Tecnologías

Televisión móvil basada en el estándar DVB-H

Poder ver la televisión en movilidad desde un dispositivo móvil portátil puede aportar un gran valor en algunas situaciones. En vehículos de transporte públicos como el tren, el autobús o el ferry, la televisión es un medio de entretenimiento o de acceso a la información. Lo mismo puede aplicarse a los espacios públicos como cafeterías, estaciones de tren o autobús o colas de supermercado. Adicionalmente, la televisión móvil ofrece muchas oportunidades de negocio.

Como en cualquier otro caso de tecnologías emergentes, existen diferentes estándares para la televisión móvil, entre los que pueden mencionarse los siguientes:

• DVB-H (Digital Video Broadcast for Handheld Devices). Es una variante del estándar DVB-T, un sistema de transmisión que proporciona una forma eficiente de radiodifusión digital terrestre a dispositivos móviles. Este estándar utiliza los sistemas de transmisión similares a DVB-T, añadiendo una corrección de errores adicional y un mecanismo de fraccionamiento del tiempo para un mayor ahorro del consumo energético de los dispositivos receptores.
• DMB (Digital Multimedia Broadcasting). Se trata de una extensión del estándar DAB (Digital Audio Broadcasting) que se ha utilizado en algunos países europeos (Alemania y otros). Parece ser que Corea del Sur adoptará este estándar en sus versiones terrestre y satélite.
• MBMS y TDtv (Multimedia Broadcast Service). Este estándar utiliza la arquitectura 3G/UMTS para enviar streaming de video y audio a clientes mediante el uso de las redes celulares 3G. Aunque existen dos modos (broadcast y multicast), todavía existen dificultades para conseguir un servicio multicast. Superponer MBMS a las redes 3G puede impactar en la capacidad de la red para la transmisión de datos y voz. Una mejora reciente denominada TDtv combina las ventajas funcionales de la red comercial UMTS y el estándar MBMS.
• FLO (Forward Link Only). Se trata de una tecnología y red propuesta por Qualcomm que utiliza un número limitado de torres de transmisión. En uno de sus modos de operación, la tecnología permite el envío programado en red del contenido multimedia durante las horas valle. Este contenido se almacena en el dispositivo móvil para su posterior visualización.
• ISBD-T (Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial). Se trata de un estándar satélite-torre similar a DVB-T que se utiliza en Japón y que proporciona servicios digitales a los terminales de televisión y a los dispositivos móviles.

Hay que señalar que los más utilizados en la mayoría de los países europeos son DVB-H, DMB y MBMS. Alemania es uno de los pocos países en los que se han probados los estándares DVB-H y DMB antes del campeonato del Mundo FIFA2006, en un proyecto en cooperación entre un broadcaster, operadores, Nokia y una operadora de telecomunicaciones.

Introducción al estándar DVB-H

En Noviembre de 2004, el consorcio DVB presentó el estándar DVB-H (Digital Video Broadcasting Hnadheld). Este estándar de broadcast permite una forma eficiente de proporcionar servicios multimedia sobre las redes de televisión digital terrestre (TDT) a los dispositivos móviles, teniendo en cuenta los requerimientos especiales de este tipo de dispositivos (bajo consumo, transmisión robusta). En la actualidad, están apareciendo los primeros servicios comerciales basados en DVB-H.

Definido sobre los principios del estándar DVB-T, el estándar DVB-H añade funcionalidades adicionales para satisfacer los requerimientos adicionales de los dispositivos móviles. Tanto DVB-H como DVB-T utilizan la misma capa física, pueden transportar el mismo flujo MPEG-2 y usan el mismo transmisor y moduladores OFMD para su señal, con la salvedad de que DVB-H introduce el modo 4k (3409 portadoras activas) como solución de compromiso entre las prestaciones de alta velocidad y menor área de SFN de 2k y la menor robustez en velocidad frente al efecto doppler y una mayor área de SFN que ofrece 8k. Como en cualquier dispositivo móvil, la batería es un aspecto crítico. La segmentación del tiempo significa que el dato que representa un servicio particular se envía al dispositivo móvil en determinados intervalos de tiempo. Cuando el receptor no está recibiendo datos, el dispositivo móvil está inactivo y por lo tanto, utilizando menos recursos.

