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¿Qué es DMB?,..(Digital Multimedia Broadcasting) | Radioaficion Ham Radio

¿Qué es DMB?,..(Digital Multimedia Broadcasting)

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La introducción de los servicios multimedia en los sistemas móviles es una de las claves más importantes para que los operadores de telefonía móvil mantengan los ingresos medios por usuario (ARPU) en los próximos años, ya que se espera que los ingresos por el uso de los servicios de voz decrezca en las próximas décadas.

Un reciente estudio pronostica que en el 2006 el gasto en servicios móviles será de alrededor de 3.3 miles de millones de dólares en Europa. Muchos investigadores de mercado han identificado que los usuarios de los servicios móviles cada vez están más interesados en contenidos multimedia relacionados con noticias, deportes y música.

¿Qué es DMB?

DMB es una forma de enviar servicios de televisión a receptores móviles, incluso de alta velocidad (coches, autobuses, trenes, etc.). El paso al dominio digital abre un nuevo mundo de posibilidades en las nuevas estaciones, aumento de facilidades, mejora de la calidad del sonido y nuevas oportunidades de ingresos para las compañías emisoras. No solo se pueden transmitir sonido y voz sino que se pueden incluir ficheros de datos e incluso aplicaciones enteras. Por ejemplo, la emisión de un debate político podría venir acompañada de una aplicación software para posibilitar el voto de los espectadores.

Antes de describir a fondo el sistema DMB conviene conocer cual ha sido su desarrollo histórico. DAB (predecesor del DMB terrestre) fue creado en Europa en los años 80. Los países de la Unión Europea organizaron un proyecto llamado Eureka-147 en 1987 para realizar investigaciones sobre la tecnología de radio digital y BBC (una compañía pública) lanzo su servicio de DAB terrestre en Septiembre de 1995. Desde entonces muchos países introdujeron servicios DAB incluyendo Suiza en 1995, Francia en 1997 y Alemania en 1999.

DMB es la siguiente generación de radiodifusión de servicios digitales, permitiendo al usuario disfrutar de servicios de audio con calidad Cd estéreo y de servicios de video o datos en tiempo real, en cualquier lugar y a velocidades de hasta 200km/h.


El término DMB (Digital Multimedia Broadcasting) proviene de DAB (Digital Audio Broadcasting), que supone la transmisión de sólo sonido, mientras que su evolución, DMB, realiza la transmisión de imagen y sonido; apareciendo entre enero y febrero del 2003. Al mismo tiempo, el ministerio de información y de comunicación de Corea (KMIC), estandarizó el término DMB para describir la transmisión de servicios que incluyen desde audio hasta difusión de televisión y datos.

DMB se clasifica en DMB terrestre (TDMB) y satélite (SDMB), de acuerdo con el tipo de tecnología y la configuración de la red. Ambos servicios marcan una nueva época en la comunicación móvil, aunque sus orígenes son diferentes.


La especificación técnica de DMB se clasifica principalmente en ‘Sistema A’ y ‘Sistema B’. El primero se basa en OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), un estándar para televisión digital en Europa; mientras que el segundo se basa en CDM (Code Division Multiplexing), con el mismo principio que la tecnología de comunicación móvil.

Sistemas de compresión

Para la difusión de servicios multimedia es necesario tener métodos de compresión, tanto de vídeo como de audio, con el fin de necesitar la mínima tasa de transferencia para ofrecer unos servicios de calidad aceptable. De este modo se reduce el ancho de banda necesario, lo que es ventajoso debido a lo limitado del espectro radioeléctrico. Por otro lado, estos sistemas de compresión deben ser lo suficientemente sencillos (en cuanto a procesamiento) como para no necesitar terminales de usuario muy complejos.
Los contenidos multimedia son procesados con los siguientes códecs:


