El piloto 5G de Castilla La-Mancha ha finalizado con la última demostración de una transmisión de televisión digital terrestre empleando el estándar 5G Broadcast. El MCG (Mobile Communications Group) ha implementado y validado un modulador compatible open source, empleando equipos de radio definida por software.
Proyecto Piloto 5G Castilla-La Mancha
A comienzos del año 2023 finalizó el piloto 5G de Castilla-La Mancha, un proyecto de la entidad pública empresarial Red.Es, enmarcado en el plan nacional 5G y plan nacional de territorios inteligentes impulsados por el Ministerio de Asuntos Económicos y Transformación Digital cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional.
El principal objetivo de los proyectos piloto es el de promover la tecnología 5G para su temprana implantación y experimentación, permitiendo conocer así sus características y capacidades para fomentar el desarrollo de la industria en el ámbito de las comunicaciones móviles entre operadoras, proveedores tecnológicos y usuarios. En concreto, el piloto 5G de Castilla-La Mancha está formado por tres casos de uso diferentes, distribución de contenido audiovisual, uso de realidad aumentada en unidades de emergencia móviles y por último integración de domótica y sensores para la creación de un hotel inteligente.
El Grupo de Comunicaciones Móviles del iTEAM ha llevado a cabo el caso de uso de distribución de contenido audiovisual mediante eMBMS (evolved Multimedia Broadcast & Multicast) y feMBMS (further evolved Multimedia Broadcast & Multicast), también conocido como LTE-Based 5G Broadcast, estándar 5G específico para la radiodifusión de contenido en redes de televisión digital terrestre.
Entre sus objetivos está experimentar con la tecnología 5G, conocer sus capacidades y las diferentes configuraciones y servicios de red que permite en función de los despliegues y usos requeridos, conocer la cobertura proporcionada por la tecnología, el rendimiento, y su posible uso en las diferentes bandas de frecuencia disponibles para la radiodifusión de contenido audiovisual.
Telefónica, Broad Telecom SA (BTESA), Watchity y RTVE conforman el grupo de colaboradores que se ha encargado de la distribución de contenidos mediante la red 5G.
Distribución de contenidos audiovisuales mediante eMBMS y feMBMS
El objetivo de este caso de uso se ha centrado en la exploración de las capacidades técnicas del 5G para la emisión de contenido multimedia tradicional mediante el estándar LTE-Based 5G Broadcast en la actual red de radiodifusión terrestre.
Para ello, el contenido es producido en el lugar de la noticia o evento que se esté cubriendo, enviado mediante las redes móviles 5G a la nube, y procesado en tiempo real, para finalmente enviarse al centro de transmisión de TDT, y distribuirse como una señal 5G Broadcast. Esta tecnología permite la recepción de contenido multimedia en todos los dispositivos móviles compatibles, los cuales ya se encuentran actualmente en el mercado.
Esto requiere el uso de equipos compatibles, y dado que la presencia de equipos comerciales 5G Broadcast disponibles es prácticamente nula, para la ejecución del caso de uso el grupo de comunicaciones móviles ha desarrollado una solución 5G Broadcast mediante equipos de radio definida por software para la implementación de un modulador en el centro de difusión de TELECOM CLM, y de un receptor capaz de decodificar la señal transmitida. Además, se han empleado los códigos RaptorQ, una codificación frente a errores para mejorar la recepción del contenido en movilidad, conocida como AL-FEC (Application Layer Forward Error Correction), de la empresa BitRipple.
Con la demostración final, se concluye todo el desarrollo llevado a cabo en el piloto por parte del iTEAM, mostrando las innovaciones y las herramientas elaboradas en su ejecución. Ha constado de dos partes:
- En la primera mediante recepción estática se ha recibido el contenido multimedia de manera tradicional a través de una antena UHF, emitido desde el centro emisor de la TDT situado en Cerro de Palos. La retransmisión recibida en las oficinas de TelecomCLM, fue una emisión en directo desde las cortes de Castilla-La Mancha (Toledo), generada por RTVE.