IP Datacasting (IPDC) combina los formatos de contenidos digitales, las aplicaciones de software, las interfaces de programación y los servicios multimedia mediante IP con un entorno de radiodifusión digital. Una parte intrínseca de este tipo de sistema datacast es que incluye un canal unidireccional DVB de broadcast que se puede combinar con un canal de interactividad bidireccional de telefonía celular. IPDC permite la convergencia entre los servicios de broadcast y el entorno de las telecomunicaciones.

Un sistema IPDC típico sobre un Terminal DVB-H es un teléfono móvil que incluye un receptor DVB-H y una antena UMTS. La mayoría de los teléfonos móviles incluyen igualmente un entorno de trabajo MIDP. El MIDP (Mobile Information Device Profile) es un perfil J2ME para el uso de Java en dispositivos embebidos como teléfonos móviles y PDA. Se trata de la especificación de facto para el desarrollo de aplicaciones que puedan ejecutarse en diferentes teléfonos móviles.

Aplicaciones existentes

El proyecto Terrestrial Broadcasting realizado en Tokio y coordinado por la Japanese Broadcasting Corporation y Nippon Hoso Kyokai, ha estudiado la recepción fija, móvil y portable de radiodifusión digital.

Además de la televisión en el hogar, las señales de televisión digital serán accesibles por los receptores de los coches y por los dispositivos móviles, que recibirán la señal de radiodifusión directamente, de modo que los programas se puedan almacenar en la memoria. Este almacenamiento de los datos hace que los usuarios puedan visualizar el contenido en cualquier momento. Los dispositivos móviles permitirán el acceso a Internet para obtener información detallada sobre los programas de televisión y utilizar los servicios interactivos. Entre los servicios propuestos, se han planteado los servicios de datos escalables para diferentes receptores, servicios para los conductores y servicios basados en la localización que ofrezcan información específica relacionada con un punto geográfico.

El radiodifusor MediaCorp TV de Singapur fue el primero en utilizar tecnología DVB para ofrecer programas de televisión en movilidad de gran calidad. TVMobile ofrece a sus usuarios programas actualizados en tiempo real sobre mercados de finanzas, noticias, meteorología, entretenimiento o información crítica. La selección de programas es amplia: entretenimiento, moda, documentales, deportes y noticias. El criterio para la elección de un programa se basa en el tiempo disponible por el viajero. Este prototipo se ha instalado en 1500 autobuses y se extenderá a las colas de los supermercados, hospitales, taxis, ferries o vehículos privados.

En España, el proyecto singular FURIA (Futura Red Integral Audiovisual) tiene como objetivo investigar y desarrollar las tecnologías emergentes para la difusión de contenidos audiovisuales a terminales fijos y móviles a través de la creación de un consorcio español de empresas entre las que se encuentra VICOMTech, que puedan finalizar etapas de investigación y desarrollo en el campo de las nuevas tecnologías de difusión de contenidos audiovisuales y realizar valiosas contribuciones a los cuerpos de estandarización en el ámbito de los foros de la industria como DVB, para elaborar y construir proposiciones técnicas para el futuro del Digital Video Broadcasting, aprovechando la situación privilegiada que tiene en este momento la industria española en las nuevas tecnologías de difusión audiovisual.

Redes de comunicaciones

En los últimos años, los sistemas de comunicaciones inalámbricas han cobrado gran importancia gracias a la aparición de estándares y tecnologías capaces de proporcionar servicios de banda ancha a gran cantidad de usuarios. La utilización de este tipo de tecnologías presenta grandes ventajas, incluyendo la posibilidad de proporcionar servicios a terminales y equipos en movilidad y la flexibilidad que implica la utilización del interfaz aire como medio de transmisión. La principal aplicación por tanto de este tipo de redes es proporcionar servicios de transmisión de contenido de banda ancha a terminales portables o móviles.

