1 Apuntes Sistemas y Servicios

Sistemas de Telecomunicación

Plan 1994

E.T.S. Ingenieros de Telecomunicación

Departamento de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones

Universidad Politécnica de Madrid

Temas introductorios

Diciembre de 2003

Sistemas de Telecomunicación Plan 1994

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1. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓN ........................................................................................................ 6

1.1 CONCEPTO DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓN ............................................................................................................................................... 6

1.1.1 Generalidades........................................................................................................................................................................................... 6

1.1.2 El usuario como parte del sistema de telecomunicaci�n ......................................................................................................................... 6

1.1.3 Modelo de sistema de telecomunicaci�n.................................................................................................................................................. 7

1.2 SERVICIOS Y SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓN ................................................................................................................................................. 9

1.2.1 Modelo de servicio de telecomunicaci�n ................................................................................................................................................. 9

1.2.2 Entorno del sistema por condicionantes del servicio de telecomunicaci�n ........................................................................................... 12

1.2.3 Tipos de servicios de telecomunicaci�n................................................................................................................................................. 13

1.2.3.1 Clasificación DAVIC de servicios audiovisuales ................................................................................................................................................... 13

1.2.3.2 Servicios según la UIT............................................................................................................................................................................................ 15

1.3 TIPOS GENÉRICOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓN................................................................................................................................... 17

1.4 TIPOS DE INFORMACIÓN EN UN SISTEMA DE TELECOMUNICACIÓN...................................................................................................................... 20

1.5 CALIDAD DE SERVICIO EN UN SISTEMA DE TELECOMUNICACIÓN........................................................................................................................ 21

1.5.1 Factores de calidad, negociaci�n y orquestaci�n................................................................................................................................. 21

1.5.2 Tipos de calidad de servicio.................................................................................................................................................................... 22

1.5.3 Calidad de un sistema en t�rminos de prestaci�n de servicio .............................................................................................................. 23

1.6 ETAPAS DE DISEÑO DE UN SISTEMA DE TELECOMUNICACIÓN ............................................................................................................................. 24

1.7 EL MARCO ESPAÑOL EN SERVICIOS Y SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓN........................................................................................................... 26

1.7.1 Descripci�n del marco legal y la libre competencia.............................................................................................................................. 26

1.7.2 Servicios de inter�s general y servicios p�blicos.................................................................................................................................. 27

1.7.2.1 El servicio universal de telecomunicaciones .......................................................................................................................................................... 27

1.7.2.2 Los servicios obligatorios de telecomunicaciones .................................................................................................................................................. 28

1.7.2.3 Otras obligaciones de servicio público (razones de interés general) ...................................................................................................................... 28

1.7.3 Recursos escasos: numeraci�n y espectro radioel�ctrico..................................................................................................................... 29

1.7.3.1 Espacio público de numeración .............................................................................................................................................................................. 29

1.7.3.2 Dominio público radioeléctrico .............................................................................................................................................................................. 29

1.7.4 T�tulos habilitantes para prestaci�n de servicios................................................................................................................................. 30

1.7.4.1 Autorizaciones generales y proyectos para su obtención............................................................................................................................................

1.7.4.2 Licencias individuales y proyectos para su obtención ................................................................................................................................................

1.7.5 Interconexi�n de redes y operadores dominantes .................................................................................................................................. 30

1.8 ORGANISMOS DE NORMALIZACIÓN EN TELECOMUNICACIONES.......................................................................................................................... 30

2. REPRESENTACIÓN DE LA INFORMACIÓN EN UN SISTEMA DE TELECOMUNICACIÓN ....................................................... 35


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2.1 GENERALIDADES .............................................................................................................................................................................................. 35

2.2 FORMAS DE REPRESENTACIÓN DE MEDIOS DE INFORMACIÓN............................................................................................................................. 35

2.2.1 Representaci�n digital........................................................................................................................................................................... 36

2.2.1.1 Muestreo ..................................................................................................................................................................................................................36

2.2.1.2 Cuantificación..........................................................................................................................................................................................................36

2.2.1.3 Codificación.............................................................................................................................................................................................................38

2.2.1.3.1 Codificación de fuente ...................................................................................................................................................................................39

2.2.1.3.2 Codificadores de canal ...................................................................................................................................................................................40

2.2.1.3.3 Codificadores de adaptación al dispositivo físico de soporte ........................................................................................................................41

2.2.2 Representaci�n por descripci�n ........................................................................................................................................................... 42

2.2.2.1 Segmentación y clasificación ..................................................................................................................................................................................42

2.2.2.2 Codificación como generación del metafichero-metadato ......................................................................................................................................43

2.2.2.3 Entrada directa al codificador..................................................................................................................................................................................44

2.3 PARÁMETROS DE CARGA EN UN SISTEMA DE TELECOMUNICACIÓN DE LAS REPRESENTACIONES DE LOS MEDIOS DE INFORMACIÓN .................... 44

2.3.1 Sonido..................................................................................................................................................................................................... 44

2.3.1.1 Audio con calidad telefónica ...................................................................................................................................................................................44

2.3.1.2 Audio con calidad CD .............................................................................................................................................................................................45

2.3.1.3 Audio por parámetros ..............................................................................................................................................................................................45

2.3.2 Imagen fija.............................................................................................................................................................................................. 46

2.3.2.1 LZW.........................................................................................................................................................................................................................48

2.3.2.2 ISO-JPEG ................................................................................................................................................................................................................49

2.3.2.3 UIT-T Grupo 3 y Grupo 4........................................................................................................................................................................................50

2.3.2.4 Representación por descripción...............................................................................................................................................................................50

2.3.3 Gr�ficos................................................................................................................................................................................................. 51

2.3.4 V�deo..................................................................................................................................................................................................... 52

2.3.4.1 Generalidades ..........................................................................................................................................................................................................52

2.3.4.2 La recomendación UIT-R BT 601 ...........................................................................................................................................................................55

2.3.4.2.1 Digitalización de vídeo en componentes .......................................................................................................................................................55

2.3.4.2.2 Digitalización de vídeo compuesto ................................................................................................................................................................57

2.3.4.2.3 Estándares más relevantes en codificación ....................................................................................................................................................57

2.3.4.2.3.1 UIT-T J.81 ............................................................................................................................................................................................58

2.3.4.2.3.2 UIT-T H.261.........................................................................................................................................................................................58

2.3.4.2.3.3 UIT-T H.263.........................................................................................................................................................................................59

2.3.4.2.3.4 ISO MPEG-1 ........................................................................................................................................................................................60

2.3.4.2.3.5 ISO MPEG-2 ........................................................................................................................................................................................61

2.3.4.2.3.6 ISO MPEG-4 ........................................................................................................................................................................................62

2.3.4.2.3.7 DVI.......................................................................................................................................................................................................63


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2.3.4.2.3.8 Tecnología CD..................................................................................................................................................................................... 63

2.3.4.2.3.8.1 CD-DA (Compact Disk - Digital Audio) ................................................................................................................................... 63

2.3.4.2.3.8.2 CD-ROM.................................................................................................................................................................................... 63

2.3.4.2.3.8.3 CD-ROM / XA (CD-ROM con arquitectura extendida) ............................................................................................................ 64

2.3.4.2.3.8.4 CD-I ........................................................................................................................................................................................... 64

2.3.4.2.3.8.5 Photo-CD ................................................................................................................................................................................... 65

2.3.4.2.3.8.6 DVD (Digital Versatile Disk - Digital Video Disk)................................................................................................................... 66

2.3.4.2.3.9 Comparativa general de los estándares más relevantes ....................................................................................................................... 67

3. REDES EN UN SISTEMA DE TELECOMUNICACIÓN........................................................................................................................... 68

3.1 DESCOMPOSICIÓN DE LA RED DE UN SISTEMA DE TELECOMUNICACIÓN ............................................................................................................. 68

3.2 SEGMENTOS DE TRANSPORTE............................................................................................................................................................................ 70

3.2.1 Jerarqu�a digital plesi�crona............................................................................................................................................................... 71

3.2.2 Jerarqu�a digital s�ncrona................................................................................................................................................................... 75

3.2.2.1 Generalidades.......................................................................................................................................................................................................... 75

3.2.2.2 STM-1 ..................................................................................................................................................................................................................... 76

3.2.2.2.1 STM-1 a partir de 1 canal JDP nivel 4 .......................................................................................................................................................... 78

3.2.2.2.2 STM-1 a partir de 3 canales JDP nivel 3....................................................................................................................................................... 79

3.2.2.2.3 STM-1 a partir de 63 canales JDP nivel 1..................................................................................................................................................... 80

3.2.2.3 STM-N .................................................................................................................................................................................................................... 81

3.2.2.4 Sincronización en la jerarquía digital síncrona ....................................................................................................................................................... 82

3.2.2.5 Jerarquía SONET .................................................................................................................................................................................................... 83

3.2.2.6 ATM sobre JDS ...................................................................................................................................................................................................... 84

3.2.2.7 Familias de equipos síncronos ................................................................................................................................................................................ 84

3.2.3 ATM versus IP ........................................................................................................................................................................................ 85

3.2.3.1 ATM........................................................................................................................................................................................................................ 86

3.2.3.2 TCP-UDP/IP ........................................................................................................................................................................................................... 86

3.2.4 Multiplexaci�n por longitud de onda..................................................................................................................................................... 86

3.3 SEGMENTO LOCAL ............................................................................................................................................................................................ 89

3.4 SEGMENTOS DE ACCESO.................................................................................................................................................................................... 90

3.4.1 Acceso WAN tipo CATV.......................................................................................................................................................................... 90

3.4.2 Accesos WAN tipo familia xDSL............................................................................................................................................................. 92

3.4.2.1 Acceso WAN tipo ADSL........................................................................................................................................................................................ 92

3.4.2.2 Acceso WAN tipo HDSL........................................................................................................................................................................................ 94

3.4.2.3 Acceso WAN tipo VDSL........................................................................................................................................................................................ 95

3.4.2.4 Acceso WAN tipo RADSL ..................................................................................................................................................................................... 95


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3.4.2.5 Acceso WAN tipo SDSL .........................................................................................................................................................................................95

3.4.3 Acceso WAN tipo FTTC/FTTH............................................................................................................................................................... 95

3.4.4 Acceso WAN tipo RDSI banda estrecha ................................................................................................................................................. 97

3.4.5 Acceso WAN tipo PSTN o RTB............................................................................................................................................................. 100

3.4.6 Acceso WAN tipo redes el�ctricas ....................................................................................................................................................... 101

3.4.7 Accesos WAN sin hilos ......................................................................................................................................................................... 101

3.4.7.1 GSM.......................................................................................................................................................................................................................101

3.4.7.2 DCS 1800 ..............................................................................................................................................................................................................102

3.4.7.3 DECT.....................................................................................................................................................................................................................102

3.4.7.4 Otros accesos sin hilos basados en telefonía celular .............................................................................................................................................102

3.4.7.5 Accesos WLL ........................................................................................................................................................................................................103

3.4.8 Accesos WAN por sat�lite.................................................................................................................................................................... 103

3.4.8.1 GEO: sistemas DBS...............................................................................................................................................................................................103

3.4.8.2 LEO y MEO...........................................................................................................................................................................................................105

3.4.9 Otros accesos WAN: MMDS y LMDS .................................................................................................................................................. 106

3.5 RED DE GESTIÓN DE TELECOMUNICACIÓN.............................................................................................................................................................

3.6 INTERCONEXIÓN DE REDES ...................................................................................................................................................................................


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1. Introducción a los sistemas de telecomunicación

1.1 Concepto de sistemas de telecomunicación

1.1.1 Generalidades

El concepto de sistema de telecomunicación ha experimentado una notable evolución. Inicialmente fue concebido como un conjunto de elementos segmentables de transmisión, conmutación y señalización. Estos dominios debidamente orquestados debían hacer posible que una información insertada por una fuente en un punto de una red de comunicaciones pudiera ser extraída y presentada por un reproductor en otro punto emergente de dicha red.

La concepción actual de un sistema de telecomunicación es mucho más amplia, y se orienta hacia su adecuación para el manejo de información multimedia, más concretamente evolucionando hacia lo que se conoce como sistema multimedia distribuído. Durante el decenio de finales del siglo XX se introduce la infraestructura de comunicaciones en todos los sistemas de computación, incluídos los ordenadores personales. Por tanto, los sistemas de manejo de información pasan a tener capacidad de telecomunicación de forma indisociable con respecto a sus anteriores cometidos. Así, no se puede hablar de un sistema de telecomunicación sin incluir, por ejemplo, otros elementos tales como las capacidades de almacenamiento y consulta de información, las capacidades computacionales de manejo de esa información bajo un sistema operativo, etc. El sistema de telecomunicación, bajo esta concepción, sigue utilizando las técnicas de tratamiento de señal en estas otras capacidades; por ejemplo, el almacenamiento hace uso de las técnicas de compresión de información para que una película quepa en un disco compacto, y es de vital importancia la velocidad con la que los datos comprimidos pueden emerger de una fuente de almacenamiento hacia una red de telecomunicación para el dimensionado de ésta. En esta concepción de sistema de telecomunicación, la inserción de los datos en la red no se realiza a través de una interfaz directa con el elemento de almacenamiento, sino que una eventual transcodificación de dichos datos se desarrollará bajo el control de un sistema operativo, al igual que la propia entrega posterior a la red. El retardo final y la sincronización, ambos parámetros vitales para la presentación correcta de la información en el terminal de destino, incluyen por tanto el concurso de elementos adicionales a los de transmisión, conmutación y señalización.

Por otra parte, las especificaciones de usuario para los servicios de telecomunicación cada vez relacionan más los elementos clásicos (transmisión, conmutación, etc.) con el resto de los elementos del sistema de telecomunicación, dentro de ese concepto de sistema multimedia distribuído. Así, un usuario exige cada vez mayores prestaciones en cuanto a la cantidad de medios de información transmitidos, a la velocidad de acceso a esos medios de información, a las tareas y servicios que pueden funcionar concurrentemente, a la potencialidad del entorno de trabajo, a la eliminación de barreras psicológicas ante los sistemas/servicios, al control y participación activa sobre los servicios ofrecidos, a la personalización de las posibilidades de uso del sistema/servicio, etc..

1.1.2 El usuario como parte del sistema de telecomunicación

Algunos estudios consideran al usuario como una parte del sistema de telecomunicación. La causa está en la interactividad ofrecida al usuario, que es condición normalmente especificada para los servicios que debe soportar el sistema de telecomunicación. El usuario, como parte del sistema, puede condicionar el desarrollo de una sesión de un servicio a través de sus acciones, desencadenando comportamientos diversos del sistema de telecomunicación. Por ejemplo, las acciones del usuario pueden desencadenar la parada temporal de un vídeo que se está presentando en su terminal procedente de una base de datos remota. Así, el usuario es parte importante en la dinámica de presentación de la información, y por tanto de extracción de la misma del sistema de almacenamiento, de condicionamiento de recursos de transmisión etc.

En otro orden de cosas, otro usuario llamado “autor” puede haber “escrito” la forma en que determinada información multimedia puede desplegarse en un terminal de usuario: por ejemplo, un montaje consistente en una determinada combinación de vídeo con textos, audio e imágenes fijas (documento multimedia). Dicha “escritura” puede incluso especificar “normas” para la forma de reproducción o despliegue en un terminal, por ejemplo provocando la alteración del volumen del sonido automáticamente al llegar a determinado pasaje. Esas “normas” de despliegue se plasman en que a esos medios de información (vídeo, audio, etc), debidamente empaquetados, les acompaña un “manual” con “eventos” de sincronización, que se genera durante el proceso de “autoría”. El sistema de telecomunicación deberá orquestar todos sus recursos para conseguir que el despliegue de la información en el terminal de destino se produzca como el “autor” lo escribió, y para ello harán uso de


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esos “eventos” del “manual” de sincronización. Por otra parte, en un sistema de telecomunicación con capacidades de interacción, el usuario final podrá alterar el despliegue de la información en su terminal, introduciendo por ejemplo algún “evento” que interrumpa totalmente el despliegue del montaje de medios de información o documento multimedia en su terminal. Se hace necesario que el sistema contemple un esquema de prioridades que combine los “eventos” generados por el autor con la capacidad de provocar “eventos” o interrupciones por parte del usuario final.

A la luz de lo anterior, se puede afirmar que el comportamiento previsto del usuario, bien como receptor interactivo de un servicio, bien como “autor” de un montaje de medios de información o documento multimedia para una fuente, influye decididamente en el diseño y dimensionamiento de las capacidades y recursos del sistema de telecomunicación (almacenamiento, transmisión, etc.). Es por ello que algunos estudios consideran al usuario como una parte más del sistema, y realizan cuidadosamente modelos estadísticos de su comportamiento que permitan hacer previsiones sobre el mismo. Dichos modelos estadísticos sirven para diseñar adecuadamente las capacidades y recursos del sistema de telecomunicación, de igual forma que tradicionalmente se ha venido haciendo con los modelos estadísticos de una fuente cualquiera de datos que se pretendan insertar en la red.

En caso de que en el extremo del sistema no se encuentre un usuario humano, sino una máquina, todo lo dicho anteriormente es aplicable, puesto que la máquina también puede generar eventos de interrupción como receptor de información, aunque sea con un comportamiento programado. Por otra parte, también una máquina debe caracterizarse estadísticamente como fuente de datos para diseñar y dimensionar las capacidades y recursos del sistema.

1.1.3 Modelo de sistema de telecomunicación

Después de la presentación general expuesta, se puede llegar a elaborar una definición y un modelo de sistema de telecomunicación.

Dominio deaplicación

Dominio delmedio de

intercambio

Dominio detransporte

Dominio degestión

Funciones/Datos

Funciones/Datos

Funciones/Datos

Funciones/Datos

Funciones/Datos

Funciones/Datos

Extremo(usuario,máquina)

Funcionalidad / Datos

Funcionalidad / Datos

Figura 1 - Modelo de dominios de sistema de telecomunicación

Un sistema de telecomunicación es un conjunto de capacidades o recursos destinados al manejo de información, con el objetivo de entregar información de fuentes a destinos de forma sincronizada, con una o varias calidades determinadas (QoS o calidad de servicio), y cuyos extremos pueden ser máquinas o usuarios (personas). La información se considera como una parte integrante del sistema, lo mismo que los usuarios o las máquinas de fuente o destino.


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Las capacidades o recursos se agrupan en dominios del sistema. Los dominios están relacionados a través de interfaces. Estas interfaces están definidas por funciones cuya ejecución puede implicar intercambio de datos e información interdominios. Estas funciones tienen carácter interno en el sistema de telecomunicación, y únicamente se hacen externas cuando su ejecución involucra el dominio extremo (que puede ser un usuario o una máquina): en este caso la función pasa a denominarse funcionalidad. El conjunto de funciones externas o funcionalidades es lo que configura las especificaciones del “servicio” de telecomunicación que han de ser satisfechas por el sistema.

Algunos modelos denominan servicios abstractos, servicios elementales o servicios arquitecturales a las funciones que definen las interfaces interdominios del sistema.

Un esquema gráfico de lo que se acaba de presentar se puede ver en la Figura 1, donde se presenta que los dominios de un sistema de telecomunicación pueden reducirse a los siguientes:

• Dominio extremo (usuario o máquina).

• Dominio de aplicación.

• Dominio de transporte.

• Dominio del medio de intercambio.

• Dominio de gestión.

Información Usuarios o máquinas

Representación

Presentación InformaciónAlmacenamientoIntercambio

Transmisión Conmutación

Gestión, operación y mantenimiento

Control de recursosControl de recursos

Figura 2 - Recursos de un sistema de telecomunicación

Las capacidades o recursos de un sistema de telecomunicación vienen dadas por las acciones que se pueden ejecutar sobre la información que se pretende manejar. Estas acciones se pueden resumir en:

• Editar y crear.

• Comprimir y descomprimir.

• Almacenar y recuperar.

• Transmitir.


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• Navegar.

• Sincronizar para su reproducción correcta en la presentación.

• Etc.

Este conjunto de posibles acciones sobre la información conduce a la definición de unas capacidades o recursos del sistema, que se pueden ver en la Figura 2, tales como:

• Información y extremos (usuarios o máquinas). Estos recursos son parte del sistema y son los que al final exigen las especificaciones de los demás recursos. En caso de que en el extremo se encuentre un usuario, los tipos o medios de información están destinados a su percepción sensorial: vídeo, audio, textos, gráficos, imágenes fijas, olores, sensaciones de acción y reacción, etc. En caso de que el extremo sea una máquina, lo más normal es que la información sea bajo la forma de datos.

• Representación. Se trata de la representación de la información en cualquier parte del sistema. Por tanto, incluye por ejemplo todo tipo de codificación, tanto de fuente (compresión de información) como de canal o línea.

• Presentación. Se trata de todos aquellos recursos destinados al manejo de la información en la interfaz de usuario o de los extremos en general. Existen estos recursos tanto en fuente como en destino, aunque su nombre sugiera que únicamente se refieren al destino. Los transductores y su gestión directa son, por ejemplo, parte de estos recursos de presentación.

• Almacenamiento. Incluye además de los recursos físicos de almacenamiento, los recursos de organización y gestión del almacenamiento de información (y su recuperación), tales como bases de datos. Cabe resaltar aquí que estos recursos también se refieren a la recuperación de información y su gestión, aunque el nombre parezca que únicamente se refiere al almacenamiento.

• Intercambio. Se incluye aquí la red de telecomunicación, con sus recursos de transmisión y conmutación (si los hay). En este punto cabe señalar que un canal es un subconjunto concreto de esos recursos de la red, destinado a satisfacer los requisitos de unas fuentes, unos destinos y unas informaciones específicos. Un circuito es la unión de dos canales para sistemas que requieran que la información pueda viajar en los dos sentidos dentro del medio de intercambio. Se incluyen entre estos recursos los destinados a la organización y gestión del intercambio de información, tales como la señalización.

• Gestión, operación y mantenimiento. Se incluyen aquí los recursos necesarios para controlar el sistema de telecomunicación, tanto manual como automáticamente. Entre estos recursos están los sistemas operativos que puedan aparecer en el sistema de telecomunicación. Estos sistemas operativos pueden encontrarse distribuídos físicamente, de tal forma que parte de estos recursos negociarán con otros recursos, para lograr disponibilidades de los mismos que conduzcan a una calidad del servicio (QoS) extremo a extremo (incluyendo sincronización), así como al mantenimiento de esta calidad durante una sesión. En general, estos recursos controlan las asignaciones de los demás recursos del sistema, así como su funcionamiento.

En cada diseño particular de sistema de telecomunicación, una misma capacidad o recurso puede ubicarse en un dominio diferente, e incluso encontrarse distribuído en varios o en todos los dominios. Por ejemplo, un recurso determinado puede ubicarse en el dominio de transporte si éste posee ciertos protocolos; pero si estos protocolos no existen, puede ser el dominio de aplicación el encargado de proporcionar ese recurso.

La organización de los recursos del sistema de telecomunicación en dominios no hace referencia alguna a la ubicación física de estas partes en fuente o destino, ya que sus elementos asociados pueden estar distribuídos en ambos extremos (por ejemplo, sistemas típicos basados en configuraciones cliente servidor), e incluso en el medio de intercambio.

1.2 Servicios y sistemas de telecomunicación

1.2.1 Modelo de servicio de telecomunicación

Un sistema de telecomunicación debe diseñarse y dimensionarse para satisfacer una calidad de servicio de telecomunicación. Dicha calidad vendrá dada en unas especificaciones de usuario, o podrá negociarse por un usuario o una máquina dinámicamente previo o durante la ejecución de una sesión.


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La evolución de los servicios de telecomunicación también ha sido grande, y por supuesto esta evolución ha condicionado las arquitecturas de los sistemas de telecomunicación que soportan esos servicios. Se ha pasado de la definición de los servicios por parte de sus operadores muchas veces en régimen de monopolio, a la definición por medio de especificaciones puestas por un legislador, para que sean realizadas por diferentes operadores con diferentes papeles en un régimen de abierta competencia. Así, se ha pasado de un modelo consistente en un proveedor de absolutamente todo en un determinado servicio, muchas veces en régimen de monopolio enfrente de los usuarios, a otro modelo que separa claramente los papeles de diversos actores dentro de un mismo servicio. Estos actores, tal como se puede ver en la Figura 3, son los siguientes:

• Proveedor de información o de contenidos de información.

• Proveedor de servicio.

• Proveedor de red (o de transporte).

• Cliente.

• Usuario.

Proveedor deinformación




Proveedor de red Proveedor de red

Proveedor deservicio




Cliente Cliente Cliente Cliente

Usuario Usuario Usuario Usuario Usuario Usuario Usuario Usuario

Figura 3 - Actores de un servicio de telecomunicación

En estos actores se ven claramente los dominios del sistema de telecomunicación propuestos en el modelo, que de esta forma se justifica a la vista del servicio que es quien da las especificaciones al sistema. El proveedor de información y el proveedor de servicio tienen que ver con el dominio de aplicación, mientras que el proveedor de red está más ligado al dominio de transporte y al medio de intercambio.

Las interacciones entre los actores también aparecen esquematizadas en la Figura 3. Un proveedor de servicio es normalmente un cliente del proveedor de red y del proveedor de información, repercutiendo los costes a su vez sobre sus clientes salvando el beneficio necesario. Según sean las especificaciones del servicio, y por tanto la arquitectura del sistema de telecomunicación correspondiente, puede ser necesario que el proveedor de servicio disponga de algunas réplicas, con carácter temporal o permanente, de la información del proveedor de información. En este caso, el proveedor de servicio dispondrá de un contrato que le garantiza ciertas licencias de uso y explotación con respecto a contenidos que son propiedad del proveedor de información: estas licencias de uso difieren de unos casos a otros, siendo lo normal la concesión de unos derechos no exclusivos para el uso de la información en condiciones limitadas, siempre salvaguardando los derechos de propiedad para el proveedor de información. Una circunstancia de este tipo se puede dar por ejemplo cuando los proveedores de información


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son archivos de películas, cuyo segmento de acceso a la red de comunicaciones y cuyo servidor de información no permitan una descarga en tiempo real de las películas. Si el servicio consiste precisamente en ofrecer esas películas en tiempo real, el proveedor de servicio deberá poseer un servidor intermedio y un segmento de acceso a red que sí tengan dichas capacidades, y por lo tanto deberá tener almacenada una réplica de la película que se deba servir al usuario final en tiempo real para garantizar la calidad de servicio especificada.

El proveedor de servicio trabaja casi siempre con estrategias de servicio de valor añadido. Algunas veces, algunos proveedores de información pueden ser también proveedores de servicios con su propia información, si disponen de una infraestructura para afrontar dichas estrategias de servicios de valor añadido, además de la infraestructura tecnológica que satisfaga las especificaciones del servicio: en cualquier caso, queda claro que los dos roles están separados aunque el actor físico sea la misma Institución o empresa.

La diferencia entre cliente y usuario es algo más sutil. Un cliente lo es de un proveedor de servicio. Un usuario es cliente del cliente. Por ejemplo, una Institución determinada que tiene una red de área local es cliente de un proveedor de servicios de consultoría de bases de datos. Los usuarios son por ejemplo, los empleados o visitantes de esa Institución que tienen acceso a la red de área local a través de un terminal autorizado por la Institución. En determinados servicios, no hay distinción entre cliente y usuario.

Red backbone

Punto de acceso de información

UsuarioUsuario

Usuario

Servidor

Proveedor de contenidos

Servidor

Proveedor de servicios

Servidor del puntode acceso

de información

Proveedor de servicios

Segmento de acceso Segmento de acceso Segmento de acceso

QoS según convenido en contrato

QoS con o sin control requerido

Figura 4 - Modelo de acceso generalizado de usuario a un servicio

La Figura 4 muestra la forma en que se puede realizar un acceso de usuario a un servicio de telecomunicación, con los actores indicados. Uno o varios proveedores de red pública (operadores) aportan la red backbone, así como los diferentes segmentos de acceso de usuario. El nodo de acceso es una pasarela entre la red backbone y los segmentos de acceso de usuario, y es propiedad del proveedor de servicio. Los proveedores de información tienen sus servidores conectados a la red backbone, de forma que un proveedor de servicios pueda tomar esos contenidos (bajo licencia) y almacenar réplicas autorizadas en su servidor conectado a la red backbone en caso necesario. La red backbone puede no garantizar la calidad de acceso de usuario: por ello, si un usuario demanda un determinado contenido de información que deba servirse y desplegarse en tiempo real, será necesario realizar una réplica de esa información en un servidor local que el proveedor de servicios tendrá en el nodo de acceso, ya que los segmentos de acceso sí deben garantizar la calidad de servicio demandada.

Un ejemplo típico de uso de la arquitectura propuesta en la Figura 4 es un servicio de vídeo bajo demanda (VoD). Los contenidos de información (películas) deben servirse y desplegarse en tiempo real, y con unas calidades que pueden estar establecidas en un contrato con el usuario. El proveedor de información tiene una base de datos de películas. El usuario puede realizar una navegación directamente sobre esa base de datos, o bien sobre unos descriptores de esas películas, pero que estén residentes en una base de datos dentro del servidor del nodo de acceso. Si la película es muy solicitada, habitualmente habrá una réplica en el servidor del nodo de acceso, que como se ha dicho habrá sido importada con licencia por el proveedor de servicio de la base de datos del proveedor de información. Si no es muy solicitada, entonces habrá


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que realizar una descarga de dicha película desde el servidor del proveedor de información al servidor local del nodo de acceso. Esta descarga se realiza como un archivo sin garantizar la calidad de servicio, ya que su objetivo no es evidentemente ningún despliegue en un terminal del nodo de acceso. Sea cual fuera la alternativa, la película residente en el servidor del nodo de acceso está lista para servirse en tiempo real con interacción de usuario a través del segmento de acceso.

Ejemplo de nodos de acceso son centrales de un operador telefónico en el caso de segmentos de acceso ADSL, “head-ends” en el caso de segmentos de acceso CATV-HFC, estaciones de recepción de satélite (si la red backbone involucra un satélite) a los que sigue un segmento de cable o fibra hasta el usuario, etc.

1.2.2 Entorno del sistema por condicionantes del servicio de telecomunicación

Como ya se ha comentado, el servicio de telecomunicación pasa a ser definido por un legislador. Pero dicho legislador no está libre al crear un nuevo servicio, sino que deberá tener en cuenta una serie de parámetros que vienen dados por el entorno en que se mueve. Entre estos parámetros, se pueden citar por ejemplo la posibilidad tecnológica de desarrollo de sistemas de telecomunicación que satisfagan sus especificaciones, el marco normativo armonizado con el entorno sociopolítico y económico, las normalizaciones existentes o previsibles en telecomunicaciones, los posibles mercados, e incluso los factores humanos para asegurar la satisfacción del usuario.

TelecomunicaciónOperadores de red y servicios

Computadores y eletrónica de consumoProveedores de contenidos de información

SistemaSistemade de

telecomunicacióntelecomunicación

Industria

Mercado Técnica

Normalización Regulación

Propiedad intelectual

Propiedad industrial

Factores humanosy sociales

SERVICIOS

Figura 5 - Entorno de un sistema de telecomunicación

De esta forma, tal como se ilustra en la Figura 5, se puede considerar al sistema de telecomunicación como un bloque con entradas y salidas. Las entradas son todos los parámetros que condicionan las especificaciones del creador del servicio. Las salidas del sistema serán los servicios que ofrece. Siguiendo la descripción de la misma Figura 5, las entradas al sistema se pueden concretar en la siguiente lista:

• Condicionantes de regulación legal. Entre estos están, por un lado, los condicionantes impuestos directamente por el legislador que define el servicio particular y, por otro lado, los condicionantes reguladores legales generales del entorno sociopolíticio y económico con los que la definición del nuevo servicio debe estar armonizada.

• Condicionantes industriales. Dados por la industrias de fabricación de productos de telecomunicación, de computadores y de electrónica de consumo, por los operadores potenciales de red y de servicios, y por los proveedores de información. Las iniciativas de sistemas de


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telecomunicación que mayor éxito vienen teniendo últimamente son aquellas que están basadas en especificaciones de servicio consensuadas en reuniones previas de los distintas industrias, operadores, y proveedores que luego competirán en el mercado con sus productos. Al estar consensuadas las especificaciones, los bloques de sus sistemas serán compatibles en el mismo servicio, y por tanto el mercado será total y el mismo para toda la industria relacionada. Un ejemplo claro de este consenso es el servicio GSM. Un paso más está también en consensuar previamente las estrategias de explotación de servicios entre distintos operadores, con compromisos claros de lanzar servicios, plasmados en la firma de documentos llamados MoU (Memorandum of Understanding). Este segundo consenso, anima a los fabricantes a alcanzar el consenso mencionado de especificaciones porque ven un mercado claramente abierto con fechas concretas.

• Condicionantes de normalización. Se refieren estos condicionantes al marco tecnológico recomendado por los Organismos de Normalización de las Telecomunicaciones a todos los niveles, pero fundamentalmente a nivel internacional. Entre estos Organismos, cabe destacar la UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones), con sus recomendaciones dadas por sus departamentos encargados de la normalización: UIT-T y UIT-R (aproximadamente corresponden a los antiguos CCITT y CCIR respectivamente). Otros organismos internacionales importantes son ISO (International Organization for Standardization), de la que destaca su modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI, Open System Interconnection), sus estándares de codificación de imágenes fijas (JPEG) y de vídeo (MPEG), y su estándar para el empaquetamiento de información multimedia (MHEG); ETSI (European Telecommunications Standards Institute), órgano oficial de la Unión Europea, donde entre otras organizaciones trabaja activamente la EBU (European Broadcasting Union), encargada de facilitar el intercambio de programas entre emisoras de radio y TV; IEEE (Institute of Electrical and Electronical Engineers), de quien son famosas las recomendaciones para redes de área local y metropolitana del tipo IEEE-802.X; etc.

• Condicionantes de propiedad intelectual y de propiedad industrial. Según la idiosincracia y la legislación de cada lugar, estos conceptos difieren notablemente, lo que es un problema para armonizar el significado de las licencias de uso y explotación de contenidos de información cuando el ámbito de cobertura de una red es internacional a nivel mundial. Un ejemplo de este caso es cualquier servicio dado con contenidos de información en Internet. En el entorno más cercano, la propiedad intelectual permanece siempre en los autores de la información o del producto industrial que permita manejar esa información, mientras que la propiedad industrial lo es de la Institución o empresa que haya pagado a los autores por el desarrollo de esa información o producto. Las especificaciones de un servicio no pueden incluir en ningún caso cláusulas que impidan de alguna forma el mantenimiento de estos derechos a sus propietarios, sin perjuicio de los problemas que puedan surgir cuando se presenta el caso de cobertura de servicio a nivel mundial por las diferencias legislativas mencionadas.

• Condicionantes de factores humanos y sociales. Este es un factor muy importante, y debería ser realmente el primero a tener en cuenta. Si un servicio es socialmente inaceptable o tiene problemas de aceptación por parte de los usuarios, entonces no merece la pena dar un paso más en su definición. Se ha tratado ampliamente este problema ante los rapidísimos avances tecnológicos que permiten cada vez ampliar la oferta de potenciales servicios a los usuarios. Se ha llegado a plantear si el comienzo de la concepción de un servicio debe realizarse desde lo que se ha dado en llamar “technology push” o su complementario “market pull”: “technology push” indica que se deben buscar usuarios para una determinada oferta tecnológica y “market pull” indica que se debe buscar la oferta tecnológica que satisfaga unas demandas específicas de usuario. En cualquier caso, la decisión no existe claramente, y lo que se hace normalmente es comenzar la realización de una experiencia de cualquiera de las dos formas antes de crear un marco de especificaciones estable que obligue a definir el sistema hasta sus últimas consecuencias. Las más de las veces la experiencia se realiza de la forma “technology push”, porque se puede enseñar un demostrador que “enganche” al usuario si su reacción es positiva. Dicho demostrador se implanta en una experiencia precomercial en áreas restringidas donde exista una población cuya composición sea una escala reducida de la que exista en el área que es realmente el objetivo comercial final.

1.2.3 Tipos de servicios de telecomunicación

1.2.3.1 Clasificación DAVIC de servicios audiovisuales

DAVIC (Digital Audio Visual Council) clasifica los servicios audiovisuales como sigue:

• “Movies on Demand” (MOD): se refiere a un servicio de entrega a través de red de comunicaciones que ofrece la funcionalidad de un VCR doméstico, utilizado únicamente como reproductor, pero sin necesidad de tener localmente una copia del material audiovisual seleccionado. El servicio requiere típicamente un “preview” y un “browsing” para que el usuario seleccione el material audiovisual.


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• “Teleshopping”: este servicio permite al usuario hacer un “browsing” sobre catálogos de vídeo o tiendas virtuales para comprar productos y servicios. El usuario puede selecionar elementos de potencial compra para tener más información sobre ellos, siendo esta información de tipo multimedia. Una vez seleccionado un producto, el usuario puede solicitar y comprar el producto.

• “Broadcast”: es un servicio para proporcionar acceso en tiempo real de múltiples usuarios a fuentes múltiples de TV, Radio, y programación de datos. Puede proporcionarse interactividad entre el usario y los procesos de forma local (usuario/STU) y de forma remota (usuario/proveedor de contenidos/servicio/red). Se incluyen modalidades como el “Pay-Per-View” (PPV), “subscription TV” (Pay-TV), y acceso abierto convencional a programas de TV.

