Qué hay de nuevo en las tecnologías satelitales avanzadas

Alberto Morello, director del Centro de Investigación de la RAI, y presidente del Grupo de Trabajo DVB TM-S, que se encarga en el DVB de los estándares específicos para la radiodifusión por satélite, tomó el pulso en la última Conferencia Forecast 2017 de la UER al satélite.

En la publicación anterior sobre la Conferencia Forecast 2017 de la Unión Europea de Radiodifusión, celebrada en Ginebra durante los días 23 y 24 de noviembre del año pasado, comentábamos la evolución de las tecnologías TDT y de las tecnologías de radiodifusión de banda ancha en movilidad.

Hoy toca resumir la presentación What’s new on advanced satellite technologies (Qué hay de nuevo en las tecnologías satelitales avanzadas) realizada en el Forecast 2017 por Alberto Morello, director del Centro de Investigación de la RAI, y presidente del Grupo de Trabajo DVB TM-S, que se encarga en el DVB de los estándares específicos para la radiodifusión por satélite.

La presentación se centró en el estado de las tecnologías y servicios de radiodifusión, el DVB es satélite, previsiones a largo plazo, estudios “green-field” del TM y tendencias y evoluciones en la radiodifusión por satélite, la banda ancha y VSAT.

Desarrollo del DVB-S

En 1993 el consorcio DVB empezó a desarrollar el DVB-S, y en 1996 se lanzó el primero de los servicios comerciales. Si analizamos los mercados, considerando la década 2010 -2020, se prevé un crecimiento de la posición mundial de la recepción de televisión en los hogares, tanto a través de la plataforma de satélite como en la plataforma IPTV por satélite, hasta alcanzar: en la recepción Free To Air el 142%, y el 178% en IPTV por satélite.

La tendencia de crecimiento está más saturada en mercados maduros, mientras que la tendencia es mas fuerte en mercados emergentes, como el caso de India donde esta previsión de crecimiento es superior al 400%.

Estado de las tecnologías

En la codificación de video cada 10 años aproximadamente se estandariza una generación más eficiente. Con cada nueva generación típicamente se consigue dividir por 2 el bit rate requerido para las mismas dimensiones y para la misma resolución de pantalla.

Después de la codificación de video MPEG2, vino el MPEG4 AVC y hoy tenemos el HEVC, codificaciones de las que podemos expresar las siguientes características:

El principal objetivo de estas codificaciones es que cada nueva familia trata de obtener mejor resolución, multiplicando para ello por 4 el número de píxeles de la pantalla.

Debido a la eficiencia de codificación que se obtiene con cada nueva familia se divide por 2 el bit rate requerido, pero se busca obtener una mejor resolución multiplicando por 4 el número de píxeles necesario, por lo que el balance final es que típicamente cada familia multiplica por 2 la capacidad que necesitamos para transmitir la señal codificada.

Si nos fijamos en la tercera familia con UHD necesitamos 8 veces más capacidad que necesitábamos para el SD con MPEG2, la conclusión es que finalmente para obtener mejores resoluciones necesitamos más y más capacidad en el satélite. Sin embargo, la evolución de las tecnologías de modulación: la migración de DVB-S a DVB-S2 solamente ha proporcionado solo el 30% de ganancia en la capacidad del satélite.

Situación actual

La situación actual, tomando como ejemplo la flota de Eutelsat Hot Bird, y SES Astra es que el estándar SD todavía se usa para la mayoría de los canales, el HD ha estado creciendo en los últimos años, y el UHD está despegando lentamente.

Globalmente, MPEG-4 es el Sistema de compresión más utilizado: 53,4% de canales, mientras MPEG-2 todavía se usa para el 46,1% de los canales. El HEVC es adoptado para los canales UltraHD y representa el 0,5%.

Existen actualmente 83 canales en UHD a nivel mundial, en Europa 33 de los cuales la mitad de ellos son canales comerciales pruebas y la otra mitad en pruebas. Se prevé que, en el 2019, las ventas de televisores UHD superarán las ventas de HD. Por tanto, podemos decir que es la industria de consumo la que está dirigiendo la evolución hace el UHD y la de los contenidos necesarios.

Con respecto a la adopción de la tecnología de modulación el 41,79 de las portadoras de Eutelsat está utilizando el DVB-S y el otro 58.21 % el DVB-S2, en consecuencia, el sistema de modulación DVB-S2 es el más utilizado actualmente por Eutelsat.

El estándar DVB-S transporta SD y HD, utilizando MPEG2 y MPEG4, mientras que la modulación DVB-S2 transporta principalmente MPEG4 y HEVC, por tanto, hay una mezcla entre las diferentes capas físicas y los nuevos esquemas de modulación, que conviven juntos.