Durante los últimos años, han surgido varios estándares y tecnologías que proveen servicios de banda ancha a dispositivos portables y móviles. En primer lugar, como evolución de los estándares de telefonía móvil han surgido los sistemas celulares de tercera generación (3G) y su posterior evolución, LTE (Long Term Evolution) gracias a los cuales las redes de telefonía móvil se están convirtiendo en redes de distribución de contenidos multimedia a terminales móviles. Por otro lado, las familias de estándares IEEE 802.11 (Wi-Fi) y 802.16 (WiMax) son capaces de transmitir datos a altas velocidades. Se prevé la coexistencia de todas estas redes puesto que la viabilidad de utilizar una tecnología u otra depende del alcance de la red, del tipo de servicio y de la velocidad de transmisión.

El principal problema que conlleva la transmisión de servicios multimedia de banda ancha es el coste de la infraestructura inalámbrica necesaria, que es proporcional a la tasa de transmisión requerida por el usuario. La correcta planificación de redes inalámbricas es un factor decisivo si se quiere rentabilizar la inversión en la red inalámbrica y que interesa tanto a operadores como a clientes si no se quiere comprometer la capacidad de este tipo de redes de proporcionar calidad de servicio a bajo coste.

Planificación de redes móviles e inalámbricas

La planificación de redes móviles e inalámbricas consiste en decidir los puntos de localización de los transmisores así como la potencia transmitida, las antenas utilizadas, su tilt y azimut etc. con el fin de cumplir una serie de requisitos dado un escenario de despliegue caracterizado mediante mapas de terreno, edificios, utilización del terreno o clutter, o densidad de usuarios, el tipo y características de los servicios, la tecnología y la configuración de los parámetros que la definen. Entre los objetivos perseguidos, se pueden mencionar un máximo nivel de cobertura, minimizar el coste de despliegue de red o minimizar las interferencias generadas a otros sistemas que operen en la misma banda de frecuencia. Esto dependerá de la tecnología utilizada, del tipo de servicio que se desea ofrecer y del área de despliegue.

Para realizar la planificación, en primer lugar, es necesaria información sobre el escenario de despliegue. Dicha información se obtiene mediante mapas de elevación de terreno (Digital Terrain Model), alturas de edificios y tipo de entorno (río, área residencial, parque etc.). La fiabilidad de la planificación dependerá de la precisión de estos mapas. También se necesita conocer la tecnología utilizada con el fin de establecer los requisitos en cuanto a nivel de señal en recepción.

Con el fin de modelar el comportamiento de la señal a la entrada del receptor, se necesita definir un modelo de propagación que determine las pérdidas que experimenta la señal desde el transmisor hasta cada uno de los puntos de test teniendo en cuenta los diferentes mecanismos de propagación que experimenta la señal (reflexión, difracción, scattering).

Los modelos de propagación realizan una estimación del nivel de señal en cada punto del escenario de despliegue. Sin embargo, hay condiciones supuestas por los modelos de propagación que no se cumplen en la realidad, como puede ser la distribución uniforme de las calles (o la altura de los edificios. Para conseguir mejores resultados, se debe adaptar el modelo de propagación elegido a un entorno en particular, ajustando algunos de sus parámetros del modelo en base a medidas de campo.

Existen varios métodos de ajuste de los modelos de propagación a las medidas de campo disponibles: minimizando los cuadrados de las diferencias, minimizando el valor absoluto de las diferencias, mediante algoritmos de búsqueda, aplicando teoría de redes neuronales, etc.

Finalmente, se necesita modelar el comportamiento del receptor frente a la propagación multicamino y a la llegada de señales que pueden actuar como interferencia.

Debido a la gran cantidad de variables de decisión (posición de emplazamientos, configuración de los transmisores y de las antenas etc.), la planificación de redes móviles e inalámbricas se traduce en un complejo problema combinacional, siendo necesario implementar algoritmos que minimicen el elevado coste computacional que supone la planificación eficiente.

Redes UMTS/GPRS (HSDPA/HSUPA)

High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) es una actualización de UMTS/WCDMA, una tecnología de voz y datos de alta velocidad que forma parte de la familia IMT-2000 de normas inalámbricas de tercera generación emitidas por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU). Wideband CDMA (WCDMA) es la tecnología de radio utilizada en UMTS. HSDPA incrementa las velocidades de descarga hasta cuatro veces, con velocidades de datos superiores a 1 Mbps en condiciones favorables. Estas velocidades se incrementarán hasta 14 Mbps con las mejores planificadas.