• “Near Video on Demand” (NVOD): este servicio también se conoce como “Enhanced/Advanced Pay per View”. Es un servicio específico de “Broadcast”, en el que se pone en la red la misma programación a intervalos de tiempo determinados. El usuario selecciona un canal que le da el comienzo de un programa lo más próximo posible a la hora actual. Esta selección la puede hacer consultando antes una “Electronic Programme Guide”. El usuario cuenta con una interacción tipo VCR, pero que no es con el servidor de información remoto, sino localmente, cambiando de canal. Por ejemplo, al ejecutar una acción “pause”, el usuario lo que hace es pasar a otro canal cuando la desactiva, siendo el mínimo tiempo de la pausa el que transcurre entre dos pases consecutivos del mismo programa en dos canales diferentes. Si el sistema selecciona automáticamente el canal de destino al ejecutar, por ejemplo la mencionada acción “pause”, se trata de INVOD (“Intelligent Near Video on Demand”). Se prevé en el servicio algún tipo de interactividad remota real con el proveedor de servicio o de red, por ejemplo para facturación.

• “Delayed broadcast”: este servicio es un tipo específico de “Broadcasting”, en el que el proveedor de servicio o el usuario seleccionan un contenido audiovisual para almacenaje temporal en algún servidor de la red, de forma que se pueda recuperar y enviar al usuario para su presentación más tarde. El momento en que se ha de entregar la información se puede especificar y programar cuando se hace la petición de la misma, si así se desea. La entrega del material audiovisual posterior a través de la red puede ser en cualquier modalidad, por ejemplo MOD o NVOD, o “Broadcast” normal. La información en este servicio puede ser de cualquier tipo, por ejemplo programas de TV, periódicos electrónicos, software para ordenadores, propaganda comercial, información de viaje, etc.

• “Games”: este servicio permite al usuario jugar a través de la red de comunicaciones. Se le presenta al usuario un menú de servicios disponibles por parte de un proveedor de servicio. Una vez que el usuario ha seleccionado el juego que desea, éste se le carga en su STU local, o en una máquina de juegos del proveedor de servicio. Se permite la modalidad multiusuario. Los requisitos de retardo en la red para cada interacción de usuario son fuertemente dependientes del tipo de juego.

• “Telework”: se trata de un servicio de trabajo cooperativo, incluyendo multiconferencia. El usuario puede contar con un servicio de directorio, conferencia en tiempo real con dos usuarios, servicio de distribución de información uno a uno de la información con “joint viewing”, edición conjunta de documentos con control de esta aplicación particular, etc.

• “Karaoke on Demand” (KOD): este servicio es una versión en red de Karaoke. El usuario selecciona una canción de un catálogo que le da un proveedor de contenidos o un proveedor de servicio, en formato multimedia. El usuario cuenta con un micrófono y puede seleccionar características de la canción como la velocidad del “tempo”. Si es necesario, la combinación de la voz local con la música pueden enviarse a otro lugar remoto a través de la red.

• “News on Demand”: es un servicio mediante el que un usuario obtiene interactivamente información y noticias. El usuario puede escoger el nivel de presentación, por ejemplo si quiere o no imágenes y vídeo asociados al texto de una noticia. Este servicio tiene extensiones tales como la posibilidad de recolección de noticias de diferentes fuentes y la generación y uso de un perfil personal para cambiar los elementos presentados y la forma de presentación de forma personalizada. En caso de disponer de estas extensiones, la aplicación se llama “Personalized News”.

• “TV listings”: es un servicio para proporcionar al usuario un “scrolling display” de programas de distribución e información relacionada. Se puede navegar sobre elementos de la lista para conseguir mayor información sobre ellos.

• “Distance learning”: este servicio trata de implementar la clase virtual, como primer paradigma de la educación a distancia. Los usuarios pueden navegar entre clases que estén vivas en la red, unirse a o dejar esas clases, etc. Durante una clase se pueden manejar los diferentes elementos audiovisuales, con especial prioridad y permiso para el profesor, a la vez que es posible intervenir interactivamente por parte de los alumnos, solicitando dicha intervención al profesor.

• “Videotelephony”: este servicio proporciona intercambio multimedia en tiempo real entre dos interlocutores.


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• “Home banking”: este servicio proporciona acceso electrónico a servicios y productos propios del entorno bancario, tales como apuntes en una cuenta, operaciones con cuentas, subscripción de acciones, etc. Es un servicio punto a punto, con muy especial atención a los temas de seguridad.

• “Telemedicine”: este servicio proporciona intercambio de información multimedia y videoconferencia en aplicaciones médicas, como por ejemplo consulta de bancos de imágenes de rayos X, con anotaciones por parte de un médico para hacer un diagnóstico. Cada anotación independiente es un documento nuevo, por razones legales, no siendo posible la reedición de una anotación, sino bajo la creación de un documento nuevo.

• “Content Production”: este servicio se refiere a la posible utilidad para usuarios de contenidos de información generados por otros usuarios, por ejemplo usuarios que generen páginas WWW que deseen colocar en un servidor de un proveedor de servicios para uso de otros usuarios.

• “Transaction Services”: son servicios en los que se presenta información a un usuario, que puede interactuar con dicha información y realmacenarla en un servidor del proveedor de servicio, habiendo por tanto alterado el contenido de dicha información.

• “Videoconferencing”: varios usuarios y un proveedor de servicio multipunto son necesarios para establecer este servicio. Los usuarios manejan y controlan la conferencia en todo momento, intercambiando información multimedia en diferentes formatos adicionales a los propios equipos de la videoconferencia (incluído por ejemplo un fax). El servicio se basa en en intercambio en tiempo real de audio, vídeo y e información de datos entre múltiples usuarios.

• “Internet Access”: es un servicio de pasarela a Internet, de forma que el usuario se encuentra virtualmente en Internet independientemente del tipo de segmento de red de acceso.

• “Virtual CD-ROM”: este servicio ofrece la posibilidad de que un usuario recupere, observe, e interactúe con datos estructurados de varios tipos, que están localizados en un servidor remoto, por tanto a través de una red de comunicaciones, como si tuviera un CD-ROM local.

DAVIC prevé una arquitectura basada en puntos de acceso comunes a la información, que estén en manos de proveedores de servicio. Estos proveedores de servicio son los encargados de buscar y entregar la información deseada por los usuarios, solicitándola a diferentes proveedores de contenidos, o bien de proporcionar las pasarelas para que los usuarios puedan acceder directamente a esas informaciones.

1.2.3.2 Servicios según la UIT

La UIT, Unión Internacional de Telecomunicaciones, presenta definiciones de servicios en su Recomendación I.210 en relación con la RDSI, pero que se pueden aplicar sobre cualquier tipo de sistema de telecomunicación soportado por otras infraestructuras de transmisión y conmutación. Según dicha Recomendación, desde un punto de vista estático, un servicio de telecomunicación se compone de:

• Atributos técnicos, según el cliente que los percibe.

• Otros atributos asociados con la prestación del servicio, como por ejemplo atributos comerciales y operacionales: calidad de atención a la demanda (instalación pronta de una solicitud de servicio) y calidad de atención al cliente (atención postventa al usuario, durante la explotación del servicio).

Según la misma Recomendación, los servicios de telecomunicación se dividen en dos amplias familias:

• Servicios portadores.

• Teleservicios.

Los servicios portadores ofrecen la capacidad para la transferencia de información entre los puntos de acceso y comprenden solamente funciones de capa inferior del modelo OSI/ISO. Los teleservicios proporcionan plena capacidad de comunicación por medio de funciones de terminal y de red, y en general de sistema, como por ejemplo funciones proporcionadas por centros especializados. El teleservicio abarca la definición de la capacidad portadora necesaria, por lo que además de la definición de funciones de capas superiores del modelo OSI/ISO, se especifican también las requeridas en las capas inferiores, para evitar nombrar un servicio portador concreto, ya que un teleservicio se puede apoyar en una diversidad de servicios portadores que se ajusten a esas capacidades requeridas por el teleservicio.


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Cada servicio, sea portador o teleservicio, puede estar compuesto de servicios básicos y servicios suplementarios. Un servicio básico existe por sí mismo, mientras que un servicio suplementario modifica o complementa a un servicio de telecomunicación básico. En consecuencia, un servicio suplementario no puede ofrecerse a un usuario como servicio independiente, y tiene que ofrecerse junto con o asociado a un servicio de telecomunicación básico. Un mismo servicio suplementario puede ser común a varios servicios de telecomunicación. Ejemplos de servicios suplementarios sobre un teleservicio básico de telefonía son la transferencia de llamadas, el reenvío de llamada (en casos de usuario ocupado, de ausencia de respuesta, o simplemente reenvío incondicional), llamada en espera, presentación del número llamante, restricciones de llamadas salientes y entrantes, retención de llamadas, etc.

Los atributos mediante los que se define un servicio portador pueden ser de tres clases:

• Atributos de transferencia de información: modo de transferencia de información (circuito o paquete, por ejemplo), velocidad de transferencia de información (velocidad binaria para circuitos, caudal para paquetes), capacidad de transferencia de información (tipo y calidades de vídeo, audio, etc.), estructura (integridad a ciertas capacidades, por ejemplo), establecimiento de la comunicación (por demanda, reservada, permanente), simetría (unidireccional, bidireccional simétrica, bidireccional asimétrica), configuración de la comunicación (punto a punto, multipunto, difusión).

• Atributos de acceso: canal de acceso y velocidad (por ejemplo, los tipos especificados en la RDSI como canales B, D, etc.), protocolo de acceso a la señalización en las capas 1, 2 y 3 del modelo OSI/SIO, y protocolos de acceso a la información en las mismas capas.

• Atributos generales: servicios suplementarios prestados, calidad de servicio, posibilidad de interfuncionamineto, aspectos operacionales y comerciales.

Los atributos mediante los que se define un teleservicio, además de los correspondientes a las capacidades portadoras requeridas (lista anterior de atributos de servicios portadores) son los siguientes:

• Tipo de información de usuario (conversación telefónica, sonido, textos, facsímil, videotex, vídeo, texto interactivo, etc.).

• Protocolos de capas 4, 5, 6 y 7 del modelo OSI/ISO.

• Resolución de la información presentada al usuario.

• Modo gráfico, de ser aplicable como lo es por ejemplo en servicios tipo videotex (alfamosaico, geométrico, fotográfico, etc.

• Atributos generales aún en estado de definición.

Por otro lado, la UIT presenta también una clasificación de servicios para la red digital de servicios integrados de banda ancha en la Recomendación I.121. Esta clasificación la siguiente:

• Servicios interactivos.

• Servicios de distribución.

Los servicios interactivos son a su vez de tres clases:

• Servicios conversacionales.

• Servicios de mensajería.

• Servicios de consulta.

Por otra parte, los servicios de distribución son a su vez de dos clases:

• Servicios de distribución sin control de la presentación por el usuario.


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• Servicios de distribución con control de la presentación por el usuario.

Los servicios conversacionales proporcionan en general el medio de comunicación dialogada bidireccional con transferencia en tiempo real (sin almacenamiento ni retransmisión) de extremo a extremo, entre usuarios o entre un usuario y una base de datos (por ejemplo, para transmisión de datos). El flujo de información del usuario puede ser bidireccional simétrico, bidireccional asimétrico y, en ciertos casos concretos (por ejemplo, en la vigilancia por vídeo), unidireccional. La información es producida por el usuario o usuarios emisores y se dirige a uno o más destinatarios de la comunicación situados en el lado receptor. Son ejemplos de servicios conversacionales de banda ancha la videotelefonía, la videoconferencia y la transmisión de datos a alta velocidad, con aplicaciones de teleeducación, telecompra, telepublicidad, seguridad de edificios, vigilancia de tráfico, transferencia de señales de TV, diálogo vídeo/audio, contribución de información, canales de comentarios multilingües, CAD/CAM interactivo con multiemplazamiento, teleacción a alta velocidad, control en tiempo real, telemedida, alarmans, telemedicina, telejuegos, etc.

Los servicios de mensajería ofrecen la comunicación de usuario a usuario entre usuarios individuales y por medio de unidades de almacenamiento y retransmisión, o de funciones de buzón electrónico y/o tratamiento de mensajes (por ejemplo, edición, tratamiento y conversión de información). Son ejemplos de servicios de mensajería de banda ancha los servicios de tratamiento de mensajes y los servicios de correo electrónico para imágenes en movimiento (películas), imágenes de alta resolución e información de audio, con aplicaciones de buzón electrónico con capacidad para imágenes, vídeo y audio, etc.

Los servicios de consulta permiten a sus usuarios consultar la información almacenada en centros de informaicón, en general, para uso público. Esta información se enviará al usuario solamente si la solicita. La información puede consultarse individualmente. Además, el usuario controla el instante en que debe comenzar una secuencia de información. Como ejemplos pueden mencionarse los servicios de consulta en banda ancha para películas, imágenes de alta resolución, información audio en información archivos, con aplicaciones tipo videotex con capacidades para imágenes fijas y vídeo, telenseñanza, telecompra, telepublicidad, fines recreativos, telemedicina, etc.

Los servicios de distribución sin control de la presentación por el usuario abarcan los servicios de difusión. Proporcionan un flujo contínuo de información que es distribuído desde una fuente central a un número ilimitado de receptores autorizados conectados a la red. El usuario puede acceder a este flujo de información, sin la posibilidad de determinar en qué instante debe comenzar la difusión de la cadena de información. El usuario no puede controlar el comienzo ni el orden de presentación de la información difundida. Dependiendo del momento en el que se produce el acceso del usuario, puede que la información no sea presentada desde su comienzo. Son ejemplos de estos servicios los servicios de radiodifusión de programas de televisión y de audio.

Los servicios de distribución con control de la presentación por el usuario dustribuyen también información desde una fuente central a un gran número de usuarios. Sin embargo, la información se proporciona como una secuencia de entidades de información (por ejemplo, tramas) con repetición cíclica. Por tanto, el usuario puede tener acceso individual a la información distribuída cíclicamente, y controlar el instante de comienzo y el orden de la presentación. Debido a la repetición cíclica, las entidades de información seleccionadas por el usuario se presentarán siempre desde el comienzo. Un ejemplo de estos servicios es la videografía de difusión por canal completa, con aplicaciones para distribución de programas de TV, periódico electrónico, publicaciones electrónicas, distribución de datos sin restricciones, distribución de audio y vídeo, teleenseñanza, telepublicidad, teleconsulta de noticias, etc.

1.3 Tipos genéricos de sistemas de telecomunicación

Los sistemas de telecomunicación se clasifican de acuerdo con la clasificación de los servicios que soportan. Así, existen diversas clasificaciones. Algunas de ellas son como sigue:

• Usuario/usuario, usuario/máquina, máquina/máquina. Esta clasificación hace referencia al tipo de extremo del sistema. El diálogo puede establecerse entre usuarios, entre máquinas, o entre máquinas y usuarios. Un ejemplo de sistema usuario/usuario es el que soporta el


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servicio telefónico convencional. Un ejemplo de sistema usuario/máquina es el de una persona utilizando un navegador WWW para acceso a bases de datos en Internet. Un ejemplo de sistema máquina/máquina es el terminado en ambos extremos por sendos ordenadores intercambiando datos.

• Unidireccionales, bidireccionales. Esta clasificación se refiere al sentido en el que viaja la información dentro del medio de intercambio. Se entiende también por información una ráfaga corta de datos que compongan, por ejemplo, una petición de más información en un sistema interactivo: de esta forma, un ejemplo de sistema bidireccional es una persona utilizando un navegador WWW para acceso a bases de datos en Internet. Un ejemplo de sistema unidireccional es el que soporta la radiodifusión sonora tradicional. Los sistemas bidireccionales pueden ser a su vez simétricos y asimétricos. Se refiere la propiedad de simetría al equilibrio entre la cantidad de información que viaja en ambos sentidos dentro del medio de intercambio. Un ejemplo de sistema bidireccional simétrico es el que soporta el servicio telefónico convencional. Un ejemplo de sistema bidireccional asimétrico es el mencionado de la persona utilizando el navegador WWW para acceso de bases de datos en Internet: en un sentido viajan las ráfagas de datos producto de la interacción del usuario; en el contrario puede viajar cualquier tipo o medio de información (textos, audio, vídeo, etc., siempre con las limitaciones de Internet en este ejemplo particular).

• Punto a punto, punto a multipunto, multipunto a punto, multipunto a multipunto. Se refiere esta clasificación al número de fuentes y destinos de la información. Punto a punto es un sistema de una sola fuente y un sólo destino: un ejemplo de sistema de este tipo es el que soporta el servicio telefónico tradicional. Punto a multipunto es un sistema de una sola fuente y varios destinos: un ejemplo es el sistema que soporta el servicio de radiodifusión sonora tradicional. Multipunto a punto es un sistema con un varias fuentes y un sólo destino: un ejemplo de este tipo de sistema es el que permite controlar elementos remotos mediante los datos que dichos elementos remotos envían a un centro de control. Multipunto a multipunto es un sistema de varias fuentes y varios destinos: un ejemplo es un sistema que permita un servicio de trabajo cooperativo entre centros remotos. Los conceptos de fuente y destino parecen condicionar ya el sentido en el que la información viaja dentro del medio de intercambio, por lo que puede aparentar que esta clasificación es necesariamente un subconjunto de los sistemas unidireccionales; no obstante, es muy fácil ver en los casos punto a punto y multipunto a multipunto que basta con invertir los papeles de la fuente y del destino para que la información viaje en sentido contrario manteniendo la configuración de esta clasificación. En los casos de punto a multipunto y multipunto a punto se han propuesto ejemplos de sistemas unidireccionales; pero se puede flexibilizar los conceptos de fuente y destino. Esta flexibilización consiste en que si bien el sentido de viaje fuente(s)/destino(s) es el que adopta la información, se pueda realizar algún tipo de interacción con pequeñas ráfagas de información desde el (los) destino(s) hacia la (las) fuente(s): así se mantiene la configuración de esta clasificación pero lleva a un sistema bidireccional asimétrico. Obsérvese que esta interacción se puede llevar a cabo por cualquier procedimiento, por ejemplo una llamada telefónica a la fuente, siendo en este caso el sistema que soporta el servicio telefónico un canal interactivo del sistema de telecomunicación bajo estudio.

• Contribución, difusión, distribución. Aunque inicialmente se puede pensar que esta clasificación también se refiere al sentido que adopta la información en el medio de intercambio, y algo tiene que ver con esto, los criterios fundamentales de clasificación es en este caso la calidad con la que la información se pone en el medio de intercambio y las posibilidades de control por parte de los usuarios. Un sistema de contribución recibe información procedente de diversas fuentes con una calidad grande, normalmente con el objetivo de guardarla en un archivo para su posterior difusión o distribución. Los sistemas de difusión y distribución permiten enviar esa misma información desde una fuente a diversos destinos con calidades inferiores, según los servicios y las QoS convenidas en contratos. La diferencia entre difusión y distribución está en que un sistema de difusión permite recibir la información a cualquier usuario que disponga de un receptor del sistema (con autorización por el mecanismo que sea, normalmente relacionado con pago), mientras que un sistema de distribución, aunque pueda enviar la información en modalidad de difusión sobre la totalidad de la red o sobre algunos segmentos controlados de ésta (si el mecanismo del medio de transmisión es red de difusión), sólo permite recibir la información a los usuarios que teniendo ese receptor del sistema estén autorizados para recibirla y con la calidad que asímismo estén autorizados (la idea es el encaminamiento de esa información al terminal con la dirección de destino, por ejemplo IP). En algunas modalidades de distribución, esta calidad puede ser seleccionada dentro de un rango por el usuario destinatario a través su interacción con el sistema. Esta interacción en los sistemas de distribución puede tener lugar al comienzo de la sesión (pero no necesariamente de forma exclusiva al comienzo de la sesión), para seleccionar la información, pedir la autorización y, si procede, seleccionar la calida deseada. De igual forma que en la clasificación anterior, obsérvese que esta interacción se puede llevar a cabo por cualquier procedimiento, por ejemplo una llamada telefónica a la fuente, siendo en este caso el sistema que soporta el servicio telefónico un canal interactivo del sistema de telecomunicación bajo estudio. Los sistemas de contribución también tienen la posibilidad de interacción para que el usuario destinatario seleccione las informaciones que quiere recolectar, mientras que los de difusión son normalmente sistemas unidireccionales. Un ejemplo de sistema de contribución es el que permite a un archivo central captar películas de diferentes productoras (tras pagar los derechos correspondientes), pero también lo es


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una única productura que envía a diferentes proveedores de servicios unas determinadas películas (así se tiene un sistema de contribución que es punto a multipunto). Un ejemplo de sistema de difusión es el que soporta el servicio de televisión convencional “en abierto” o el PPV (“pay per view”). Un ejemplo de sistema de distribución es el que soporta un servicio de “MoD”, en el que podrían existir películas en modalidad de difusión en la red (pero con dirección de destino, y por eso es distribución), que pueden recibirse por el usuario si éste realiza la gestión de autorización previamente por un canal interactivo del sistema (que puede ser una llamada telefónica).

• Interactivos, quasi interactivos. Se refiere esta clasificación al tipo de interacción permitido al usuario destinatario. Los servicios interactivos permiten un control real de la información y de la forma en la que se esté recibiendo, llegando las instrucciones de este control a la fuente de información del sistema. Los sistemas quasi interactivos proporcionan al usuario una sensación de que tiene ese control, pero en realidad sus órdenes no llegan a la fuente. Es por ello que las posibilidades de interacción son más limitadas en los sistemas quasi interactivos. Un ejemplo de sistema interactivo es el vídeo por demanda o “vídeo on demand” (VoD), en el que el usuario tiene a su disposición un control de la fuente remota como si fuera un vídeo tradicional en local. Un ejemplo de sistema quasi interactivo es el quasi vídeo por demanda o “near vídeo on demand” (NVoD), en el que el usuario tiene la impresión de un control similar al de un vídeo local, pero sus acciones están limitadas; en este caso, el sistema distribuye varias copias de la película retrasadas unos minutos, por lo que una acción del tipo rebobinar (“rewind”) lo que hace en realidad es cambiar el receptor a otro canal por el que se está distribuyendo una copia retrasada. Otro ejemplo de sistema quasi interactivo es la llamada televisión interactiva, que permite al usuario tener la sensación de que puede hacer una “autorrealización” de lo que está viendo; sin embargo, lo que en realidad ocurre es que se está distribuyendo el vídeo de las diferentes cámaras reales a través de diferentes canales, de forma que cuando el usuario cambia de cámara su órden no llega a la fuente sino que simplemente cambia al canal por el que se está distribuyendo el vídeo de la cámara deseada.

• Isócronos, anisócronos. Se refiere esta clasificación al retardo permitido desde que la información emerge de la fuente hasta que se concluye su despliegue en el destino. Un sistema isócrono es el que tiene unos valores de retardo máximo y mínimo definidos. Un sistema anisócrono puede ser síncrono o asíncrono. Un sistema síncrono es el que tiene un valor de retardo máximo definido. Un sistema asíncrono no tiene limitaciones de retardo, más allá de las impuestas por condicionantes subjetivos de especificación de usuario, como por ejemplo que el sistema sea insoportable si una información tarda un tiempo en llegar que pueda ser calificado como excesivo. Un ejemplo de sistema isócrono es el que soporta el servicio telefónico tradicional. Un ejemplo de sistema anisócrono síncrono es el de un sistema que envíe paquetes de vídeo con una especificación de retardo máximo para la transmisión de cada paquete. Un ejemplo de sistema anisócrono asíncrono es el ya utilizado de un usuario utilizando un navegador WWW para acceso a bases de datos en Internet, sin limitaciones objetivas ligadas al tiempo de transmisión (por ejemplo, sin transmisión de vídeo o audio).

• Dos hilos (2H), Cuatro hilos (4H), Cuatro hilos equivalentes (4Heq). Se refiere esta clasificación a la ordenación de los recursos de transmisión del sistema, y de hecho es una clasificación también aplicable a sistemas de transmisión. 2H significa que las informaciones que viajan por el medio de intercambio compartiendo recursos de medio físico de transmisión y de espectro de frecuencias. 4H significa que esa compartición lo es del recurso de espectro de frecuencias, pero no del de medio físico de transmisión, por lo que las informaciones que viajan en sentido contrario a través del medio de intercambio lo hacen utilizando medios físicos de transmisión separados. En particular, si el diseño del sistema tiene que ser bidireccional simétrico, dicho recurso de medio físico de transmisión será exactamente el doble que en el caso de 2H. 4Heq significa que la compartición lo es de recursos de medio físico de transmisión, pero no de recursos de espectro de frecuencias. Así, las informaciones que viajan en sentido contrario a través del medio de intercambio lo hacen utilizando el mismo medio físico de transmisión, pero en diferente banda de frecuencias. Un ejemplo de sistema de telecomunicación a 2H es el que soporta el servicio telefónico tradicional en el segmento de acceso de usuario. Un ejemplo de 4H es el sistema que soporta ese mismo servicio telefónico en su segmento de transmisión por cable de pares entre centros de conmutación. Un ejemplo de 4Heq es ese mismo servicio telefónico en un segmento que involucre un radioenlace terrenal.

• Símplex, dúplex, semidúplex. Se refiere también esta clasificación a la ordenación de los recursos de transmisión del sistema, y de hecho es también una clasificación aplicable a sistemas de transmisión. Símplex significa que la información sólo puede viajar en un sentido dentro del medio de intercambio. Es por tanto prácticamente equivalente al concepto de sistema unidireccional. Dúplex significa que el sistema permite que haya información viajando dentro del medio de intercambio en ambos sentidos simultáneamente. Es precisamente esta propiedad de simultaneidad la que diferencia esta clasificación de un sistema bidireccional, que no la especifica. Semidúplex significa que el sistema sólo permite que la información viaje dentro del medio de intercambio en ambos sentidos de forma alternativa, pero no simultánea. Un ejemplo de sistema símplex es la radiodifusión sonora tradicional. Un ejemplo de sistema dúplex es el que soporta el servicio telefónico tradicional. Un ejemplo de sistema semidúplex es el que soporta comunicaciones radio en un grupo cerrado de usuario con terminales que requieren desconectar el receptor para activar el transmisor, reutilizando la misma portadora para los canales de ida y vuelta (típico en radioaficionados).


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1.4 Tipos de información en un sistema de telecomunicación

Existen varias clasificaciones para denominar los bloques de información. De entre ellas, destacan las siguientes:

I. Atendiendo al número de tipos o medios de información del bloque, así como a su organización:

A. Monomedia. Se aplica esta denominación cuando en el bloque únicamente hay un tipo de información perceptible por el usuario o la máquina del extremo del sistema. Dicho tipo de información puede ser texto, gráficos, animación, sonido, vídeo, imágenes fijas, olores, sabores, formas, fuerzas y reacciones, datos, etc.

B. Medios múltiples. Se aplica esta denominación cuando en el bloque de información aparecen dos o más de entre los tipos monomedia como componentes, sin que exista relación alguna entre ellos que sea exigible para su despliegue o presentación en el destino, ni para su almacenamiento, etc. Un ejemplo de medios múltiples es un conjunto de imágenes fijas con una música de fondo irrelevante respecto al contenido de las imágenes.

C. Multimedia. Se aplica esta denominación cuando en el bloque de información aparecen dos o más de entre los tipos monomedia como componentes, con una clara relación de sincronización exigible en su despliegue o presentación en el terminal de destino. Dicha relación de sincronización es también información que debe contener el bloque. El almacenamiento de los tipos monomedia componentes no tiene restricciones, de tal forma que incluso pueden aparecer almacenados físicamente en lugares diferentes. En este caso, por ejemplo, la información de sincronización consistirá fundamentalmente (pero no exclusivamente) en unos punteros que irán haciendo emerger de forma sincronizada los tipos de información distribuídos de sus fuentes. Un ejemplo de multimedia es la información enviada a través del sistema de televisión tradicional, porque combina vídeo y audio sincronizados. Si la información enviada es una película subtitulada, entonces es aún más multimedia porque el texto también va sincronizado con el audio y el vídeo. No se debe confundir un sistema multimedia con contenidos multimedia de información: al sistema multimedia se le asignan tradicionalmente capacidades computacionales, de las que por naturaleza carece la información.

D. Hipermedia. Se aplica esta denominación a una estructura de nodos y enlaces entre tipos de información. Cada nodo es un tipo de información (monomedia, multimedia, etc.), o incluso un estado de presentación de dicho tipo de información. Los enlaces son caminos posibles establecidos entre los nodos, y están basados en alguna relación entre los nodos o sus tipos de información componentes. Dichos enlaces pueden estar escritos por el “autor” de la información, quien pone unos “anzuelos” para que un usuario los vea, o creados directamente durante una navegación por dicho usuario. Los enlaces pueden relacionar y unir directamente tipos monomedia componentes de un nodo multimedia, o en algunos casos la navegación no permite relaciones entre los tipos componentes de los nodos, sino exclusivamente a nivel de nodos. Antes que hipermedia nació hipertexto, cuyo concepto es el mismo pero limitado al tipo monomedia texto. Un ejemplo de hipertexto es un libro con notas a pie de página o referencias bibliográficas a otros textos. Las notas a pie de página y las referencias son los anzuelos. El lector puede en cualquier momento interrumpir la lectura secuencial del texto para tomar el enlace sugerido por el anzuelo y acabar en otro libro de texto. Un ejemplo de hipermedia es la información proporcionada por páginas WWW en Internet que tengan imágenes y textos. Los anzuelos son textos resaltados en las páginas y zonas calientes en las imágenes, que cuando son seleccionadas por un usuario llevan a otra página WWW o incluso a otra URL en Internet.

II. Atendiendo a la dependencia temporal de los tipos o medios de información del bloque:

A. Medios independientes del tiempo o medios discretos. Se aplica esta denominación a los tipos de información cuyo despliegue en un terminal no tiene ninguna restricción temporal más allá de las subjetividades que por ejemplo, un retardo excesivo, pueda provocar en un usuario. Un ejemplo es una imagen fija.

B. Medios dependientes del tiempo. Se aplica esta denominación a los tipos de información cuyo despliegue en un terminal va marcado claramente en el transcurso del tiempo. Cada elemento de información tiene que ser reproducido en un instante determinado, o en un margen determinado de tiempos.

1. Medios contínuos o periódicos. Se refiere esta denominación a los tipos de información cuyo despliegue se realiza mediante elementos que siguen una cadencia temporal periódica o quasi periódica. Un ejemplo de este tipo de información es un vídeo, en el que las muestras, los campos, los cuadros, etc., siguen esa cadencia temporal periódica o quasi periódica (quasi,


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porque aunque se reproducen an intervalos iguales de tiempo los elementos, su contenido puede variar de un elemento a otro). Otro ejemplo típico es el audio, en el que el despliegue es precisamente una cadencia temporal de muestras digitalizadas.

2. Medios aperiódicos. Se refiere esta denominación a los tipos de información cuyo despliegue tiene una referencia temporal, pero no existe una cadencia temporal periódica o quasi periódica. Un ejemplo es una sucesión de imágenes fijas, porque si bien puede estar establecido el orden de despliegue de las imágenes, no tiene por qué estar desplegada en el terminal de destino durante un intervalo de tiempo fijo o idéntico cada una de ellas: por ejemplo, el intervalo de despliegue puede estar gobernado por el tiempo que tarda en desplegarse un audio asociado que explique cada imagen.

1.5 Calidad de servicio en un sistema de telecomunicación

1.5.1 Factores de calidad, negociación y orquestación

Antes de hablar de calidad de un sistema hay que hablar de indisponibilidad. Si no existe tal disponibilidad, no tiene sentido hablar de la calidad con la que funciona el sistema, porque simplemente no reúne las condiciones suficientes para funcionar. Dicho de otro modo, su calidad es tan mala, que no supera un umbral mínimo para considerar el sistema útil para manejar la información. La indisponibilidad se puede contemplar desde dos puntos de vista:

• Grado de Servicio (GoS). En un sistema donde se cumpla un mínimo de requisito en capacidades de transmisión (por ejemplo garantizar una determinada probabilidad de error en bit en un receptor de un sistema digital), el sistema debe estar disponible para que los usuarios puedan acceder a los recursos del mismo (por ejemplo, registradores de marcación libres, canales de transmisión libres, etc.). Se trata de dimensionar los recursos del sistema para que el usuario tenga la sensación de que casi siempre está el sistema a su entera disposición, aunque la cantidad de recursos sea menor que el potencial número de usuarios. Por supuesto, se admite una probabilidad de pérdida del intento o de espera para que el usuario se enganche al sistema, y esa probabilidad de “no servicio” es precisamente el Grado de Servicio (GoS). Como ejemplo, se puede diseñar un sistema de telefonía celular con un GoS del 1%, lo que significa que el usuario tiene una probabilidad del 1% de que no exista radiocanal disponible cuando desee comenzar una conversación.

• Fiabilidad de los equipos y componentes, medido como MTBF o tiempo medio entre fallos (Mean Time Between Failures). La indisponibilidad en este caso es una suma de las probabilidades de no funcionamiento de cualquiera de los subsistemas que componen un sistema, siendo dichas probabilidades calculables como MTTR/(MTBF+MTTR), donde MTTR es el tiempo medio hasta que una avería detectada se puede reparar (Mean Time To Repair). Así, el denominador MTBF+MTTR constituye un ciclo completo (de tiempo medio) entre dos fallos consecutivos incluyendo el tiempo de funcionamiento (MTBF) y el de espera hasta la reparación (MTTR), mientras que el numerador de la expresión es el tiempo de espera hasta la reparación: por tanto, dicha expresión es la fracción de tiempo medio de indisponibilidad, es decir, la probabilidad buscada. Como ejemplo, en un sistema de transmisión digital se suele considerar umbral de funcionamiento cuando la probabilidad de error en bit excede 10-3, durante 10 s consecutivos. De la misma forma, pasa a disponibilidad el mismo sistema cuando durante otros 10 s consecutivos se mejore dicha probabilidad de error en bit. Si no se llega a los 10 s para decidir la indisponibilidad, pero en los segundos que se miran la probabilidad es peor que ese umbral, se denomina funcionamiento degradado (segundos con muchos errores).

La indisponibilidad y la calidad de servicio (QoS) tienen sentido en tanto en cuanto se expresan extremo a extremo. Es el extremo receptor (sea usuario o máquina) quien va a evaluar la calidad final de la información recibida con respecto a la existente en las fuentes, y por tanto quien va a decidir sobre la validez o no de la información manejada por el sistema.

Para satisfacer una calidad de servicio extremo a extremo, ha de segmentarse dicha calidad en una serie de factores. En cada dominio del sistema (aplicación, transporte, medio de intercambio, gestión, extremos usuarios o máquinas) se manejarán esos factores de forma relativamente independiente, y únicamente existirá una relación entre los factores de uno y otro dominio a través de las interfaces definidas por las funciones interdominios (incluyendo funciones de negociación de calidad, directamente entre los dominios implicados o a través de las capacidades o recursos del dominio de gestión), afectando la calidad a los datos intercambiados entre los dominios como consecuencia de la ejecución de esas funciones.


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Al manejarse los factores de calidad de servicio de forma independiente en cada dominio del sistema, existen dos necesidades:

• Negociación entre los dominios para el establecimiento de la calidad de información que un dominio entrega al otro.

• Orquestación para asegurar que la calidad de servicio extremo a extremo se satisface dentro de los requisitos de usuario y se mantiene durante la sesión completa. Se trata de la gestión de los recursos del sistema para conseguir esta finalidad.

El proceso de definición de la calidad comienza con la exigencia del usuario, en función, por ejemplo, de una cantidad económica satisfecha a un proveedor de información o a un proveedor de servicio. El usuario ajusta esta calidad con el dominio de aplicación (por ejemplo por medio de la presentación de una pequeña muestra de vídeo en local con varias calidades para que el usuario decida en función de la relación calidad/precio). El dominio de aplicación prepara sus propios recursos para satisfacer esa calidad requerida por el usuario, por ejemplo ajustando por un lado las capacidades del terminal (por debajo naturalmente de sus límites tecnológicos) y por otro lado los recursos necesarios en un servidor de vídeo para poder entregar esa película con esa calidad, reservando estos recursos del servidor para que no puedan ser invadidos por otro usuario durante la sesión. Si el dominio de aplicación no puede servir los recursos necesarios para la calidad exigida, intentará renegociar con el usuario: si el usuario accede a reducir la calidad, el proceso seguirá hacia el siguiente escalón; si el usuario no accede, entonces dejará de ver la película hasta escoger un mejor momento.

A continuación, el dominio de aplicación negocia con el dominio de transporte dicha calidad. El dominio de transporte puede, si sus recursos están muy cargados, intentar redefinir la calidad con el dominio de aplicación, quien a su vez lo intentará con el usuario. El siguiente escalón será negociación de calidad entre el dominio de transporte y el medio de intercambio. En este caso prácticamente la carga queda limitada al número de usuarios que compartan el medio de intercambio para poder garantizar la calidad (Por ejemplo, en un sistema de telecomunicación por satélite con asignación de portadoras por demanda, la relación S/N se divide entre el número de usuarios multiplexados en el transpondedor del satélite). Si no es así, el dominio de transporte intentará por ejemplo otro protocolo que utilizando el mismo medio de intercambio proporcione la calidad negociada con el dominio de aplicación, manteniendo la calidad de servicio a los usuarios que ya estaban en el sistema. Merece la pena destacar que en algunos sistemas es difícil distinguir el dominio del medio de intercambio del dominio de transporte, porque los protocolos de intercambio de información están directamente ligados al medio físico de transmisión, y por tanto no ha lugar negociación entre estos dominios.