Vídeo: MPEG-4 AVC (ISO/IEC 14496-10) / H.264
MPEG-4 Part 10 / H.264 es lo más reciente en cuanto a estándares de codificación de vídeo. Este ha sido aprobado por la ITU-T como Recomendación H.264. Está compuesto por dos partes principales: VCL (Video Coding Layer) que representa eficientemente los contenidos de vídeo (mejorando la eficiencia de codificación con un factor 2 sobre MPEG-2 para la misma calidad de video); NAL (Network Abstraction Layer) que proporciona mayor facilidad de trabajo con la red.
Los estándares de DMB especifican que los servicios de vídeo deben ser proporcionados para unas dimensiones máximas de display de 352x288 píxeles, con una tasa de 30 fps (frames per second). De este modo se debería obtener una calidad VCD en una pantalla LCD de 7 pulgadas, permitiendo además acceso aleatorio cada 0.5 segundos de la secuencia.


Audio: MPEG-4 (ISO/IEC 14496-3) BSAC
Los servicios de audio de DMB deberían soportar radiodifusión de audio estéreo estandarizado a la tasa de muestreo de 24, 44.1, 48 KHz. Los servicios deberían proporcionar calidad de CD para la radiodifusión sólo de audio, y una calidad superior a la radio FM analógica para el audio acompañado de vídeo. La máxima tasa de bit establecida para el audio en estéreo es de 128 Kbps.

SDMB (Satellite Digital Multimedia Broadcasting)

El propósito de SDMB es proporcionar una capacidad de transmisión a operadores móviles, ofreciendo streaming y servicios de descarga de datos a un coste adecuado. El sistema se diseña para evitar la introducción de restricciones en la telefonía móvil 3G, abaratando así su implantación. Se considera que durante el desarrollo del sistema SDMB, la mayoría de móviles van a operar en redes del tipo 2G y 3G, restringiéndose estas últimas a áreas urbanas, por lo que el nuevo sistema deberá ser compatible con ambas.
El sistema descansa en una infraestructura híbrida de repetidores terrestres y a bordo de satélites, operando en la banda IMT 2000 (Internacional Mobile Telephony 2000), permitiendo la penetración en áreas rurales.

Sistema europeo

El sistema SDMB pretende implementar una capa multicast sobre una red móvil UMTS 3G terrestre unicast.
El concepto del sistema está basado en una arquitectura de repetidores terrestres y sobre satélites para la entrega de servicios digitales multimedia interactivos en modo broadcasting/multicasting a los usuarios finales móviles.
El diseño del sistema tendrá como objetivo la penetración indoor por medio de satélites geoestacionarios de gran potencia, enfocando varios haces sobre Europa.

Características generales del sistema europeo

El sistema SDMB europeo está diseñado para cubrir Europa con haces apuntando a cada área lingüística.

La infraestructura del sistema permitirá típicamente una disponibilidad media superior al 95%, al aire libre y sobre cada una de las celdas. Para conseguir una penetración en los edificios, se utilizan las siguientes técnicas:
• Uso de satélites de alta potencia con largas antenas desplegables.
• Especificar una capa de transporte confiable, basada en FEC (Forward Error Correction) e interleaving.
• Uso de repetidores terrestres en algunas áreas de sombra en zonas densamente pobladas.
La arquitectura del sistema SDMB interacciona con la red terrestre móvil tal y como se muestra en la siguiente figura.


Arquitectura DBM

El centro de servicio, BM-SC (Broadcast/Multicast Service Center), necesita ser configurado para tener en cuenta la naturaleza de radiodifusión del sistema SDMB. La red móvil 2G/3G se utiliza para el intercambio de seguridad, tarificación y soportar la retransmisión selectiva punto a punto.
El hub toma como entrada los servicios multimedia recibidos del BM-SC, y con este flujo de información se construye la portadora de descarga WCDMA, la cual se modula en dos bandas de frecuencia FSS (Fixed Satellite System), la Ku y Ka; obteniéndose un camino directo (hub-satélite-móvil) y otro indirecto (hub-satélite-repetidor terrestre-móvil).