En el otro sentido de transmisión (uplink), los usuarios de HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access) experimentarán velocidades alcanzables por el usuario de cerca de 1 Mbps bajo condiciones favorables y baja latencia, posibilitando así una verdadera banda ancha móvil para el mercado masivo.

Las velocidades actuales de HSDPA son adecuadas para aplicaciones intensivas en ancho de banda, como la transferencia de archivos grandes, streaming multimedia y navegación rápida en la Web. HSDPA además tiene bajas latencias, lo que la hace ideal para aplicaciones en tiempo real, tales como juegos interactivos y aplicaciones de negocios sensibles al retardo.

Dado que HSDPA es una actualización de las redes UMTS, generalmente sólo son necesarios un nuevo software y tarjetas de canales para las estaciones base, sin tener que reemplazar partes importantes de la infraestructura. Por ello, los operadores pueden implantar HSDPA rápidamente y de manera costo-efectiva.

Aunque HSDPA es una tecnología nueva, es compatible en sentido inverso con UMTS y GPRS. Este diseño beneficia a los usuarios cuando viajan a zonas que aún no se han actualizado a HSDPA, ya que sus terminales y módems con capacidad HSDPA continúan proporcionando otras conexiones de datos que sí están disponibles.

Actualmente, los proveedores ofrecen docenas de modelos de dispositivos HSDPA/HSUPA con una gran variedad de precios. Además de los terminales y los módems para ordenador, muchos ordenadores portátiles también cuentan con HSDPA/HSUPA incorporado, ofrecidos por proveedores importantes como Acer, Dell, Fujitsu Siemens, HP, Lenovo y Panasonic. Los dispositivos HSDPA/HSUPA también están disponibles en la mayoría de las frecuencias GSM, lo que permite el roaming global.

Al igual que GPRS, HSDPA/HSUPA también ofrece una conexión always-on, de modo que los usuarios no necesitan conectarse cada vez que desean acceder a los datos. La arquitectura en paquetes también significa que los usuarios pagan sólo por los datos en lugar de por el tiempo utilizado para establecer una conexión y bajar la información.

En los últimos doce meses, los operadores han desplegado redes HSDPA/HSUPA de manera agresiva para satisfacer las crecientes demandas de servicios de datos inalámbricos avanzados. La cantidad de operadores con implantaciones de HSDPA/HSUPA se incrementó un 200% el último año, de 107 operadores UMTS con 41 redes HSDPA/HSUPA a 171 redes UMTS y 127 redes HSDPA/HSUPA comerciales en julio de 2007. UMTS se ofrece en 72 países y HSDPA/HSUPA se ofrece en 60 países. Hay más de 250 dispositivos HSDPA/HSUPA comerciales disponibles mundialmente a día de hoy. Se han realizado implantaciones iniciales de varias redes HSUPA en Asia y Europa, y se espera que la mayoría de los operadores UMTS/HSDPA/HSUPA implanten HSUPA, con el mayor volumen de implantaciones previsto para el año 2008.

Con redes, dispositivos e implantaciones mundiales, los clientes necesitan aplicaciones que satisfagan sus demandas de servicios tales como TV móvil, juegos interactivos y videos compartidos. Informa Telecoms & Media estima que hay casi 135 millones de clientes UMTS en el mundo actualmente, y esta cifra va en rápido aumento.

HSDPA se encuentra disponible comercialmente desde diciembre de 2005, cuando Cingular Wireless lanzó el primer servicio HSDPA del mundo. En España, el lanzamiento ha tenido que esperar hasta mediados del año pasado, cuando entró en el mundo de la Tercera Generación con las redes de Telefónica y Vodafone. Esto fue en mayo del 2004, con sendas presentaciones de UMTS casi simultáneas. Las otras dos operadoras que también tienen su propia red UMTS son Amena, que salió al mercado en octubre de ese mismo año, y Xfera, que tras muchos retrasos y el peligro de ser despojado de su licencia por parte de la CMT (Comisión del Mercado de las Telecomunicaciones), ya está ofreciendo servicios 3G, de momento y hasta que amplíe su red, haciendo uso de la red de Vodafone. Las velocidades de transmisión ofrecidas por ciertas compañías españolas como Vodafone y Telefónica, ascienden a los 1'8 Mbps de subida, y los 3'6 Mbps de bajada.