El proceso de negociación se realiza siempre bajo el control y la supervisión del dominio de gestión, más concretamente por ejemplo bajo los sistemas operativos de los terminales y servidores de información. Estos sistemas operativos son en realidad los intermediarios (brokers) en los procesos de negociación, que raramente se desarrollan de forma directa entre los dominios implicados.

En relación con los factores de calidad de servicio, existen diversos modelos. El más utilizado descompone la calidad de servicio en los siguientes factores (de los que se ponen ejemplos) para un sistema que maneje paquetes de información:

I. Capacidad de transmisión: velocidad binaria máxima a largo plazo, máximo tamaño de ráfagas de datos, máximo tamaño de un paquete.

II. Retardos: máximo retardo extremo a extremo para la transmisión de un paquete, límites máximo y/o mínimo de este retardo (jitter).

III. Pérdidas de información, indicando:

A. Clase de sensibilidad: ignorar, indicar, corregir.

B. Proporción máxima de pérdidas admisible en un intervalo de tiempo.

C. Tamaño máximo de la pérdida o número máximo de paquetes consecutivos perdidos.

Al relatar los procesos de negociación y orquestación se ha hecho referencia constantemente a un usuario, porque se ha entendido que facilita la comprensión y la escritura. No obstante, debe entenderse el concepto de usuario como generalizado, por tanto también aplicable a una máquina situada en el extremo del sistema. Este mismo comentario es aplicable en la sección siguiente.

1.5.2 Tipos de calidad de servicio

El proceso de negociación con el usuario puede concluir en la imposición de dos límites de prestaciones al sistema de telecomunicación:

• Calidad de servicio requerida.


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• Calidad de servicio deseable.

Tras una negociación con unos dominios de sistema exigentes, el compromiso alcanzando es en este caso que la información será entregada con la calidad requerida por el usuario, pero que puede haber algún momento esporádico (también negociado) en el que esa calidad pueda disminuir, nunca por debajo del valor llamado deseable. El sistema debe ordenar todos sus recursos para que la calidad de servicio se mantenga entre estos dos valores, tendiendo a mantenerse cerca de la calidad requerida. Por encima de la calidad requerida, el sistema proporcionaría costes innecesarios al proveedor de servicio no repercutibles al usuario, quien normalmente no habrá pagado por una calidad superior. Por debajo de la calidad deseable, el sistema entregaría información inaceptable por el usuario.

Una vez negociada la calidad de servicio, hay dos formas de mantener el valor acordado en el transcurso de una sesión:

• Calidad de servicio garantizada: se trata de conseguir una fiabilidad 100% durante toda la sesión en el mantenimiento de las condiciones acordadas. Este método tiene la desventaja de que puede realizarse una reserva excesiva de recursos, al basarse dicha reserva en los picos máximos de utilización requeridos por la información y/o la dinámica de uso del servicio por el usuario. Dependiendo del tipo de aplicación, los recursos pueden estar infrautilizados un gran porcentaje del tiempo. La reserva de recursos mediante este procedimiento se conoce como “modelo pesimista”, nombre que resulta evidente tras la explicación dada.

• Calidad de servicio estadística: en este caso los límites de recursos reservados son flexibles, y los recursos son compartidos por distintos usuarios e informaciones, teniendo en cuenta que estadísticamente será poco probable que excedan ciertos límites de ocupación de cada recurso. Se juega, por tanto, con la probabilidad de no salirse de la banda entre requerida y deseable. Este método tiene la desventaja de que puede ocurrir que en un momento determinado la suma de capacidades requeridas por todas las informaciones y usuarios exceda la capacidad total de los recursos disponibles, por lo que puede incluso llegar a funcionar por debajo de la calidad deseable, entrando por tanto el sistema en indisponibilidad. Esto fuerza a introducir también en una negociación compleja con el usuario los tiempos de indisponibilidad, como funcionamiento por debajo de la calidad deseable. La reserva de recursos mediante este procedimiento se conoce como “modelo optimista”, nombre que, como en el caso anterior, también resulta evidente tras la explicación dada.

1.5.3 Calidad de un sistema en términos de prestación de servicio

Hasta este punto se ha visto la calidad de un sistema desde un punto de vista estrictamente técnico. No obstante, la calidad de un servicio debe incluir factores que indiquen la satisfacción del usuario en el mecanismo de relaciones con el operador, instalación, etc.. De esta forma, la calidad de un servicio se puede descomponer en tres factores fundamentales:

• Calidad técnica del sistema (ya analizado en secciones anteriores).

• Calidad de atención a la demanda (relacionada con el tiempo de respuesta para la instalación o puesta en marcha de un servicio desde que existe la solicitud de un cliente al operador).

• Calidad de atención al cliente (relacionada con la atención postventa del servicio, es decir, marco de trato con el cliente que esté abonado al servicio, p.ej., forma en que se da información que solicite el usuario, resolución de problemas que tenga el cliente en el uso del servicio, método e información sobre la facturación, etc.).

La calidad final ha de tener en cuenta estos tres factores. El Real Decreto 1736/1998 de 31 de julio especifica que la definición y el método de medida de calidad deben establecerse de acuerdo con el estándar ETSI ETR 138. En este estándar se desglosan los tres factores fundamentales en los siguientes apartados que pueden medirse objetivamente:

• Plazo de suministro de la conexión inicial.


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• Proporción de averías por línea de acceso.

• Plazo de reparación de averías.

• Proporción de llamadas fallidas.

• Demora de establecimiento de llamadas.

• Tiempo de respuesta de los servicios de operadora.

• Tiempo de respuesta de los servicios de consulta de guías.

• Proporción de teléfonos públicos de pago de modnedas y tarjetas en estado de funcionamiento.

• Precisión en la facturación.

1.6 Etapas de diseño de un sistema de telecomunicación

Una vez que se dispone de las especificaciones generales de un servicio, o de una idea de las mismas si lo que se plantea es el diseño de una experiencia para un servicio nuevo, los pasos típicos son los siguientes:

• Preanálisis de mercado y elaboración de un plan de negocio. Se trata de captar mediante algún procedimiento (encuestas, por ejemplo) si cierto tipo de servicio puede tener aceptación social en algún segmento de población de alguna determinada área de cobertura pretendida por el potencial operador del servicio. Se han de tener en cuenta en el plan de negocio todos los factores necesarios para que el servicio pueda darse (medioambientales, legales, etc.), además de los puramente económicos.

• Requisitos de usuario o especificaciones operacionales. Si el preanálisis de mercado ha sido satisfactorio, se realiza la consulta a un grupo reducido de usuarios escogidos sobre sus requisitos en el marco de lo que se les indica que puede ser ese servicio.

• Elaboración de especificaciones funcionales. Se trata de traducir las especificaciones operacionales del paso anterior a otro tipo de especificaciones que permitan directamente diseñar y dimensionar las capacidades y recursos del sistema de telecomunicación que va a soportar el servicio y definir las funcionalidades del sistema.

• Definición de la arquitectura del sistema. Se trata de utilizar las especificaciones funcionales para definir el sistema (bloques, dominios, interfaces o definición de las funciones), ya que dichas especificaciones funcionales permiten diseñarlo y dimensionar claramente sus recursos. Se debe separar claramente los bloques y dominios que componen el sistema, definiendo claramente las funciones que realizan la interfaz entre esos dominios y bloques, así como el tipo de información que se intercambiará al ejecutar esas funciones.

• Desarrollo del sistema. Es esta la etapa de realización física de un prototipo basado en la arquitectura diseñada. Dado que normalmente esa arquitectura se ha definido a través de bloques, dominios, interfaces, etc., que serán realizados por diferentes grupos de desarrolladores, un punto importante es respetar escrupulosamente las interfaces (funciones entre dominios y datos intercambiados) para que la integración sea exitosa con el mínimo esfuerzo. Suele ser la integración una subetapa bastante costosa, porque hasta que el sistema (o el prototipo) no existe completo no se pueden medir las especificaciones de calidad de servicio extremo a extremo, y muchas veces hay que realizar ajustes que pueden implicar retocar algunas partes del desarrollo, e incluso de la propia arquitectura en algunos casos.

• Pruebas de usuario y evaluación de usuario. Se refiere a los usuarios que inicialmente fueron consultados para elaborar los requisitos, que ahora son consultados para comprobar si su evaluación del sistema es favorable. No obstante, el prototipo demostrador se puede implantar en una experiencia precomercial en áreas restringidas donde exista una población cuya composición sea una escala reducida de la que exista en el área que es realmente el objetivo comercial final.

• Análisis de mercado. Una vez obtenidos los resultados de la evaluación de usuario, si estos son favorables, se trata de realizar una extrapolación al área pretendidamente comercial del sistema. Si el análisis de mercado es favorable, entonces se toman los comentarios de la evaluación de usuario como entrada a una repetición de la etapa de especificaciones funcionales. Se trata en realidad de una reedición del plan de negocio, con vistas a la explotación comercial.


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Como se puede ver, la última etapa acaba provocando un bucle en la metodología. La idea es ir desarrollando y probando prototipos cada vez más ajustados a las necesidades de los usuarios, hasta que se considera completamente maduro el desarrollo del sistema. En ese momento, se pasa a la fase de explotación comercial y a la expansión del servicio/sistema en el área objetivo comercial. La metodología descrita, conocida como metodología en espiral, porque cada vuelta de dicha espiral representa la creación de la versión siguiente del prototipo. Por supuesto, no es la única metodología existente, pero es clásica en ingeniería de sistemas.


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1.7 Marco español en redes y servicios de telecomunicación

1.7.1 Descripción del marco legal y la libre competencia

El marco español en servicios y sistemas de telecomunicación está regulado en sus bases por la Ley 32/2003, de 3 de noviembre de 2003, General de Telcomunicaciones, que sustituye a la Ley 11/1998 General de Telecomunicaciones (LGT), la cual, a su vez, sustituyó a la anterior Ley 31/1987 General de Ordenación de las Telecomunicaciones (LOT), que supuso el primer paso en el proceso liberalizador de las telecomunicaciones.

El sector de las telecomunicaciones fue considerado históricamente uno de los ejemplos clásicos del denominado “monopolio natural”. Esta consideración sufrió la primera quiebra en el ámbito comunitario europeo, como consecuencia de la publicación, en 1987, del “Libro verde sobre el desarrollo del Mercado Común de los Servicios y Equipos de Telecomunicaciones. Además de la ruptura del monopolio, este libro verde planteaba la separación entre los servicios de telecomunicaciones que hasta entonces se ofrecían asociados todos ellos al servicio telefónico y a su red. Esta separación permite distinguir entre:

• Redes y servicios básicos.

• Otras redes, equipamientos y servicios. Es en esta categoría en la que es posible, en algunos casos, actuarse en régimen de libre concurrencia en un mercado reglado. El hecho de que el mercado sea reglado es para garantizar la viabilidad de la prestación de servicios en libre competencia, ya que pueden existir limitaciones tecnológicas, logísticas (p.ej. limitación de espacio público de numeración o dominio público radioeléctrico), o económicas (p.ej. inviabilidad económica por partición excesiva de demarcaciones territoriales que conducen a un número reducidísimo de abonados que no compensa las inversiones necesarias ni siquiera a muy largo plazo).

Un resumen del marco legal español en la reglamentación de los servicios de telecomunicación se puede resumir en las siguientes referencias básicas:

• Ley 32/2003, de 3 de noviembre, General de Telecomunicaciones.

• Ley 11/1998, de 24 de abril, General de Telecomunicaciones.

• Orden del Ministerio de Fomento de 9 de abril, Reglamento de régimen interior de la Comisión del Mercado de las Telecomunicaciones.

• Ley 17/1997 de 3 de mayo, Transposición Directiva 95/47/CE de 24 de octubre, y medidas adicionales para la liberalización del sector.

• Ley 10/1988 de 3 de mayo sobre la Televisión privada.

• Real Decreto 1362/1988 de 11 de noviembre, Plan Técnico Nacional de la Televisión privada, y Orden 1988 de 31 de Julio que la modifica.

• Ley 41/1995 de 22 de diciembre para la Televisión local por ondas.

• Ley 1/1998 de 27 de febrero sobre infraestructuras comunes en los edificios para el acceso a los servicios de telecomunicación.

• Ley 42/1995 de 22 de diciembre sobre Telecomunicaciones por cable.


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• Real Decreto 2066/1966 de 13 de septiembre sobre Reglamento técnico y de prestación del servicio de telecomunicaciones por cable.

• Ley 37/1995 de 12 de diciembre sobre telecomunicaciones por satélite.

• Real Decreto 136/1977 de 31 de enero sobre Reglamento técnico y de prestación del servicio de telecomunicaciones por satélite.

• Real Decreto 1787/1996 de 19 de julio sobre Reglamento que establece el procedimiento de certificación de equipos y sistemas.

• Real Decreto 444/1944 de 11 de marzo por el que se establecen los procedimientos de evaluación de conformidad y los requisitos de protección relativos a compatibilidad electromagnética de equipos, sistemas, e instalaciones.

1.7.2 Servicios de interés general y servicios públicos

La Ley 32/2003 General de Telecomunicaciones define las telecomunicaciones como “servicios de interés general que se prestan en régimen de libre competencia”. Aparece aquí una definición: “los servicios de interés general”. Esta definición permite diferenciar a los servicios públicos como una parte de estos servicios de interés general; de esta forma, las telecomunicaciones de uso público dejan de ser consideradas como servicios públicos o dejan de estar sometidas a las obligaciones de servicios públicos. Dentro de este marco, uno de los objetivos de la Ley 32/2003 es la determinación de las obligaciones que comporta un servicio público (que como se ha mencionado está dentro de los servicios de interés general, pero es una categoría particular de éstos), y en particular el llamado “servicio universal”.

Se distinguen la siguientes categorías de obligaciones de servicio público:

• El servicio universal de telecomunicaciones.

• Los servicios de telecomunicación para la defensa nacional y la protección civil.

• Otras obligaciones de servicio público.

1.7.2.1 El servicio universal de telecomunicaciones

Se entiende por servicio universal de telecomunicaciones el conjunto definido de servicios de telecomunicaciones con una calidad determinada, accesibles a todos los usuarios con independencia de su localización geográfica y a un precio asequible.

Inicialmente, bajo el concepto de servicio universal de telecomunicaciones, se deberá garantizar, en los términos que reglamentariamente se determinen:

• Que todos los ciudadanos puedan recibir conexión a la red telefónica pública fija y acceder a la prestación del servicio telefónico fijo disponible para el público. La conexión debe ofrecer al usuario la posibilidad de emitir y recibir llamadas nacionales e internacionales y permitir la transmisión de voz, fax y datos “a velocidad suficiente para acceder de forma funcional a Internet”.

• Que los abonados al servicio telefónico dispongan, gratuitamente, de una guía telefónica actualizada, impresa o en formato electrónico, y unificada para cada ámbito territorial. Todos los abonados tendrán derecho a figurar en las guías ya un servicio de información nacional sobre su contenido, sin perjuicio, en todo caso, del respeto a las normas que regulen la protección de


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los datos personales y el derecho a la intimidad (por ejemplo, utilización de los datos por parte del operador, o derecho a no ser incluídos sus datos en la guía telefónica, sin perjuicio de que tenga derecho al servicio de guía).

• Que exista una oferta suficiente de teléfonos públicos de pago en el dominio público, en todo el territorio nacional.

• Que los usuarios discapacitados o con necesidades sociales especiales tengan acceso al servicio telefónico fijo disponible al público, en condiciones equiparables a las que se ofrecen al resto de usuarios.

La conexión efectuada deberá permitir a los usuarios:

• Efectuar y recibir llamadas nacionales e internacionales de voz y telefax grupo III, de conformidad con las recomendaciones de la serie T de la UIT-T.

• Acceder al resto de los servicios disponibles para el público que se presten por medio de la citada red telefónica pública fija.

El Ministerio de Ciencia y Tecnología podrá designar uno o más operadores para que garanticen la prestación del servicio universal, de manera que quede cubierta la totalidad del territorio nacional. A estos efectos podrán designarse operadores diferentes para la prestación de diversos elementos del servicio universal y abarcar distintas zonas del territorio nacional.

La Comisión del Mercado de Telecomunicaciones determinará si la obligación de prestación del servicio universal puede implicar una carga injustificada para los operadores obligados a su prestación, determinando asímismo, en caso positivo, las aportaciones que correspondan a cada uno de los operadores con obligación de contribuir a la financiación del servicio universal. A tal efecto, la Ley 32/2003 crea el “Fondo Nacional del Servicio Universal”.

1.7.2.2 Los servicios de telecomunicación para la defensa nacional y la

protección civil

Las redes, servicios, instalaciones y equipos de telecomunicaciones que desarrollen actividades esenciales para la defensa nacional e integran los medios destinados a ésta, se reservan al Estado y se rigen por su normativa específica.

Asímismo, en los ámbitos de la seguridad pública y de la protección civil, el uso de las telecomunicaciones se atendrán a lo que al respecto determinen el Ministerio de Ciencia y Tecnología, el Ministerio del Interior y los órganos responsables de las Comunidades Autónomas.

1.7.2.3 Otras obligaciones de servicio público

El Gobierno español podrá, por necesidades de la defensa nacional y de la seguridad pública, imponer obligaciones de servicio público a operadores habilitados para algún tipo de servicio de telecomunicación. Estas imposiciones podrán venir motivadas por:

• Necesidades de la defensa nacional y la seguridad pública.

• Razones de extensión del uso de nuevos servicios y nuevas tecnologías de la educación, la sanidad y la cultura.

• Razones de cohesión territorial.


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Las pérdidas acreditadas por el operador se financiarán por los mismos mecanismos preparados para los servicios obligatorios de la sección anterior.

1.7.3 Recursos escasos: numeración y espectro radioeléctrico

Otro objetivo importante de la misma Ley 32/2003 es hacer posible el uso eficaz de los recursos limitados de telecomunicaciones, tales como la numeración y el espectro radioeléctrico, así como la adecuada protección de este último. La liberalización de las telecomunicaciones y la eliminación del monopolio hacen que estos recursos pasen a ser administrados por el Estado, cuando antes lo eran por el operador de telecomunicaciones. La numeración y el espectro pasan a ser espacios públicos (espacio público de numeración) y dominios públicos (dominio público radioeléctrico). Al ser recursos escasos o limitados, los operadores tendrán que pagar unas tasas por la utilización de los mismos durante el tiempo que el Estado conceda autorización para uso de esos espacios públicos de numeración o del dominio público radioeléctrico.

1.7.3.1 Espacio público de numeración

Tendrán derecho a disponer de números e intervalos de numeración todos los operadores de servicios de telecomunicación accesibles al público que lo necesiten para permitir su efectiva prestación, tomándose esta circunstancia dentro de los planes de numeración. Es competencia del Estado la gestión del espacio público de numeración, por lo que corresponde al Gobierno la aprobación de los planes de numeración; por tanto, cualquier derecho de numeración otorgado no tiene la consideración de derecho o interés patrimonial legítimo, o derecho de propiedad industrial o intelectual para ningún operador. La gestión del espacio público de numeración la lleva el Estado por medio de la Comisión del Mercado de las Telecomunicaciones, quien también velará por la buena utilización de los recursos públicos de numeración asignados. Los planes de numeración deberán incluir los mecanismos de selección del operador de red.

Los operadores de redes fijas habrán de ofrecer los medios de conservación de los números que les hayan sido asignados cuando sin modificar su ubicación física, cambien de operador. Los costes deberán ser sufragados por los operadores involucrados en el cambio, y en ningún caso por el usuario.

1.7.3.2 Dominio público radioeléctrico

La gestión del dominio público radioeléctrico y las facultades para su administración y control corresponden al Estado. Dicha gestión se ejercerá de conformidad con los Tratados y Acuerdos internacionales de los que España sea parte, atendiendo a la normativa aplicable en la Unión Europea y a las resoluciones y recomendaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones y de otros organismos internacionales.

La administración, gestión y control del espectro de frecuencias radioeléctricas incluyen, entre otras funciones, la elaboración y aprobación de los planes generales de utilización, el establecimiento de las condiciones para el otorgamiento del derecho a su uso, la atribución de ese derecho y la comprobación técnica de las emisiones radioeléctricas. También se integra en estas funciones la inspección, detección, localización, identificación y eliminación de las interferencias perjudiciales, irregularidades y perturbaciones en los sistemas de telecomunicación.


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El derecho de uso del dominio público radioeléctrico se otorgará por la “Agencia Estatal de Radiocomunicaciones”, creada por la Ley 32/2003, a través de afectación demanial o de la concesión o autorización administrativa. El uso común del dominio público radioeléctrico será libre.

1.7.4 Requisitos exigibles para la explotación de redes y la prestación de servicios

Podrán explotar redes y prestar servicios de telecomunicación “a terceros, las personas físicas o jurídicas nacionales de un Estado miembro de la Unión Europea o de otra nacionalidad, cuando, en el segundo caso, así esté previsto en los acuerdos internacionales que vinculen al Reino de España. Para el resto de personas físicas o jurídicas, el Gobierno podrá autorizar excepciones de carácter general o particular a la regla anterior”.

Si bien en la anterior Ley General de Telecomunicaciones se contemplaba un amplio abanico de título habilitantes –autorizaciones generales y liciencias individuales, en ambos casos de varios tipos-- para la explotación de redes y/o prestación de servicios de telecomunicaciones, la actual Ley 32/2003 establece que “los interesados en la explotación de una determinada red o en la prestación de un determinado servicio de comunicaciones electrónicas deberán, con anterioridad al inicio de la actividad, notificarlo fehacientemente a la Comisión del Mercado de las Telecomunicaciones en los términos que se determinen mediante real decreto”, quedando exentos de dicha obligación quienes exploten redes y se presten servicios “en régimen de autoprestación”.

Adicionalmente, los operadores que para la explotación de redes y/o prestación de servicios requieran la utilización del dominio público radioeléctrico, deberán contar con la correspondiente concesión o autorización administrativa de la Agencia Estatal de Radiocomunicaciones.

1.7.5 Interconexión de redes y operadores

En aras a conseguir que cualquier abonado a un servicio de telecomunicación a través de un operador pueda establecer comunicación con cualquier otro abonado al mismo servicio a través de otro operador (ambos operadores en régimen de competencia), la Ley 32/2003 también prevé los principios generales de “interconexión” de redes. Los titulares de redes públicas de telecomunicación estarán obligados a facilitar la interconexión de éstas cono las de todos los operadores del mismo tipo de redes y servicios telefónicos disponibles al público que lo soliciten. Dicha interconexión deberá ofrecerse en condiciones no discriminatorias, transparentes, proporcionales y basadas en criterios objetivos, y puede ser en los mismos locales del titular de la red pública a la que se le socilite interconexión, o por líneas de interconexión.

Otro concepto que define la Ley 32/2003 es el de “operador con poder significativo de mercado” y “mercados de referencia”, tanto mayoristas como minoristas. Cuando la Comisión del Mercado de las Telecomunicaciones detecte que alguno de dichos mercados no se desarrolla en régimen “competencia efectiva”, podrá “imponer, mantener o modificar deteminadas obligaciones específicas” a los operadores que hayan sido identificados con poder significativo en los mercados en cuestión.

1.8 Organismos de normalización en telecomunicaciones


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ISO(general)

IEC(eléctrico y electrónico)

ITUUIT-T, UIT-R, UIT-D

Nivel mundial

CEN(general)

CENELEC(eléctrico y electrónico)

CEPT, ETSIEC

Europa

ANSI DoD

USA

AENOR

España

Figura 6 - Organismos de Normalización de las Telecomunicaciones

Un esquema básico de los Organismos principales de normalización a nivel mundial, europeo, USA y España se muestra en la Figura 6.

A nivel mundial, ISO (International Standardisation Organisation) e IEC (International Electrotechnical Commission) trabajan en estrecha cooperación en el diseño de estándares. De hecho, muchos estándares se nombran como ISO/IEC. IEC actúa de forma muy similar a ISO, pero mientras ISO es de carácter general, IEC se limita a temas eléctricos y electrónicos.

Mención aparte merece la Unión Internacional de Telecomunicaciones UIT (ITU). Este Organismo emite recomendaciones e informes consensuados a nivel internacional, emergentes de grupos de trabajo con expertos en materia de comunicaciones. La documentación de este Organismo es el libro de cabecera de cualquier Ingeniero de Telecomunicación que diseñe sistemas y servicios. La ITU organiza su trabajo en Grupos Interinos de Trabajo (IWP) o Interim Working Parties, que es donde se maduran las recomendaciones y los informes entre los expertos en los determinados temas. El nombre que adoptan las recomendaciones responde a la estructuración en áreas de trabajo de la ITU, y es como sigue:

• ITU-T Serie A: Organización del trabajo de la ITU-T.

• ITU-T Serie B: Simbología.

• ITU-T Serie D: Principios generales de tráfico.

• ITU-T Serie E: Red telefónica y RDSI.

• ITU-T Serie F: Servicios no telefónicos.

• ITU-T Serie G: Medios y sistemas de transmisión.

• ITU-T Serie H: Transmisión de señales no telefónicas.


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• ITU-T Serie I: RDSI.

• ITU-T Serie J: Transmisión de TV y programas-sonido.

• ITU-T Serie K: Protección contra interferencias.

• ITU-T Serie L: Planta exterior: construcción, instalación y protecciones.

• ITU-T Serie M: Mantenimiento: sistemas de transmisión internacionales; circuitos telefónicos, telegrafía, fax, etc.

• ITU-T Serie N: Mantenimiento: sistemas de transmisión internacionales; programas-sonido y TV.

• ITU-T Serie O: Especificaciones de medida.

• ITU-T Serie P: Calidad en transmisión telefónica.

• ITU-T Serie Q: Señalización y conmutación.

• ITU-T Serie R/S/U: Transmisión de telegrafía, equipos y conmutación.

• ITU-T Serie T: Terminales y protocolos para equipos telemáticos.

• ITU-T Serie V: Comunicaciones de datos sobre redes telefónicas.

• ITU-T Serie X: Redes de datos.

• ITU-T Serie Z: Lenguajes de programación.

• ITU-R Serie BO: Servicios de radiodifusión por satélite (sonido y TV).

• ITU-R Serie BR: Grabación de sonido y TV.

• ITU-R Serie BS: Servicios de radiodifusión de sonido.

• ITU-R Serie BT: Servicios de radiodifusión de TV.

• ITU-R Serie F: Servicios fijos.

• ITU-R Serie IS: Compartición interservcios y compatibilidad.

• ITU-R Serie M: Servicios móviles, radiodeterminación, aficionados y servicios relacionados por satélite.

• ITU-R Serie P: Propagación de ondas.

• ITU-R Serie RA: Radioastronomía.

• ITU-R Serie S: Servicios fijos por satélite.

• ITU-R Serie SA: Aplicaciones espaciales y meteorología.

• ITU-R Serie SF: Compartición de frecuencias entre servicios fijos por satélite y servicios fijos.

• ITU-R Serie SM: Gestión del espectro.

• ITU-R Serie SNG: Captación de noticias por satélite.

• ITU-R Serie TF: Señales horarias y emisiones estándares de frecuencias.

• ITU-R Serie V: Vocabulario y aspectos relacionados.

Las recomendaciones y los informes de ITU se publican en los bien conocidos libros de la ITU. Estos libros pueden incluir modificaciones o novedades cada cuatro años, que es su intervalo de publicación. No obstante, existen ediciones interinas intermedias al final del segundo año dentro de cada cuatrienio entre dos ediciones oficiales.


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En el nivel europeo, CEN (Comité Europeo de Normalización) y CENELEC (Comité Europeo de Normalización en el dominio Eléctrico) actúan de un modo y con una coordinación similar a la que mantienen ISO e IEC. Para el trabajo, CEN y CENELEC se apoyan en ISO, y emiten las EN (European Norms) que son una adaptación prácticamente de las normas ISO/IEC. Por otro lado CEPT (Conference of European PTTs) fue una reunión de operadores europeos de telecomunicación. Cuando la EC (European Commission) creó ETSI (European Telecommunications Standards Institute), ETSI asumió todas las competencias técnicas de CEPT, y CEPT quedó únicamente para finalidades de marketing y relaciones internacionales de los operadores de telecomunicación que integran este foro.

A nivel USA existen dos Organismos principales. Por un lado está ANSI (American National Standards Institute). Este Organismo emite muchos estándares que están en uso a nivel internacional y no sólo en USA. Además está el DoD (Department of Defense), que también emite normas de estandarización. De hecho, muchos estándares han llegado a serlo de facto procedentes de este DoD (véase por ejemplo el extendido uso de TCP/IP del DoD frente a la torre OSI de siete niveles de ISO).

En España, el Organismo que recoge todos los estándares es AENOR (Asociación Española de Normalización). Este Organismo actúa de interfaz cuando se trata de buscar un estándar internacional en un determinado tema. Por otro lado, es el Organismo encargado de apoyar cualquier iniciativa de estandarización que parta de la investigación y desarrollo en España, para que progrese adecuadamente en los foros internacionales de estandarización.

Por poner un ejemplo de funcionamiento de Organismos Internacionales de estandarización, y de cómo un documento va progresando hasta convertirse en un estándar, se describe a continuación el funcionamiento de ISO. Un documento se convierte en estándar tras cuatro escalones fundamentales:

• Working document, que es el primer estado del documento. Se detecta la necesidad de un estándar y un conjunto de expertos elabora una propuesta de documento.

• Committee Draft (CD), antes llamado Draft Proposal (DP). Se trata de una elaboración posterior del documento en el seno de un grupo de trabajo (Working Group).

• Draft International Standard (DIS). El documento refinado del Working Group se aprueba por un Subcomité (SC) con más amplia participación.

• International Standard (IS). Es un paso final de aprobación en un Technical Committee (TC).

La estructuración de la cadena que da lugar al documento es jerárquica. El WG trabaja para un SC y el SC lo hace para un TC. De esta forma, se tiene que la denominación de un WG es como TCxx/SCyy/WGzz, siendo xx, yy, zz los números que corresponden al Comité, al Subcomité y al Grupo de Trabajo dentro de ISO. Cada Grupo de Trabajo, Subcomité o Comité se especializa en un determinado conjunto de temas. Es importante notar que en el mercado, muchas veces un fabricante ofrece productos que verifican las normas ISO, pero muchas veces aparece que es un producto ISO DIS. En este caso hay que tener cuidado en la adquisición, porque aunque los cambios entre una especificación DIS y un IS son habitualmente mínimos, siempre puede haber algún cambio. Es un riesgo que se corre en el mercado con la potencial ventaja de un posicionamiento favorable como primeros fabricantes o usuarios de un producto que verifique estándares de ISO.

Hay otros muchos Organismos de normalización a nivel internacional. Así, por ejemplo, se tiene ECMA (European Computer Manufacturer Association). Esta asociación envía todos los estándares que elabora a ISO; EIA (Electrical Industries Association), famosa organización por la norma EIA-232-D, más conocida como RS232; IEEE, Institute of Electrical and Electronic Engineers; POSIX, que se dedica a la normalización de interfaces para sistemas operativos; X/Open, que se dedica a la normalización de interfaces para presentación de aplicaciones; OSF (Open Systems Foundation), establecida por fabricantes de ordenadores, etc....


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Paralelamente a los Organismos de normalización, se tienen los llamados Foros internacionales de normalización, que también emiten normas de potencial estandarización. En este caso, son siempre normas de facto porque los Foros no tienen capacidad de generar estándares de jure, como los Organismos oficiales de normalización. No obstante, la importancia de estos foros es tal, que muchas veces las normas que emiten son mucho más importantes y están mucho más extendidas que los estándares emergentes de los Organismos oficiales de normalización. Entre los foros más importantes se pueden citar ATM, DAVIC, ADSL, etc.

Después de la exposición de tantos Organismos de normalización, e incluso por la proliferación de los llamados Foros de normalización mencionados, se llega a la conclusión de que puede ser un problema escoger un estándar a la hora de diseñar un sistema de telecomunicación para satisfacer un servicio. Esto es así en verdad, y lo que hay que hacer es tratar de utilizar siempre los estándares más consolidados o los resultados de los Foros más extendidos entre los fabricantes de equipos. Como norma general, los estándares de la ITU son prácticamente de obligado cumplimiento para asegurar la conectividad internacional en materia de telecomunicaciones (aunque se emiten como recomendaciones e informes). Actualmente ISO está teniendo un gran empuje, sobre todo en materias de codificación de vídeo (véase las normas ISO-MPEG, por ejemplo) y de calidad de software y sistemas (normas ISO 9000). Este empuje no desplaza en las mismas materias a ITU, que se mantiene complementario (por ejemplo ITU se ocupa de otras velocidades de transmisión en el asunto de codificación de vídeo para otras aplicaciones como videoconferencia o videofonía, o se ocupa fuertemente de sistemas de contribución de vídeo, dejando la familia MPEG de ISO para la distribución). Por otra parte, la práctica común del Ingeniero de Sistemas de Telecomunicación le hrá diseñar sistemas siguiendo las directrices de facto de algunos de los Foros internacionales sin temor a equivocarse (por ejemplo, ADSL y ATM, son de uso extendido); el problema puede surgir cuando aparecen Foros que compiten en estándares con Organismos de normalización (tal es el caso actual por ejemplo de documentación de material audiovisual con metadatos; aparece ISO-MPEG7, EBU/SMPTE, DAVIC, ETSI/DVB, W3C, IES/CNSS, Dublin Core, etc.). No obstante, estos casos suelen estar inmaduros en tecnología, no hay equipos ni aplicaciones de fabricación extendida, y suelen estar a nivel de investigación y desarrollo.


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2. Representación de la información en un sistema de telecomunicación

2.1 Generalidades

La información ha de representarse por medio de formatos adecuados (recursos de representación) para su manejo por el resto de los recursos del sistema de telecomunicación: presentación, almacenamiento, intercambio, gestión, operación y mantenimiento. También las interacciones de los usuarios (eventos) deben transformarse en un formato que entiendan esos otros recursos, o incluso en información que a su vez se pueda convertir a los formatos adecuados mencionados (por ejemplo, una acción del usuario se transforma en datos).

En cualquier caso, los recursos que un sistema de telecomunicación maneja son finitos, y sujetos a un coste económico. Por ello, un dimensionamiento adecuado de los mismos, ajustado a dar una calidad de servicio determinada, es lo más adecuado. Es, por tanto, uno de los objetivos del diseño de un sistema, el hecho de evitar excesos en la cantidad de recursos que pudieran dar una calidad de servicio por encima de la demandada, proporcionando costes innecesarios a todos los niveles (instalación, gestión, mantenimiento, etc.).

Se presenta pues, la necesidad de afrontar el dimensionamiento de recursos ante unos medios de información. Por tanto, un primer paso fundamental para el diseño del sistema de telecomunicación es la caracterización de dichos medios en diferentes representaciones (por ejemplo, aplicación de diferentes codificadores de fuente a un vídeo), sabiendo la calidad de servicio que darían como máximo esas representaciones, sin tener en cuenta las perturbaciones que pudieran surgir en el resto de los recursos del sistema. El presente capítulo pasa revista a los diferentes medios de información monomedia utilizando diferentes formas de representación, apuntando sus requisitos de almacenamiento e intercambio.

2.2 Formas de representaci�n de medios de informaci�n

Los medios de información se pueden representar en un sistema de tres formas fundamentales:

• Representación analógica.

• Representación digital.

• Representación por descripción.

La representación analógica de una información puede reproducir todos los valores posibles de dicha información, sin perjuicio de las perturbaciones que el sistema pueda introducir (filtrados no deseados o controlados, ruido, etc.). La representación digital consiste en la codificación digital (binaria) de la información, previamente discretizada (muestreada) y cuantificada. La representación por descripción consiste en la codificación de objetos definidos en la información, creando con ellos una gramática o un lenguaje de descripción (parametrizada, metadatos) de dichos objetos.

Si bien quedan algunos sistemas que mantienen la representación analógica en algunos de sus recursos, lo cierto es que es un tipo de representación que tiene completamente perdido el terreno en favor de los otros dos. La representación analógica de la información únicamente quedará como entrada y/o salida en los recursos de presentación destinados a la interacción sensorial del usuario (en fuente y en destino, referido por ejemplo a los transductores): de esto se deduce que el proceso de digitalización requiere atención en un sistema, ya que la representación digital es actualmente la que está más extendida. La representación por descripción se está abriendo camino últimamente. Por lo expuesto, no se presenta a continuación una caracterización de la representación analógica de información, y en cambio sí se presenta únicamente una descripción del proceso de digitalización, así como ejemplos de representación digital y por descripción.


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2.2.1 Representación digital

La digitalización de una información representada analógicamente es un proceso que tiene tres etapas fundamentales, que se pueden ver en la

Figura 7:

• Muestreo: la entrada es una representación analógica; la salida es una representación discretizada.

• Cuantificación: la entrada es una representación discretizada; la salida es una representación discretizada y cuantificada.

• Codificación: la entrada es una representación discretizada y cuantificada; la salida es una representación digital. Representación analógica

Representación discretizada

Representacióndiscretizada y cuantificada

Representación digital

Muestreo

Cuantificador

Codificador

Figura 7 - Proceso general de digitalización

2.2.1.1 Muestreo

El muestreo se refiere a la discretización de una información analógica. La representación discretizada de una información puede tomar todos los valores posibles reproduciendo exactamente los valores de entrada de la representación analógica; sin embargo, sólo toma dichos valores en instantes escogidos de tiempo separados por un intervalo (normalmente uniforme) llamado período de muestreo. Durante el resto del tiempo, la representación discretizada ofrece un nulo de información; sin embargo, la representación analógica se puede recuperar total y fielmente de este proceso de muestreo si es información de banda limitada, y el muestreo se realiza como mínimo al doble de la frecuencia máxima que tiene la representación analógica. Dicha frecuencia mínima de muestreo se llama frecuencia de Nyquist.