La previsión de la NHK es que la próxima generación de UHD será 8K. La primera demostración por satélite en directo se realizó durante el IBC en el año 2008, con una transmisión en directo en la que participaron NHK, Rai, BBC y Eutelsat. Después se realizaron pruebas de transmisión en el 201 y pruebas de radiodifusión en 2016 durante los Juegos Olímpicos de Rio. Las pruebas comerciales se iniciarán en el año 2018 durante la Copa Mundial de la FIFA que se celebrará en Rusia en el año 2018, y se prevé que los servicios comerciales a gran escala serán realidad a partir del año 2020 con lo Juegos Olímpicos de Tokio.

Para entonces seguramente tendremos funcionando las características completas del 8K, lo que significa principalmente el High Frame Rate (HFR) y High Dinamic Rate (HDR) y todas las demás características que llevará incluidas el 8K.
La radiodifusión comercial en 8K por satélite comenzará en Japón el 1 de diciembre de 2018, con un programa en 8K, en la posición orbital de 110ºE.

Los detalles técnicos de dicha radiodifusión son los siguientes:

Visión a largo plazo

El Módulo Técnico (TM) del DVB ha establecido un grupo ad hoc para analizar el largo plazo la radiodifusión por satélite, incluyendo principalmente tanto las nuevas tecnologías como los hábitos de consumo de los contenidos. El informe está enfocado a la entrega de video unidireccional, pero teniendo en cuenta también la evolución 5G y una posible convergencia futura entre radiodifusión y las redes de banda ancha. Se espera que el informe este disponible en el verano de 2018.

En el DVB hay también una actividad sobre satélite y terrestre denominada Single Illumination of DTT via satellite (Iluminación única de TDT vía satélite). sobre los casos de uso utilizando el satélite para entregar la señal a los receptores de satélite en los hogares, pero también y al mismo tiempo alimentar la red terrestre digital. La especificación estará terminada en la primavera de 2018.

Existe también una actividad denominada Early Warning System (Sistema de alerta temprana) (DVB-T, DVB-S, DVB-C), se necesita una clase de alarma y una capa física para “despertar” los receptores que se encuentren en stand-by, con el fin de alertar a la población en caso de desastres. Esta actividad se realizará durante 2018.

Asimismo existe una amplia actividad en el DVB relacionada con la Convergencia para total IP en radiodifusión, SAT-IP, y una actividad denominada CM-I para llevar a las redes de banda ancha la misma experiencia de usuario que se tiene en las redes de radiodifusión con rápido zapping, bajo retardo…

El grupo DVB TM-S, que preside Alberto Morelo, autor de la presentación que comentamos, trabaja en las especificaciones técnicas relacionadas con la transmisión por satélite, y actualmente está monitorizando los avances en la tecnología de capa física

Nuevos códigos: LDPC con longitud de bloque más corta (propuestos por el 5G)
Nuevas constelaciones, optimizadas para canal lineal.
- Caso típico para configuraciones de satélite multihaz.
Nuevas formas de onda:
- Más rápido que Nyquist, Respuesta parcial, SC-OFDM.
- Técnicas avanzadas de compensación para mitigar distorsión lineal y no lineal. Pre-distorsión adaptativa en el enlace ascendente y decodificación Turbo-Volterra en el receptor.

El estándar DVB- S2 se aproxima al límite teórico de capacidad de Shanon pues, dependiendo del canal y la eficiencia espectral requerida, nos encontramos en un margen de 0,5 dB a 1,5 dB de dicho límite, por tanto, la ganancia potencial para un nuevo estándar de capa física no será mayor a dicho margen, esto únicamente significa una mejora entre el 5% y el 10% de incremento de capacidad en el mismo transpondedor, lo cual no significa mucho.

Tendencias en la radiodifusión por satélite

La tendencia de futuro desde el punto de vista de los servicios en el mercado de los países desarrollados:

En la sala de estar principal, veremos contenido de alta y ultra alta definición sobre pantallas de televisión grandes (4K) que contarán con conectividad multi-dispositivo / multi-sala. Además, este consumo se basará en un concepto TV Anytime (grabación inteligente y guías de programa).

Se prevé que las redes de banda ancha que utilizan fibra óptica estarán muy extendidas dentro de diez años, por tanto, habrá una gran competencia con el satélite en prestar los servicios de banda ancha, y también existirán sinergias porque el satélite puede transportar servicios de alta calidad, mientras que la banda ancha puede aportar interactividad.

Evolución de las plataformas de satélite DTH

Dadas las incertidumbres del mercado, podemos prever después de 2023 flexibilidad para la radiodifusión y para la banda ancha de satélite. Los transpondedores continuarán siendo “bent-pipe” (trasparentes) como los que tenemos actualmente, habrá cobertura flexible con más haces puntuales en lugar de haces globales y, además será posible mejorar la flexibilidad en l,a potencia y espectro de estos llegando incluso a contar con haces nacionales o lingüísticos.