TDMB (Terrestrial Digital Multimedia Broadcasting) - T-DMB basado en el DAB existente

Estructura de la transmisión T-DMB

El sistema DAB proporciona sonido con calidad de CD y algunos servicios de datos para aplicaciones móviles. El servicio T-DMB funciona mediante el sistema DAB basado en Eureka-147. Hay 5 tipos de caminos de datos en el sistema DAB. El canal de información rápida (FIC) y la información de servicio (SI) son usados en esta figura para transmitir el multiplexado e información de la configuración de algunos servicios, incluyendo varios de datos y audio. El camino de sonido DAB es usado para el servicio de audio digital, el cual es el servicio principal del sistema DAB existente.


Existen dos tipos de canales principales para datos en el sistema DAB, el de modo paquete y el de modo stream. De estos dos, los de tipo paquete son los usados para diversos servicios de datos. En T-DMB se usan los canales del modo stream para transmitir Audio y Vídeo (AV) stream creado por el procesador DMB.
Después todos los datos son multiplexados en un único stream, son codificados por el OFDM encoder, y transmitidos por una señal de RF.

T-DMB

Estructura de la transmisión T-DMB basada en el sistema DAB Eureka-147 existente.

Mediante el uso del sistema Eureka-147, todo tipo de servicios son posibles en T-DMB. El servicio básico de T-DMB es el TV-like en entornos fijos o estáticos. En este servicio la calidad esperada del vídeo es VCD-like de 5-7 pulgadas y una resolución máxima de 325x288 a 30 imágenes por segundo (fps). El segundo servicio disponible en T-DMB es el multimedia-mobile-phone-like. Otro servicio disponible en T-DMB es el sonido de alta calidad, este es el propósito principal del sistema DAB existente. En este caso la transmisión de sonido con calidad de CD gana a los sistemas de FM analógicos, además otros servicios relacionados con el sonido son posibles, como el slide show.
Finalmente T-DMB puede proveer una gran cantidad de servicios de datos, como EPG o la transmisión de: sitios web, noticias, información meteorológica, información sobre el tráfico, etc.

Estructura del standard T-DMB

En el standard de vídeo en T-DMB la capacidad disponible de datos es de alrededor de 1 Mbps considerando la necesidad de datos de sincronización, corrección de errores e información de la configuración del multiplexado bajo un tasa de protección de ½. Por todo esto, es deseable adoptar las más modernas tecnologías de codificación para conseguir incrementar la calidad de los servicios
La codificación avanzada de vídeo MPEG-4, la cual tiene una alta eficiencia en la transmisión multimedia a una baja tasa de transferencia, es usada par codificar los contenidos de vídeo y una codificación aritmética de bit desplazado (BASC) para la codificación del audio, además se adopta la codificación BIFS para los datos interactivos relacionados con los contenidos de vídeo. Primeramente, cada stream es encapsulado en un paquete en la capa de sincronismo (SL), estos paquetes son multiplexados para la creación de la trama MPEG-2 TS, la cual es generalmente usada en sistemas de transmisión digital. Los streams MPEG-2 TS son codificados para minimizar los errores mediante Reed Solomon (RS) y convolutional interleave. Estos streams son insertados dentro del canal de modo stream del sistema DAB.

Outer coder

El sistema Eureka-147 DAB fue originalmente diseñado para la transmisión de streams de audio con calidad de CD, con un BER (tasa de errores) menor de 10-4. Sin embaro, para lograr una transmisión y recepción estable de imágenes en movimiento como los streams MPEG-4, el BER debería descender por debajo de10-8. Para esto, el sistema T-DMB usa un esquema de codificación adicional, el llamado outer coder. El outer coder consiste en un codificador RS y después un convolutional interleaver.