El parámetro fundamental en el muestreo es, pues, la frecuencia de muestreo.

2.2.1.2 Cuantificación

La cuantificación se refiere a la aproximación de los valores que toma la información discretizada por unos valores prefijados normalmente en una tabla. La cuantificación no es un proceso totalmente reversible, puesto que es una aproximación. Al aproximar las muestras por los valores de la tabla se comete el denominado error de cuantificación, que no se puede recuperar de ninguna forma en un


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descuantificador. Se entiende por ruido de cuantificación la potencia o la energía (según proceda) de la representación analógica de este error de cuantificación para toda la información sujeta a cuantificación. La resolución del cuantificador viene dada por la distancia que exista entre dos valores consecutivos de la tabla, y dicha resolución es mejor (mayor) cuanto menor sea esa distancia; por tanto, el error y el ruido de cuantificación serán tanto menores cuanto mayor (mejor) sea la resolución del cuantificador. La cuantificación se puede clasificar de diversas formas:

• Escalar o vectorial, en función de que la composición de la tabla sea escalar o vectorial. La tabla es escalar cuando cada elemento de la misma tiene valor para una única muestra, de tal forma que la aproximación se realiza muestra a muestra a cada valor de la tabla. La tabla es vectorial cuando cada elemento de la misma es un vector de dimensión “N” que tiene valores para “N” muestras consecutivas, de tal forma que hay que coger un conjunto de “N” muestras y ver qué vector (elemento) de la tabla es el que cumple algún criterio de mínima distancia a dicho conjunto de “N” muestras.

• Uniforme o no uniforme, en función de que los valores (o vectores) consecutivos de la tabla estén separados siempre por un intervalo de igual distancia. Los cuantificadores uniformes son más sencillos de estudiar y por regla general también más sencillos de realizar; sin embargo, mientras muchas veces el márgen dinámico de los valores de información es muy extenso, dicha información tiene preferencia por tomar determinados valores dentro de ese margen dinámico en todo el espacio (por ejemplo imágenes fijas) o tiempo (por ejemplo, voz) de análisis. Por ejemplo, la señal de voz se mantiene en valores muy próximos a cero la mayor parte del tiempo, siendo sin embargo su margen dinámico muy amplio. Esto hace que si se quiere tener un cuantificador uniforme con un error de cuantificación reducido, el número de valores de la tabla deberá ser muy grande, lo que se traducirá en que el número de bits que habrá que asignar (en la etapa de codificación) a cada muestra (o vector de muestras) también deberá ser muy grande. Se impone, pues, la realización de cuantificadores no uniformes según el tipo de información de que se trate, es decir, adaptados al modelo de ese tipo de información. Sin embargo, tal como se indica en la Figura 8, la realización de cuantificadores no uniformes se puede realizar en la práctica como un compresor/expansor de valores de información que consiga hacer que los valores de información ocupen el margen dinámico de forma más uniforme, y a continuación llevar a cabo la cuantificación con un cuantificador uniforme. Esta es la forma típica de proceder, por ejemplo, con la cuantificación de señal de voz para telefonía, donde el compresor/expansor es una función logarítmica conocida como Ley A (para Europa; Ley µ, para USA y Japón). Realizaciones prácticas de este ejemplo hacen un cuantificador no uniforme con segmentos, llevándose a cabo dentro de cada segmento una cuantificación uniforme con diferente resolución en cada segmento.

El parámetro fundamental del cuantificador es, pues, su resolución, que puede ser uniforme o no uniforme, según lo sea el cuantificador.


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CompresorExpansor

Cuantificadoruniforme

Cuantificador no uniforme equivalente

Figura 8 - Cuantificador no uniforme realizado con uno uniforme

2.2.1.3 Codificación

La codificación es la última etapa de un proceso de digitalización. Se refiere a la asignación de una palabra código binaria a cada valor (o vector) de la tabla del cuantificador, por ejemplo del modo PCM. La señal cuantificada se transforma, por tanto, en una secuencia de bits a la salida del codificador.

El hecho de que la resolución del cuantificador sea mejor implica tener un mayor número de valores en la tabla de dicho cuantificador. Esto hará que el codificador asigne un número de bits a cada muestra (o vector de muestras) acorde con la resolución del cuantificador: a mayor resolución del cuantificador, mayor será el número de bits por muestra (o por vector de muestras) requerido. Esto hace que a veces se confunda la resolución del cuantificador con el número de bits por muestra (o por vector de muestras) requerido.

El proceso de digitalización se tiene así por concluído. No obstante, se pueden incluir operaciones posteriores de codificación, de forma que se generen nuevas secuencias de bits basadas en la secuencia producto de la digitalización. Estas nuevas secuencias de bits no tienen necesariamente que ser nuevas palabras código asignadas de forma directa a las palabras código correspondientes a muestras sucesivas de información. Surgen así los siguientes tipos de codificadores:

• Codificadores de fuente.

• Codificadores de canal.

• Codificadores de línea, de adaptación al dispositivo físico de soporte (por ejemplo para transmisión, para almacenamiento, etc.).

En un sistema de telecomunicación, los tres codificadores anteriores se colocan en cascada, tal como se indica en la Figura 9. A continuación se procede a dar una descripción de cada tipo, donde se puede apreciar que realmente se produce la mencionada cascada, ya que la salida de uno es la entrada del siguiente.


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Codificadorde

fuente

Codificadorde

canal

Codificadorde

línea

Figura 9 - Cascada de codificadores

2.2.1.3.1 Codificación de fuente

La codificación de fuente tiene como objetivo la disminución del número de bits necesarios para describir una determinada información. Con ello se consigue, por ejemplo, reducir el régimen binario para una transmisión o reducir la necesidad de espacio para almacenamiento en un disco. Los codificadores de fuente pueden, a su vez, genéricamente, ser de los tipos siguientes:

I. Primera clasificación.

A. Sin pérdidas.

1. Entrópicos (por ejemplo los de camino recorrido, Huffman, aritméticos, etc.).

2. Predictivos (por ejemplo DPCM, ADPCM, DM, etc.).

B. Con pérdidas.

1. Por estratos (por ejemplo subbandas, submuestreo, etc.).

2. Por transformaciones (por ejemplo KLT, DFT-FFT, DCT-FDCT, etc.). Esencialmente, la transformación es una operación sin pérdidas; pero en las asignaciones de bits a los coeficientes del dominio transformado se pueden despreciar o dar menor peso a los menos significativos con algún criterio, lo que constituye un proceso con pérdidas.

C. Híbridos (JPEG, MPEG-1, MPEG-2, etc.).

II. Segunda clasificación.

A. Basados en hardware.

1. Simétricos (por ejemplo H.261).

2. Asimétricos (por ejemplo DVI, CD-I, MPEG-1, MPEG-2, etc.).

B. Basados en software (por ejemplo AVI, Quicktime, etc.).


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Los codificadores sin pérdidas explotan la redundancia que proporciona la representación digital de la información. Por supuesto, dicha redundancia depende del tipo de información manejada. Por ejemplo, existe mucha redundancia entre la representación de muestras consecutivas de una información de voz, entre muestras vecinas de una imagen, o entre muestras vecinas de un cuadro de un vídeo como asímismo de los cuadros anterior y posterior. Sin embargo, puede apenas encontrarse redundancia ante muestras consecutivas de una señal de datos. Por tanto, dicha redundancia es totalmente dependiente del tipo de información, y está basada por ejemplo bien en la repetición del mismo valor de información, bien en que existe cierto grado de correlación entre muestras consecutivas de forma que se puede predecir una muestra basada en las precedentes con un error controlado, etc. En cualquier caso, la eliminación de redundancia no es eliminación de información, aunque sí reducción del número de bits para describir una determinada información; es por esto que este tipo de codificadores son conocidos como codificadores sin pérdidas. Un ejemplo es el codificador ADPCM normalizado por la UIT para voz telefónica a 32 kbps. Ha de hacerse notar que la codificación sin pérdidas se aplica sobre una representación digital de la información, por lo que en ningún caso es recuperable el error de cuantificación.

Los codificadores con pérdidas eliminan información hasta un límite, de forma que la calidad con la que se ha de reconstruir la información satisfaga la calidad de servicio demandada, sin perjuicio de perturbaciones que puedan afectar a los otros recursos del sistema de telecomunicación. Por ejemplo, es un proceso de codificación con pérdidas la decisión de asignar cero bits a determinados coeficientes de un bloque de transformación del coseno, por ser poco significativos con algún criterio (por ejemplo por llevar poca cantidad de información, por ser información no relevante para la percepción sensorial del destinatario humano, etc.).

Los codificadores híbridos hacen uso de una parte con pérdidas y otra sin pérdidas. Tal es el caso por ejemplo de un codificador JPEG, en donde se realiza un esquema de transformación del error de predicción de las muestras, seguido de una asignación de bits por un código entrópico.

En la clasificación en codificadores simétricos y asimétricos, el criterio de clasificación es la complejidad del codificador versus la complejidad del decodificador. Será un codificador simétrico en caso de que la complejidad sea similar en el codificador y en el decodificador. Será un codificador asimétrico en caso de que el decodificador sea mucho más simple que el codificador (la versión contraria no es aplicable, por simple cuestión de realización práctica: por ejemplo, en un sistema que soporte servicio de vídeo por demanda, es fácil en caso necesario codificar y almacenar lo codificado; pero la recuperación, transmisión y presentación debe ser en tiempo real, por lo que el decodificador debe ser más simple). Por ejemplo, un codificador de vídeo H.261 es simétrico; sin embargo, un codificador MPEG-2 es asimétrico.

En cuanto a la clasificación de codificadores basados en hardware y basados en software, el criterio está fundamentalmente aplicado a su realización práctica. Normalmente, todos los basados en software son simétricos, quedando esta clasificación reservada a los asimétricos. En cualquier caso, la decisión sobre si un codificador está basado en software o en hardware es temporal, puesto que depende de la potencia del recurso que maneje el codificador, y está demostrado que, lo que un día es necesario realizar por medio de hardware, existirá dentro de un tiempo un procesador de propósito general (incluso en un PC) que es capaz de decodificarlo en tiempo real sólo con software.

2.2.1.3.2 Codificadores de canal

El objetivo de un codificador de canal es añadir mecanismos de detección y/o corrección de errores mediante incorporación de redundancias a la representación digital de la información manejada (por ejemplo, almacenada o transmitida). Se segmenta la secuencia de bits que corresponde a dicha representación digital, y se incorpora redundancia a cada segmento. Cada segmento aquí establecido no tiene por qué tener relación alguna con las palabras de código asignadas inicialmente a las muestras (o vectores de muestras).

Existen varios tipos de codificadores de canal:

• Detectores de errores.

• Detectores y correctores de errores.


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Un código de canal facultará para detectar (y corregir, en su caso) un número mayor de errores cuanto mayor sea la redundancia introducida en cada segmento. En la variante de detectores y correctores de errores, el número de errores para los que faculta su corrección un código de este tipo en cada segmento es siempre menor que el que faculta para detectar, por lo que pueden quedar errores detectados y no corregidos en los segmentos.

En general, un codificador de canal introduce redundancia, justamente al revés del objetivo marcado por un codificador de fuente. No obstante, la redundancia introducida en este caso es mucho menor que la existente en la propia representación digital original de la información, por lo que la cascada formada por un codificador de fuente seguido de un codificador de canal sigue proporcionando una reducción del número de bits en términos netos. En cualquier caso, esta nueva redundancia está controlada y sirve para los fines de detección y corrección de errores, cosa para la que no es útil la redundancia existente en la representación digital original de la información.

Algunos ejemplos de este tipo de codificadores son la incorporación de bits de paridad, los códigos Reed-Solomon, etc.

2.2.1.3.3 Codificadores de adaptación al dispositivo físico de soporte

El objetivo de este tipo de códigos es adaptar las características de la representación digital de la información al medio físico que servirá de soporte en alguna operación con algún recurso del sistema (por ejemplo, almanenamiento, transmisión, etc.).

Así, por ejemplo, en el caso de que el recurso del sistema de telecomunicación sea un medio de transmisión, se tratará de adaptar esa representación digital de la información al medio de transmisión, generando una nueva representación de la información en forma de señal digital de características adecuadas para una transmisión óptima a través de un medio concreto de transmisión. Dicha señal digital será, pues, la representación que adoptará la información en el medio de transmisión. Siguiendo con el ejemplo, las características óptimas geenrales que debe tener esta señal digital en cualquier medio de transmisión son:

• Cero espectral a la frecuencia cero (conocido como evitar la deriva del cero, para evitar transmitir información inútil en la frecuencia de contínua que además puede tener problemas para pasar por algún filtro RC).

• Máximo número de transiciones 0/1 - 1/0 (para favorecer la recuperación del reloj).

• Máximo espectral en una frecuencia que sea un submúltiplo de la velocidad binaria (para poder evaluar las características del medio de transmisión en esa frecuencia).

Algunos ejemplos de este tipo de codificadores son los siguientes:

• RZ (con retorno a cero en el centro del intervalo de un bit, provocando una transición que favorecerá la recuperación de reloj), NRZ (sin retorno a cero).

• Pseudoternarios (AMI, HDB3, CMI), con estados -1,+1,0 de la señal digital, favoreciendo por ejemplo el cero espectral en la frecuencia cero.


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Representación digital

Partición en agrupacionesde los elementos de información

Agrupaciones etiquetadasde los elementos de información

Representación por descripción

Segmentación

Clasificación

Generación del metafichero

Figura 10 - Proceso general de la representación por descripción

2.2.2 Representación por descripción

La representación por descripción de una información se puede obtener tanto a partir de su representación analógica como de su representación digital. No obstante, suele comenzarse a partir de la representación digital de la fuente de información, por lo que en los comentarios subsiguientes se considerará que se parte de dicha representación digital. Sobre esta idea, la obtención de la representación por descripción de una información es un proceso que tiene las siguientes etapas fundamentales, que se pueden ver en la Figura 10:

• Segmentación y clasificación (o clasificación y segmentación): la entrada es una representación digital (puede ser analógica, pero como se ha comentado habitualmente es digital); la salida es una representación en particiones etiquetadas de la información.

• Codificación: la entrada es una representación en particiones etiquetadas; la salida es una representación por descripción de parámetros relevantes de cada partición etiquetada. Si se dispone de las particiones etiquetadas en el momento de generar la información, se puede pasar directamente a la codificación sin pasar por la segmentación y la clasificación.

2.2.2.1 Segmentación y clasificación

El objetivo de la segmentación es realizar una partición en agrupaciones de los elementos de información. El objetivo de la clasificación es etiquetar las agrupaciones de dicha partición con el nombre de una clase de información. Puede ocurrir que varias agrupaciones tengan la misma etiqueta, si su análisis lleva a la conclusión de que pertenecen a la misma clase: así, no hay que confundir los conceptos de agrupación de elementos de información con el de clase de información. Con respecto al orden en que se efectúan la segmentación y la clasificación, éste puede revertirse si existe previamente un conocimiento de lo que se pretende segmentar. Así, el proceso de segmentación y clasificación (o de clasificación y segmentación alterando el orden) puede llevarse a cabo de dos formas diferentes (se llama clasificación a estas dos variantes porque su salida es siempre el conjunto de particiones ya etiquetadas, y como se ha indicado, es etiquetar precisamente el objetivo de la clasificación):

• Clasificación no supervisada. En este caso se procede a una segmentación (partición) de la información en agrupaciones, y cuando la segmentación está madura se procede a etiquetar cada una de las agrupaciones generadas (por tanto, etiquetación a posteriori) con el nombre de una clase de información. La maduración de la segmentación comienza con una semilla de potenciales agrupaciones de los elementos de información, para a continuación remodelarla, añadiendo y quitando elementos de información a las agrupaciones, incluso juntando o dividiendo agrupaciones en alguna ocasión durante el proceso de maduración. Asímismo, se va eligiendo dinámicamente (en


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cada estado de maduración) un criterio de representatividad de cada segmento de la partición; con respecto a esta representatividad de cada segmento opera el criterio de distancia necesario para decidir sobre la adscripción de elementos de información a ese segmento, o para decidir sobre la división o unión de dos o más segmentos.

• Clasificación supervisada: En este caso se procede a una etiquetación de las potenciales clases existentes (etiquetación a priori), y se elige un criterio de representatividad de cada clase (obsérvese la diferencia con la clasificación supervisada, en la que se asignaba el criterio de representatividad a los segmentos, mientras que aquí se asigna a las clases). A continuación se realiza una segmentación consistente en que cada elemento de información se asigna directamente a cada clase sobre la base de un criterio de distancia de dicho elemento a la representatividad de la clase. Nada obsta para que este proceso de segmentación esté basado en una “localización” de los elementos a clasificar en el medio de información (por ejemplo, buscar “algo que pueda ser un letrero en una imagen fija).

En el proceso de segmentación y clasificación (o de clasificación y segmentación) hay que decidir una serie de parámetros:

• Elementos de información que serán componentes de la agrupación (segmento) y/o clase. Por ejemplo, en el caso de un medio de información tipo imagen fija dichos elementos podrían ser los píxeles, pero otro ejemplo sería un elemento de información llamado “letrero en una imagen”.

• Criterio de semejanza entre los elementos de información de una agrupación (segmento) y/o clase. Normalmente se trata de cualquier expresión matemática que relacione dichos elementos de información, y que cumpla las propiedades para ser una distancia definida en un espacio vectorial (normalmente euclídeo, pero vale cualquier otro tipo de espacio métrico y distancia). No hay regla para la elección del criterio de semejanza, excepto que debe ser suficientemente claro para que exista una homogeneidad a su respecto dentro de cada agrupación, pero se mantenga clara disparidad entre los elementos que acaben en diferentes agrupaciones (segmentos) y/o clases tras la aplicación del proceso de segmentación. Por supuesto, un factor importante a tener en cuenta a la hora de la elección del criterio de semejanza será el elemento de información escogido como componentes de la agrupación.

• Criterio de representatividad (elección del representante) de cada agrupación (segmento) y/o clase. Normalmente se trata de parámetros estadísticos que se escogen mediante un análisis de los elementos de información que componen un segmento (agrupación) y/o clase. Debe procurarse que el criterio de representatividad esté acorde con el criterio de semejanza escogido, para que denote por sí mismo la homogeneidad de cada agrupación y/o clase y la marque fuertemente la disparidad con representantes de otras agrupaciones (segmentos) y/o clases.

• Criterio de separabilidad entre agrupaciones y/o clases. Una vez escogido el criterio de representatividad, surge el comprobar la robustez del esquema de clasificación y segmentación por medio de la comprobación de que las clases o agrupaciones formadas son suficientemente heterogéneas entre sí. Este hecho puede o no estar relacionado con la homogeneidad interna dentro de cada clase. Así pues, el criterio de separabilidad entre agrupaciones y/o clases no tiene por qué ser el mismo que el de semejanza entre los elementos de información de una clase. El criterio de separabilidad es también una distancia definida en un espacio vectorial, normalmente euclídeo, pero también vale cualquier otro tipo de espacio métrico y distancia.

2.2.2.2 Codificación como generación del metafichero-metadato

La codificación a que aquí se va a hacer referencia es, por comparación con la representación digital, únicamente la codificación de fuente. La representación descriptiva así alcanzada es una sucesión binaria, con la que se puede realizar cualquier tipo de codificación de fuente o de adaptación a las características del dispositivo físico de transporte, tal como han sido descritos en las secciones 2.2.1.3.2 y 2.2.1.3.3.

La codificación en este caso consiste en la elección de unos parámetros (o atributos) significativos de cada clase y/o segmento. Dichos parámetros (o atributos) normalmente están relacionados con el criterio de representatividad de cada segmento y/o clase. Cada elemento de información dentro de cada segmento y/o clase constituye diferentes realizaciones (instanciaciones) de ejecución del representante de la clase (que si es estadístico puede incluso no ser una realización física de ningún elemento de información), con diferentes matices (valores de los parámetros o atributos). Por ejemplo, una descripción vectorial de una imagen que contiene un mapa de carreteras tiene varios segmentos (clases) de información, tales como letreros, líneas, puntos, etc. Los letreros pertenecen a la clase “letreros”, pero cada uno de ellos tiene


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diferentes valores de sus atributos o parámetros tales como su contenido de texto, su distancia interlíneas, su distancia entre letras, el tamaño de letras, el tipo de fuente de letra, etc.

Se consigue así una representación por descripción de parámetros (atributos) escogidos de las particiones etiquetadas obtenidas en los procesos de segmentación y clasificación, descripción ésta a la que se llama alguna vez “gramática” o “documento”. Estos parámetros (atributos) y sus valores se codifican en binario mediante algún criterio, del que no existe una definición universal, sino ejemplos e intentos de normalización en determinadas aplicaciones. Si se opera con una base de datos, se puede indexar por dichos parámetros (atributos) y sus valores en el “documento” o “gramática” para encontrar un determinado elemento de información en el medio de información que responda a las características dadas por dichos valores de los parámetros (atributos). Un ejemplo de “gramática” o “documento” es la definición de un objeto de vídeo (definición de la interfaz del objeto) tal como se hace en MPEG-7, mientras que un ejemplo de codificación de los parámetros (atributos) y sus valores de ese objeto de vídeo se puede ver en MPEG-4 (obsérvese que MPEG-4 no hace referencia al proceso de segmentación y clasificación, sino únicamente al de codificación). Otro ejemplo es la codificación MIDI de parámetros que representan acciones de un músico sobre un instrumento musical.

2.2.2.3 Entrada directa al codificador

En algunas ocasiones, la generación de la información se realiza directamente por acciones que implican los parámetros o atributos y sus valores. Ejemplos son la generación de mapas a partir de tablillas digitalizadoras, las acciones mencionadas de músicos sobre instrumentos adaptados para generar codificación MIDI, el empaquetamiento de medios de información en forma de páginas HTML, y la generación de gráficos descritos en VRML. En estos casos, no hace falta la segmentación y la clasificación, puesto que ambas se realizan intrínseca e inseparablemente con la generación de la información en la fuente (generación directa de la “gramática” o del “documento”).

2.3 Parámetros de carga en un sistema de telecomunicación de las representaciones de los medios de información

Dada la tendencia hacia la eliminación de la representación analógica en los medios de intercambio y almacenamiento de un sistema de telecomunicación, la presente sección no hará referencia a dicha representación analógica.

2.3.1 Sonido

2.3.1.1 Audio con calidad telefónica

La frecuencia de muestreo es de 8000 Hz, y la resolución del cuantificador hace que el codificador trabaje a 8 bpm (bits por muestra). Esto hace un régimen binario de 8x8000= 64000 bps (bits por segundo) en el sistema. Se explican a continuación las razones que llevan a la elección de estos valores.

El ancho de banda analógico de la señal que se muestrea se considera entre 300 y 3400 Hz. Consideraciones energéticas de la voz humana hacen escoger ese margen (máximo espectral alrededor de 1 kHz), mientras que la limitación de 3400 es por garantizar una intelegibilidad, nitidez y reconocimiento del interlocutor aceptables sin extender el ancho de banda innecesariamente, hecho que conduciría a la introducción de ruido innecesario (la nitidez total tiene lugar manteniendo un ancho de banda por encima de los 6100 Hz). El ancho de banda mencionado de 300-3400 Hz, entra en una canalización de 0-4000 Hz, por lo que la frecuencia mínima de Nyquist es 8000 Hz: este es el valor que se ha propuesto para el muestreo.

Las muestras de voz humana presentan una mayor concentración de valores en la parte del margen dinámico más próxima al nulo. Dicho de otra forma, la mayor parte del tiempo la voz humana presenta valores débiles con respecto al máximo que alcanza en determinados momentos. Si se emplease un cuantificador uniforme, éste sería demasiado grueso para esos valores débiles, mientras que probablemente sería demasiado fino para los valores fuertes, con lo que la relación señal a distorsión de cuantificación estaría muy descompensada en las diferentes partes del margen dinámico de la voz humana. Así, se emplea un cuantificador no uniforme que se realiza por medio de la cascada formada por un compresor/expansor logarítmico que se aplica a las muestras de señal o señal discretizada (compresor/expansor Ley A en Europa, Ley µ en


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USA y Japón) seguido de un cuantificador uniforme a 8 bpm. Realizando una aproximación por segmentos de la función del compresor/expansor, se demuestra que dicho conjunto equivaldría a codificar las muestras débiles con 11+1=12 bits (incluído el de signo) y las fuertes con 4+1=5 bits (también incluído el de signo). Con 11 bpm equivalentes de resolución para las muestras más débiles (que constituyen el caso peor), se verifican las especificaciones de ruido máximo admisible del canal en reposo y diafonía dadas por la UIT para un canal telefónico digital. El compresor/expansor escogido (Ley A en Europa, Ley µ en USA y Japón) hace que la relación señal a distorsión de cuantificación para cada muestra individual sea prácticamente uniforme en todo el margen dinámico (con un pequeño rizado alrededor del centro de cada intervalo del cuantificador).

Por otro lado, se puede demostrar que la relación S/N de la señal emergente de un cuantificador/codificador uniforme (considerando ruido de cuantificación únicamente) crece a razón de 6 dB por cada bit que se incremente la resolución. Esto lleva a una expresión S/N = k + 6n, siendo k una constante y n el número de bits por muestra (bpm). Dado que las muestras débiles se codifican equivalentemente con 11+1=12 bits (incluído el de signo), será n=11 para una señal que se mueva únicamente en la parte débil del margen dinámico. Se demuestra que el valor de k es 10,8 para esta situación, con lo que para el caso peor de una señal que se moviera en esa parte débil del margen dinámico quedaría S/N = 10,8 + 6x11 = 76,8 dB, que es un valor aceptable. Sin embargo, para una señal que se moviera exclusivamente en la parte fuerte del margen dinámico (muy poco probable, porque como se ha dicho la voz únicamente presenta picos esporádicos), dicha operación quedaría como S/N = 10,8 + 6x4 = 34,8 dB, que también es aceptable.

Por todo lo expuesto, se ha decidido 8 bpm en el cuantificador/codificador resultante.

Al objeto de reducir en lo posible los requisitos de almacenamiento e intercambio, se suele aplicar codificación adicional de fuente con estándares normalizados.

2.3.1.2 Audio con calidad CD

Se consideran en este caso 2 canales (estéreo). Dichos canales se muestrean a 44100 Hz y se cuantifican uniformemente a razón de 16 bpm. Estos valores dan un régimen binario de valor 2 canales x 16 bpm x 44100 Hz = 1411200 bps en el sistema.

Se pretende dar un sistema de calidad muy buena, por lo que debe mantenerse la totalidad del espectro audible del ser humano (20 Hz - 20 kHz) con una reproducción adecuada. Se aplica una frecuencia máxima de banda base ligeramente superior, de valor 22050 Hz, con lo que la frecuencia de muestreo dada por Nyquist es 2x22050 = 44100 Hz.

La resolución de 16 bpm en un cuantificador uniforme (65536 niveles) se considera adecuada desde un punto de vista de relación S/N. Como ya se ha comentado, la S/N de una señal emergente de un cuantificador/codificador uniforme crece a razón de 6 dB por cada bit en que se incremente la resolución. La expresión resultante es, por tanto, S/N = k + 6n, donde k es una constante y n es el número de bits de resolución. En este caso n=16 y se demuestra que k=2 para esta situación, por lo que S/N = 2 + 6x16 = 98 dB, que es un valor de muy alta calidad.

2.3.1.3 Audio por parámetros

Se estudiará en esta sección únicamente un caso ejemplo de codificación por parámetros, al objeto de efectuar una comparación de las necesidades de almacenamiento e intercambio con una codificación digital. Dicho ejemplo es la interfaz MIDI (Music Instrument Data Interface).

La generación de la información tiene lugar en este ejemplo particular como un conjunto de mensajes MIDI ajustados a acciones del músico sobre el instrumento (nota y su duración, matiz y sus variaciones, etc.). Se requiere un instrumento adaptado, de forma que lleva un puerto específico MIDI. Por supuesto, puede haber más de un músico y más de un instrumento. La descripción paramétrica obtenida se utiliza para:

• Su análisis, del que se genera automáticamente la partitura que plasmaría lo que el músico (o los músicos) está interpretando.


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• Su síntesis o recomposición. Los mensajes del músico codificados (descripción paramétrica) se almacenan. La recuperación del subsistema de almacenamiento y su envío a un subsistema de presentación a través de un subsistema de intercambio (que puede ser por supuesto en local) constituye una recomposición, puesto que se vuelve a oír lo que el músico (o los músicos) interpretaron en su momento.

Sistema MIDI

Instrumento 1

Instrumento 2

Instrumento n

Sintetizador

Canales MIDI

Canales MIDI

Canales MIDI

Interfaz MIDIOrdenadorde control

Accionesdel

músico

Accionesdel

músico

Accionesdel

músico

Figura 11 - Sistema MIDI

Para tener una referencia de comparación en cuanto a los recursos de sistema necesarios para manejar MIDI, se dan a continuación algunos valores. Dada la variación en la descripción paramétrica, que depende de lo que el músico (o los músicos) estén interpretando, no existe un régimen binario determinado ni una relación de compresión concreta. Unicamente se pueden dar valores orientativos, que por ejemplo para 10 minutos de música interpretada se traducen aproximadamente en unos 1,6 Mbits MIDI. Esos 10 minutos almacenados como audio en calidad CD ocuparían 1411200 Mbps x 10 minutos x 60 s/min = 846720 Mbits, que resulta en una necesidad de recurso de almacenamiento (y por tanto de intercambio) muchísimo mayor. No obstante esta ventaja ofrecida por la descripción paramétrica en recursos de almacenamiento e intercambio, se tiene como desventaja que la codificación y decodificación en tiempo real para su generación y presentación son mucho más complicadas, por lo que dicha ventaja se paga en recursos de presentación. Dicho de otra forma, las complicaciones para una potencial generación y presentación en tiempo real se transladan de los requisitos en subsistemas de almacenamiento y transmisión al subsistema de presentación. Esta afirmación que se ha realizado para este ejemplo es perfectamente extrapolable a cualquier medio de información que exista en representación por descripción frente al mismo existente en representación digital.

2.3.2 Imagen fija

Aparte de la representación analógica, las imágenes fijas también pueden adoptar una representación digital o una representación por descripción. En este medio de información, recibe un nombre especial:

I. Representación digital llamada representación raster, a razón de píxeles y líneas de píxeles. No hace falta indexar ningún elemento dentro de la imagen, puesto que la ubicación del píxel en el raster determina directamente su posición en la imagen. Existen variantes de representación raster:


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A. Cada píxel se describe como una tripleta RGB. Se conoce como “true colour” dicha representación cuando la tripleta tiene 24 bits (24 bpp), 8 para el rojo, 8 para el verde, y 8 para el azul. En B/N se da como habitual tener 8 bpp, lo que da 256 niveles de gris.

B. Cada píxel se describe como un puntero a una tripleta RGB de una tabla (VLT, LUT, o tabla de consulta de vídeo). No supone ninguna mejora en requisitos de almacenamiento e intercambio con respecto a la representación anterior si todos los píxeles de la imagen tienen diferente color, pero sí supone mejora en los recursos de presentación para su manejo en el terminal. Dicha mejora se puede ver, por ejemplo, cuando se desea cambiar de color una imagen o hacer un negativo de una imagen en B/N: basta con alterar la tabla, sin tocar nada absolutamente en la imagen, lo que es mucho más eficiente. Lo dicho sirve también para imágenes en B/N, donde la tabla no son tripletas sino posiciones de 8 bits describiendo cada una un nivel de gris.

II. Representación por descripción llamada representación vectorial. Sigue los procedimientos generales de segmentación, clasificación y codificación. En realidad, las imágenes representadas de esta forma y los gráficos son exactamente lo mismo, y la única diferencia estriba en el método de generación, siendo una imagen generada a partir de otra imagen o por captación de una escena real, mientras que un gráfico se genera a partir de una base matemática o numérica de las características.

No hay que confundir representación con presentación. Una imagen puede tener representación raster y presentarse vectorialmente, para lo que se requiere una conversión raster/vector, o tener una representación vectorial y presentarse en raster, para lo que se requiere una conversión vector/raster. Si bien ambas conversiones existen como operaciones y se realizan, la conversión raster/vector es la más complicada de las dos, no existe un procedimiento dado con carácter universal para todo tipo de imágenes, y siempre hay que escoger el tipo de características que se desea representar por descripción, lo que significa una pérdida de información. Por otra parte, los terminales vectoriales ya no se fabrican por problemas de refresco (cuanto más complicada es la descripción, más se tarda en refrescarla completa). La conversión vector/raster es la más normal en caso de tener una imagen en representación por descripción, y sí existen procedimientos dados para realizarla sin pérdida alguna de información. De hecho, lo habitual es que la presentación sea siempre raster (sólo hay ya terminales raster), independientemente de que la representación fuera digital (raster) o por descripción (vectorial).

Sin perjuicio de que se utilicen esquemas de codificación de fuente para el sonido que puedan reducir los requisitos de almacenamiento e intercambio (fundamentalmente aplicados por tanto a su representación digital), se puede abordar en muchas ocasiones su manejo dentro de un sistema directamente con las cifras dadas de requisitos de almacenamiento e intercambio. No ocurre lo mismo con las imágenes fijas, ni en general con medios de información que involucren imágenes (por ejemplo, vídeo).

Así, para una representación digital de imágenes fijas se puede establecer una idea de requisitos de recursos de almacenamiento (con su implicación en los de intercambio) como sigue:

• Imagen de 512 x 512 píxeles B/N 8 bpp (bits por píxel): 2097152 bits.

• Imagen de 512 x 512 píxeles “true colour” 24 bpp: 6291456 bits.

• Imagen de 1280 x 1024 píxeles B/N 8 bpp (bits por píxel): 10485760 bits.

• Imagen de 1280 x 1024 píxeles “true colour” 24 bpp: 31457280 bits.

Dichas cifras son inabordables para su manejo dentro de un sistema, por lo que directamente se comentan algunos esquemas de codificación de fuente normalmente aplicados a este medio de información. Son formatos habituales de codificación de fuente para representación digital (raster) los siguientes:

• GIF (Graphical Interchange Format).

• X11 Bitmap (BMP).

• Sun Rasterfile.

• PostScript.


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• IRIS.

• ISO/JPEG (ISO/IEC 10918 o UIT-T.JPEG).

• TIFF (Tagged Image File Format).

• Fax cod. UIT-T Grupos 3 y 4.

Los mecanismos de compresión mencionados se pueden agrupar en cinco grandes categorías por familias de algoritmos de codificación:

• Empaquetamiento de píxeles.

• Codificación de recorrido (run-length encoding RLE), usado en los formatos BMP, TIFF y PCX, entre otros.

• Algoritmo de Lempel-Ziv-Welch (LZW), utilizado en los formatos GIF, TIFF y PostScript, entre otros.

• Esquemas de compresión recomendados por la UIT-T (para documentos por fax en blanco y negro).

• Algoritmo de compresión ISO/IEC 10918 también conocido como JPEG (basado en DCT), para todo tipo de imágenes multinivel.

De los anteriores formatos, es común, por ejemplo, encontrarse por ejemplo GIF en imágenes empaquetadas en páginas HTML (es un esquema sin pérdidas), TIFF en imágenes generadas en un scanner (es también un esquema sin pérdidas), y por supuesto JPEG en imágenes de todo tipo y aplicación, siendo éste el estándar más famoso.

2.3.2.1 LZW

El algoritmo de codificación Lempel-Ziv-Welch (LZW) se utiliza en los formatos GIF, TIFF y PostScript, entre otros. Unas primeras versiones creadas por Lempel-Ziv (familia LZ de compresores) son utilizadas en aplicaciones muy populares, tales como los compresores pkzip y arj. La versión final LZW es una modificación de la variante LZ78 para adaptarla a controladores de disco.

El algoritmo LZW es un procedimiento genérico de compresión capaz de trabajar con prácticametne cualquier tipo de datos. Es casi simétrico, y muy rápido en ambos sentidos, ya que permite implementaciones muy eficientes al no requerir operaciones en punto flotante. Su funcionamiento se basa en la creación de un diccionario compuesto por palabras que se asocian a determinados conjuntos de datos. De esta manera, cadenas de datos del conjunto de datos de entrada, sin comprimir, se comparan con las palabras del diccionario, y este diccionario se va formando dinámicamente a medida que se va codificando la imagen (es por tanto un esquema adaptativo de codificación).

El algoritmo LZW presenta como ventaja la no necesidad de transmitir el diccionario, ya que el descompresor puede generarlo a partir de los datos recibidos. Basta para ello partir de un contenido inicial prefijado del diccionario y un procedimiento definido de generación a partir de este contenido inicial y de la imagen que se va codificando (autómata finito).

El grado de compresión que se puede alcanzar es variable, en función del tipo de información a comprimir (texto, gráficos o imágenes), así como del número de bits necesarios para describir cada unidad de información (caracteres, píxeles, etc.).


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2.3.2.2 ISO-JPEG

JPEG es el estándar más importante y más famoso para la codificación de imágenes fijas. Consolida un conjunto de técnicas de compresión de imágenes con el objetivo de dar soporte a la mayor parte de las aplicaciones que requiren el almacenamientoy la transmisión de imágenes conun uso limitado de capacidad de almacenamiento y de ancho de banda, respectivamente.

Dentro del estándar se contemplan tanto las aplicaciones que requieren una recuperación exacta de la imagen comprimida (compresión sin pérdidas) como aquéllas que toleran una ligera degradación en la imagen, proporcionando técnicas de codificación apropiadas para cada caso.