- La segunda parte consistió en la recepción en movilidad. La carretera Toledo 23 (TO-23), que une la ciudad con el polígono de Santa María de Bequerencia donde se encuentra TelecomCLM, fue la elegida para realizar el trayecto de unos 10 minutos a unas velocidades de entre 60-80 km/h. La recepción en los tramos de visión directa permitió poner a prueba la capacidad del sistema en movilidad.
Equipamiento y arquitectura software
El transmisor 5G Broadcast fue alojado en un armario de la empresa BTESA, situado en el centro de emisión de Cerro de Palos, con los siguientes componentes:
- Modulador 5G Broadcast (conforme a las especificaciones de Rel-16 del 3GPP). Formado por el equipo SDR, el software que genera la señal 5G Broadcast y el ordenador donde se ejecuta. El modulador es un desarrollo software realizado por la UPV (Universitat Politécnica de València), que se ejecuta en un PC de TelecomCLM e implementa el codificador de corrección de errores de AL-FEC con códigos RaptorQ.
- SDR USRP B210. Convierte la señal digital en base generada por el modulador en la señal de radio frecuencia a radiar.
- Excitador de BTESA DVB-T2 en bypass para corregir las distorsiones no lineales producidas por la etapa de amplificación.
- Etapa de amplificación. Dos amplificadores en cascada de 250W cada uno, proporcionan una potencia de 500W (BTESA).
Por otro lado, el receptor 5G Broadcast está compuesto por:
- PC que alberga la implementación software del demodulador 5G Broadcast, conectado al equipo SDR USRP B210.
- Decodificador de corrección de errores de la capa de aplicación con los códigos RaptorQ.
Resultados
A partir de las pruebas pudo evaluarse la recepción para los dos escenarios de recepción descritos. En la recepción fija la decodificación del contenido no presentó errores, ya que el nivel de señal es alto y la relación de señal a ruido es más que suficiente para garantizar una recepción sin errores.
En la prueba de recepción en movilidad debido al efecto Doppler y al resto de degradaciones presentes en la señal, la decodificación del contenido es más compleja. Los resultados obtenidos muestran la robustez del sistema frente a la movilidad, puesto que el contenido decodificado para un nivel de potencia suficiente a velocidades de unos 60 Km/h. Estos resultados muestran que la movilidad no supone ningún problema en el uso de 5G Broadcast. La sensibilidad del receptor obtenida, es decir, el mínimo nivel de potencia necesario para una decodificación sin errores es de –78 dBm en estático, y –72 dBm en movilidad.
Conclusiones
La realización de las pruebas y las demostraciones ha servido para dejar constancia del cumplimiento de los objetivos que perseguía este caso de uso. Se ha conseguido experimentar las capacidades del 5G, demostrar su viabilidad y las posibilidades que ofrece al sector de la radiodifusión terrestre de contenido multimedia implementado de forma pionera en España una solución de tales características. Esta solución sirve como muestra de la tecnología para los distintos agentes de la industria.
La contribución del iTEAM (UPV) en este proyecto no sólo se ha basado en la elaboración del piloto, sino también en la creación de valor gracias al desarrollo del transmisor y receptor SDR 5G Broadcast. Esto supone una innovación a nivel nacional, pues hasta ahora no se disponía de una plataforma de equipos de radio definida por software de código libre acorde al estándar 5G Broadcast. Este hecho trae consigo un avance en el desarrollo e investigación en el ámbito, que colocan a España y la Universitat Politécnica de València como pioneras en la implementación software de los estándares de comunicaciones móviles.
La demostración final del caso de uso de TelecomCLM realizada en la ciudad de Toledo, no hace más que poner de manifiesto los buenos resultados de todo el trabajo realizado a lo largo del proyecto. Éstos reflejan todo el desarrollo por parte de los investigadores del iTEAM en la solución 5G Broadcast, y su rendimiento junto con la etapa de amplificación de BTESA y el transmisor de alta potencia de TelecomCLM.
El proyecto ha culminado con esta demostración final, en la que queda patente la viabilidad de la tecnología 5G y 5G Broadcast para la producción y distribución de contenidos de televisión como sucesor de los actuales estándares de radiodifusión.
