Sistema de transmisión distribuida

En la radiodifusión de televisión digital terrestre en Norteamérica , un sistema de transmisión distribuida ( DTS o DTx ) es una forma de red de frecuencia única en la que una sola señal de transmisión se envía mediante microondas , línea terrestre o satélite de comunicaciones a múltiples estaciones transmisoras de radio terrestres sincronizadas . La señal se transmite simultáneamente en la misma frecuencia en diferentes zonas superpuestas de la misma área de cobertura, combinando eficazmente muchos transmisores pequeños para generar un área de transmisión comparable a la de un transmisor grande o para cubrir las zonas sin cobertura debidas al terreno o a obstáculos localizados.

Si bien la idea de una red de frecuencia única con múltiples transmisores que emiten la misma programación en el mismo canal desde múltiples emplazamientos no es un concepto nuevo, el estándar de televisión digital ATSC utilizado en Norteamérica no fue diseñado para este modo de operación y no se adaptaba bien a estas aplicaciones. Los estrictos requisitos de sincronización y el deficiente manejo de la interferencia multitrayecto de las primeras implementaciones de ATSC habrían impedido el uso de múltiples transmisores síncronos en la misma frecuencia en el momento del primer despliegue comercial a gran escala de ATSC en 1998; estas restricciones se suavizaron en cierta medida a medida que el diseño de los receptores avanzó en los años posteriores. Para 2004, ya existía la tecnología necesaria para que los receptores de televisión digital detectaran la interferencia multitrayecto estática (no móvil ni cambiante) (sujeta a ciertas restricciones de sincronización) y compensaran sus efectos en la señal digital.

Se han realizado pruebas por parte de varias emisoras individuales o grupos de emisoras, incluida la Metropolitan Television Alliance (MTVA, un consorcio de estaciones de televisión de la ciudad de Nueva York ). ^{[ 1 ]} Una serie de pruebas iniciales que involucraron cuatro sitios de transmisión distribuidos y más de 100 sitios de medición de prueba en la ciudad de Nueva York y Nueva Jersey se completaron en junio de 2008, junto con pruebas a menor escala en Nueva York en 2007. El mercado de Nueva York es particularmente problemático para la recepción multitrayecto debido a la gran cantidad de obstáculos artificiales que impiden una cobertura digital adecuada de toda la ciudad desde las instalaciones de transmisión principales en la cima del Empire State Building .

Para el receptor, una señal de una red de frecuencia única aparece como una sola transmisión con una fuerte interferencia por trayectos múltiples ; en el peor de los casos, se detecta como una señal principal y una reflexión, ambas de igual intensidad, ya que las señales llegan desde múltiples transmisores a la misma ubicación intermedia en momentos ligeramente diferentes.

El estándar ATSC utilizado para la televisión digital en Norteamérica, a diferencia del estándar DVB-T en Europa y otros países, utiliza 8VSB en lugar de OFDM , una modulación que permitía a una estación transmitir a niveles de potencia máxima más bajos, pero que históricamente ha sido muy inferior en el manejo de reflexiones multitrayecto e interferencias de radiofrecuencia .

El primer despliegue comercial generalizado de la televisión digital ATSC en EE. UU. comenzó en 1998, siendo las primeras en adoptarla las estaciones de los mercados más grandes (incluida la ciudad de Nueva York, atendida por transmisores en la cima del World Trade Center ). Los receptores digitales de esta época, si bien eran caros, estaban mal equipados para lidiar con señales reflejadas, una desventaja importante en entornos urbanizados. Las generaciones posteriores de diseño de receptores mitigaron significativamente estas limitaciones; para 2004, existía la tecnología para construir receptores capaces de detectar y compensar condiciones de interferencia multitrayecto estáticas donde un solo eco era 10 dB más débil (con una diferencia de tiempo de 30 microsegundos) o de la misma intensidad (el peor caso, pero dentro de un rango de 12 microsegundos). ^{[ 2 ]}

Si los transmisores pudieran mantenerse con una sincronización suficientemente precisa y una separación geográfica suficientemente cercana para operar dentro de estos límites, sería posible una red de frecuencia única que utilizara el nuevo diseño de receptor, incluso con los estándares de radiodifusión digital ATSC norteamericanos existentes. ^{[ 3 ]}

Las pruebas realizadas por la emisora ​​pública educativa de la Universidad Estatal de Pensilvania , WPSX-TV (ahora WPSU-TV), se realizaron inicialmente en 2003 ^{[ 4 ].} WPSU era una estación analógica VHF 3 que prestaba servicio a State College, Pensilvania, desde un transmisor distante que también debía cubrir Johnstown y Altoona . Como estación digital, WPSU había utilizado un gran transmisor UHF 15 en la ubicación de la torre de transmisión VHF baja original , lo que provocó problemas localizados con el apantallamiento del terreno que interferían con la recepción UHF en el propio State College. La reubicación del transmisor principal habría interferido con la capacidad de la estación para prestar servicio a las otras dos comunidades. La adición de un pequeño transmisor de TV digital sincronizado (50 kW ) en State College, en la misma frecuencia que la señal principal UHF 15, demostró ser un medio para mejorar la recepción; se podrían lograr mejoras adicionales añadiendo pequeños transmisores de 50 kW en el mismo canal en cada comunidad a la que se prestara servicio.