El acrónimo JPEG proviene de Joint Photographic Experts Group. En 1982, la ISO creó un grupo de trabajo denominado Photographic Experts Group (PEG) para desarrollar métodos de transmisión de vídeo, imágenes estáticas y texto a través de líneas RDSI. En 1986, la UIT-T organizó un grupo de trabajo para desarrollar algoritmos de compresión de imágenes en color y en escala de grises para la transmisión vía fax. Dichos algoritmos eran muy similares a los que se estaban desarrollando por el PEG, por lo cual se decidió combinar los recursos de ambos grupos de trabajo para desarrollar un único estándar. En 1987, la ISO y la UIT-T unieron los dos grupos, creando un comité conjunto que pasó a denominarse JPEG. El resultado del trabajo de este comité es unestándar de compresión, ampliamente difundido y utilizado en el mundo industrial, conocido con el nombre de su comité creador, es decir, JPEG.

El estándar JPEG reúne, pues, la doble condición de estándar de ISO y de recomendación de la UIT-T, recibiendo, respectivamente, las denominaciones ISO/IEC 10918 y T.JPEG. La norma es aplicable a datos digitales de imágenes fijas de tonos contínuos, con escalas de grises o color,y no es aplicable a imágenes binivel.

JPEG ofrece las siguientes variantes:

• Modo secuencial con pérdidas basado en DCT (modo base).

• Modo con pérdidas expandido basado en DCT.

• Modo sin pérdidas.

• Modo jerárquico.

• M-JPEG (Moving JPEG).

Así JPEG es un esquema de codificación de fuente que adopta variantes con y sin pérdidas. Para tener una idea del orden de magnitud de compresión con pérdidas modo base de JPEG en una imagen “true colour”, con las consiguientes implicaciones en los recursos de almacenamiento e intercambio, se dan las siguientes cifras (las unidades bpp indican el número total de bits de la imagen resultante dividido por el número de muestras de la componente de luminancia:

• 0,25 a 0,50 bpp: calidad moderada a buena.

• 0,50 a 0,75 bpp: calidad buena a muy buena.

• 0,75 a 1, 50 bpp: calidad excelente.

• 1,50 a 2,00 bpp: en la mayoría de los casos indistinguible del original.


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2.3.2.3 UIT-T Grupo 3 y Grupo 4

La mayoría de los formatos de almacenamiento de documentos y de servicio facsímil hacen uso de un tipo de compresión sin pérdidas, conocido tradicionalmente como algoritmos de codificación CCITT (antigua denominación dentro de la UIT, correspondiente al Comité Consultivo Internacional de Telegrafía y Telefonía). Entre otras, la UIT-T ha elaborado una serie de recomendacioines para la implementación de protocolos de comunicaciones para la transmisión facsímil de imágenes en blanco y negro, a través de redes telefónicas y de datos. Estos protocolos se conocen, oficialmente, como los estándares UIT-T T.4 y UIT-T T.6, aunque las referencias más habituales para ambos son las de UIT-T Grupo 3 y UIT-T Grupo 4 respectivamente. El algoritmo de codificación Grupo 3 se diseñó específicamente para la transmisión de imágenes binivel, es decir, en blanco y negro, de 1 bpp. El algoritmo es prácticamente simétrico y muy rápido, permitiendo niveles de compresión razonablemente altos para una gran variedad de tipos de documentos. La especificación incluye también información adicional que permite al descompresor corregir posibles errores de transmisión sin hacer uso de ningún hardware especial. El estándar define dos tipos de codificación en Grupo 3:

• Grupo 3 unidimensional (G31D): consistente en un código Huffman de mínima varianza, que analiza eldocumento línea a línea, concatenando todas como si de una única línea se tratara.

• Grupo 3 bidimensional (G32D): variante del anterior, que ya considera la bidimensionalidad del documento.

La especificación del Grupo 4 es más eficiente comprimiento imágenes binivel, por lo cual ha desplazado al Grupo 3 en muchos formatos dedicados, fundamentlamente, al almacenamiento de documentación gráfica en blanco y negro. La diferencia en efectividad puede llegar a ser tal que haga que un mismo documento, ya codificado, requiera para su descripción la mitad de datos utilizando Grupo 4 en comparación con lo que necesitaría haciendo uso del Grupo 3. Lograr una implementación eficiente del Grupo 4 puede llegar a ser francamente difícil, dada su complejidad. No obsante, la velocidad de compresión y descompresión puede llegar a ser superior que la exigida por el Grupo 3. El inconveniente que presenta el Grupo 4 es que fue diseñado para ser usado en redes de ddatos, por lo cual no incluye ningún mecanismo software que permita detectar y corregir ningún posible error de transmisión. Podría considerarse el Grupo 4 como una variante del Grupo 3 bidimensional (G32D), por lo cual se suele hacer referencia a él mediante el acrónimo G42D.

Ambos algoritmos son no adaptativos, es decir, no se adaptan a los datos de entrada. En su lugar, utilizan un diccionario fijo, elaborado a partir de una serie de documentos que incluían texto y gráficos, considerados como referencia patrón de los documentos que se transmiten normalmente por el servicio facsímil.

El Grupo 3 permite lograr niveles de compresión comprendidos entre 5:1 y 8:1 con documentos de tamaño A4 digitalizados a 200 ppp. El grado de compresión alcanzado por el Grupo 4 para el mismo documento y en las mismas condiciones de digitalización puede superar el valor 15:1. Estos niveles de compresión pueden disminuir notablemente si los documentos a transmitir incluyen imágenes, ya que inicialmente fueron diseñados y optimizados para documentos que incluyeran texto fundamentalmente.

2.3.2.4 Representación por descripción

En lo que respecta a representación por descripción en imágenes fijas, se trata de una representación como si fueran gráficos, tal como se ha indicado previamente. Así, estándares de frecuente aplicación para la representación por descripción (vectorial) son los siguientes:

• PHIGS (Programmer’s Hierarchical Interactive Graphics): ISO 9592.

• GKS (Graphical Kernel System): ISO 7942.

• GKS 3-D: ISO 8805.

• VRML (Virtual Reality Modeling Language).


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• DXF de AutoCAD.

• Lotus PIC.

• SGO.

2.3.3 Gráficos

Un gráfico tiene internamente los mismos tipos de representación que una imagen fija. De hecho, la presentación tiene el aspecto de una imagen fija. De todas formas, es muy raro que aparezca almacenado en representación raster (digital), estando casi siempre en representación vectorial (por descripción).

La diferenciación entre un gráfico y una imagen fija está en su generación. Un gráfico se genera a partir de una base matemática o numérica de unas características, mientras que una imagen suele generarse a partir de otra imagen o con un dispositivo captador de escenas reales. De esto se deduce que el gráfico en su creación se genera directamente con una representación por descripción. De todas formas, también se llama gráfico a la representación por descripción (o vectorial) de una imagen.

A la luz de lo anterior, se puede decir que prácticamente las conversiones raster/vector o vector/raster mencionadas en la sección 2.3.2 son en realidad conversiones imagen raster a gráfico y viceversa, respectivamente. Lo particular de los gráficos es que suelen tener representación vectorial y presentación raster. El manejo habitual de un gráfico se realiza dentro del marco o modelo de sistema gráfico interactivo que se describe en los siguientes bloques que manejan recursos repartidos por el sistema de telecomunicación:

• Modelo de aplicación. Se trata de una base de datos donde residen primitivas de funciones gráficas que representan, por ejemplo, figuras sencillas con las que, a partir de transformaciones de translación, escalado (diferente en cada dimensión espacial) y rotación, así como indicaciones de textura, iluminación, sombras, etc., se pueden crear todos los gráficos que uno desee. Estas transformaciones e indicaciones constituyen unos atributos (parámetros) con sus valores correspondientes (se trata de una representación por descripción). Se pueden tener también en la base de datos las composiciones generadas anteriormente como primitivas para nuevos gráficos. Entre estas composiciones generadas, pueden incluirse imágenes que aparezcan con representación por descripción, puesto que ya se ha dicho que su representación es idéntica a la de un gráfico.

• Sistema gráfico o “Kernel”. Es una librería de funciones que efectúa indexaciones sobre el modelo de aplicación, y ofrece una interfaz normalizada a los otros bloques del sistema. Así, estas funciones pueden ofrecer vistas diferentes del modelo a partir de llamadas del programa de aplicación (bloque siguiente) indexando con valores de atributos sobre el modelo de aplicación (base de datos).

• Programa de aplicación. Es un programa normalmente compuesto por un usuario, que puede operar con interfaz normalizada sobre los otros bloques.

Dado que los gráficos suelen adoptar la representación por descripción, no hay una idea concreta de las necesidades de recursos de almacenamiento en intercambio, puesto que dependen de la complejidad del gráfico. No obstante, sí se pueden dar unas líneas de caracterización de los gráficos como sigue:

• La creación y la presentación del gráfico requieren gran capacidad de cálculo (se hace a partir de un modelo matemático o numérico), por lo que sí consumen gran cantidad de recursos de sistema operativo y de presentación.

• La gran cantidad de información manejada en gráficos con gran realismo (técnicas de “rendering”) requiere grandes capacidades de almacenamiento e/o intercambio.

Esta caracterización hace que se traten los requisitos generados por los gráficos de alguna de las formas siguientes, según sea posible:


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• Generación, presentación, almacenamiento e intercambio en tiempo real si la infraestructura del sistema de telecomunicación versus complejidad del gráfico lo permite. En esto se basan la realidad virtual, donde el modelo de aplicación contiene bases de datos pobladas con gráficos y la indexación de dichas bases de datos se realiza (entre otros atributos) con los movimientos físicos realizados por el usuario y captados por los recursos de presentación del sistema (casco especial, guantes especiales, etc.). Se requiere tiempo real en la realidad virtual porque el sistema desconoce los movimientos futuros del usuario, por lo que tiene que recalcular, generar, extraer del sistema de almacenamiento, transmitir y presentar en tiempo real el resultado sobre el gráfico de dichos movimientos cuando se producen.

• Si la infraestructura del sistema no permite un manejo del gráfico en tiempo real, entonces hay que acudir a la animación. Aparece de nuevo aquí el balance de requisitos de recursos: si el gráfico tiene representación raster en los recursos de almacenamiento e intercambio, salen penalizados dichos recursos con ventaja para los recursos de presentación; en cambio, si el gráifco tiene una representación vectorial en dichos recursos de almacenamiento e intercambio, salen penalizados los recursos de presentación, que tienen que tener mucha mayor capacidad para recalcular y presentar el gráfico al usuario.

Dado que, como se ha indicado, un gráfico es internamente representado en forma vectorial (representación por descripción) la mayor parte de las ocasiones (y de hecho si no no se habla de gráfico, sino de imagen raster asociada), los estándares de representación de gráficos son los mismos que los indicados para las imágenes fijas con representación vectorial, es decir:

• PHIGS (Programmer’s Hierarchical Interactive Graphics): ISO 9592.

• GKS (Graphical Kernel System): ISO 7942.

• GKS 3-D: ISO 8805.

• VRML (Virtual Reality Modeling Language).

• DXF de AutoCAD.

• Lotus PIC.

• SGO.

2.3.4 Vídeo

2.3.4.1 Generalidades

Aparte de la representación analógica, el vídeo puede adoptar:

• La representación digital, con muestras relacionadas inter/intra cuadros. Dada dicha relación se puede aplicar par la utilización de esquemas de codificación de fuente.

• La representación por descripción, definiendo objetos por segmentación y clasificación, y definiendo las interfaces de este objeto (gramáticas) que hacen posible su invocación por parámetros (atributos) y sus valores. Se llama “vídeo indexado” o “indexación de vídeo” a la recuperación de vídeo representado por descripción por medio de la indexación de los objetos definidos. Los metadatos de vídeo pueden ser en general de los siguientes tipos:

⇒ descriptivo (director, productor, título, etc.), basados en contenidos.

⇒ basado en contenidos (elementos de vídeo como cambios de escenas, texturas, colores, incluso detección de personas por reconocimiento y seguimiento de caras, “violencia”, etc.).

⇒ estructurales (por ejemplo, la banda numérica de tiempo que acompaña la secuencia de audio/vídeo, para poder recuperar por tiempo un trozo de secuencia de vídeo, o definición de tomas agrupadas en escenas con contenido semántico similar, de forma que se puedan recuperar unidades semánticas específicas de una secuencia de vídeo).

Entre los parámetros más importantes para caracterizar una señal de vídeo se encuentran los siguientes:


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• La resolución vertical, o número de líneas utilizadas para representar las imágenes.

• La relación de aspecto, que representa el cociente entre la anchura y la altura de las imágenes.

• La velocidad de refresco, o número de imágenes por segundo visualizadas.

• La característica cromática de la señal: monocroma (niveles de gris) o color.

• La frecuencia de muestreo, que puede ser diferente en las señales monocromas y en las que presentan componentes de color.

• Formato de barrido, que puede ser entrelazado o progresivo. En el entrelazado se barren alternativamente líneas pares y líneas impares de la imagen, en un intento por reducir la velocidad necesaria de refresco de la imagen para engañar a la retina del ojo. De esta forma, cada cuadro de imagen consta de dos campos (campo de líneas pares y campo de líneas impares, o campo par y campo impar); con esto, la velocidad de refresco en campos por segundo es el doble que la expresada en cuadros por segundo. En el barrido progresivo se barren ordenadamente todas las líneas de la imagen desde la primera hasta la última; en este caso, los conceptos de cuadro y campo coinciden.

Como única incursión por la representación analógica, el vídeo en esta representación puede tener las siguientes alternativas:

• Señal en componentes. Se tiene como tres señales roja, verde y azul - RGB (o cian, púrpura y amarillo - CMY). Este esquema ofrece la desventaja de un mayor ancho de banda necesario, puesto que en principio las tres señales son de igual peso, mientras que en el caso de señal compuesta la luminancia tiene mayor ancho de banda que las crominancias (la luminancia requiere 5 MHz de ancho de banda, mientras que para las crominancias basta un ancho de banda ligeramente inferior a 1 MHz). Además, es necesario un perfecto sincronismo entre las componentes transmitidas para poder recuperar la imagen en la presentación del receptor. Por otro lado, elimina la diafonía que surge en la señal compuesta (que se describe a continuación) y la luminancia es compatible con la visión B/N. La relación fundamental que liga la señal compuesta con la señal en componentes es una transformación lineal de tres ecuaciones con tres incógnitas. La luminancia conocida como Y es Y = 0,30R + 0,59G + 0,11B. La crominancia roja utilizada es (en Europa) conocida como U = R - Y, y la azul como V = B - Y. Alternativamente, en USA y Japón se utilizan las señales de crominancia I, Q, donde I = 0,6R + 0,28G - 0,32 B; Q = 0,21R - 0,52G + 0,31B.

• Señal compuesta. Se tiene como luminancia más crominancias roja y azul. La crominancia verde se puede extraer por combinación lineal de la luminancia y las crominancias roja y azul. Las dos crominancias se combinan en una modulación única de amplitud de dos portadoras en cuadratura, y el espectro de esta modulación se imbrica en el espectro de la luminancia, aprovechando el carácter pseudoperiódico de las señales de vídeo, cuyos espectros ofrecen quasi-nulos entre los mútiplos de la frecuencia de línea. Ofrece diafonía crominancia/luminancia, porque las señales son únicamente pseudoperiódicas y por tanto el imbricado no es perfecto.

• S-vídeo. El formato S-vídeo representa una solución de compromiso entre la calidad suministrada por la señal en componentes y el vídeo compuesto. En este formato, la señal de vídeo se representa con dos componentes: luminancia Y y crominancia C. La señal de luminancia es la misma que la ya descrita para las otras modalidades de vídeo. La señal de crominancia se obtiene a partir de las señales I, Q (en NTSC), o U,V (en PAL). Una vez generadas, se suman, originando con ello una señal C modulada en amplitud en cuadratura (QAM), que al no ser combinada con la señal de luminancia evita los posibles problemas de solapamiento espectral que aparecen en la modalidad de vídeo compuesto descrita más arriba.

Básicamente, existen tres tipos de señales de vídeo compuesto, utilizadas en diferentes países del mundo: NTSC, SECAM y PAL. El sistema PAL es el utilizado en la mayor parte de Europa, incluyendo España. Sus parámetros más importantes son:


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• Relación de aspecto de la imagen: 4/3.

• Formato de barrido: entrelazado.

• Número de cuadros/segundo: 25 (50 campos/s).

• Número de líneas/cuadro: 625 (312,5 líneas/campo).

• Número de líneas activas/cuadro: 575 (287,5 líneas visibles/campo).

• Período de una línea: 1/(25x625) = 64 µs.

• Período visible de una línea = 51,95 µs.

• Relación de muestreo 2:1, es decir, 13,5 MHz para la luminancia y 6,75 MHz para las crominancias.

• Ancho de banda necesario del orden de 5,5 MHz, incluyendo sonido.

Resulta en este punto interesante justificar una estimación del ancho de banda de una señal compuesta PAL. El cálculo se hace considerando el caso peor (mayor ancho de banda posible). Para ello se toma una imagen de un damero, en el que cada cuadro equivale a un píxel; de esta forma, la imagen es píxel blanco, píxel negro, píxel blanco, píxel negro, etc... Con esta imagen, en número de períodos de onda cuadrada es igual al número de píxeles total de la imagen dividido entre dos. Con 625 líneas por cuadro y la relación de aspecto habitual del PAL (4/3), se tiene así un número total de ondas cuadradas en un cuadro de imagen que responde a la expresión: ½ x 625 x 625 x 4/3. Si esta cantidad se repite a razón de 25 cuadros por segundo (PAL), se tiene un valor de ½ x 625² x 4/3 x 25 = 6,5 MHz. Dado que la imagen del damero es el caso peor, casi nunca se tiene en realidad dicha imagen en condiciones reales, y el ojo tiene limitaciones por las que resulta absurdo crear un sistema que reproduzca imágenes mejor de lo que el ojo exige (por tanto con costes innecesarios), se multiplica este ancho de banda por un factor reductor (factor de Bredford-Kell) que resulta ser del orden de 0,75, con lo que 6,5 x 0,75 = 5 MHz (aproximadamente).

Al igual que las imágenes fijas, es difícil tratar con el vídeo sin la aplicación de esquemas de codificación de fuente, puesto que es un medio de información que consume gran cantidad de recursos en el sistema, sobre todo de almacenamiento e intercambio si se utiliza la representación digital (la más extendida). Así, no se concibe hablar de vídeo sin asociarlo directamente a un esquema de codificación de fuente determinado (se habla así de vídeo MPEG-1, vídeo H.261, etc.). Para apoyar estas ideas, se dan a continuación unas cifras que dan idea de los recursos que serían necesarios para manejar vídeo en su representación digital sin aplicar dicha codificación de fuente adicional:

• Codificación PAL en componentes YUV 4:2:2 para transmisión (UIT-R BT601). La frecuencia de muestreo es 13,5 MHz para la luminancia (Y), mientras que para las crominancias roja (U) y azul (V) es la mitad, 6,75 MHz. Si la resolución es a 8 bpp, se tiene (13,5 + 6,75 + 6,75) x 8 = 216 Mbps. Este régimen binario es extremadamente alto para su manejo razonable en muchos sistemas y servicios.

• Almacenamiento de un cuadro PAL en componentes “true colour” (24 bpp), a resolución VGA (680 x 480). Se tiene 640x 480 x 24 = 7372800 bits/cuadro.

• Si se intenta reproducir el cuadro anterior, habrá que dotar al sistema con unos recursos de almacenamiento e intercambio que sean capaces de extraer en tiempo real la información y enviarla a un régimen binario de 7372800 bits/cuadro x 25 cuadros/s = 184320000 bps (en el caso de HDTV esta cifra habría subido hasta los alrededores de 1 Gbps.

Aparece así la necesidad de un conjunto de esquemas de codificación de fuente habitualmente utilizados en vídeo. Estos sistemas pueden clasificarse como sigue:

• Esquemas basados en HW:

⇒ Simétricos (p. ej. SG3/Picturetel, CD-V Compression Labs., Motion JPEG que puede estar basado en SW según la velocidad de los recursos de presentación, UIT-T H.261, etc.).

⇒ Asimétricos (p. ej. DVI/Intel, CD-I Philips Motorola, MPEG / ISO, que pueden estar basados en SW según la velocidad de los recursos de presentación y el miembro de la familia MPEG-x, etc.).


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• Esquemas basados en SW (p. ej., AVI “video for windows”/Microsoft, Quicktime/Apple, Ulti/Photomation/IBM, etc.).

2.3.4.2 La recomendación UIT-R BT 601

2.3.4.2.1 Digitalización de vídeo en componentes

La determinación de las características de un sistema estándar para vídeo en componentes fue el objetivo de la recomendación UIT-R BT 601. Los formatos de muestreo y codificación de esta recomendación son la base para la aplicación de los demás estándares de codificación de vídeo, y de ahí su extremadísima importancia.

La recomendación UIT-R BT 601 combinó aspectos de la recomendación 625/50 de EBU (documentos técnicos 3246 y 3247) con el informe 525/59,94 de la SMPTE RP 125. El resultado no fue una frecuenica de muestreo, sino una familia de frecuencias basadas en la frecuencia clave de 13,5 MHz.

Muestreando a fs = 13,5 MHz se obtienen 864 muestras por período de línea a 625/50, y 858 muestras en 525/59,94. Si se desean anchos de banda inferiores por limitaciones en el canal disponible, o menor cantidad de información por limitaciones en el subsistema de almacenamiento, la frecuencia de muestreo puede substituirse por 3fs/4 = 10,125 MHz, fs/2 = 6,75 MHz, o bien fs/4 = 3,375 MHz. En la nomenclatura habitual se suele designar por un 1 a la frecuencia más baja (3,375 MHz), por un 2 a 6,75 MHz, por un 3 a 10,125 MHz, y por un 4 a 13,5 MHz. De esta manera, cuando se desea trabajar con máxima calidad en componentes, se suele utilizar el formato RGB con 4:4:4, indicando con ello que las tres componentes primarias se muestrean a 13,5 MHz. En postproducción, donde se suele trabajar con componentes en luminancia y diferencias de color (Y, R-Y, B-Y), es decir, luminancia y crominancia (Y, U, V), se suele muestrear a 4:2:2, indicando con ello que la luminancia va muestreada a 13,5 MHz, y las señales de diferencia de color a 6,75 MHz. Cuando es probable que la señal vaya a ser emitida por PAL o NTSC, resulta aún aceptable un estándar de 4:1:1, ya que todavía proporciona un ancho de banda superior a 1 MHz en las señales de crominancia. Si la velocidad de transferencia de datos es crítica (como ocurre en aplicaciones ENG “Electronic News Gathering”), se puede llegar a usar 3:1:1. Con los factores 3 y 1 surge un problema en el formato 525/59,94, ya que no proporciona un número entero de muestras por línea, lo cual dificulta el procesamientoen producción.

Algunos sistemas de compresión de vídeo hacen uso de un tipo particular de muestreo, denominado 4:2:0. Con ello, no se quiere indicar que una de las componentes no se muestrea en absoluto. La denominación 4:2:0 es un caso particular, con el que se indica que la luminancia Y se muestrea a 13,5 MHz, mientras que las señales diferencia de color R-Y y B-Y se muestrean a 6,75 MHz en una línea sí y otra no, es decir, que una línea va muestreada a 4:2:2 y la siguiente a 4:0:0.

La Tabla 1 indica el número de muestras que se obtienen según la frecuencia utilizada de muestreo de acuerdo con el patrón de 13,5 MHz dividido apropiadamente. La Tabla 4 muestra los parámetros básicos de codificación según la recomendación UIT-R BT 601 para las familias RGB 4:4:4 e YUV 4:2:2 con relación de aspecto 4/3. La Tabla 3 muestra los mismos parámetros para una relación de aspecto 16/9. En todos los casos se especifica siempre la utilización de codificación MIC con cuantificación uniforme, con 8 bpp por cada muestra tanto para los primarios de color como para la luminancia o las crominancias. Opcionalmente, permite la utlización de 10 bpp. Los valores mostrados en las tablas se pueden reducir algo si no se envía la información de sincronismos.

Indicativo de frecuencia Número de muestras

PAL NTSC

4 864 858


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3 648 643,5

2 432 429

1 216 214,5 Tabla 1 - Número de muestras proporcionado por cada una de las frecuencias de muestreo para componentes, derivadas de 13,5 MHz

(recomendación UIT-T BT 601)

Parámetro Sistema 625/50 Sistema 525/59,94

Total Visible Total Visible

Entrelazado 2:1 2:1

Campos/segundo 50 59,94

Líneas/cuadro 625 576 525 484

Columnas/cuadro

RGBY 864 720 858 720

UV 432 360 429 360

Régimen binario (Mbps)

RGBY 108 82,944 107,999 83,552

UV 54 41,422 53,999 41,776

Total RGB 4:4:4 324 248,832 323,997 250,656

Total YUV 4:2:2 216 165,788 215,997 167,104 Tabla 2 - Parámetros de codificación según la recomendación UIT-R BT 601 para las familias RGB 4:4:4 e YUV 4:2:2 con relación de

aspecto 4/3

Parámetro Sistema 625/50 Sistema 525/59,94

Total Visible Total Visible

Entrelazado 2:1 2:1

Campos/segundo 50 59,94

Líneas/cuadro 625 576 525 484

Columnas/cuadro

RGBY 1152 960 1144 960

UV 576 480 572 480

Régimen binario (Mbps)

RGBY 144 110,592 143,999 111,402

UV 72 55,296 71,999 55,701


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Total RGB 4:4:4 432 331,776 431,997 334,206

Total YUV 4:2:2 288 221,184 287,997 222,804 Tabla 3 - Parámetros de codificación según la recomendación UIT-R BT 601 para las familias RGB 4:4:4 e YUV 4:2:2 con relación de

aspecto 16/9

2.3.4.2.2 Digitalización de vídeo compuesto

Si lo que se pretende es digitalizar vídeo compuesto, se debe considerar que la señal es más compleja, ya que consta de la luminancia y la crominancia entrelazadas espectralmente. Según el criterio de Nyquist, cualquier frecuenica de muestreo que permita un ancho de banda suficiente (atendiendo al factor de Bredford-Kell) será capaz de digitalizar vídeo compuesto manteniendo su nivel de calidad. Sin embargo, si se considera la posibilidad de procesar la señal en el dominio digital y la conveniencia de facilitar la labor del diseño de los filtros de conversión A/D y D/A, resulta conveniente relacionar la frecuencia de muestreo con la frecuencia de la subportadora de color fsc, utilizando entonces una frecuencia de muestreo que sea un múltiplo entero del valor de dicha subportadora. Aunque trabajar a 3fsc ya supera la frecuencia de Nyquist, lo normal es trabajar a 4fsc porque simplifica aún más el diseño de los filtros y proporciona mayor margen para evitar el posible aliasing.

La Tabla 4 muestra los datos fundamentales de un muestreo de vídeo compuesto en los sistemas PAL y NTSC.

Estándar PAL NTSC

Ancho de banda (MHz) 5,5 4,2

Subportadora de color (MHz) 4,43 3,58

Frecuencia de muestreo 4fsc (MHz) 11,72 14,318

Muestras por línea 1134 910

Muestras activas por línea 939 768

Régimen binario a 8 bpm (Mbps) 141,8 114,5 Tabla 4 - Frecuencias de muestreo y número de muestras manejados habitualmente con señales de vídeo compuesto

2.3.4.2.3 Estándares más relevantes en codificación

A la vista de los resultados anteriores de regímenes binarios, queda patente la necesidad de reducir este volumen de información tanto para almacenamiento como para transmisión. Entre los estándares más importantes destacan:

• UIT-T J.81

• UIT-T H.261

• UIT-T H.263

• ISO MPEG-1

• ISO MPEG-2

• ISO MPEG-4

• Adicionalmente, se puede hablar de ISO M-JPEG, DVI, y algunas basadas en tecnología CD como CD-I, DVD, etc.


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Se describen a continuación los esquemas más importantes de los enunciados en la lista anterior. No hay que perder de vista que la finalidad de la descripción ofrecida no es la compresión de la forma de operar interna de los diferentes esquemas de codificación, sino la carga que originan en un sistema de telecomunicación. Por tanto, el análisis tendrá como base dar la información suficiente para poder efectuar una comparativa de calidades versus aplicaciones y versus ancho de banda, velocidades binarias, campos por segundo, etc.

2.3.4.2.3.1 UIT-T J.81

Este sistema de compresión se corresponde con el estándar ETSI ETS 300 174, y está destinado a la codificación de señal de TV digital en componentes para la transmisión de información de vídeo con calidad de contribución, en el tercer nivel de la jerarquía digital plesiócrona, es decir, típicamente en E3 a 34 Mbps (estándar europeo). Sus parámetros más importantes son:

• Régimen binario (Europa): entre 26 y 45 Mbps (típicamente E3 a 34 Mbps).

• Formato de entrelazado 2:1.

• Submuestreo de crominancia 4:2:2.

• Tamaño de imagen: según la recomendación UIT-R BT601 (véase Tabla 2 y Tabla 3).

• Tasa de campos: 50 Hz (625/50) y 59,94 (525/59,94).

• Técnica de compresión de vídeo: basada en un esquema híbrido predictivo y haciendo uso de la transformada discreta del coseno DCT.

2.3.4.2.3.2 UIT-T H.261

La recomendación UIT-T H.261 proporciona un esquema de compresión de vídeo para transmisión mediante canales telefónicos de p x 64 kbps. Realmente, esta recomendación se corresponde con la parte dedicada a vídeo de la recomendación UIT-T H.320 “Sistemas de telefonía visual de banda estrecha”.

H.261 es una recomendación de la UIT que se aplica fundamentalmente en sistemas que llevan videoconferencia. Es un esquema de codificación simétrico, y relativamente de bajo coste en ambos terminales, pues se puede instalar una tarjeta en un PC. El sistema operativo de un PC con características mínimas razonables es capaz de gobernar la información multimedia en tiempo real, extrayéndola e insertándola en los recursos de almacenamiento, codificando y decodificando en los recursos de representación, enviándola a los puertos de entrada y salida para el intercambio en red, etc.

No obstante lo anterior, no es el esquema de codificación que mayor calidad proporciona. La calidad es creciente a medida que la velocidad binaria aumenta, y la recomendación prevé velocidades p x 64 kbps, siendo compatible con los accesos de RDSI, tanto básico (64 y 2 x 64) como primario (hasta 2 Mbps). La codificación y decodificación, como se ha mencionado, es en tiempo real y el algoritmo utilizado está basado en DCT (Transformada discreta del coseno) de forma similar al JPEG modo base utilizado en imágenes fijas, con la adición de codificación interframe y estimación de movimiento. El flujo de datos que sale del codificador es de velocidad constante (FBR, Fixed Bit Rate), porque realiza una cuantificación con adaptador del escalón del cuantificador precisamente para buscar esa finalidad. Pueden existir realizaciones físicas en HW y en SW de dicho codificador y descodificador.

Los parámetros más importantes son:


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• Régimen binario: entre 40 kbps y 2 Mbps.

• Formato de entrelazado: 1:1 (progresivo).

• Submuestreo de crominancia: 4:2:0.

• Tamaño de imagen:

⇒ Submuestreo CIF de UIT-R.601 (Common Intermediate Format), con la luminancia Y en 288 filas de 352 píxeles cada una, las crominancias U,V en 176 filas de 144 píxeles cada una, y 29,97 cuadros por segundo. Con esta variante se puede utilizar una velocidad binaria de 36,45 Mbps.

⇒ Submuestreo QCIF de UIT-R.601 (Quarter Common Intermediate Format), con la luminancia Y en 144 filas de 176 píxeles cada una, las crominancias U,V en 72 filas de 88 píxeles cada una, y 29,97 cuadros por segundo. Con esta variante se puede utilizar una velocidad binaria de 9,115 Mbps.

• Tasa máxima de cuadros: 29,97 Hz. Posible supresión de hasta 3 cuadros consecutivos.

• En aplicaciones de vídeotelefonía, se suele utilizar valores de p=1 ó 2, con formato QCIF y 10 cuadros/segundo.

• En aplicaciones de vídeoconferencia, se suele usar p = 6, con formato CIF.


2.3.4.2.3.3 UIT-T H.263

El sistema de codificación de vídeo basado en la recomendación UIT-T H.263 fue diseñado para transmisión de información visual en comunicaciones con bajas tasas binarias, del orden de decenas de kbps. Esta recomendación se corresponde con la parte dedicada a vídeo de la recomendación UIT-T H.324 “Terminal para comunicaciones multimedia con bajas tasas binarias”.

Los parámetros carácteristicos son:

• Régimen binario máximo: 20 kbps.



• Tamaño de imagen (véase Tabla 5).

• Tasa máxima de cuadros: 29,97 Hz. Posible supresión de cuadros consecutivos.


sub-QCIF QCIF CIF 4CIF 16CIF

Y 128 x 26 176 x 144 352 x 288 704 x 576 1408 x 1152

U,V 64 x 48 88 x 72 176 x 144 352 x 288 704 x 576 Tabla 5 - Tamaños de imagen en UIT-T H.263


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2.3.4.2.3.4 ISO MPEG-1

El estándar ISO/IEC 11172 se conoce como MPEG-1, donde el acrónimo MPEG proviene de Moving Picture Experts Group. Especifica un sistema de codificación de vídeo y su audio asociado, con velocidades binarias desde 1,5 Mbps, inicialmente pensado para almacenamiento en dispositivos CD-ROM interactivos, aunque posteriormente se ha utilizado también para aplicaciones de transmisión de audio y vídeo sincronizados.

La calidad de vídeo resultante es aproximadamente la de una representación analógica en VHS. A diferencia de H.261, el codificador no proporciona una salida a velocidad binaria constante, sino variable (VBR, Variable Bit Rate). Para poder utilizar este esquema de codificación en un sistema que requiera velocidad constante, existe un buffer a la salida del codificador que absorbe las variaciones de velocidad binaria de la salida del codificador, por lo que se dice que la velocidad binaria de MPEG-1 es constante “por control de buffer”.

A diferencia también de H.261, es un esquema de codificación asimétrico. No obstante, con las capacidades de sistema operativo de los actuales HW, se puede llevar a cabo la codificación y descodificación en tiempo real mediante SW dedicado en dispositivos HW de uso general, sobre todo la descodificación incluso en sistemas basados en PC. A expensas de la asimetría del esquema de codificación, la calidad es mejor que el H.261. El estándar especifica unos valores máximos para los parámetros, incluída la velocidad binaria; no obstante, el esquema de codificación está optimizado para una velocidad binaria objetivo del orden de 1,15 Mbps, dejando para el audio el resto hasta 1,5 Mbps. Este valor coincide con la velocidad que se utiliza en los sistemas CD-DA, por lo que, como ya se ha indicado, MPEG-1 es un esquema de codificación de vídeo apropiado para drivers de CD-ROM.

El audio en MPEG-1 tiene tres niveles de calidad (velocidades máximas en cada nivel), de valores 448, 384 y 320 kbps, que pueden bajar hasta 32 kbps en escalones de 16 kbps. Las muestras son de 16 bits (un rasgo más de compatibilidad con la calidad CD-DA) y con posibilidad de mono, estéreo, o dos canales independientes (dual).

La norma no especifica parámetros fijos, sino valores máximos. Con esta premisa, los parámetros más relevantes de este tipo de codificación de vídeo son:

• Tamaño máximo de cuadro: hasta 4096 x 4096.

• Tasa de cuadros: ciertos valores predeterminados entre 23,976 y 60 Hz.

• Velocidad de transmisión: hasta 105 Mbps (optimizado como se ha dicho antes a 1,15 para vídeo).




• Optimización de la recomendación para otros parámetros (que lo hagan compatible con almacenamiento en CD-ROM) como sigue:

⇒ Tamaño de imagen (véase).

⇒ Tasa de cuadros: 25 Hz (SIF-625) y 29,97 Hz (SIF-525). SIF significa Source Input Format.

⇒ Velocidad total de transmisión: 1,5 Mbps.

⇒ Velocidad de transmisión de vídeo: 1,15 Mbps.


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SIF-625 SIF-525

Y 352 x 288 352 x 240

U,V 176 x 144 176 x 120 Tabla 6 - Formatos de imagen en ISO MPEG-1

2.3.4.2.3.5 ISO MPEG-2

El estándar ISO/IEC 13818 se conoce como MPEG-2. Especifica un sistema de codificación de vídeo y su audio asociado, con velocidades binarias que en un principio se ciñeron al rango de 3 a 15 Mbps. Inicialmente, fue concebido para almacenamiento y transmisión de vídeo entrelazado, aplicación para la que está optimizado. No obstante, admite variantes para varios formatos de vídeo, tanto entrelazado como progresivo, con diferentes tamaños de cuadro y velocidades de transmisión.

Este estándar recoge también los trabajos realizados en su momento por el grupo denominado MPEG-3, encaminado a proporcionar especificaciones para la compresión y transmisión de HDTV con velocidades binarias entre 20 Mbps y 80 Mbps. De esta forma, el rango final de MPEG-2 viene a ser entre 2 y 80 Mbps.

MPEG-2 representa una mejora de calidad con respecto a MPEG-1 en sistemas donde pueda implantarse o sea requerido por las especificaciones. Por los rangos de velocidades binarias mencionados, MPEG-2 cubre un espectro de valores desde donde lo deja MPEG-1 hasta HDTV (TVAD). Por ejemplo, una calidad equivalente a PAL se logra alrededor de los 5 ó 6 Mbps.