Implementación y resultados experimentales

A día de hoy se han desarrollado varios sistemas para el procesador T-DMB, entre los cuales esta el T-DMB encoder, T-DMB stream caster y el T-DMB Ensemble Re-multiplexer.


El T-DMB encoder es diseñado para proveer servicios móviles interactivos multimedia basado en el DAB en Corea. Tiene 3 funcionalidades principalmente, compresión de señales de audio mediante MPEG-4 BSAC, compresión de señales de video mediante MPEG-4 AVC y multiplexado mediante MPEG-2/4. Se espera que el T-DMB encoder soporte varios servicios multimedia a los usuarios en cualquier momento, en cualquier lugar y para cualquier dispositivo. Sus interfaces de entrada exportan señales de audio analógicas y digitales, video y contenidos interactivos y el interfaz de salida esta compuesto por el TCP/IP y DVB-ASI. También proporciona una interfaz al usuario para la selección de la tasa de bits y la tasa de frame.


El T-DMB stream caster implementado puede ser conectado al multiplexor DAB comercial a través de una conexión TCP/IP. El uso del Stream caster permite seleccionar los ficheros MPEG-2 a transmitir y la tasa de bits es automáticamente calculada y controlada para estar acorde con el sub-canal del ensemble, el cual es informado por el ensemble multiplexer. El Ensemble Re-Multiplexer es usado para insertar las tramas MPEG-2 TS provenientes del T-DMB encoder en el ensemble multiplexer del DAB convencional a través del interfaz ETI (Ensemble Transport Interface). Realmente es el que hará posible el uso de sistemas de transmisión T-DMB comerciales.
Se ha testeado varias veces el sistema T-DMB, las condiciones del experimento son las siguientes. Las fuentes de audio y video fueron codificadas por MPEG-4 AVC de 512kbps y MPEG-4 BSAC de 96 kbps, fueron encapsuladas en una trama MPEG-2 TS de 796 kbps. El tamaño fijado para el sub-canal es 864 kbps. Después del codificador RS, la tasa de bits de los paquetes RS fue mantenida a 863.74(-796x290/188) kbps. Al viajar a una velocidad de 100 Km/h, en el resultado del test se puede ver como la imagen en el sistema análogico está seriamente degradada. Mientras que la imagen T-DMB es recibida en buenas condiciones, incluso en áreas donde hay edificios altos.

Después de este test, se han hecho otros muchos en Seul (Corea) con resultado satisfactorios. Estos resultados experimentales muestran que el sistema T-DMB permite transmitir contenidos multimedia de canales de 1.5 MHz VHF a dispositivos móviles.

Conclusiones

Los sistemas DMB abren un nuevo mundo de posibilidades donde otros sistemas no llegan. Pueden dar respuesta a un elevado número de necesidades de comunicación. Ya se han definido muchos servicios y se pueden definir muchos más, sólo se necesitan empresas que quieran asumir la inversión inicial y diseñar aplicaciones y servicios para sus clientes. El servicio principal que ofrece DMB es la difusión de vídeo en tiempo real, es decir, la posibilidad de ver las cadenas de televisión en casi cualquier ambiente (en el campo, dentro de un edificio, en la ciudad, o desplazándonos a altas velocidades).


En base a este hecho, la previsión sobre el futuro de estos sistemas es muy alentadora, ya que como se dijo en la introducción, estudios de mercado han determinado que la cantidad de servicios multimedia solicitados por los clientes aumentará considerablemente en los próximos años.


Por otro lado, en el caso de SDMB, la necesidad de una red 2G/3G o superior para permitir su funcionamiento, permite a las empresas del sector realizar la fuerte inversión en desplegar una red 3G, porque les permitirá obtener beneficios de los servicios ofrecidos por dicha red, y además obtener ingresos de la utilización de esa red como parte integrante del sistema SDMB.

Resumen del trabajo : INGENIERÍA DE ONDAS II
de Jesús Enrique Sierra García y Alberto de la Fuente de la Fuente

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