ATSC publicó estándares el 25 de septiembre de 2004, como guía para el diseño de transmisores múltiples, redes de frecuencia única y redes de frecuencia múltiple. ^{[ 5 ]} Los nuevos estándares de 2004 incluían:

• A/110A, "Estándar de sincronización para transmisión distribuida, revisión A"
• A/111, "Diseño de redes de transmisores múltiples sincronizados" ^{[ 6 ]}

Entre los problemas técnicos abordados se encontraban la sincronización entre transmisores ( se utilizó GPS para proporcionar frecuencias de referencia de 1 Hz y 10 MHz, así como información de temporización) y el control preciso de las frecuencias transmitidas (con una tolerancia de 1 Hz). Para la resolución de problemas, era necesario integrar la identificación de cada transmisor en la señal, pero el flujo de datos principal en cada transmisor sincronizado debía ser idéntico. Esto se lograba añadiendo una segunda señal de espectro ensanchado de baja tasa de bits , entre 27 y 30 dB más débil que la señal principal. Dado que este identificador de "marca de agua" se encontraba oculto bajo la señal principal más potente, se podían recibir y sumar múltiples repeticiones del mismo identificador para proporcionar a los técnicos de radiodifusión una versión legible de la marca de agua. Un receptor estándar, por su diseño, recibiría la misma señal de todos los transmisores.

La generación de datos no MPEG transmitidos como parte de la capa de transporte (como la posición de sincronización de trama transmitida o el estado inicial de los dispositivos de codificación de enrejado) también tendría que coincidir exactamente entre cada transmisor sincronizado. Aunque estos datos se descartan después de la demodulación de la señal recibida, cualquier discrepancia podría generar interferencias entre las distintas señales del mismo canal. Sería necesario añadir un paquete de transmisión distribuida adicional de "operaciones y mantenimiento" (OMP, identificador de paquete PID: 0x1FFA) a los datos ATSC en el estudio y utilizarlo para controlar diversos parámetros necesarios para la configuración y sincronización de los transmisores individuales.

La ubicación, el patrón direccional y los niveles de potencia de cada transmisor también deberían elegirse con mucho cuidado, ya que el sistema ATSC está sujeto a límites muy estrictos en la diferencia de tiempo máxima entre la llegada de múltiples versiones de la misma señal al receptor. En áreas con problemas de recepción, se podrían obtener mejoras significativas, pero se requeriría un diseño cuidadoso para operar múltiples transmisores en el mismo canal sin interferencias destructivas. ^{[ 7 ]}

Pruebas adicionales realizadas por la estación WNJU , propiedad de Telemundo , Ion TV y el propietario de la torre de transmisión Richland Towers, utilizando un transmisor principal de Nueva Jersey y un transmisor secundario DTS de relleno en Times Square ^{[ 8 ]} en 2007, indicaron que, de quince sitios de prueba para la recepción de la estación en la ciudad de Nueva York, el 40% obtendría una mejora sustancial en la señal con la adición de un segundo transmisor a la estación existente, ^{[ 9 ]} mientras que todos menos uno recibirían al menos la misma calidad de señal que se observó sin un sistema de transmisión distribuida. ^{[ 10 ]} La Metropolitan Television Alliance de Nueva York iba a realizar pruebas similares, pero a mayor escala, en 2007 y 2008. ^{[ 11 ]}

Aunque la Comisión Federal de Comunicaciones de EE. UU. ha apoyado el DTS en principio desde 2004, una convocatoria de comentarios públicos de la FCC a finales de 2005 generó un amplio espectro de respuestas a principios de 2006, que abarcaron desde un fuerte apoyo de grupos como la Asociación Nacional de Radiodifusores ^{[ 12 ]} hasta una oposición generalizada de grupos que defienden el uso libre de "espacios blancos" (frecuencias de radiodifusión no utilizadas) ^{[ 13 ]} para fines distintos a la radiodifusión ^{[ 14 ]} , como los datos inalámbricos. ^{[ 15 ]}

La FCC otorgó una autorización técnica especial de seis meses a WTVE Reading, Pensilvania, en diciembre de 2006, lo que le permitió operar un sistema de transmisión distribuida de forma experimental, pero no autorizó los sistemas de forma permanente ni con licencia en ese momento. ^{[ 16 ]}