MPEG-2 define para el vídeo dos tipos de parámetros fundamentales:

• Perfil: especifica diferentes parámetros que afectan al algoritmo de codificación. Existen, básicamente, cinco perfiles diferentes, que se correponden con los cinco modos de funcionamiento del codificador:

⇒ Simple.

⇒ Principal.

⇒ Escalabilidad SNR.

⇒ Escalabilidad espacial.

⇒ Alto.

• Nivel: limita los valores de los parámetros que caracterizan a la señal (filas, columnas, tasa de cuadros, etc.) y a la velocidad de transmisión. Existen cuatro niveles. La definición final para cada aplicación es una combinación de un nivel con un perfil (véase Tabla 7 para valores de los diferentes niveles en el perfil principal):

⇒ Alto.

⇒ Alto 1440.

⇒ Principal.

⇒ Bajo.

Nivel Tamaño imagen Tasa cuadros máx. Velocidad máx.


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62

Alto 1920 x 1152 59,94 80 Mbps

Alto 1440 1440 x 1152 59,94 60 Mbps

Principal 720 x 576 29,97 15 Mbps

Bajo 352 x 288 29,97 4 Mbps Tabla 7 - Niveles en MPEG-2: valores para el perfil principal de algunos parámetros

Como se ha comentado, la definición del codificador es la combinación de un nivel con un perfil. Los cinco perfiles y los cuatro niveles general un conjunto de 20 combinaciones posibles. Las variantes son tan numerosas que no resulta práctico para los fabricantes construir un codificador/decodificador universal. Actualmente, el interés se centra en el Perfil Principal (Main Profile) con el Nivel Principal (Main Level), denominado como MP@ML, que cubre los formatos de televisión convencional, bien a 59,94 Hz o a 50 Hz. Dado que el propósito fundamental de la codificación es la transmisión y el almacenamiento, normalmente se utiliza submuestreo de crominancia del tipo 4:2:0, aunque también es posible mejorar la calidad utilizando submuestreos 4:2:2 o incluso 4:4:4. En los estudios de producción se está utilizando últimamente el formato de submuestreo 4:2:2, designándose a esta configuración como 422P@ML.

El audio en MPEG-2 tiene cinco canales completos más que MPEG-1, y siete canales para comentarios y operación multidiomas. Todos los formatos MPEG-1 se pueden procesar con MPEG-2, pero al revés no siempre es compatible.

Dado que la especificación de un canal MPEG-2 en un sistema es en realidad una especificación de velocidad binaria y/o espacio disponible y/o capacidad de manejo de una determinada QoS en tiempo real por un determinado sistema operativo, etc., es muy común que los recursos especificados en principio para un canal MPEG-2 se utilicen en algún momento para varios canales MPEG-1.

La complejidad y la velocidades binarias que se manejan en MPEG-2 hacen que sea fundamentalmente basado en arquitecturas HW para su codificación e incluso para su decodificación, siendo ésta última más simple por ser un esquema de codificación asimétrico. No obstante lo anterior, esta afirmación tiene siempre carácter temporal, pues a medida que aumentan las capacidades de los sistemas operativos y la velocidad de los dispositivos HW, es cada vez más factible realizar la codificación y sobre todo la descodificación con SW de propósito general en dispositivos HW no dedicados.

La técnica de compresión de vídeo está basada en un esquema híbrido predictivo y hace uso de la transformada discreta del coseno DCT.

2.3.4.2.3.6 ISO MPEG-4

El grupo de trabajo MPEG-4 se creó en 1993 como una parte del comité ISO MPEG. El objetivo original de este grupo era la generación de un estándar nuevo de codificación de vídeo para aplicaciones con velocidades binarias muy bajas (típicamente sub 64 kbps). La planificación inicial pretendía incorporar al estándar los nuevos algoritmos de codificación a lo largo del año 1997. No obstante, el desarrollo de nuevos algoritmos con capacidad de compresión mayor a la lograda por el estándar UIT-T H.263 no parece viable en los próximos años, con lo cual se optó por modificar los objetivos iniciales del grupo de trabajo MPEG-4. De esta forma, los esfuerzos se encaminaron en la línea de localizar nuevas áreas de aplicación no cubiertas completamente por los estándares ya consolidados, incluyendo servicios audiovisuales que requieran comunicaciones móviles, interactividad entre varios usuarios, e integración con todo tipo de datos multimedia. Así, el estándar MPEG-4 se ha transformado en un codificador audiovisual genérico, que tendrá capacidad para dar soporte a las siguientes áreas funcionales:

• Codificación basada en contenidos (es decir, basada en los objetos contenidos en la escena).


___________________________________________________________________________

____________________________________________________________________

63

• Manipulación de información multimedia.

• Sistemas de codificación eficientes, que permitan altas tasas de cuadros por segundo.

• Sistemas robustos frente a posibles errores en la transmisión.

Actualmente, el estándar de vídeo propuesto se basa en el estándar UIT-T H.263, aunque se está trabajando para dotar al sistema de la suficiente flexibilidad como para que el usuario sea capaz de introducir sus propias variantes al algoritmo de codificación. Esto implica la necesidad de estructurar el sistema MPEG-4 en torno a conjuntos de funciones, de talmanera que en la transmisión y el almacenamiento no sólo se suministren los daots, sino también la información necesaria para que el receptor o el recuperador de información sea capaz de implementar el algoritmo para descodificar la información.

2.3.4.2.3.7 DVI

DVI utiliza dos técnicas de compresión:

• Asimétrica: PLV (presentation level video), con mejor calidad.

• Simétrica: RTV (real time video), con calidad de imagen reducida en procesadores limitados, a costa de ganar en la propiedad de simetría.

DVI define una trama de datos en la que se incluye audio en PCM o ADPCM. La velocidad binaria conseguida es de 1,4 Mbps, lo que hace apropiado este esquema de codificación para su empleo en drivers de tipo CD-ROM (como tal nació para este fin, compitiendo con CD-I).

2.3.4.2.3.8 Tecnolog�a CD

2.3.4.2.3.8.1 CD-DA (Compact Disk - Digital Audio)

Una parte del contenido de esta sección ya es conocido. No obstante merece la pena destacar aquí un pequeño resumen porque es la base de las secciones posteriores, cuyos contenidos se edifican sobre el primitivo CD-DA.

En un CD-DA, la velocidad binaria es 16 bits/muestra x 2 canales (estéreo) x 44100 Hz (muestreo de Nyquist) = 1411200 bps.

Un CD-DA proporciona como mínimo 74 minutos de reproducción, y entonces su capacidad debe ser 74 minutos x 1411200 bps x 60 s/min / 8 bits/octeto = 783 MB.

La relación S/N, como salida de un cuantificador uniforme, crece a razón de 6 dB/bit. Por tanto, quedará S/N = k + 6n, siendo n el número de bits por muestra, que en este caso es 16. Se demuestra que k es de valor 2 en esta aplicación, por lo que queda S/N = 98 dB.

La localización de unidades de sonido en un CD-DA no es demasiado fina, pues únicamente se permite acceso directo a pistas y algunos índices.

2.3.4.2.3.8.2 CD-ROM

El CD-ROM se diseñó inicialmente como el formato del almacenamiento para datos de propósito general en un ordenador. Posteriormente se pensó en que fuera la base de almacenamiento también de otros medios de información. Así, las pistas de un CD-ROM pueden ser de dos tipos:


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____________________________________________________________________

64

• Audio (corresponden directamente a CD-DA).

• Datos.

La localización de unidades de datos / sonido se hace de forma mucho más fina en CD-ROM que en CD-DA. La información se halla ordenada en bloques. Existen dos modos de capacidad y velocidad binaria de datos:

• Modo 1, con capacidad de 660 MB y velocidad binaria de 1200000 bps (datos de ordenador).

• Modo 2, con capacidad de 778 MB y velocidad binaria de 1401600 bps (datos comprimidos de audio, vídeo o gráficos).

2.3.4.2.3.8.3 CD-ROM / XA (CD-ROM con arquitectura extendida)

El CD-ROM fue un primer paso para almacenar conjuntamente sonido y otros medios de información, fundamentalmente datos. Obviamente, cuando se habla de una representación digital de información, datos es cualquier tipo de información. No obstante, la independencia de las pistas que almacenan diferentes tipos de información en un CD-ROM se vio como algo que podía ser superado.

Nació pues, el CD-ROM / XA con las siguientes motivaciones:

• Reproducción concurrente de diferentes medios de información.

• Grabación de diferentes medios de información (incluso comprimidos) sobre la misma pista (recuérdese que en CD-DA únicamente hay audio, y en CD-ROM se mantiene independencia entre las pistas que contienen audio y las que contienen datos).

En un análisis en el tiempo, CD-ROM / XA nació después de CD-I y DVI, por lo que estas experiencias pueden verse como antecedentes de CD-ROM / XA, precisamente porque responden a las motivaciones mencionadas de reproducción concurrente de medios de información y grabación de medios comprimidos sobre las mismas pistas.

CD-ROM / XA especifica cuatro variantes para el sonido:

• Nivel B estéreo, con compresión 4:1 respecto a CD-DA. La frecuencia de muestreo es 37800 Hz. El tiempo de reproducción es de 4 horas y 48 minutos y la velocidad binaria está alrededor de 344 kbps.

• Nivel B mono, con compresión 8:1 respecto a CD-DA. La frecuencia de muestreo es 37800 Hz. El tiempo de reproducción es de 9 horas y 36 minutos y la velocidad binaria está alrededor de 176 kbps.

• Nivel C estéreo, con compresión 8:1 respecto a CD-DA. La frecuencia de muestreo es 18900 Hz. El tiempo de reproducción es de 4 horas y 48 minutos y la velocidad binaria está alrededor de 176 kbps.

• Nivel C mono, con compresión 16:1 respecto a CD-DA. La frecuencia de muestreo es 18900 Hz. El tiempo de reproducción es de 19 horas y 12 minutos y la velocidad binaria está alrededor de 88 kbps.

2.3.4.2.3.8.4 CD-I

CD-I se desarrolló con anterioridad a la especificación CD-ROM / XA, por Philips y Sony. Realmente, CD-I fue la base de la especificación CD-ROM / XA.

CD-I fue conceptualmente diseñado únicamente para electrónica de consumo, como aditamento de un receptor de TV. Dado que en el tiempo se produjo con anterioridad a CD-ROM / XA, tiene un formato tipo CD-ROM (y no CD-ROM / XA) con:

• Entrelazado de medios de información.


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• Definición de compresión para los diferentes medios.

• Definición de un SW de sistema con CD-RTOS (Real Time Operating System).

• Definición de un HW específico para datos multimedia denominado “el decodificador”, de tamaño similar a un VCR y con interfaz posible a un receptor de TV.

Las dos características primeras de la lista son fundamentalmente las que hacen que el CD-I sea precursor del CD-ROM / XA. Los dispositivos CD-I se pueden considerar como el reemplazo y/o la extensión de los dispositivos CD-DA en el mercado de la electrónica de consumo.

El audio en CD-I tiene tres niveles de especificación:

• Nivel A. La frecuencia de muestreo es 37800 Hz, el ancho de banda es 17 kHz, la resolución del cuantificador /codificador es de 8 bpm en ADPCM, los máximos tiempos de reproducción mono y estéreo son respectivamente 4,8 y 2,4 horas. La relación S/N es 70 dB (equivalente a una calidad tipo LP).

• Nivel B. La frecuencia de muestreo es 37800 Hz, el ancho de banda es 17 kHz, la resolución del cuantificador /codificador es de 4 bpm en ADPCM, los máximos tiempos de reproducción mono y estéreo son respectivamente 9,6 y 4,8 horas. La relación S/N es 60 dB (equivalente a una calidad tipo radiodifusión FM).

• Nivel C. La frecuencia de muestreo es 18900 Hz, el ancho de banda es 8,5 kHz, la resolución del cuantificador /codificador es de 4 bpm en ADPCM, los máximos tiempos de reproducción mono y estéreo son respectivamente 19,2 y 4,6 horas. La relación S/N es 50 dB (equivalente a una calidad tipo radiodifusión AM).

El almacenamiento del vídeo en CD-I se especifica para tres formatos de resolución:

• Normal (para NTSC implica 360 x 240).

• Doble (720 x 240).

• Alta (720 x 480).

Y para cada resolución, se tiene:

• Codificación Y,U,V. Es útil para reproducción de imágenes naturales con muchos colores. Todas se codifican en 360 x 240 a 18 bpp (262144 colores). Con ello, el tamaño de cada imagen es 360x240x18 = 1555200 bits.

• Codificación utilizando CLUT (VLT o LUT) “colour look up table”. Es útil para gráficos sencillos con necesidad de acceso rápido. Hay 4 bits/píxel (16 colores, aunque puede existir como alternativa 3, 7, u 8 bits adicionales para cada píxel) a una resolución ejemplo de 720 x 240. Con ello, el tamaño de la imagen ejemplo sería 720x240x4 = 691200 bits.

• Codificación RGB. Es útil para imágenes de alta calidad. Hay 5 bits/píxel para cada componente de color más un bit adicional (5 x 3 + 1 = 16 bpp) a una resolución ejemplo de 360 x 240. Con este ejemplo, una imagen ocuparía360x240x16 = 1382400 bits.

La velocidad binaria de salida del vídeo en CD-I está en 1,4 Mbps, lo que lo hace precisamente compatible con drivers tipo CD-ROM.

2.3.4.2.3.8.5 Photo-CD


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Es un esquema desarrollado por Eastman Kodak y N.V. Philips. Se usa para fotografías de alta calidad. El almacenamiento se realiza en dispositivos especiales tipo Photo-CD, con características CD-WO (Write Once).

El proceso básico consiste en crear las fotografías convencionalmente utilizando cámaras y película, para después digitalizar a 8 bpp para luminancia y 2 x 8 bpp para cada crominancia (total 24 bpp).

2.3.4.2.3.8.6 DVD (Digital Versatile Disk - Digital Video Disk)

El DVD nació con el nombre de Digital Versatile Disk, pero popularmente se le conoce como Digital Video Disk, nombre éste que responde a las mismas iniciales DVD. La especificación DVD es el resultado de la unión de fabricantes de las industrias cinematográfica e informática para evitar incompatibilidad de formatos.

DVD presenta las siguientes variantes:

• DVD - Vídeo, para películas en MPEG-2 y Dolby AC-3 para audio multicanal.

• DVD - ROM, para datos y SW.

• DVD - Audio, con lector compatible con el de un CD-DA.

La capacidad de un DVD utilizando las dos caras es de 17 GB, y la velocidad binaria de salida de datos, vídeo y audio máxima es de 10,08 Mbps. Estas características hacen este dispositivo idóneo para el almacenamiento de películas en alta calidad, y puede ser el substituto de los CD-DA y VCR domésticos conjuntamente.

En relación con el DVD, se puede hablar de tres aspectos: reproducción, grabación y autoría.

La reproducción de un DVD se puede resumir en las siguientes características:

• 480 líneas de vídeo.

• Lector compatible para recuperar CD-DA.

• Salidas estéreo, vídeo compuesto, S-Vídeo (supervídeo).

• Acceso a 32 tipos diferentes de subtítulos, 8 pistas de diálogo en 8 idiomas.

• Cambio de formato normal a panorámico.

Respecto de la grabación en DVD, se puede decir que existen intereses contrapuestos entre las dos industrias involucradas, la cinematográfica y la informática. La industria cinematográfica no quiere que existan sistemas de grabación a nivel doméstico, mientras que la industria informática sí los quiere. Se ha llegado a un consenso de tal forma que existirán dichos sistemas de grabación a nivel doméstico, pero no incluirán codificador MPEG-2 porque en primer lugar es complejo para dicho sistema doméstico, y en segundo lugar porque es la forma en que ha sido posible el consenso para la industria cinematográfica. Existen ya en la actualidad algunos sistemas DVD-RAM que permiten hasta 1000 grabaciones del mismo disco entre los 2,6 y los 5 GB.

En lo relativo a la autoría, incialmente se trató de realizarla con herramientas convencionales, pero pronto se descubrió que DVD integraba diferentes medios de información de una manera tan versátil como hasta entonces no se había conocido. Esto hizo que se pensase en sistemas “ad hoc” para autoría en DVD, y ya han nacido algunos productos como por ejemplo DVD Authoring Studio, que sirve para desarrollo de productos DVD en plataforma PC.


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____________________________________________________________________

67

2.3.4.2.3.9 Comparativa general de los est�ndares m�s relevantes

A modo de resumen comparativo, parece interesante recopilar los parámetros más relevantes que permitan efectuar una comparación entre los estándares más relevantes en codificación de vídeo, la mayor parte de ellos descritos más arriba. Esta comparación arroja la siguiente lista:

• Moving JPEG: 10 Mbps / 20 Mbps.

• UIT-T J.81 entre 20 y 40 Mbps, muy utilizado en 34 Mbps.

• UIT-T, H-261: 64 kbps videofonía (vídeo menor que 64 kbps para dejar sitio al audio); a veces 128 kbps, por ejemplo si se utilizan simultáneamente los dos canales B de un acceso básico RDSI 2B+D // (p x 64 kbps) / 2 Mbps (videoconferencia a diferentes calidades, típicamente a 6 x 64 kbps).

• UIT-T, H.263: sub 64 kbps.

• MPEG-1: 1,2 Mbps / 2 Mbps (optimizado para 1,5 Mbps incluyendo audio).

• DVI: 1,2 Mbps / 1,5 Mbps total.

• CD-I: 1,2 Mbps / 1,5 Mbps total.

• MPEG-2: 4 Mbps / 80 Mbps (HDTV por encima de 15 Mbps).

• MPEG-4: inicialmente sub 64 kbps, pero ante la competencia de H.263 actualmente se centra en codificación por descriptores a diferentes velocidades, habiendo abandonado su vocación exclusiva sub 64 kbps.


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____________________________________________________________________

68

3. Redes en un sistema de telecomunicación

3.1 Descomposición de la red de un sistema de telecomunicación

Existen diferentes formas de descomponer la red en un sistema de telecomunicación:

• Redes de área local (LAN), redes de área metropolitana (MAN), y redes de área extendida (WAN).

• Red de área local (LAN), redes de acceso y redes de transporte (también conocida esta descomposición como segmento local, segmento de acceso y segmento de transporte), más red de gestión e interconexión de redes. A la red de transporte a veces se le conoce en esta clasificación como red backbone.

• Redes troncales, redes de distribución y redes de difusión.

Las tres clasificaciones no son excluyentes. De hecho, por ejemplo, un segmento de acceso en una red de área extendida puede descomponerse en red troncal, red de distribución y red de difusión. También puede ocurrir que una MAN sea parte de un segmento local, con lo que en ese caso el segmento local contiene LAN y MAN.

Se describen en este capítulo las redes de un sistema de telecomunicación utilizando la segunda descomposición: redes o segmentos de transporte (a veces conocidos como segmento o red backbone), redes o segmentos de acceso, y redes o segmento local. En términos generales, son precisamente los segmentos de acceso los que dan diversas oportunidades de negocio a los proveedores de servicios; también en términos generales, las redes de transporte son arrendadas por los proveedores de red para el transporte de cualquier tipo de información encapsulado en sus protocolos o tramas.

Red

de

acceso

Red

de

transporte

(incluye

nodos de

transporte)Extremo

(Red de área

local)

Nodo

de

acceso

Nodo

de

acceso

Red

de

accesoExtremo

(Red de área

local)

Extremo

(Red de área

local)

Extremo

(Red de área

local)Canal interactivo (FIP + RIP)

Canal de difusión (¿FIP incluído?)

PTR

PTR

PTR

PTR

Figura 12 - Descomposición de la red en segmento de acceso y segmento de transporte


___________________________________________________________________________

____________________________________________________________________

69

La Figura 12 muestra la descomposición de una red extremo a extremo en segmento local, segmento de acceso y segmento de transporte. Sendos nodos de acceso unen los segmentos de acceso y de transporte. El segmento local es todo lo que está en el lado del usuario, dentro del PTR, que es la interfaz entre el segmento local y el segmento de acceso. En algún caso, puede ocurrir que una red MAN esté dentro del PTR, con lo que pertenecería al segmento local, que en este caso no tendría sólo una LAN.

Dentro del segmento de transporte puede haber nodos de transporte con diversas funcionalidades (adición y/o extracción de canales hacia/de otros enrutamientos, supervisión y gestión de red, cambio de tecnología o protocolo de transporte, etc.). En caso de que la red sea soporte para muchos clientes de un servicio, el segmento de acceso requiere una gran capilaridad, por lo que el nodo de acceso es un lugar donde convergen los accesos de los clientes; asímismo, el nodo de acceso puede jugar el papel de cabecera de red para los servicios que un proveedor de servicio pueda dar a sus clientes, enganchándose a otras áreas u otros clientes remotos a través de la red de transporte de un operador de red. Por ejemplo, en CATV el proveedor de servicio puede tener un servidor de información en la cabecera de red (nodo de acceso), y la red de acceso descansa en cable coaxial, mientras que se conecta en ese mismo nodo de acceso a una red de transporte que puede consistir en anillos de fibra óptica de un operador de red que se base en SDH/STM-1. Otro ejemplo puede ser un servicio de difusión de TV a través de satélite; en este caso el nodo de acceso es una estación terrena transmisora de satélite que contiene un servidor de información, la red de acceso es el segmento espacial, el satélite y la estación terrena receptora en casa del cliente, y por el otro lado el nodo de acceso puede estar conectado igual que en el caso anterior a una red de transporte consistente en una red de fibra óptica que transporte ATM/SDH-STM-1 y pertenezca a un operador de red.

La misma Figura 12 muestra una forma alternativa de descripción de la red del sistema, basada en canales de transmisión, para servicios interactivos. La red puede tener un canal de difusión de información, y un canal interactivo. En realidad, el llamado canal interactivo es un circuito compuesto por dos canales (ida y vuelta), a los que se conoce como FIP o “forward interaction path” (ida) y RIP o “return interaction path” (vuelta); también se conoce al FIP como canal de subida o ascendente (upstream) y al RIP como canal de bajada o descendente (downstream), aunque también el canal de difusión es canal de bajada. La implementación de una red para servicios interactivos puede realizarse de diferentes formas, a saber:

• El canal interactivo puede guardar una completa separación con respecto al canal de difusión.

• El canal FIP puede utilizar parte de la capacidad del canal de difusión, manteniendo únicamente la independencia el canal RIP.

La separación entre los canales FIP y RIP no necesariamente ha de producirse a nivel físico; es decir, pueden compartir medio de transmisión, y estar separados espectralmente, o incluso utilizar protocolos diferentes o métodos de modulación diferentes, según los casos. Ejemplos de este tipo en el que se comparte un medio de transmisión físico se describen en las recomendaciones del DVB-I, válidas para servicios interactivos de difusión de TV, y ampliamente utilizados en redes de acceso CATV y próximamente en redes de acceso a servicios de TV por satélite.


___________________________________________________________________________

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70

Broadcast AccessNodes

Broadcast NetworkInterface

InteractionNetworkInterface

SetTopUnit

Interactive AccessNodes

BroadcastingDeliveryMedia

InteractionNetworks

Access Network

Customer’s Set Top Box

CAPBackboneNetwork

Access NodesBroadcastChannel

InteractiveChannel

ContentProvider

ContentProvider

Figura 13 - Descripción de bloques en una red para servicios interactivos

La Figura 13 muestra un detalle del diagrama de bloques que se especifica en las recomendaciones del DVB para una red que soporte servicios interactivos. En cada tipo de servicio la implementación de cada una de los bloques y las interfaces (pilas de protocolos) pueden ser diferentes.

3.2 Segmentos de transporte

Existen varias alternativas de realización de un segmento de transporte que ligue nodos de acceso. La finalidad de un segmento de transporte es la interconexión de segmentos de acceso. De entre las diversas posibilidades, se va a estudiar en este capítulo las siguientes fundamentales:

• Jerarquía digital plesiócrona (PDH-JDP).

• Jerarquía digital síncrona (SDH-JDS), diferentes modos de transferencia síncrona (STM), e incorporación de cargas del tipo modo de transferencia asíncrona (ATM).

• Jerarquía SONET.

• Discusión sobre redes IP versus ATM.

• Multiplexación por división en longitud de onda (WDM).

En términos generales, una red de transporte encapsula los protocolos de los segmentos de acceso en sus propios protocolos.


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71

3.2.1 Jerarquía Digital Plesiócrona (JDP/PDH)

La jerarquía digital plesiócrona (JDP o PDH, Plesiochronous Digital Hierarchy) tiene los niveles que se indican en la Tabla 8. Aparte de estos niveles normalizados, hay otros no normalizados de mayor velocidad que los expuestos en la Tabla 8 pero que están muy extendidos, como el de 565 Mbps.

Nivel jerárquico Velocidad binaria del múltiplex en kbps

Capacidad en canales telefónicos de 64 kbps

Código de línea

USA Europa USA Europa

T1 E1 1544 2048 30 HDB3

T2 E2 6312 8448 120 HDB3

T3 E3 44736 34368 480 HDB3

E4 139264 1920 CMI Tabla 8 - Jerarquía Digital Plesiócrona

Cada nivel acepta 4 tributarios o afluentes del nivel inmediatamente inferior, por lo que el número de canales telefónicos de 64 kbps que soportaría se multiplica por cuatro al subir un nivel. La capacidad total se mide en número de canales telefónicos, pero no necesariamente ha de ser telefonía lo único que se transmite: hay que mirar exclusivamente la capacidad en kbps del múltiplex, como servicio portador, fundamentalmente en el caso que nos ocupa de segmento de transporte.

El concepto de plesiocronía consiste en que los relojes de todos los múltiplex de un nivel que son afluentes del de otro del nivel superior, así como el reloj de este último, son todos completamente independientes unos de otros. De esta forma, habrá que establecer algún mecanismo que compense las desviaciones y las tolerancias (que pueden a su vez variar en el tiempo) entre los relojes a la hora de construir el múltiplex de orden superior. No obstante, cualquier mecanismo de compensación quedaría saturado si no se definiese un límite superior a las tolerancias entre los relojes implicados. El nombre de plesiócrona viene a esta jerarquía precisamente de la existencia de ese límite, que fija las tolerancias de los relojes en un máximo de más o menos 50 ppm con respecto a las velocidades nominales expresadas en la Tabla 8. Esto permite utilizar el mecanismo de compensación denominado de relleno o justificación (stuffing). Este mecanismo consiste en la introducción (y marcado) en la trama del múltiplex de orden superior de bits sin información, cuando un afluente va demasiado despacio (relleno positivo), o bien consistente en la introducción de los bits en exceso de afluente demasiado rápido en posiciones reservadas (que se marcan) de la misma trama del múltiplex de orden superior (relleno negativo). Los procedimientos de relleno y marcado del relleno deben ser independientes para cada afluente, puesto que todos los relojes son independietes y por tanto pueden variar libremente unos con respecto a otros.

Por otra parte, buscando robustez frente a perturbaciones, las contribuciones de los afluentes se entrelazan a nivel de bit, de tal forma que cada conjunto de 4 bits seguidos en la trama de un múltiplex proceden cada uno de un afluente diferente. Esto, por supuesto, deja a salvo la correspondiente parte de la trama del múltiplex de orden superior para sincronización de trama y servicios propios de ese nivel.

La excepción a las tres normas anteriores la constituye el primer nivel de la jerarquía. En primer lugar, dicho primer nivel se forma con 30 canales telefónicos de 64 kbps cada uno (a razón de 8 bpm). En segundo lugar, la composición de la trama de primer nivel es síncrona y no plesiócrona; es decir, que los afluentes se contribuyen de forma síncrona en el primer nivel y de forma plesiócrona en niveles superiores. En tercer lugar, el entrelazado no se realiza a nivel de bit sino a nivel de canal telefónico; es decir, cada 8 bits corresponde a un canal telefónico (o afluente). Las tramas del primer nivel E1 y T1 se describen en las recomendaciones UIT-T G.732 y UIT-T G.733. La trama de primer nivel (sistemas E1 a 2 Mbps o sistemas T1 a 1,5 Mbps) se utilizan extensamente en transmisión, ya que por ejemplo E1 es la base del acceso primario en RDSI, entre otras aplicaciones.


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La trama de segundo nivel (sistemas E2 a 8 Mbps) no se utiliza normalmente para transmisión, pero es muy útil describirla porque se comprenden los mecanismos de relleno de los niveles superiores que sí se utilizan extensamente en transmisión (sistemas E3 conocidos como sistemas a 34 Mbps y sistemas E4 conocidos como sistemas a 140 Mbps). Por otra parte, y aunque luego no se utilice en transmisión, es absolutamente necesario construir la trama de nivel 2 para edificar las de niveles superiores, ya que por la forma de construcción de la JDP no se puede saltar niveles intermedios en la construcción y destrucción del edificio múltiplex. La descripción de los mecanismos de composición de la tramas E2 y T2 se pueden ver en las recomendaciones UIT-T G.742 y UIT-T G.743 para mecanismos que sólo impliquen relleno positivo, y en la recomendación UIT-T G.745 para mecanismos que implican una mezcla de relleno positivo, nulo y negativo, según proceda en función de la variación relativa de velocidades. La descripción de los múltiplex plesiócronos de orden superior se puede vern en la recomendación UIT-T G.751.

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o nú

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8 bi

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núm

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17 (

8 bi

ts)

etc.

Can

ales

tele

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o)

Figura 14 - Trama del nivel 1 en JDP/PDH

La Figura 14 muestra la trama del nivel 1 en la jerarquía digital plesiócrona para sistemas E1 (2 Mbps), según la recomendación UIT-T G.732. La trama se divide en 32 intervalos, pero sólo transporta 30 canales telefónicos de 64 kbps a 8 bpm (por eso se conoce a este sistema como 30 +2). Como se puede ver, el entrelazado es por muestras de 8 bits de cada canal, por lo que el entrelazado es a nivel de canal (a nivel de byte). La frecuencia de muestreo es 8 kHz en cada canal, por lo que la frecuencia de repetición de trama es de 1 / 8000 = 125 µs. El intervalo de tiempo número cero lleva también 8 bits, que en las tramas impares es la señal de alineación de trama (X0011011) y en las tramas pares es una señal de servicio (X1AYYYYY, con A alarma, X reservado para uso internacional e Y reservado para uso nacional). Para declarar perdida la alineación de trama hay que recibir 3 o 4 palabras incorrectas, y para declarar recuperado el sincronismo basta con recibir correctamente la segunda palabra de alineación de trama en el lugar esperado con respecto a una primera palabra recibida de alineación de trama.

La señalización asociada transportada en el intervalo número 16 de la trama se puede ver detallada en la Tabla 9. Dado que la señalización va más despacio que la señal de voz, se puede muestrear más despacio. Por ello, hasta pasadas 16 tramas no se vuelve a señalizar a la misma pareja de canales (4 bits para cada canal de la pareja, como se ve en la misma Tabla 9). El conjunto de 16 tramas seguidas que


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73

señaliza a todos los canales se llama multitrama. La señal de alineación de la multitrama va en el mismo intervalo número 16, en la trama número cero de la multitrama, tal como se ve en la misma Tabla 9 (señal 0000). Los bits etiquetados X son de reserva, y el bit Y es de alarma. La multitrama tiene una frecuencia de repetición de 8000 / 16 = 500, siendo por tanto el muestreo de la señalización a 500 Hz y 4 bpm.

Intervalo de trama Bits del intervalo número 16

0 0000 XYXX

1 abcd canal 1 abcd canal 16

2 abcd canal 2 abcd canal 17

etc. etc. etc.

15 abcd canal 15 abcd canal 30 Tabla 9 - Descripción de la señalización asociada transmitida en el intervalo 16 de la trama JDP E1

10 b

its d

e al

inea

ción

de

tram

a

2 bi

ts d

e se

rvic

io (

alar

mas

, etc

.)

123412341..... 123412341..... 123412341..... 123412341.....

Control de relleno de tributarios o afluentes

1 2 3 4

Información de los tributarios o afluentes entrelazada a nivel de bit

848 bits

200 bits 208 bits 208 bits 208 bits

1 2 3 4

Relleno

Figura 15- Trama del nivel 2 en JDP/PDH relleno positivo

La Figura 15 muestra la trama del nivel 1 en la jerarquía digital plesiócrona para sistemas E2 (8 Mbps), según la recomendación UIT-T G.742. Para que nunca se presente la situación de que un tributario vaya más deprisa que el múltiplex, hay que garantizar que la capacidad ofrecida a cada tributario es mayor que la nominal en cada momento; con esto siempre se garantizará que con la aplicación únicamente de relleno positivo se resolverán todas las situaciones. La señal de alineación de trama es en esta caso 1111010000. Para declarar pérdida de alineación de trama, se deben recibir 4 palabras consecutivas de alineación de trama incorrectas, y para declarar recuperado el


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sincronismo es preciso recibir 3 palabras consecutivas correctas de alineación de trama. Se puede ver que hay cuatro grupos de información de los afluentes o tributarios. La información se va entrelazando bit a bit procedente de los cuatro tributarios. El relleno (positivo) se transmite en los cuatro primeros bits del último grupo, y cada bit corresponde a un afluente. Estas cuatro posiciones habitualmente transmiten información de los cuatro afluentes, así que cuando alguno de ellos va más despacio y su bit correspondiente de este grupillo de cuatro es de relleno, debe marcarse para que el descodificador lo sepa. La marca consiste en que los bits de control de relleno de afluentes en los tres grupillos de control de relleno de afluentes y en la posición del afluente que lleve el relleno deben ser 111 (si no hay relleno, serán 000). La decisión se toma por mayoría por si ha habido error en la transmisión, de forma que, por ejemplo, 101 significa que hay relleno.

Se puede realizar una serie de cálculos con los parámetros mencionados del relleno positivo. Si fs es la velocidad binaria del múltiplex de segundo orden y N es el número de bits por trama, la frecuencia de trama fT se puede obtener como fT = fs / N = 8448 bits/s / 0,848 kbits/trama = 9,96 ktramas/s. Si m es el número de bits de información en cada trama y n el número de afluentes, la capacidad ofrecida por el múltiplex es c = (m / n) * fT = ((200+208x3) (bits_info/trama)/4 afluentes * 9960 (tramas/s) = 2052,226 bits_info/(s * afluente), que es 2048 + 0,2% (se ofrece, por tanto, una capacidad mayor que la nominal a cada afluente). Llamando x al número de tramas por segundo con relleno e y al número de tramas por segundo sin relleno, se tiene que x + y = fT = fs / N. El cociente m/n es el número de bits transmitidos por afluente (incluído el de relleno, cuando lo hay en las tramas x); De esta forma, la velocidad nominal del múltiplex primario (por tanto antes de efectuar rellenos por su inclusión en el múltiplex secundario), fp, de valor 2048, se puede obtener como ((m/n) - 1) x + (m/n) y = fp. Resolviendo como un sistema de ecuaciones en x e y las dos últimas, se tiene x = 4,23 kbits/s, llamando a tal valor de x = fr frecuencia nominal de relleno, coincidente con el número de tramas con relleno en la unidad de tiempo (4,23 tramas/s con relleno). Se puede obtener el valor de la llamada tasa de relleno θ = fT / fp = 4,23 / 2048 = 0,002064. La frecuencia máxima de relleno fr_máx se puede obtener como fr_máx = fT = 9,96 kbits/s, que es la frecuencia de trama (es decir, todas las tramas con relleno, o lo que es lo mismo, y = 0). Se obtiene el índice de relleno como el cociente fr_máx / fr = 9,96 / 4,23 = 2,36. Por supuesto, el caso de que todas las tramas requieran relleno no puede tener lugar porque las tolerancias de los relojes en un múltiplex plesiócrono están limitadas a más o menos 50 ppm (en este caso de y = 0, se tendría x = fT, y entonces también ((m/n) -1) x = ((m/n) -1) fT = f’p = ((824/4) -1) * 9,96 = 2041,8; Si hacemos la diferencia fp - f’p = 2048 - 2041,8 = 6,2 kbps, que es muy superior a las 50 ppm de tolerancia máxima permitida.

1056 bits

12341...... 12341...... 12341...... 12341......

8 bi

ts d

e al

inea

ción

de

tram

a

252 bits256 bits256 bits256 bits

Bits de información de los afluentes o tributarios

4 bits de control de rellenode los afluentes

4 bi

ts (

serv

icio

)

4 bi

ts li

bres

4 bits derelleno negativo

4 bits derelleno positivo

1 2 3 41 2 3 41 2 3 4

Figura 16 - Trama del nivel 2 en JDP/PDH con relleno positivo/nulo/negativo


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La Figura 16 muestra la trama del nivel 1 en la jerarquía digital plesiócrona para sistemas E2 (8 Mbps), según la recomendación UIT-T G.745. En este caso la capacidad ofrecida por el múltiplex de orden superior a cada tributario coincide nominalmente con la velocidad binaria nominal de cada tributario, de forma que con las desviaciones de relojes que ocurran vendrá la necesidad de efectuar relleno positivo, relleno negativo, o no efectuar relleno (relleno nulo). Como en el caso anterior, hay una señal de alineación de trama (10111000) que en este caso es de 8 bits. También como en el caso anterior, los bits procedentes de los cuatro tributarios se entrelazan (entrelazado a nivel de bit). Hay posiciones reservadas para servicio, y luego hay grupos de 4 bits destinados al control de relleno de afluentes y a los rellenos propiamente dichos (positivos o negativos), siempre de forma independiente para cada tributario. El grupo de bits de relleno positivo habitualmente lleva información de los tributarios, excepto cuando alguno de ellos va más despacio, en cuyo caso hay un bit de relleno en la posición que corresponde al tributario, y esto hay que marcarlo en los bits de control que corresponden a la posición del tributario. El grupo de bits de relleno negativo habitualmente no lleva información, excepto cuando algún tributario va más rápido que el múltiplex, en cuyo caso el bit en exceso aportado por el afluente se ubicará en esa zona destinada al relleno negativo, y por supuesto hay que marcarlo también en las áreas destinadas al control de relleno. El control de relleno se realiza también de forma independiente para cada afluente, de forma que la descripción que sigue se referirá al grupo de tres bits de control que corresponden en los tres grupos de control al afluente afectado; se indica relleno positivo con la señal 111 transmitida en cada una de dos tramas consecutivas; se indica relleno negativo con la señal 000 transmitida en cada una de dos tramas consecutivas; se indica relleno nulo con la alternancia 000-111 en cada dos tramas consecutivas.