Hasta el momento, la investigación y los proyectos que conciernen a la tecnología HSDPA/HSUPA, van más encaminados a la propia mejora de dicha tecnología, y no tanto a desarrollar aplicaciones que hagan uso de la misma, ya que por una parte, es una tecnología cerrada que queda en manos de las operadoras por lo que es necesario establecer acuerdos con las distintas compañías que tienen licencia para poder utilizarla, y por otra parte, es una tecnología muy reciente.

Para muchas empresas, una de las razones del uso de las redes 3G como interfaz de una solución es la falta de necesidad de realizar costosas inversiones en infraestructura de hardware o sistemas de seguridad, siendo únicamente necesario disponer de conectividad UMTS.

A continuación, se presentan algunos ejemplos de aplicaciones realizadas en España sobre redes HSDPA para ofrecer aplicaciones de valor añadido al usuario final.

• MP Sistemas ha desarrollado la solución MIC2000ME, una aplicación J2ME probada con las máquinas virtuales J9 de IBM e Intent de Tao Group, que permite a las PDAs acceder al sistema de base de datos central mediante peticiones HTTP. Este mecanismo permite la sincronización inalámbrica mediante el uso de las tecnologías GPRS o UMTS. Para el caso en el que sólo se quiera acceder a información de tipo texto plano, no es necesario el uso de HSDPA. Sin embargo, se requeriría el uso de redes con mayores capacidades si se deseara tener la posibilidad de descargar una gran cantidad de datos multimedia.
• El pasado año, la red UMTS permitió al Hospital de la Princesa de Madrid llevar a cabo una experiencia piloto para que los enfermos renales puedan realizar la diálisis desde su domicilio, con el objetivo de que dichos pacientes pudieran compatibilizar su afección con la vida familiar y laboral. El proyecto utiliza móviles de tercera generación (UMTS) y una aplicación para el procesamiento de imágenes médicas, así como los últimos avances tecnológicos que permiten monitorizar los tratamientos. A través de una sencilla interfaz, se pueden capturar y enviar al hospital imágenes y vídeos de forma inmediata. Ofrece, además, la posibilidad de mantener, simultáneamente, una llamada de voz y realizar videollamadas con el personal sanitario.
• Otro producto que hace uso de las redes 3G es VendingSystem, un software para la gestión de stock y facturación de las empresas. Esta aplicación móvil para PDA está orientada a facilitar el trabajo a los operarios encargados del mantenimiento de las máquinas mediante una aplicación intuitiva y sencilla. Los operarios se encuentran integrados en el Sistema de Información Corporativo, agilizando los procesos administrativos, la generación de albaranes a los clientes, la facturación, el control de stocks o la mensajería. Igualmente, el sistema permite el seguimiento de los trabajos realizados por los operarios que llevan a cabo su trabajo fuera de las instalaciones de la empresa, trabajando sin conexión GPRS/UMTS. Cuando el Terminal vuelve a tener conexión, el dispositivo se sincroniza sin que se produzca pérdida de información.

Sistemas híbridos existentes

Introducción

Aunque DVB-H permite múltiples canales de media y datos, sigue siendo un canal de transmisión unidireccional. Por ello, sólo permite interactividad local en la que los usuarios interaccionan con la información o aplicaciones descargadas al terminal utilizando IP Datacast. Los conceptos más avanzados de interacción requieren un canal bidireccional de retorno sobre una red IP, permitiendo interactuar con los servicios de broadcast.

En una red híbrida, la red de telefonía móvil se utiliza para la comunicación interactiva punto-a-punto, mientras que la red de broadcast ofrece una conexión unidireccional punto-a-multipunto. El uso de un canal u otro dependerá fundamentalmente del carácter de la información a transmitir.

Ejemplos de algunos proyectos

En el campo de las plataformas híbridas para la aplicación de servicios avanzados en radiodifusión, se pueden mencionar los siguientes ejemplos existentes a nivel europeo.

Hartl et at (2005) describen un sistema desarrollado en Alemania para la evaluación del estándar DVB-H, incluyendo la aplicación piloto implementada y algunos resultados iniciales sobre medidas de cobertura y feedback del usuario. El experimento se centra en la capacidad técnica de un sistema híbrido DVB-H y GSM.