Los haces globales, por ejemplo, paneuropeos, significan ineficacia en el uso de la potencia cuando únicamente se pretende alcanzar una cobertura nacional como por ejemplo Italia. Es posible disponer de una ganancia de potencia entre 6 y 10 dB para un haz puntual de cobertura nacional frente a un haz de cobertura europea global, limitándose así el coste del servicio. Se podría utilizar esa disponibilidad de potencia para incrementar la potencia en otros transpondedores que lo necesiten en el mismo satélite.

Banda Ku y Ka

En cuanto a la banda Ku, encontraríamos transpondedores trasparentes de ultra bajo coste y baja potencia, como ya tenemos hoy, con una portadora única de 36 MHz. Al mismo tiempo, se ofertarán transpondedores transparentes de bajo coste con amplio ancho de banda, empleando multiportadoras y tubos de mayor potencia (lo que implica menor cantidad de tubos) con haz de cobertura lingüística posiblemente regional.

La carga útil reconfigurable basada en antena activa con cobertura multihaz completa y flexibilidad de potencia, el posible soporte también de tráfico de banda ancha y la reutilización de la ubicación orbital principal para DTH y convergencia unicast serán también aspectos clave para considerar el uso de la banda Ku.

En lo que a banda Ka se refiere, la tendencia pasa por una banda ancha multihaz con cobertura completa y flexibilidad de potencia (antena activa). La convergencia a total IP es un punto clave para el futuro. Por ejemplo, hay una iniciativa denominada Eutelsat Smart-Beam con transmisión en DVB-S2 con el Transport Stream (TS) encapsulado en IP multicast, donde la transmisión se hace completamente en IP y está transmisión es transmitida en el hogar a su vez por medio del estándar Wi-Fi a los portátiles o a los teléfonos inteligentes.

En Japón ya existe un nuevo sistema de radiodifusión por satélite que usa el sistema MMT: MPEG Media Transport, que es totalmente IP en lugar del Transport Stream, el cual permite sincronizar los programas que llegan por satélite con los programas que provienen de la red de banda ancha, para entregar las señales a las pantallas grandes, pequeñas y multipantallas en el hogar, con sincronización y total IP.

Banda ancha y VSAT

En el escenario de banda ancha el satélite puede competir con las redes de banda ancha terrestres, gracias a sus peculiaridades.

La principal tendencia es la fácil cobertura de áreas críticas, en las que el satélite es competitivo con la banda ancha. Hay zonas rurales donde nunca se llegará con la fibra óptica, y hoy hay muchas zonas rurales donde el satélite es competitivo. En movimiento, buques, cruceros, aviones incrementará el uso de Internet.

Para datos hay satélites de alta capacidad (HTS), multihaz. En los Estados Unidos de América han lanzado una gran plataforma para datos en banda Ka, con configuración multihaz, y cancelación de interferencia. La flexibilidad se obtiene mediante salto de haz.

Actividades del DVB en banda ancha

El DVB ha desarrollado el estándar DVB-S2X, introduce muchas características nuevas que son muy importantes en el enlace descendente de banda ancha, adecuadas para servicios interactivos de banda ancha VSAT:
• Nuevos esquemas de modulación MODCOD (de 28 a 116, incluidos los canales lineales).
• Roll-offs más agudos (bajando hasta el 5%).
• Posibilidad de transportar servicios audiovisuales y de datos en formato IP completo, utilizando la capa de protocolo de adaptación GSE o GSE-lite.
• Modos de muy baja SNR para movilidad y modos de muy alta SNR muy altos para DSNG, Trunking de Internet.
• Enlace de transpondedor y modo de banda ancha
Superframe: transmisiones multiformato para permitir el salto de haz y cancelación de interferencia mediante precodificación.

Выводы

El satélite es, y seguirá siendo en la próxima década, el sistema más barato de entrega de video en directo de alta calidad a los hogares, porque el coste de utilización del transpondedor es extremadamente barato, comparado con la banda ancha, con la radiodifusión terrestre y el cable.

La penetración de los servicios por satélite dependerá, país por país, de la posición actual de la TDT y la televisión por cable, y del desarrollo de las nuevas redes de banda ancha de fibra óptica en cada país. Hay países donde el satélite es más importante y otros países donde el satélite tiene menor relevancia.

A menudo la radiodifusión por satélite se utiliza en sinergia con TDT para alcanzar una cobertura del 100%. Por ejemplo, en Italia la cobertura terrestre de televisión digital es bastante alta pero el satélite es fundamental para llegar al 100% de cobertura.

Las tendencias futuras en radiodifusión para por la evolución de la calidad HD a UHD y de la de modulación DVB-S a DVB-S2; el uso de plataformas satelitales flexibles, en cuanto a la configuración de los haces, del espectro y de la potencia de los mismos; la integración de servicios usando IP para radiodifusión y banda ancha (multired como fibra óptica, SAT o TDT, y multidispositivo como televisor, ordenador, teléfono inteligente).

Por último, señalar que según Alberto Morelo un nuevo estándar DVB-S3 tardará en llegar dos o tres años.