La jerarquía digital plesiócrona muestra una serie de inconvenientes, tales como:

• El entrelazado a nivel de bit provoca una pérdida de identificación de canal. De esta forma, para extraer o insertar canales, hay que desmultiplexar o multiplexar todos los niveles completamente, cuestión que es aún más necesaria por la presencia de los bits de relleno, que pueden estar o no estar, de forma diferente además en cada tributario o afluente. El primer nivel de jerarquía digital plesiócrona constituye una excepción a este inconveniente, pues ahí sí existe la posibilidad de extracción o inserción directa de canales, el entrelazado se realiza a nivel de canal, y no hay bits de relleno.

• Hay una falta de estándar global, como se puede comprobar por la existencia de recomendaciones alternativas para sistemas T y sistemas E.

• Los anteriores argumentos son base para una falta de concepción como sistema, que lleva a dificultades de operación y mantenimiento.

Los inconvenientes expuestos son precisamente la base de la existencia de la jerarquía digital síncrona, que nace tratando de evitar todos ellos, pero con vocación de respetar lo que de síncrono tiene la jerarquía plesiócrona, que es su primer nivel. Por tanto, todos los sistemas que tienen jerarquía digital plesiócrona están llamados a desaparecer con el tiempo, excepto los de primer nivel.

3.2.2 Jerarquía Digital Síncrona (JDS/SDH)

3.2.2.1 Generalidades

La jerarquía digital síncrona (JDS o SDH, Synchronous Digital Hierarchy) nace para superar los inconvenientes enunciados de la jerarquía digital plesiócrona en la sección anterior. De esta forma, la jerarquía digital síncrona procede realizando:

• Entrelazado por bytes u octetos (en vez de por bits).

• Sincronización vía punteros de las cargas útiles en las tramas.


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Las dos características enunciadas hacen que no se pierda en ningún momento la identificación de canal, y sea mucho más fácil la extracción e inserción de canales sin necesidad de deshacer los edificios múltiplex completos. Por otra parte, se ha buscado la existencia de un estándar único en la jerarquía, que es el que se muestra en la Tabla 10, donde STM significa Synchronous Transfer Mode (MTS, Modo de Transferencia Síncrono). Se puede ver la descripción de la jerarquía digital síncrona en las recomendaciones UIT-T G.707, UIT-T G.708 y UIT-T G.709.

Nivel jerárquico Denominación Velocidad binaria (Mbps)

1 STM-1 (MTS-1) 155,520

2 STM-4 (MTS-4) 622,080

3 STM-16 (MTS-16) 2448,320 Tabla 10 - Jerarquía Digital Síncrona

Como se puede ver en la Tabla 10, los modos STM-N corresponden exactamente a velocidades binarias STM-N = STM-1 x 155,520 Mbps. Esto es una diferencia con la jerarquía digital plesiócrona, en la que las velocidades binarias de los niveles, aunque multiplexando cuatro afluentes o tributarios del nivel inmediatamente inferior, no se obtenían directamente, sino aproximadamente, por multiplicación. El nivel 3 se conoce también como sistemas a 2,5 Gbps.

La jerarquía digital síncrona puede transportar en sus tramas cargas síncronas y plesiócronas, aunque sólo el primer nivel de la JDS puede incorparar cargas plesiócronas; los niveles superiores han de multiplexar necesariamente cargas síncronas. La incorporación de cargas plesiócronas es una forma de incorporar las tramas de jerarquías plesiócronas para generar compatibilidad entre sistemas. No obstante, la ventaja de poder identificar canales directamente en cualquier nivel de la jerarquía digital síncrona desaparece si hay una carga plesiócrona, pues en ese caso lo más que se puede hacer es apuntar con un puntero a la carga plesiócrona y para extraer un canal de dentro de la trama plesiócrona apuntada hay que proceder a deshacer el edificio múltiplex plesiócrono; como ya se comentó, no hay forma de extraer o insertar directamente canales en una carga plesiócrona que no sea de primer nivel. No obstante lo anterior, esto no es un problema de la jerarquía digital síncrona.

En las tramas de la jerarquía digital síncrona aparecen marcas para señalar secciones. Una sección es un tramo entre dos equipos consecutivos de transmisión. La sección puede ser:

• Sección de regeneración.

• Sección de multiplexación.

Los nombres de las secciones son suficientemente descriptivos de su significado. La sección de regeneración es el tramo entre dos equipos de regeneración. La sección de multiplexación es el tramo entre dos equipos de multiplexación (que pueden efectuar también, y de hecho lo hacen, regeneración), que pueden efectuar también conmutación, extracción o inserción de canales, etc. Más adelante se detallarán las familias de equipos múltiplex de la jerarquía digital síncrona.

3.2.2.2 STM-1

La Figura 17 muestra la trama STM-1 (MTS-1). Como se puede ver, la trama está organizada a base de octetos (bytes), y no a nivel de bits. Hay una zona reservada a marcar la sección de regeneración (TSR), y otra destinada a marcar la sección de multiplexación (TSM). El área de punteros de unicdad administrativa está destinada a punteros que marquen dentro de la zona de carga útil la posición de


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comienzo de las diferentes informaciones multiplexadas; de esta forma, la posición de comienzo de las informaciones transportadas puede flotar dentro del espacio de la carga útil, lo que hace muy flexible a este sistema de trama. Las informaciones multiplexadas se transportan dentro de la carga útil en contenedores virtuales (CV). El concepto de contenedor virtual se diferencia del de contenedor real en que el contenido de un contenedor virtual puede viajar desconexo dentro de la carga útil, acomodado en contenedores reales (esto se explica en más detalle posteriormente cuando se introduce alguna variante de construcción de tramas JDS de primer nivel). Una unidad administrativa (UAD) es el conjunto de un CV más su puntero.

Carga útil(organizada en

contenedores virtuales)

Tara de secciónde regeneración

(TSR)

Tara de secciónde multiplexación

(TSM)

Punteros UAD(P-UAD)

270 columnas (bytes)

9 fi

las

9 columnas (bytes) 261 columnas (bytes)

3 fi

las

1 fi

la5

fila

s

Figura 17 - Trama STM-1

Si se analiza la trama desde el punto de vista del transporte básico de canales telefónicos muestreados a 64 kbps y a 8 bpm, la frecuencia de muestreo es de 8 kHz. Por tanto, para una recuperación total de cualquier canal, el período de repetición entre muestras consecutivas (tramas consecutivas) ha de ser de 1 / 8000 = 125 µs, de la misma forma que lo sería en un primer nivel de la jerarquía digital plesiócrona. Con este dato, la capacidad de la trama será de 9 filas x 270 columnas x 8 bits/byte / 125 µs = 155,520 Mbps, que es la velocidad nominal indicada en la Tabla 10 para el primer nivel de la jerarquía digital síncrona.

Los diferentes tipos de contenedores virtuales (CV) se identifican por un número. Por ejemplo, el CV4 es un contenedor virtual cuya capacidad es exactamente la misma que la de la carga útil de un STM-1. Dicha capacidad es, viendo la Figura 17, CV4 = 9 filas x 261 columnas x 8 bits/byte. No hay que confundir el hecho de que la capacidad de un CV4 sea la de la carga útil de un STM-1 con el hecho de que un CV4 tenga necesariamente que comenzar y terminar ocupando exactamente una trama del STM-1 como la definida en la Figura 17. El CV4 puede comenzar en cualquier lugar dela trama del STM-1, y este lugar vendrá marcado en el área de punteros de la trama. Por supuesto, el CV4 terminará en la trama siguiente del STM-1, en el byte de la carga útil inmediatemente anterior a aquél de la trama anterior en la que comenzó. De esta forma, el comienzo de un CV4, aunque teniendo la misma capacidad que la carga útil del STM-1, puede flotar dentro de la carga útil de la trama del STM-1, invadiendo así parcialmente dos tramas consecutivas de STM-1. La Figura 18 muestra esta idea de forma gráfica, con dos CV4 consecutivos que van a caballo en tres tramas STM-1; la posición inicial de los CV4 va apuntada por un puntero.


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(TSR)


(TSM)

Punteros UAD(P-UAD)




(TSR)


(TSM)

Punteros UAD(P-UAD)




(TSR)


(TSM)

Punteros UAD(P-UAD) Primer CV4

Primer CV4 (continuación)

Segundo CV4

Segundo CV4 (continuación)

Figura 18 - CV4 en una trama STM-1

Una trama STM-1 se puede componer de tres formas a partir de la JDP:

• A partir de 63 canales de nivel E1 JDP. Esto se puede hacer de forma síncrona o asíncrona. En sí misma, la trama de nivel 1 de la JDP se compone de forma síncrona, como ya se ha dicho en secciones anteriores. Así pues, la asincronía vendría en en caso de que los relojes de las tramas JDP y el reloj del mútiplex STM-1 fueran todos o algunos independientes entre sí.

• A partir de 3 canales del nivel E3 de la JDP. En este caso, la composición siempre es asíncrona.

• A partir de 1 canal de nivel E4 de la JDP. En este caso, la composición también es asíncrona.

El procedimiento recomendado es el primero de los tres: a partir de 63 canales de nivel 1 de la JDP. Los otros dos procedimientos son transitorios, para hacer compatibles las jerarquías digitales plesiócrona y síncrona, insertando así los niveles de la JDP que más se utilizan en comunicaciones (ya se ha dicho que los de segundo nivel no se utilizan prácticamente, y que únicamente sirven para edificar los múltiplex de orden superior de la JDP). Dado que la JDP está llamada a desaparecer, de esta forma se conservaría para formar la JDS exclusivamente el nivel síncrono de la JDP que es el nivel 1.

Se describen a continuación en mayor detalle las alternativas de formación de una trama STM-1 a partir de tramas JDP.

3.2.2.2.1 STM-1 a partir de 1 canal JDP nivel 4

Se trata de la construcción de una trama STM-1 a partir de un E4 de la JDP, cuya velocidad es de 140 Mbps. Evidentemente, este régimen binario cabe en un STM-1; además, también cabe en un CV4, de forma que el CV4 conteniendo una trama de JDP E4 se acomoda flotante (como indica la Figura 18) en tramas STM-1.


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La inclusión del E4 JDP en el CV4 se realiza directamente, sin deshacer el edificio múltiplex plesiócrono de ninguna forma. De esta manera, a partir de la posición marcada por el puntero que apunta al comienzo del CV4 no hay ninguna posibilidad de extraer o insertar canales en la trama de la JDP dentro del CV4. Si se quiere hacer tal extracción o inserción de canales, no hay más remedio que extraer la JDP que está encapsulada en las tramas STM-1 y proceder a la destrucción o construcción del edificio múltiplex plesiócrono en la forma que ya se ha indicado en secciones anteriores. De esta forma, para la JDS, el bloque de trama JDP se ve como tal bloque, sin conocimiento de la estructura que subyace en su interior, ni posibilidad de hacer nada con el contenido desde el punto de vista de JDS.

La posibilidad de flotación del CV4 que contiene el JDP E4 es muy importante, porque así se puede adaptar las variaciones de reloj de la carga plesiócrona dentro del múltiplex síncrono. No obstante, dada la independencia del reloj de la carga JDP con respecto al de la trama múltiplex STM-1, es necesario adoptar algún mecanismo de relleno. Así, si la carga JDP se acelera, se puede usar algunos bits de la zona de punteros de unidad administrativa para relleno, de forma que los bits en exceso aportados en los momentos de aceleración del reloj de la JDP se incluyen en la zona P-UAD de la trama STM-1. Por supuesto, si hay tal tipo de relleno, hay que marcarlo para saberlo cuando haya que extraer la carga JDP de la trama STM-1. Dicho relleno se puede llevar a cabo por dos motivos:

• El primer motivo es que la tolerancia del reloj plesiócrono, como ya se dijo, debe ser inferior a más o menos 50 ppm, lo que hace que los rellenos sean necesarios de muy tarde en tarde.

• El segundo motivo es porque dado que en la zona de carga útil sólo cabe un CV4, basta un puntero para indicar la posición de su comienzo en la zona de carga útil de la trama STM-1, no haciendo falta toda la zona de punteros para apuntar cargas diversas.


(TSR)

Punteros UAD(P-UAD)


(TSM) Carga útil(organizada en



(TSR)


(TSM)

Punteros UAD(P-UAD)

Primer CV4 (continuación)

Segundo CV4




(TSR)


(TSM)

Punteros UAD(P-UAD)

Primer CV4

Segundo CV4 (continuación)

Retraso reloj JPD

Figura 19 - JDP E4 desacelerada para insertar en un STM-1

La Figura 19 muestra el funcionamiento de los punteros ante una desaceleración del reloj de la carga JDP.

3.2.2.2.2 STM-1 a partir de 3 canales JDP nivel 3


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En este caso las tramas de JDP se acomodan en contenedores virtuales que reciben el nombre de CV3. Cada afluente o tributario JDP de nivel 3 (E3, 34 Mbps) se acomoda en un CV3.

Hay 3 CV3 por cada trama STM-1, que se entrelazan a nivel de octeto en la zona de carga útil de la trama STM-1; es decir, que en este caso se puede comprender mejor el significado del concepto de CV, que no es el de un contenedor real, puesto que el contenido de los CV3 viaja desconexo (entrelazado a nivel de byte) dentro de la carga útil. Así, los punteros apuntan al primer byte de cada CV3; por ejemplo, en una trama determinada del STM-1, un puntero apuntaría al byte n, otro al byte n+3, y otro al byte n+6.

No obstante lo anterior, y al igual que en la sección anterior, las posiciones de comienzo de los CV3 pueden flotar dentro de la carga útil. De esta forma, el apuntamiento de los punteros puede variar en cada trama, no siendo exactamente como está descrito en el párrafo anterior si hay desviaciones de los relojes (recuérdese que la composición se hace de forma asíncrona). También en este caso, al igual que en la sección anterior, es necesario dotar al sistema de algún mecanismo de relleno que compense las desviaciones de los relojes; en este caso no es necesario invadir las posiciones de la zona de punteros, puesto que sobra sitio en el área de carga útil con 3 CV3, cosa que no pasaba con 1 CV4.

3.2.2.2.3 STM-1 a partir de 63 canales JDP nivel 1

En este caso, la composición se puede hacer de dos formas o en dos modalidades:

• Composición síncrona, que se utiliza si las señales a multiplexar son síncronas, todas entre sí y con respecto al reloj del múltiplex STM-1. Ya se ha comentado que el primer nivel de la JDP es síncrono como excepción dentro de la JDP; de esta forma, una composición síncrona se refiere a sincronismo entre los relojes de las 63 tramas afluentes o tributarias del STM-1. La composición síncrona tiene todas las ventajas propias de la JDS, por ejemplo la facilidad de acceso directo a canales individuales del JDP E1, sin necesidad de deshacer el edificio múltiplex.

• Composición asíncrona, que es el caso contrario al anterior. En este caso la trama STM-1 ve únicamente bloques que internamente son las cargas plesiócronas, pero esto es transparente para la trama STM-1. Las ideas sobre cómo es la composición, aunque diferentes en su implementación, son las mismas descritas en las secciones anteriores para las cargas E3 y E4.

Dentro del caso de composición síncrona se distinguen dos formatos de multiplexación:

• Modo flotante, consistente en ajuste de relojes medinate mecanismo de punteros.

• Modo bloqueado, consistente en una trama fija en la que no es necesario ningún mecanismo de ajuste.

El modo flotante se implementa mediante una jerarquía de contenedores virtuales, con la diferencia ahora de que al ser la composición síncrona y entrelazar a nivel de bytes, existe plena consciencia del sistema sobre dónde se encuentra un canal determinado, siendo su extracción e inserción directa sin necesidad de deshacer el edifico múltiplex, como ya se ha comentado; es decir, que una jerarquía de punteros apuntando a la jerarquía de contenedores virtuales (puntero a puntero a puntero.....a byte de un canal) sería capaz de localizar un canal determinado directamente. Por supuesto, en la zona de punteros de unidad administrativa de la trama STM-1 sólo apareceran los punteros a los CV más altos de la jerarquía, y será luego dentro de estos contenedores donde estarán los punteros a los contenedores del siguiente nivel jerárquico.

La jerarquía de contenedores virtuales en el modo flotante se describe como sigue:


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• La señal del E1 a 2 Mbps se divide en unidades denominadas CV12. Se definen las estructuras para las CV12 similares a las tramas de la recomendación UIT-T G.732 para el caso en que la señal multiplexa canales de 64 kbps.

• Los CV12 se integran de modo flotante (con puntero) en una secuencia de unidades afluente (UAF-12). De esta forma, una UAF es el conjunto de un CV más su puntero, a un nivel de introducción indirecta dentro de una trama STM-1 (de forma parecida a como se definió una UAD “unidad administrativa”, como el conjunto de un CV más su puntero, pero a nivel de introducción directa en la trama STM-1). Las UAF-12 tienen una estructura similar a las tramas STM-1, incluyendo área de punteros para albergar los punteros que marcan las posiciones de los CV12 que contiene la UAF-12.

• Tres UAF-12 se intercalan byte a byte para formar un grupo de unidades afluente (GUAF-2).

• Siete GUAF-2 se intercalan byte a byte para formar un GUAF-3.

• Tres GUAF-3 se intercalan byte a byte formando un CV4, que se integra ya directamente en el STM-1, con un puntero en la zona de punteros de unidad administrativa de dicha trama STM-1.

De la estructura anterior, se deduce que sólo hay punteros en la trama de la UAF-12 para marcar las posiciones de los CV12 que alberga, y en la trama de más alto orden, la STM-1, para marcar las posiciones de los GUAF-3 que alberga. En las GUAF-2 y GUAF-3 la posición de cada canal está localizada por la ubicación de cada octeto (entrelazado) dentro de la GUAF correspondiente. Así, para localizar un octeto de un canal directamente dentro de la trama STM-1, sería a través de un mecanismo mixto de punteros y localización fija dentro de las GUAFs.

3.2.2.3 STM-N

La trama de un múltiplex STM-4 (622,080 Mbps) se forma entrelazando octetos del nivel inmediatamente inferior, es decir, octetos procedentes de cuatro tramas STM-1. De igual forma, la trama de un múltiplex STM-16 (2448,320 Mbps, o más conocida como trama de sistema de 2,5 Gbps) se forma entrelazando octetos procedentes de 16 tramas STM-1.

Las tramas combinadas para formar un múltiplex de STM-N con N>1, han de ser síncronas. Es decir, que no se admite nada de JDS a no ser que ya venga empaquetado en un esquema síncrono como STM-1.

Se entrelazan todos los octetos procedentes de los tributarios, excepto los punteros que se recalculan, porque las señales pueden tener desplazada la posción de referencia. La estructura de la trama STM-N se puede ver en la Figura 20.


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Carga útil


(TSR)


(TSM)

Punteros UAD(P-UAD)

270 x N columnas (bytes)9

x N

fila

s

9 x N columnas (bytes) 261 x N columnas (bytes)

3 x

N f

ilas

1 x

N f

ilas

5 x

N f

ilas

Figura 20- Trama STM-N

Se utiliza un aleatorizador en la trama para evitar largas secuencias de ceros o unos, que no se aplica a los primeros N octetos de la primera fila, porque son la alineación de la trama STM-N.

Si se analiza la trama desde el punto de vista del transporte básico de canales telefónicos muestreados a 64 kbps y a 8 bpm (igual que se hizo con la trama STM-1), la frecuencia de muestreo es de 8 kHz. Por tanto, para una recuperación total de cualquier canal, el período de repetición entre muestras consecutivas (tramas consecutivas) ha de ser de 1 / 8000 = 125 µs, de la misma forma que lo sería en un primer nivel de la jerarquía digital plesiócrona. Con este dato, la capacidad de la trama será de N x 9 filas x 270 columnas x 8 bits/byte / 125 µs. Si N es 4 o 16, salen las velocidades nominales indicadas en la Tabla 10 para las tramas STM-4 y STM-16.

3.2.2.4 Sincronización en la jerarquía digital síncrona

Como su nombre indica, la sincronización es la base de la jerarquía digital síncrona. Se trata en todo caso de evitar los deslizamientos, que tienen normalmente como origen las diferencias de reloj entre subsistemas de conmutación y subsistemas de transmisión en el sistema de telecomunicación. Un deslizamiento consiste en que el sistema, por esas diferencias de reloj, se vea obligado a corregirlas insertando o suprimiendo tramas; esta actuación del sistema tiene inevitables consecuencias sobre todo en el caso de supresión de tramas en cuanto a poner en marcha los mecanismos de recuperación de la información perdida. La intención de disminuir la tasa de deslizamiento es precisamente una de las motivaciones principales para substituir las redes plesiócronas por redes síncronas.

Existen varios procedimientos de sincronización, pero el más típico es el llamado “maestro-esclavo-jerárquico”. En este mecanismo, un nodo maestro impone su reloj a toda la red. Si un nodo tiene problemas de conexión con el nodo maestro, adopta el reloj de otro nodo de la red siguiendo un esquema de prioridades. Si a un nodo le fallan todas las referencias externas, pasa a funcionar en modo plesiócrono o degradado.


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Los problemas causados por la falta de sincronización se pueden medir en los conceptos de “jitter y wander”. En transmisión digital en general, el reloj de símbolo se recupera en el receptor con una variación aleatoria, que es justamente el concepto de jitter de transmisión. Se denomina wander a los deslizamientos o variaciones a largo plazo. Se trata en realidad de un jitter de frecuencia menor de 10 ó 20 Hz.

Ambos jitter y wander tienen lugar tanto en la JDP como en la JDS, pero sus efectos son mucho más perjudiciales en la JDS. Se estudian en este apartado de la JDS porque, como se ha mencionado en el párrafo anterior, puede ocurrir que un fallo en los relojes de la red conduzca a un nodo de la misma a funcionar en modo plesiócrono o degradado (es decir, con su reloj de forma independiente pero dentro de una tolerancia máxima en la variación de su frecuencia).

En la JDP, el propio procedimiento de relleno o justificación provoca jitter: se llama jitter de justificación, que tiene dos componentes:

• Componente regular, que depende de la frecuencia media del propio proceso de justificación (frecuencia media con que debe introducirse un relleno).

• Componente de espera, que se produce desde que se detecta la necesidad de justificación hasta que ésta se lleva a cabo. También es un valor medio, pues la espera depende del lugar de la trama en que se detecta la necesidad de justificación con respecto al instante en que podrá llevarse a cabo.

El jitter de justificación es mucho más perjudicial en la JDS, donde el relleno va según el entrelazado, es decir, que en caso de entrar en funcionamiento plesiócrono o degradado, el relleno ha de efectuarse por octetos y no por bits, como se haría en la JDP.

Por otra parte, en las tramas JDS que multiplexan tributarios o afluentes con relleno o justificación mediante punteros, la información de cada tributario o afluente llega en bloques (contenedores de la JDS) y ello dificulta la recuperación del reloj de la trama afluente a la hora de efectuar la desmultiplexación, lo que es en realidad una manifestación del jitter de justificación en la JDS.

3.2.2.5 Jerarquía SONET

Históricamente, SONET es el precursor ANSI de la JDS. Su base es el múltiplex STS-1 (Synchronous Transport Signal) de 51,84 Mbps. Intercalando tres de estas tramas se genera una trama STS-3, de velocidad binaria y estructura similares al STM-1 de la JDS.

Existen diferencias en la estructura del entramado entre JDS y SONET, pero algunas de estas modalidades son fácilmente convertibles en tramas JDS. Las correspondencias entre JDS y SONET, así como otras nomenclaturas (OC) pueden verse en la Tabla 11.

SONET Otra denominación JDS de trama similar Velocidad binaria (Mbps)

STS-1 OC-1 51,84

STS-3 OC-3 STM-1 155,520

STS-12 STM-4 622,080

STS-24 1244,160


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STS-48 STM-16 2488,320 Tabla 11 - SONET versus JDS

3.2.2.6 ATM sobre JDS

ATM consiste en segmentar la información en células de 53 octetos (5 de cabecera más 48 de información). Las celdas se emiten en modo asíncrono, según el caudal emitido por la fuente. Es un protocolo orientado a conexión, aunque puede soportar modos no orientados a conexión. Soporta trayectos virtuales, que se pueden dividir en varios canales virtuales. Existen variantes A/B/C/D de ATM, según combinaciones de parámetros tales como velocidad, tipo orientado o no a conexión, necesidad de temporización origen/destino, etc. Existen varios niveles de capas de adaptación de ATM (ATM Adaptation Layer, AAL1, AAL5, etc.).

ATM fue concebido para la RDSI-BA, aunque no es la única aplicación para la que se está utilizando. De hecho, su uso está muy extendido, de tal forma que hoy día se emplea en segmentos de acceso, en segmentos de transporte, e incluso en segmentos locales (L-ATM).

Actualmente, ATM se soporta coyunturalmente por la JDP, hasta que la JDS desplace totalmente a la JDP por lo que ya se ha explicado anteriormente. En su inclusión en JDS, las células ATM se pueden incluir como octetos dentro de la carga útil de las tramas JDS. Por ejemplo, se pueden aprovechar los huecos entre contenedores de cargas útiles procedentes de JDP para intercalar celdas ATM. Hoy día, se presenta como una opción muy común el hecho de que celdas ATM sean transportadas por sistemas STM de la JDS; se suele hacer referencia a esta opción como ATM/SDH, que no significa otra cosa que ATM encapsulado en JDS.

3.2.2.7 Familias de equipos síncronos

Las familias de equipos síncronos que actualmente existen son las siguientes:

• Terminales de línea (TL): forman un canal agregado a partir de varios afluentes.

• Multiplexores de adición-inserción (ADM, Add Drop Multiplexers): extraen e insertan afluentes de un canal agregado.

• Distribuidor-multiplexor (DCC, Digital Cross Connect): Conmuta afluentes entre canales agregados, además de extraerlos e insertarlos.

Dentro de los terminales de línea (TL), se encuentran los siguientes equipos:

• Equipo 1:

⇒ Admisión de tributarios a 2 y/o 34 Mbps JDP con interfaz de entrada UIT-T G.703.

⇒ Salida multiplexada STM-1 con interfaz óptico o eléctrico.

• Equipo 2: Admisión de tributarios a 64 kbps (complementando el anterior).

• Equipo 3:

⇒ Admisión de tributarios a 140 Mbps JDP con interfaz UIT-T G.703 y/o STM-1 a 155 Mbps con interfaz óptico o eléctrico.

⇒ Salida multiplexada STM-4 a 622 Mbps con interfaz óptico.


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• Equipo 4:

⇒ Admisión de tributarios a 140 Mbps JDP y/o 155 Mbps JDS con interfaz óptico.

⇒ Salida multiplexada STM-16 a 2,5 Gbps con interfaz óptico.

La

Figura 21 muestra una sinopsis del funcionamiento de las familias de equipos síncronos descritos. Actualmente, los DCC incorporan funciones de ADM, por lo que prácticamente, los ADM como tales no se utilizan. Todos los equipos incorporan funciones de regeneración de la señal digital. Por ello, también la figura del regenerador tradicional irá desapareciendo para dejar su lugar a equipos tipo ADM o fundamentalmente DCC.

TL

AfluentesAgregado

ADMMTS-N MTS-N

Canales JDP interfaz UIT-T G.703 --------- Canales JDS STM-M (M<N) interfaz óptico

DCCMTS-N MTS-N

Canales JDP interfaz UIT-T G.703 --------- Canales JDS STM-N interfaz óptico

Figura 21 - Familias de equipos síncronos

3.2.3 ATM versus IP

Hoy día ambos tipos de protocolos compiten por utilizarse en redes de transporte. Tradicionalmente, se ha pensado que IP se podía reservar para segmentos locales, encapsulando IP en ATM para su transmisión por las redes de transporte. Sin embargo, la irrupción de ATM a nivel local (L-ATM) ha comenzado a romper estas ideas, y al mismo tiempo el concepto de redes IP como redes de transporte ha terminado por romperlas del todo. De esta forma, ahora se piensa también en variantes que encapsulen L-ATM en IP para su transmisión por redes de transporte.

Ambos, ATM y TCP-UDP ofrecen servicios orientados a conexión. TCP-UDP utiliza mecanismos de control de flujo basados en “windows”; en ATM se puede definir varios tipos de QoS. Las especificaciones de TCP/IP comenzaron con la definición de la parte más crítica pero al fin y al cabo mínima de los protocolos, y los investigadores de todo el mundo contribuyeron a su gran éxito gracias a la Internet. Las actividades relacionadas con ATM, en cambio, no despegaron hasta que se definió el AAL-5.


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3.2.3.1 ATM

Los servicios basados en ATM hasta el domicilio del usuario son necesarios no sólo para garantizar interoperabilidad, sino para la implementación de servicios de banda ancha, globalmente conocidos como BTTH (Broadband to the Home). Esto se debe a su capacidad para llevar información digital sobre virtualmente cualquier red con una QoS especificada y preestablecida sobre cualquier canal o conexión. De esta forma, ATM crea nuevos mercados para proveedores de contenidos y proveedores de servicios, y para clientes que pueden pagar distintas cantidades en función de la QoS con que reciban los servicios.

ATM es la tecnología preferida en una selección, aunque no está ampliamente expandida todavía. Permite la conexión extremo a extremo, en forma de circuitos virtuales orientados a conexión. De esta forma, la facturación, seguridad, gestión de la QoS, etc., se pueden incorporar fácilmente así como también se facilita su manejo. Por ejemplo, se puede ofrecer servicios multimedia con QoS garantizada, ancho de banda por demanda, y la capacidad de monitorizar constantemente los servicios desde el equipo terminal del usuario, sea éste fijo o móvil. Se puede utilizar cualquier medio de transmisión, desde el par de cobre hasta las fibras ópticas, pasando por cualquier tecnología sin hilos, a la vez que soporta un amplio rango de velocidades, por ejemplo compatibles con un T1/E1 hasta un OC-3/STM-1 y mayores si es necesario.

Para soportar ATM directamente incluso en el segmento local, se debe definir nuevas velocidades de datos así como una nueva interfaz de nivel físico. Cualquier medio físico empleado en ello debería soportar ATM con taras mínimas en la interfaz o en el protocolo. Los esfuerzos de estandarización han comenzado actualmente para intentar soportar ATM sobre medios sin hilos.

Especificamente hablando de redes de transporte, puede considerarse que hoy día el transporte basado en ATM puede resultar más útil por varios motivos, entre los que cabe destacar la gestión y monitorización de la QoS que se ofrece. De esta forma, ATM se perfila como una muy buena opción para soportar el propio ATM y TCP-UDP/IP procedentes de segmentos locales o de acceso, sea sobre redes con hilos o sin hilos.

3.2.3.2 TCP-UDP/IP

Actualmente, se están desarrollando versiones “ligeras” de TCP-UDP/IP para servicios de CATV, HFC, FTTC, y redes de acceso sin hilos. Por otra parte, se ha de dar respuesta a la demanda de ancho de banda y QoS garantizados sobre la Internet, cosa que actualmente no existe. Para ello, algunos Foros como IETF están considerando la estandarización de protocolos como el Resource Reservation Protocol (RSVP) y el Real Time Protocol (RTP). Este último protocolo ha sido incorporado por ITU en la recomendación UIT-T H.323. Estos protocolos permiten reserva de ancho de banda en la Internet para servicios de banda ancha y servicios de banda estrecha, tales como telefonía y videotelefonía, videoconferencia, Web-TV, etc. De esta forma, si los usuarios están dispuestos a pagar un poco más, pueden recibir servicios BTTH con multimedia en tiempo real a través de la Internet.

3.2.4 Multiplexación por longitud de onda

Al objeto de efectuar transmisiones en velocidades superiores a las de un STM-16, existen formas de multiplexación de tramas JDS en órdenes superiores de múltiplex. No obstante, la tendencia es la de un cambio de tecnología, que multiplexa STM-16 por medio de WDM (Wavelength Division Multiplexing, o multiplexación por división en longitud de onda). Conceptualmente es similar a los sistemas múltiplex por distribución de frecuencia (FDM) pero con las connotaciones y la tecnología propias de sistemas ópticos.

Los primeros sistemas WDM instalados hace uso simultáneo de la segunda (1310 nm) y la tercera (1510 nm) ventanas, transmitiendo por cada una de ellas un número pequeño de portadoras ópticas, separadas varios nm entre sí. La tendencia actual es la implantación de sistemas que sólo hagan uso de una ventana, normalmente la tercera, en la qu e se sitúan centenares de portadoras ópticas,


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separadas entre sí décimas de nm. Estos últimos sistemas se conocen con el nombre de “sistemas de multiplexación densa por división en longitud de onda” (D-WDM).

Los dispositivos disponibles en el mercado permiten, en este momento, sistemas con capacidades de N x 2,5 Gbps, con N comprendido entre 4 y 100. La evolución clara es hacia sistemas de N x 10 Gbps, con N>100. El tren binario procedente de cada múltiplex de 2,5 Gbps modula un láser emisor de luz (normalmente en tercera ventana como se ha dicho), y el resultado se introduce en una fibra óptica, de forma que la transmisión es al modo de transmisión digital en banda de base (luz o no luz). El ancho de banda para ese canal de 2,5 Gbps es de unos 4 GHz. También es tecnológicamente posible la transmisión en fibra óptica utilizando modulaciones coherentes, pero no se utiliza comercialmente todavía de forma extendida.

Los equipos multiplexores WDM son también la mayoría de las veces desmultiplexores, dado que la tecnología óptica empleada es de dispositivos ópticos pasivos (de dispersión angular, como lentes y rejillas reflectoras, o bien filtros ópticos) o dispositivos activos ópticos reversibles (filtros ópticos sintonizables y sobre todo arrays ópticos que permiten enrutamientos y separación de gran cantidad de longitudes de onda con los múltiplex que transportan). También hay multiplexores (o desmultiplexores, ya que se ha dicho que casi siempre es el mismo dispositivo para las dos funciones) ópticos que realizan las funciones de ADM o DCC, por lo tanto capaces de realizar conmutación y enrutamiento de los múltiplex STM-16 transportados sobre cada longitud de onda.

Los repetidores en línea no son regeneradores, sino amplificadores que funcionan al modo de amplificación analógica en línea de transmisión. Se llaman estos amplificadores EDFA (Erbium Dopped Fiber Amplifier). De esta forma, el cálculo del ruido hay que hacerlo como se haría en un sistema de transmisión analógico, al sólo realizarse amplificación y no regeneración en cada repetidor conteniendo un EDFA. La sección de repetición que se puede conseguir con un EDFA habitualmente es mayor que 300 km. Los EDFAs no tienen una ganancia plana ni siquiera teniendo sólo en cuenta la primera ventana; para compensar este efecto, se utilizan amplificadores de preénfasis y dopajes especiales en los dos extremos de la fibra. Las fibras ópticas empleadas para transmisión son las siguientes:

• Fibra estándar (UIT-T G.652). Este tipo de fibra supone, aproximadamente, el 90% de la fibra tendida en todo el mundo. Típicamente, presenta una dispersión de 3 ps/nm km a 1310 nm (segunda ventana) y de 18 ps/nm km a 1550 nm (tercera ventana). Entre sus ventajas, destacan su reducido coste y el hecho de no presentar intermodulación. Su principal inconveniente radica en la necesidad de disminuir la dispersión para permitir enlaces superiores a los 80 km. La reducción de la dispersión se consigue, habitualmente, haciendo uso de un láser de reducida anchura espectral, que permite alcanzar longitudes mayores de 500 km.

• Fibra de dispersión desplazada (UIT-T G.653). Los valores habituales de dispersión de esta fibra son de 18 ps/nm km a 1310 nm e inferior a 3 ps/nm km en la banda de 15125-1575 nm. La principal ventaja de esta fibra es pues, su baja dispersión en la tercera ventana, lo cual le permite alcanzar muy largas distancias. Entre sus inconvenientes destacan su coste algo más elevado que el de la fibra estándar, y sobre todo el no poder ser utilizada por los sistemas WDM de larga distancia al presentar el fenómeno de la intermodulación. Todo esto hace que esta fibra esté especialmente indicada para transmisores de una única longitud de onda a larga distancia.

• Fibra de dispersión desplazada no nula. Los valores típicos de dispersión de este tipo de fibra son 20 ps/nm km a 1310 nm e inferior a 3,5 ps/nm km en la banda de 1530-1560 nm. Como ventajas de esta fibra cabe destacar su baja dispersión, la cual hace innecesario aplicar ninguna técnica de compensación de dispersión, y la ausencia de intermodulación. Ambos factores hacen que esta fibra esté especialmente indicada para su utilización con sistemas WDM. Sin embargo, entre sus inconvenientes destaca su alto coste, superior a las fibras anteriores, y el no estar todavía normalizada, con lo cual su disponibilidad es baja al no haber sido adoptada aún por la mayoría de los fabricantes.