El proyecto INSTINCT (IP-based Networks, Services and TerINAls for Convering sysTems) es un proyecto europeo alineado con los objetivos del grupo de actividades DVB-CBMS, que trata de ayudar al consorcio DVB en la generación de servicios comerciales convergentes en movilidad con un especial interés en el uso conjunto de los estándares DVB-T, DVB-H y DVB-MHP junto con el concepto de redes de comunicación inalámbricas (principalmente GPRS y UMTS) combinado con las redes DVB de televisión digital terrestre.

Las actividades del proyecto incluyen la definición e implementación de la infraestructura de redes, los dispositivos de usuario, y la generación de contenidos, servicios y aplicaciones.

SAVANT (Synchronised and Scalable AV content Across NeTworks) ha sido un proyecto europeo que ha tratado de demostrar nuevos servicios que pueden ofertarse al interconectar diferentes redes de Internet y del entorno de la televisión. Las tecnologías básicas del proyecto incluyen los estándares DVB-MHP, MPEG-4 y MPEG-7, IETF y W3C, demostrando su potencial en los nuevos servicios desarrollados. El proyecto ya finalizado ha implementado un solución que permite sincronizar el contenido enviado sobre una red IP con un programa de televisión enviado por DVB.

El proyecto porTiVity está avanzando sobre los desarrollos realizados por el proyecto SAVANT. Se trata de desarrollar una plataforma completa que proporcione servicios interactivos por televisión para dispositivos portables y móviles, permitiendo una interacción directa con los objetos en los receptores conectados tanto a un canal broadcast como a un canal unicast.

MOBim@ges es un programa estratégico promovido por el gobierno francés que comenzó en el año 2005 para el diseño y desarrollo de servicios innovadores en dispositivos móviles, combinando las redes de televisión digital como DVB-H con las redes de comunicaciones 2.5G y 3G. Dicho proyecto de dos años de duración tiene un presupuesto total cercano a los 16 millones de euros. El proyecto se estructura en cuatro grandes tareas: el análisis y diseño de servicios, incluyendo un estado del arte de la cuestión, estudios económicos y análisis de uso; el diseño de la plataforma, incluyendo aspectos relacionados con el diseño de redes y estándares, terminales y especificaciones técnicas; el desarrollo de servicios y plataformas, y la realización de pruebas piloto de validación.

Servicios turísticos en movilidad

Se pueden encontrar bastantes iniciativas en el área del turismo móvil. Los servicios tienen en cuenta la localización del usuario y utilizan esta información para adaptar el servicio o contenidos ofertados al usuario. En general, este tipo de guías suelen incluir dos tipos de elementos: la planificación de rutas y la búsqueda de direcciones; y la información sobre puntos de interés. A continuación, se presenta una lista de los proyectos desarrollados dentro del VI Programa Marco en lo relacionado con el turismo en movilidad.

IM@GINE IT está orientado hacia la implementación de un punto de acceso único, mediante el cual el usuario final puede obtener información basada en la localización sobre el transporte intermodal, mapas y rutas, y otro tipo de servicios que tengan en cuenta las preferencias personales del usuario. Entre los elementos innovadores, se encuentran la posibilidad de disponer del servicio a través de diferentes dispositivos móviles, técnicas de localización inteligentes, el desarrollo de una ontología común para el transporte y el turismo.

Por otro lado, Phenix es un proyecto cooperativo entre Europa y China para la provisión de servicios multimedia interactivos para dispositivos móviles basado en los estándares DVB y MPEG. Los servicios se proporcionarán en los Juegos Olímpicos de Pekín de 2008.

Finalmente, MOBVIS combina tres tecnologías clave para la provisión de servicios turísticos, incluyendo la sensibilidad del contexto, el reconocimiento de objetos basados en técnicas de visión y las tecnologías inteligentes de mapas. Se ha desarrollado una interfaz de demostración que recoge objetos de interés en escenarios urbanos, como edificios, infraestructura, caras, coches y texto. Los objetos detectados pueden definir situaciones contextuales y alimentan una representación de un mapa digital aumentado como la base de servicios para una asistencia personal.