Un ejercicio de prueba de mercado patrocinado por la FCC en Wilmington, Carolina del Norte, interrumpió todas las transmisiones comerciales analógicas de máxima potencia al mediodía del 8 de septiembre de 2008. Si bien las numerosas llamadas de los televidentes resultantes fueron preguntas sencillas sobre la instalación de antenas y convertidores, o la necesidad de buscar canales antes de poder ver televisión digital, cientos más se referían a un problema más complejo. Los televidentes de emisoras de larga trayectoria de alta potencia en VHF baja, como WECT ( NBC 6 Wilmington), cuya señal en su formato analógico llegaba hasta los límites de Myrtle Beach , ya no podían recibir la estación, incluso con el convertidor y la antena instalada correctamente. El cambio a UHF 44 y a una ubicación diferente del transmisor había reducido sustancialmente el área de cobertura de WECT ^{[ 17 ]} y, para muchos que durante años estuvieron en los límites de la señal analógica de NBC 6, WECT dejó de existir. ^{[ 18 ]}

El 7 de noviembre de 2008, la FCC emitió una orden que aprobaba el uso de sistemas de transmisión distribuida por parte de las emisoras terrestres de televisión digital, sujeto a diversas restricciones. ^{[ 19 ]} Esto permite a las emisoras solicitar instalaciones de DTS para cubrir el área que antes cubría la televisión analógica, sin ampliar la cobertura más allá del área de cobertura analógica existente. También prohíbe que una emisora ​​seleccione selectivamente un área de cobertura de tal manera que cubra áreas urbanas dejando a los televidentes rurales sin señal.

Esta exención ha llegado demasiado tarde para permitir que las instalaciones DTS recientemente propuestas se construyan y entren en funcionamiento antes del cierre analógico de 2009, ordenado por el gobierno federal. ^{[ 20 ]}

La Consumer Electronics Association y la CTIA propusieron en diciembre de 2009 obligar a todas las estaciones a utilizar este método, para que las empresas que representan pudieran usar el espacio restante en la banda de TV para banda ancha móvil . A diferencia de la transición a la televisión digital en Estados Unidos , no proponen que las estaciones se vean obligadas a pagar por ello, al igual que el servicio auxiliar de radiodifusión de 2 GHz se vio obligado a trasladarse por la FCC, pero solo después de que el beneficiario ( Sprint Nextel ) compensara a las emisoras por la expropiación regulatoria . ^{[ 21 ]}

En Puerto Rico , la emisora ​​independiente en español WSTE 7 "Super Siete" operaba múltiples transmisores analógicos en la misma frecuencia para cubrir diversas partes de la misma isla; este sistema demostró las limitaciones debidas a la interferencia entre los transmisores si todos están operativos simultáneamente.

En Pensilvania , la emisora ​​independiente WTVE tiene licencia para dar servicio a Reading, aunque su audiencia principal se encuentra en Filadelfia . Un sistema de transmisión distribuida le permite ahora adaptar su área de cobertura para mejorarla en zonas donde su señal es actualmente deficiente .

En Virginia, la televisión pública WVPT / WVPY opera un total combinado de cinco transmisores sincronizados adicionales en el mismo canal para cubrir las áreas bloqueadas por las montañas desde dos transmisores principales VHF/UHF; un conjunto de transmisores digitales sincronizados de US$ 100,000 puede reemplazar el servicio de la misma cantidad de repetidores de transmisión analógica convencionales y también permitir la transmisión nocturna de datos de materiales didácticos a las 188 escuelas del área . ^{[ 22 ] [ 23 ]}

En Nuevo México , la filial de Telemundo, KTDO, propone DTS como un medio para combinar una instalación de DTV de baja potencia que actualmente opera en su comunidad de licencia ( Las Cruces ) con una segunda instalación en la cima de una montaña con vista a El Paso, Texas, para llegar a una audiencia más amplia. ^{[ 24 ]}

En Missouri , la filial de FOX, KRBK, opera un sistema DTS para dar servicio al mercado de Springfield, Missouri, desde 5 puntos de transmisión ubicados alrededor del área de mercado designada (DMA) de Springfield. Este sistema entró en funcionamiento a finales de 2011.

En Alaska , la filial de CBS en Anchorage, KAUU, opera con recursos y equipos limitados, cubriendo una zona extensa y poco poblada con numerosas estaciones repetidoras pequeñas . Si bien la sincronización de la señal de transmisión no representa un problema (ya que la superposición entre las señales se produce completamente en zonas despobladas), la posibilidad de reutilizar varios transmisores pequeños podría permitir a la estación evitar el costo de construir un transmisor principal grande y costoso para su señal digital.

• ATSC
• Traductor de difusión
• MediaFLO (también una red de frecuencia única , pero que utiliza OFDM )
• 8VSB