidad de que los patrones sistemáticos en las secuencias de bits resulten en una regularidad no deseada en la senal transmitida.
– El codificador de canal añade, de forma ordenada, bits de redundancia a la información para proveer una herramienta de protección y corrección de errores; con el objetivo de conseguir una transmisión más robusta, además, también define el mapeo de la información digitalmente codificada en símbolos QAM, que luego serán enviados al transmisor para su modulación.
– El entrelazador de celdas dispersa las celdas QAM consecutivas en una secuencia de celdas distribuidas de una forma cuasi aleatoria en tiempo y frecuencia.
El objetivo de este entrelazador es ofrecer una transmisión robusta en canales dispersivos en tiempo y frecuencia. Si se produce un error que afecte a varias celdas consecutivas, cuando estas son desentrelazadas por el receptor las celdas afectadas quedarán separadas y así el error será más fácil de corregir con la codificación de canal.
– El generador de la senal piloto anade portadoras de referencia (de amplitud y fase definidas), las cuales permiten al receptor obtener la información de ecualización de canal y poder hacer así una demodulación correcta de la señal.
Orden de la constelación
El operador puede seleccionar el orden de la constelación de las celdas, tomando uno de los valores de la terna (4-QAM, 16-QAM, 64-QAM). Se indican ordenados por una capacidad creciente de la tasa binaria, pero por contra, de mayor a menor robustez frente al ruido y las interferencias.
Modulacion OFDM
Hay varios parámetros de la modulación OFDM que tambien son configurables: el número de símbolos por trama (NS), la cantidad de portadoras piloto frente a portadoras
de datos y la duración del intervalo de guarda.
Dado que las características de propagación muy diferentes:
-Onda de superficie: LF (30 kHz – 300 kHz), MF (300kHz – 3 MHz).
-Onda ionosférica: MF (1 MHz – 3 MHz), HF (3 MHz – 30 MHz).
– NVIS (casos particulares de transmisores por onda ionosférica con incidencia vertical): MF (l MHz – 3MHz), HF (3 MHz – 30 MHz).
A medida que aumenta la frecuencia, aumenta la dificultad de propagación.
Así, surge la necesidad de diferentes configuraciones o modos de transmisión DRM para tratar con las dificultades de cada uno de los mecanismos de propagación. Ya que me-
canismos de propagación más <<difíciles>› requieren modos de transmisión más robustos.
Generación de trama de Radiofrecuencia
En la Figura 4.64 se presenta la estructura de la trama así como la relación temporal entre los tres tipos basicos de información transmitida. Este orden fue diseñado principalmente atendiendo a las necesidades de sintonización, resintonización y operaciones de contenido de los receptores.
Como se observa en la Figura 4.64 la estructura de la trama del FAC es de 400 ms (DRM30) o 100 ms (DRM+) dependiendo del modo de robustez. Además, a diferencia
del MSC y el SDC, la información transportada por este canal no está entrelazada en tiempo y es mapeada en grupos específicos de subportadoras OFDM para que el receptor
tenga fácil acceso a los parámetros del canal, requeridos por el receptor para la demodulación del múltiplex, y a los parámetros del servicio, necesarios para un escaneo y sintonización rápidos. Otra razón por la cual el FAC no está entrelazado es que, al transmitir la señal DRM en un canal diferente al utilizado por la señal analógica, la sintonización de las estaciones se realiza mediante el nombre de las mismas, y dado que la información del nombre de la estación viaja en este canal, es importante tener un rápido acceso a ella para permitir una sintonización rápida.
Radiocomunicaciones 