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MUX/DEMUX óptico

(p.ej., array óptico)

MUX/DEMUX óptico

(p.ej., array óptico)

300 km300 km

EDFA

EDFA

600 km

fibra estándarUIT-T G.652

fibra estándarUIT-T G.652

STM-16sobre w1

STM-16sobre wn

STM-16sobre w1

STM-16sobre wn

w1,..............,wn

wi corresponde a una longitud de onda que se modula con unSTM-16 (2,5 Gbps) y lleva un espectro asociado de unos 4 GHz

fibrasópticas

fibrasópticas

fibrasópticas

fibrasópticas

Figura 22 - Ejemplo de un sistema de transmisión que lleva WDM

La Figura 22 muestra un ejemplo de sistema de transmisión que lleva WDM, con los valores numéricos máximos de los parámetros mencionados, para tener una idea de órdenes de magnitud. Actualmente, los sistemas WDM se utilizan, fundamentalmente, para transmisiones bidireccionales de larga distancia, aunque se prevé su expansión al mercado de la corta distancia y de las redes privadas. De hecho, de momento es en líneas de larga distancia (en principio mayores de 100 km) donde el precio de instalación de un WDM comienza a ser competitivo con respecto a una “multiplexación espacial” (es decir, a instalar N pares de fibra óptica, cada uno soportando un múltiplex a 2,5 Gbps, en vez de un sólo par con WDM soportando N x 2,5 Gbps).


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TERMINAL DE LINEA MTS-16 (TRX+RCX) 16,00 8,00 128,00 TERMINAL DE LINEA MTS-16 (TRX+RCX) 18,00 8,00 144,00PAR DE FIBRAS OPTICAS (Kms) 0,25 80,00 20,00 PAR DE FIBRAS OPTICAS (Kms) 0,25 20,00 5,00AMPLIFICADOR OPTICO (EDFA) AMPLIFICADOR OPTICO (EDFA)DWDM (MUX+DMUX) DWDM (MUX+DMUX) 30,00 2,00 60,00TOTAL 148,00 TOTAL 209,00

TERMINAL DE LINEA MTS-16 (TRX+RCX) 16,00 8,00 128,00 TERMINAL DE LINEA MTS-16 (TRX+RCX) 18,00 8,00 144,00PAR DE FIBRAS OPTICAS (Kms) 0,25 400,00 100,00 PAR DE FIBRAS OPTICAS (Kms) 0,25 100,00 25,00AMPLIFICADOR OPTICO (EDFA) 8,00 4,00 32,00 AMPLIFICADOR OPTICO (EDFA) 8,00 1,00 8,00DWDM (MUX+DMUX) DWDM (MUX+DMUX) 30,00 2,00 60,00TOTAL 260,00 TOTAL 237,00

PRECIOUNITARIO(millones)

CANTIDADPRECIOTOTAL

(millones)


CANTIDAD

PRECIOTOTAL

(millones)


CANTIDADPRECIOTOTAL

(millones)


CANTIDAD

PRECIOTOTAL

(millones)

SISTEMAS OPTICOS INDIVIDUALES Y SISTEMAS OPTICOS DWDM: ANALISIS COMPARTIVO DE COSTES

RUTA BIDIRECCIONAL DE 4x2.5 Gbs, de 20 Kms, SOBRE SISTEMAS INDIVIDUALES RUTA BIDIRECCIONAL DE 4x2.5 Gbs, de 20 Kms, SOBRE SISTEMA DWDM

RUTA BIDIRECCIONAL DE 4x2.5 Gbs, de 100 Kms, SOBRE SISTEMAS INDIVIDUALES RUTA BIDIRECCIONA DE 4x2.5 Gbs, de 100 Kms, SOBRE SISTEMAS DWDM

.- En el caso de Sistemas-DWDM, el coste del Terminal de Lìnea es ligeramente superior, puesto que se requieren làseres de mayor estabilidad. .- Los Amplificadores Opticos se han de instalar, cada 50/60 Kms, en Sistemas Opticos de longitud superior a dichas cantidades. .- Todos los precios incluyen Material y Mano de Obra de Instalaciòn.

Figura 23 - Costes de un sistema WDM frente a N sistemas de 2,5 Gbps

3.3 Segmento local

El segmento local o red de área local es toda parte del sistema de telecomunicación que se encuentra del lado del usuario, dentro del PTR (Punto de Terminación de Red). El PTR es precisamente la interfaz entre el segmento local y el segmento de acceso. Todo lo que haya dentro de los límites marcados por el PTR es propiedad y responsabilidad del usuario (características de equipos que verifiquen la interfaz, mantenimiento de equipos y red, etc.), mientras que por el otro lado del PTR la responsabilidad de los elementos del sistema de telecomunicación es del proveedor de servicio que ofrezca el segmento de acceso.

No se va a entrar en este documento en un estudio profundo de las redes de área local, puesto que no es el objetivo. No obstante, ha de decirse que el conjunto de opciones de redes de área local depende del servicio que el usuario quiera tener. Algunas opciones de segmento o red local son las siguientes:

• “Inexistencia de la red de área local”; por ejemplo, la conexión de un equipo directamente a la roseta telefónica, de RDSI, o del descodificador de TV (se considera en este último ejemplo la red de distribución de antena colectiva doméstica como parte del segmento de acceso a efectos tecnológicos y de estudio en este documento, que no a efectos legales porque es propiedad de la comunidad de vecinos) en el domicilio de un usuario es la conexión directa al segmento de acceso, siendo la red de área local reducida exclusivamente al PTR que está contenido en la roseta.

• Redes Ethernet, con la variante extendida de 10 Base T, a una velocidad binaria aproximada real de 2 Mbps. Utiliza protocolo CSMA/CD y sigue una especificación parecida a la IEEE 802.3. Pueden presentarse otras variantes de Ethernet que se especifican en algunas de las variantes IEEE 802.x.

• Redes Token Bus, ya sin protocolo de contención, según estándar IEEE 802.4.

• Redes Token Ring, también sin protocolo de contención, según estándar IEEE 802.5.


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• Redes FDDI y sus variantes, ya consistentes en anillos de fibra óptica.

Por supuesto, la lista enunciada arriba no es el conjunto de todas las posibles opciones. No obstante se insiste en que no es el objetivo de este estudio el describir en detalle las redes de área local.

Como se ha mencionado, el PTR es la interfaz entre el segmento local y el segmento de acceso. Ha de verificar unos protocolos que se han de especificar por el proveedor de servicio que proporciona el segmento de acceso, para que el usuario pueda conectar los equipos que corresponda para la aplicación de los servicios ofrecidos a través del segmento de acceso. La situación más habitual es que en el PTR se realice un encapsulado de los protocolos de la red de área local en los protocolos de la red de acceso. Así por ejemplo, un segmento de acceso tipo RDSI podrá transportar encapsulado un protocolo TCP/IP de una red de área local tipo Ethernet (siguiendo estándares tipo, por ejemplo RFC). Según el convenio del servicio de que se trate, puede ser el propio usuario quien deba efectuar ese encapsulado, y entonces nos encontramos, siguiendo con el ejemplo, con enrutadores multiprotocolo en la red Ethernet de área local, que tienen una tarjeta de RDSI conectada al PTR. En dicha tarjeta se realiza el encapsulado del TCP/IP en los canales B de la RDSI.

3.4 Segmentos de acceso

Los segmentos de acceso a redes de área extendida pueden ser de diferentes formas, según sea el operador de servicio que de que se trate. Como reflexión de carácter general, se puede hacer la siguiente:

• Un operador de cable pensará en un segmento de acceso con cable coaxial. Un ejemplo típico son las redes de CATV, particularizadas en una implementación tipo HFC.

• Un operador telefónico tenderá a reutilizar todo lo que pueda su planta de cobre (o fibra en acceso local). Por tanto, pensará en alternativas que de una u otra forma le permitan mantener los accesos de abonado con el par de cobre (o la fibra que tenga trazada). Ejemplos de estas alternativas son FTTC (fibra hasta el concentrador y luego cable de pares de cobre), FTTH (fibra hasta la casa del cliente, si ya está trazada), la familia xDSL (fundamentalmente ADSL, pero considerando VDSL para casos concretos y quizá en algún momento HDSL), y RDSI (de banda estrecha normalmente, y de banda ancha si es posible).

A. Otros operadores no telefónicos ni de cable pueden tener en mente alternativas diferentes. Por ejemplo, puede establecerse una red de acceso mediante sistemas MMDS y LMDS, que sería propio para operadores que no tienen planta de cable y realizan el segmento de acceso mediante radio terrenal (wireless cable). Otros operadores que posean un satélite pueden implementar el segmento de acceso de red como una red de difusión o de distribución a través de satélite, en la modalidad DBS (Direct Broadcast Satellite).

3.4.1 Acceso WAN tipo CATV

Estos sistemas de acceso consisten en una red de cable o fibra que soporta servicios interactivos que entregan multimedia a sus clientes. Destacan servicios telefónicos (normalmente tipo RDSI), de datos (infraestructura de módems de cable), y de TV, en cualquiera de sus modalidades (VoD, NVoD, TV interactiva, PPV, TV por subscripción, etc.), pero puede darse incluso el mismo servicio de difusión sonora a través de la infraestructura de cable, utilizando dentro del cable el mismo espectro que se utiliza en radiodifusión FM. En el caso del vídeo, el medio de transmisión se comparte por canales analógicos y canales digitales de TV.

El canal interactivo suele implementarse de forma que el canal de bajada (FIP) está dentro del espectro reservado para el canal de difusión, mientras que el canal de subida (RIP) va en espectro aparte. Se suele seguir la recomendación del DVB-I y del DVB-C para la definición de las bandas espectrales asignadas a cada canal (difusión e interactivo). La Figura 24 es una descripción general del espectro recomendado en DVB-C. La parte baja del canal de difusión suele estar destinada a los canales analógicos de TV y la parte superior a los canales digitales de TV. Como se ha mencionado, se puede incluir difusión sonora dentro del cable en la misma banda que se haría en radiodifusión FM.


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Ejemplo: DVB-CFIP incluído en canal de difusión

Downstream

Downstream

Upstream

70 130 862300

5 65 MHz

Figura 24 - Espectro en DVB-C


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Entre todas las implementaciones de redes CATV, una muy importante por la cantidad de implementaciones que tiene es la del tipo HFC (Hybrid Fiber Coax). El espectro utilizado dentro del cable y de la fibra responde cualitativamente al descrito en la Figura 24, con diversas variantes. La red de acceso se establece de forma jerárquica con nodos que van siendo divisores hasta el PTR del abonado. En uno de los nodos, se produce un cambio de fibra a cable coaxial como medio portador físico. Cada nodo de fibra puede servir entre unos 500 y 2000 usuarios en las secciones de cable.

Una sinopsis de este sistema CATV-HFC se puede ver en la Figura 25. Se puede ver en dicha Figura 25 cómo, por ejemplo, los accesos a otros servicios de telefonía y datos se realizan a nivel de un nodo intermedio (por ejemplo, el módem maestro se puede ubicar en estos nodos intermedios); esto conduce a un aumento del número de puntos de interconexión con otras redes de telefonía y datos, que puede venir forzado, por ejemplo, por condicionantes de no superar el espectro máximo asignado al canal ascendente al ir agrupando más usuarios a medida que se acerca el esquema al nodo de acceso o cabecera de red.

Usuario

Nodo de acceso

Nodo de fibra Nodo de fibra

Usuario Usuario Usuario

Fibra Fibra

Coaxial Coaxial

Cabecera de red o

Head - end

Servidor de

información

Conexiones a otras redes

(telefonía, datos)

Conexiones a otras redes

(telefonía, datos)

Figura 25 - Sinopsis de una CATV-HFC

Se suele utilizar modulación tipo 64-QAM o 256-QAM para los canales digitales de TV digital, es decir, en el sentido descendente. Para el canal ascendente se suele utilizar modulación QPSK, porque se requiere un método más robusto de modulación dados los problemas de ruido que se plantean en este canal, sobre todo en los concentradores de los nodos camino de la cabecera de red (ruido por efecto embudo). Al mismo tiempo, dado que el flujo binario del canal de retorno es mucho menor que el que se requiere para el canal de bajada (que incluye el canal de difusión de la información multimedia), no importa utilizar para el canal de subida un método de modulación con peor eficiencia espectral (bits/Hz) como es el QPSK (0,5 bits/Hz) mencionado frente a los 64/256-QAM (0,167 bits/Hz en 64 QAM y 0,125 bits/Hz en 256-QAM).

3.4.2 Accesos WAN tipo familia xDSL

3.4.2.1 Acceso WAN tipo ADSL


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ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Loop) es un tipo de acceso que permite reutilizar totalmente el acceso de un abonado por medio de par de cobre a servicios multimedia de banda ancha. De esta forma, la cabecera de red o “head-end” es en este caso una central del operador telefónico. Estas razones hacen que sea una alternativa a tener en cuenta por parte de un operador telefónico, si bien las ventajas económicas derivadas de su actual existencia (no hay que tender la línea) se compensan por el hecho de que muestra mayor limitación de ancho de banda que el cable, a la vez que la distancia entre la central y el usuario no puede ser muy larga (varía según las modalidades de ADSL, y se comenta después). Por otra parte, puede ocurrir que algún bucle específico de abonado no cumpla los requisitos mínimos para soportar un acceso ADSL, aun teniendo una longitud menor que la mínima exigida para la modalidad de ADSL de que se trate; esto puede deberse a algún problema de tendido del par de cobre, como curvatura excesiva, dobleces, etc., que ocurrieron cuando se tendió y pasaron desapercibidos para el uso normal de servicio telefónico.

A la luz de lo anterior, la Figura 26 muestra una sinopsis de un acceso WAN tipo ADSL.

Nodo de acceso

UsuarioUsuario

Usuario

Central del operador telefónico

Par de cobrePar de cobre

Servidor de informacióndel nodo de acceso

Figura 26 - Sinopsis de un acceso ADSL

El nombre de “asimétrico” en ADSL viene de la diferencia existente entre el flujo binario de los canales de bajada (que incluye el canal de difusión y el FIP del canal interactivo), y el flujo binario del canal de subida (RIP), mucho menor que el de bajada. Este esquema se adapta muy bien a las necesidades de servicios interactivos multimedia, pues la interacción del usuario requiere unos valores muy bajos de velocidad binaria, mientras que el “descenso” del material multimedia puede requerir (sobre todo en caso de vídeo) grandes capacidades de transmisión.

Así pues, en ADSL todo descansa sobre un par de cobre, dentro del espectro desde contínua hasta 4 kHz, típico de una red telefónica pública conmutada (PSTN).

De acuerdo con el estándar americano (ANSI T1.413) y la primera normalización internacional (UIT-T/G.992, de junio-1999), la tecnología ADSL soporta un enlace punto a punto, que puede sustentarse bien sobre sistemas_STM de transmisión síncrona (“Synchronous


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Transfer Mode”) o bien sobre sistemas_ATM de transmisión asíncrona (“Asynchronous Transfer Mode”), utilizando en ambos casos la modulación de línea DMT .

Igual que la OFDM (“Orthogonal Frequency Division Multiplexing”) , la modulación DMT (“Discrete MultiTone”) divide el

canal de transmisión en varios subcanales, cada uno de ellos asociado a una portadora, que, teóricamente, son modulados y demodulados de forma independiente. Cuando el número de subcanales es elevado, resulta prohibitivo disponer de una batería de osciladores y de moduladores, por lo que, en su lugar, se acude al procesado digital de la señal, basado en la Transformada Discreta de Fourier (DFT, o Discrete Fourier Transform), la cual se explica en el Apéndice 1A, adjunto al final de este capítulo.

Para el sentido descendente, la normalización internacional (UIT-T/G.992, ANSI T1.413,..) estipula 256 subcanales de 4 KHz

cada uno, con, además, un prefijo cíclico al objeto de eliminar la interferencia entre símbolos. Mientras que la velocidad de símbolos ( f0 = 1/T0 ) es de 4 KHz, correspondiente al bloque original de 256 muestras, la separación entre subcanales ( ∆f ) es de 4,3125 KHz, debido a la inserción del prefijo cíclico.

Ante el éxito comercial del ADSL (estándar UIT-T/G.992.1, de 1999), recientemente ha aparecido una nueva generación del mismo, constituida por dos nuevos estándares, el ADSL2 y el ADSL2Plus.

El ADSL2 es básicamente una versión mejorada del ADSL, que obedece al estándar UIT-T/G.992.3, de Julio de 2002, el cual aporta las siguientes innovaciones::

El incremento de capacidad (hasta 8 Mbps en sentido descendente y 800 Kbps en sentido ascendente), merced a la introducción de la modulación de Trellis y la reducción del overhead.

El soporte de un nuevo modo de transporte, basado en paquetes (Ethernet, por ejemplo), adicional a los STM y ATM del ADSL, introducciendo además en este último modo la opción IMA (Inverse Multiplexing ATM).

La aparición de una nueva modalidad de operación, la all digital mode, que ocupa también la banda POTS (telefonía básica) o RDSI, la incorporación de sistemas de ahorro energético (L2/L3), la canalización de voz (CVoDSL),......

Por otra parte, el ADSL2Plus, que obedece al estándar UIT-T/G.992.5 de Mayo de 2003, mantiene las innovaciones introducidas por el ADSL2 --codificación de Trellis, modo de transporte tipo paquete (Ethernet,...), alternativa all digital mode,....--, siendo no obstante su principal novedad que duplica la banda del mismo, extendiéndola desde los 1.104 KHz (del ADSL/ADSL2) hasta los 2.208 KHz.

Ello permite duplicar el número máximo de subcanales, en sentido descendente, del ADSL/ADSL2 --desde 256 hasta 512, y, por ende, duplicar también la capacidad del ADSL2, alcanzando el ADSL2+ los 16 Mbps (downstream) y los 800 Kbps (upstream).

3.4.2.2 Acceso WAN tipo HDSL

HDSL (High Digital Subscriber Loop) utiliza dos pares de cobre de telefonía convencional, y soporta un tráfico bidireccional asimétrico a 2 Mbps. De esta forma, puede pensarse que el canal de subida está sobredimensionado, mientras que el canal de bajada puede estar subdimensionado, si se piensa en servicios interactivos multimedia. Por tanto, este tipo de acceso se muestra más apropiado para servicios simétricos donde la calidad requerida sea menor en términos de flujo binario. Por ejemplo, una videoconferencia.


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Utiliza una modulación basada en el esquema 2B1D, y soporta una carga útil (payload) de un T1 (1536 Mbps) o de un E1 (2048 Mbps) a una distancia del orden de 5 km.

3.4.2.3 Acceso WAN tipo VDSL

VDSL (Very High Digital Subscriber Loop) es la variante de ADSL que parece irrumpir con mayor fuerza en determinados entornos, por el momento restringidos. Utiliza modulación tipo CAP o DWMT. Es capaz de transportar un OC-1 (51,84 Mbps) en el canal de bajada a distancias muy cortas, del orden de 500 m como máximo. Se utiliza actualmente para el cableado de edificios.

3.4.2.4 Acceso WAN tipo RADSL

RADSL (Rate-Adaptive Digital Subscriber Loop) es otro acceso de la familia xDSL, o más bien una variante de ADSL. Utiliza CAP. Permite transmitir en el canal de bajada hasta un OC-1 (51,84 Mbps) a una distancia máxima de 3 km; no obstante, los experimentos precomerciales han estado entre los 7 y 12 km de distancias máximas.

3.4.2.5 Acceso WAN tipo SDSL

SDSL (Symmetric Digital Subscriber Loop) da el mismo flujo binario para los canales de subida y bajada, como era de esperar de su nombre (simétrico). Hay sistemas operando a 384 kbps, 768 kbps, 1,5 Mbps (por tanto soportando T1) y 2 Mbps (por tanto soportando E1). Se puede utilizar para aplicaciones tipo videoconferencia, pero también está pensado para foros o grupos cooperativos en Internet (por tanto, como segmento de acceso a Internet).

3.4.3 Acceso WAN tipo FTTC/FTTH

FTTC (Fiber to the Curb) o fibra hasta un concentrador y FTTH (Fiber to the Home) o fibra hasta el usuario son dos variantes de acceso cuya utilización depende de la decisión del operador de servicio o de red en el segmento de acceso. La variante FTTC es la más extendida en las condiciones normales en que no existe un tendido de fibra hasta el domicilio del usuario, sino que el último tramo va normalmente sobre par de cobre o coaxial.


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Nodo de accesoHost Digital Terminal

(HDT)

Splitter óptico pasivo Splitter óptico pasivo

ONU(Optical Network Unit)

ONUONU ONU

ONU

Usuario Usuario Usuario Usuario

Par de cobre / Coaxial

ONU(Optical Network Unit)

Par de cobre / Coaxial

D-WDMD-WDM

Servidor de informacióndel nodo de acceso

Figura 27 - Sinopsis de un ejmplo de acceso FTTC

La Figura 27 muestra una sinopsis de un ejemplo de acceso tipo FTTC. Del nodo de acceso o cabecera de red se baja por una cadena de divisores hasta el usuario. Por ejemplo, se puede bajar un primer tramo en WDM o D-WDM hasta un divisor óptico pasivo (splitter óptico pasivo). El siguiente escalón de división puede tener lugar en las llamadas unidades de red óptica (optical network units - ONU), donde además se produce la transición entre la fibra y el par de cobre o el coaxial, que ya llega hasta el usuario.

La transmisión se realiza en banda de base, incluso la del múltiplex óptico. Las ONUs se localizan en las entradas de los edificios, y prácticamente con esta ubicación el segmento de par de cobre o coaxial queda únicamente para el interior de los edificios. Una ONU puede soportar entre 8 y 24 hogares, siendo un número ampliamente utilizado 16. Las ONUs tienen capacidad de enrutamiento, señalización, control, y multiplexación por distribución en el tiempo (TDM). Un HDT (Host Digital Terminal) puede soportar más de 128 ONUs, con lo que así atiende a más de 2000 hogares (= 16 x 128). Si se utilizan los divisores (splitters) pasivos, se pueden conectar las ONUs a un menor coste. En el trayecto óptico, se puede soportar hasta un OC-3 = STM-1 (155,520 Mbps), que puede llevar celdas ATM en caso necesario (ATM/SDH).

Las alternativas de medio de transmisión en el segmento de cable son, como se ha mencionado, el par de cobre y el coaxial, cuya utilización es como sigue:

• Ambos par de cobre y coaxial se utilizan para servicios analógicos y digitales interactivos de banda ancha.

• Sólo coaxial, con servicios muy similares a los que se han descrito para el acceso CATV-HFC: TV analógica y digital, telefonía (normalmente RDSI) y datos (mediante la implementación de modems de cable). De esta forma, se puede considerar que los accesos FTTC son una extensión con mayores posibilidades que los accesos descritos HFC (o más claramente, que HFC es una implementación particular de FTTC; de todas formas, la frase anterior podría ser más correcta porque históricamente HFC surgió antes que FTTC).

• Sólo par de cobre, que no soporta servicios analógicos de difusión tal como haría un ADSL, por ejemplo.


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3.4.4 Acceso WAN tipo RDSI (banda estrecha)

Este es un tipo de acceso muy extendido, que se soporta perfectamente sobre casi todos los pares de cobre que actualmente llegan a todos los hogares que cuentan con el servicio telefónico convencional. Es completamente simétrico.

Instalacionesde usuario

PTR

Nodode

acceso

Servicioscentralizados

Accesoa redes especiales

Centrosde operadoras

Centrosde gestión de red

Central local del operador

Figura 28 - Sinopsis del acceso WAN RDSI

La Figura 28 muestra una estructura general del acceso WAN vía RDSI, donde se puede ver que el nodo de acceso es una central del operador de RDSI, que ofrece una serie de servicios con distintas informaciones desde este nodo.

Se tienen dos tipos de acceso:

• Acceso básico 2B + D (2 x 64 kbps + 16 kbps): Consiste en dos canales de datos (B) a 64 kbps cada uno, más un canal de señalización (D) a 16 kbps. Los dos canales de datos, que se pueden usar para telefonía digital, por ejemplo, pueden funcionar de diversas formas (como dos canales completamente independientes, en reparto de carga para la misma fuente o destino de información, activo y reserva, etc.). La velocidad binaria en diferentes interfaces del segmento de acceso no tiene por qué ser la suma exacta de 2B + D por taras que el sistema introduce en las tramas de datos para garantizar la transmisión.

• Acceso primario 30B + D (30 x 64 kbps + 64 kbps): consiste en 30 canales de datos (B) a 64 kbps y un canal de señalización (D) a 64 kbps. Se pueden hacer en este punto los mismos comentarios que en el acceso básico. De hecho, este acceso primario RDSI corresponde al primer nivel de la jerarquía plesiócrona (PDH Plesiochronous Digital Hierarchy) para la transmisión de telefonía multiplexando 30 canales de 64 kbps cada uno en tramas de 2 Mbps (E1). El canal D de 64 kbps corresponde al intervalo número 16 de la trama JDP E1. En este caso, también hay que incluir las taras que el sistema introduce, por ejemplo, para sincronización, alarmas, etc., y que vienen a constituir el equivalente a otro canal de 64 kbps (intervalo número cero de la trama JDP E1).


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Adicionalmente a los canales descritos, se tienen también los llamados canales H, que no son más que agrupaciones de p x 64 kbps muy utilizadas. De esta forma, se tienen las siguientes variantes de canales H:

• H0, de 384 kbps (p = 6).

• HH, de 1536 kbps (p = 24), utilizable sólo en países que tienen JDP en modalidades T (USA y Japón, por ejemplo).

• H12, de 1920 kbps (p = 30), utilizable en países con JDP en modalidades E (Europa). Los 64 kbps que faltan hasta los 2048 kbps de la trama JDP E1 se tienen, por medio de un canal de señalización D de 64 kbps (coincidente con el intervalo 16 de la trama JDP E1) y la señalización de servicio y de alineación de trama que es otro caudal equivalente a 64 kbps (intervalo cero de la trama JDP E1).

Con lo descrito anteriormente, un acceso primario 30 B + D es equivalente a 5 H0 + D y también a H12 + D.

La UIT define una configuración de referencia para la RDSI, que se desglosa en:

• Grupos funcionales, que son juegos de funciones necesarias en las disposiciones de acceso, en cada una de las cuales puede haber o no funciones específicas en cada grupo funcional. Tales funciones pueden residir en una o más partes del equipo.

• Puntos de referencia, que son los puntos conceptuales que dividen a un grupo funcional. Pueden representar intefaces reales (físicas o virtuales).

ET1

ET2 AT

TR2 TR1 TL TCVU

S

T

R

S

Agrupación funcional

Punto de referenciao interfaz

Figura 29 - Arquitectura de acceso RDSI


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En la Figura 29 se puede ver un resumen de la arquitectura de acceso vía RDSI. El punto de referencia S corresponde a la interfaz de conexión física de los terminales a la RDSI. La interfaz S es una interfaz universal, que sirve para cualquier tipo de terminal y para cualquier servicio que la red ofrezca. El punto de referencia T representa la separación entre el equipo de transmisión de la línea digital y las instalaciones en los locales del usuario. El punto U corresponde a la propia línea de transmisión digital entre los locales de usuario y la central local. El punto de referencia V representa la separación entre las funciones de transmisión y las funciones de conmutación en el lado dela central local. Este punto de referencia puede ser una interfaz física real, cuando los equipos de transmisión y de conmutación están separados, o puede ser una interfaz virtual, interna a un equipo, cuando no haya separación física entre transmisión y conmutación. El punto de referencia R representa a las interfaces físicas existentes (p. ej., UIT-T X.25, UIT-T V.24) para terminales convencionales, por ejemplo de teletex o facsímil. Estos equipos pueden conectarse a la interfaz S de la RDSI por medio de equipos de adaptación de terminal (AT).

Los puntos de referencia o interfaces S y T han sido objeto de normalización internacional y ya existen normas prácticamente universales, con muy pocas variantes en las diversas implementaciones.

Siguiendo con la misma Figura 29, las agrupaciones funcionales definidas para el acceso de usuario se pueden definir como sigue:

• Equipo terminal tipo 1 (ET1). Se denomina ET1 al terminal de usuario, que se puede conectar directamente a la interfaz S. El ET1 está diseñado, por tanto, para su conexión a la RDSI. Ejemplos de este tipo de terminales son el teléfono digital, el teletex a 64 kbps con interfaz S, el facsímil Grupo 4 a 64 kbps con interfaz S, etc.

• Equipo terminal tipo 2 (ET2). Se engloba bajo la denominación de ET2 a todo terminal que no ha sido diseñado para la RDSI yque por tanto no puede conectarse directamente a la interfaz S. Terminales de tipo 2 son todos los terminales que pueden conectarse a las redes analógicas existentes (por ejemplo, teléfonos analógicos, terminales de datos con interfaz tipo UIT-T V.x, terminales con interfaz tipo UIT-T X.25, etc.

• Adaptador de terminal (AT). Es el equipo que permite la conexión de terminales tipo ET2 a la interfaz S, realizando las funciones de adaptación entre la interfaz R y la interfaz S (conversión de señalización, adaptación de velocidad, etc.).

• Terminación de red 2 (TR2). La agrupación funcional ET2 es la que realiza ciertas funciones de control en la instalación de usuario, como por ejemplo:

⇒ Tratamiento de la señalización de los terminales y de la señalización con la red.

⇒ Multiplexación de los canales de conversación y señalización.

⇒ Conmutación local, para las llamadas internas a la instalación.

⇒ Concentración de tráfico hacia la red.

⇒ Mantenimiento de la instalación de usuario.

• Terminación de red 1 (TR1). La TR1 realiza las funciones asociadas con la terminación física de la red y permite conectar las instalaciones de usuario a la línea de transmisión digital. Dichas funciones pueden ser:

⇒ Terminación de la línea exterior de transmisión digital.

⇒ Mantenimiento de las conexiones físicas en la línea y control de la calidad de transmisión.

⇒ Sincronización de las instalaciones de usuario con respecto a la red.

⇒ Transferencia de alimentación de potencia.

⇒ Multiplexación de conexiones físicas.

• Terminación de línea (TL). Esta agrupación funcional es el equipo de transmisión digital del lado de la central local, que realiza funciones similares a la TR1. Además, se encarga de las funciones de mantenimiento de la línea de transmisión digital.


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• Terminación de central (TC). Esta agrupación digital, que está ubicada en la central local, realiza la conexión de los canales de información con las etapas de conmutación de la central, soporta el procesamiento de la señalización de usuario, controla la activación y desactivación de la línea digital y realiza el mantenimiento correspondiente del acceso de usuario. En ciertos casos, los equipos de TC y TL están integrados en el mismo equipo físico (p. ej., el circuito de línea de abonado multiservicio).

En una instalación de usuario grande, la TR2 podría ser por ejemplo una centralita o una red de área local. En instalaciones más pequeñas, podría ser un sistema SATAI. En una instalación muy sencilla, la TR2 llegaría a desaparecer, existiendo simplemente una conexión directa (p. ej., metálica) entre el terminal de usuario y la TR1.

Teléfonodigital

Adapt. determinal

Teleimpresora

Terminal

TR1

Teléfonodigital

Teleimpresora

Centralit.Digital

Multiserv.(TR2)

TR1

S/T

TS

Sistema MIC 2 Mbps (4 H)2048 kbps

Par de abonado (2 H)160 kbps

U

U

Acceso básico2 B + D

Acceso primario2 B + D

Figura 30 - Ejemplos de accesos básico y primario RDSI

La Figura 30 muestra ejemplos del acceso básico y del acceso primario a RDSI, incluyendo las interfaces normalizadas definidas para dicha RDSI. Se puede comprobar cómo las velocidades binarias pueden variar en las diferentes interfaces con respecto a lo que sería de esperar efectuando las multiplicaciones, por ejemplo enel accso básico, de 2 B + D = 2 x 64 + 16 = 144 kbps, en vez de los 160 que figuran en la intefaz U. Esto se debe a taras de los protocolos.

3.4.5 Acceso WAN tipo PSTN o RTB

Este es el acceso más extendido, vía red telefónica básica (RTB) o lo que es lo mismo, red telefónica conmutada (RTC). Permite un acceso vía módem a diferentes velocidades. El proveedor de servicio normalmente garantiza 1200 o como mucho 2400 bps; no obstante, se pueden realizar conexiones hasta los 14400, 28800, y 38400 bps con bastante facilidad, y con módems a precios asequibles. Se ha demostrado que la mayoría de los bucles de abonado son capaces incluso de soportar directamente la velocidad de un canal B de RDSI a 64 kbps.

La limitación de una conexión de larga distancia con este tipo de acceso viene dada por algún nodo de la red o alguna sección de transmisión que no garantice velocidades superiores. De esta forma, aunque conectemos un módem preparado para 38400 bps, podemos


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encontrar que la velocidad neta de la transmisión, aun con esta modalidad que es de circuito virtual en red conmutada (recursos dedicados 100%) durante la transmisión, es de no más que 2400 bps.

3.4.6 Acceso WAN tipo redes eléctricas

También existe la posibilidad de efectuar segmentos de acceso a través de los accesos de las redes de distribución de energía eléctrica a los domicilios de los usuarios. De hecho, se utiliza en algún caso este tipo de tecnología para servicios interactivos de banda ancha. No obstante, el interés de la implementación del segmento de acceso a través de las redes eléctricas va en disminución, debido al creciente interés de la realización del segmento de acceso a través de tecnologías sin hilos, fundamentalmente del bucle de abonado sin hilos WLL (Wireless local loop).

3.4.7 Accesos WAN sin hilos

Existe una amplia colección de implementaciones de segmentos de acceso sin hilos. Actualmente, la mayor parte de ellos comparten una característica frente a los accesos con hilos: el ancho de banda es notablemente inferior. Por esto, los servicios que se pueden dar hoy día son diferentes; por otro lado, a este tipo de acceso se está dedicando gran cantidad de inversión en investigación en dos frentes:

• Codificación de los medios de información más costosos en carga (fundamentalmente vídeo) mediante esquemas de codificación que reduzcan notablemente el régimen binario requerido para determinados servicios en los que la calidad sea aceptable a baja velocidad.

• Aumento del ancho de banda en el trayecto radio (interfaz aire), con las suficientes garantías en un entorno hostil (por ejemplo, terminales de usuario en medios urbanos, tipo telefonía celular) en lo que se refiere a problemas de propagación de ondas (reflexiones, obstrucciones, etc.). Esto incluye esquemas de codificación de canal robustos para garantizar todos los elementos de la comunicación y su gestión (fidelidad del mensaje transmitido, identificación para facturación del usuario, etc.).

Se describe a continuación un conjunto de posibles segmentos de accesos sin hilos.

3.4.7.1 GSM

El GSM (Global System for Mobile Communications) utiliza las bandas 880-915 MHz (móvil a base) y 925-960 MHz (base a móvil). Como en todo sistema de comunicaciones móviles, se suele utilizar la banda más baja para la comunicación más desfavorable (móvil a base), ya que la atenuación en espacio libre crece con el cuadrado de la frecuencia. El sistema tiene 124 portadoras con 8 canales cada una multiplexados en el tiempo. Las portadoras están separadas entre sí 200 kHz, y cada portadora admite una velocidad máxima de modulación digital (GMSK) de 270 kbps.

La voz se puede transmitir a velocidades de codificación de fuente de 13 kbps (Canales Bm) y de 6,5 kbps (canales Lm) con calidad inferior, pero duplicando la capacidad, a los que hay que añadir la señalización (canales Dm) y las taras para códigos de canal, sincronización, gestión, etc.. Se puede comprobar que la nomenclatura Bm (Lm) y Dm procede de la RDSI.

Los canales de datos son de 9600 bps, por lo que se trata de un sistema que, aunque muy extendido, es notablemente de banda muy estrecha. No obstante, se puede utilizar, por ejemplo, para videotelefonía utilizando UIT-T H.263. También se han realizado experiencias de transmisión de vídeo con algunos esquemas de codificación por descripción de objetos tipo MPEG-4.


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3.4.7.2 DCS 1800

DCS (Digital Cellular System) opera en la banda de 1800 MHz. Las bandas utilizadas son 1710-1785 MHz (móvil a base) y 1805-1880 (base a móvil). El resto de las especificaciones son básicamente las mismas que para el GSM, puesto que se trata en realidad de una extensión de la especificación GSM a la banda de 1800 MHz, ante la saturación sufrida en la banda de 900 MHz por la amplia y rápida expansión del sistema GSM en algunos países. Cabe destacar que el número de portadoras es de 374 en vez de 124, aunque manteniendo la separación de 200 kHz entre las portadoras, ya que la banda asignada es más ancha en este sistema que en el GSM. El sistema sigue siendo de banda estrecha para la transmisión de datos, aunque muestra una variante en la interfaz aire con respecto al sistema GSM.

3.4.7.3 DECT

DECT (Digital European Cordless Telephone) es el resultado de la tercera generación de teléfonos móviles sin hilos. Carece de las facilidades extensas de itinerancia (roaming) del GSM, pero a cambio es uno de los pocos sistemas que hoy día permiten cierta anchura de banda en la interfaz aire para la transmisión de datos.

La banda utilizada está en 1880-1900 MHz, de igual forma que el DCS 1800. Tiene 10 canales de ancho de banda 1,728 MHz y velocidad binaria 1,152 Mbps cada uno.

3.4.7.4 UMTS (IMT-2000)

UMTS (Universal Mobile Telephone System) es el sistema llamado a coexistir y acabar substituyendo a los actuales GSM y GSM-1800. Utiliza la banda de 1800 MHz, y es un sistema con anchura de banda suficiente para permitir transmisión de vídeo y servicios de videoconferencia con una cierta calidad. Así, se definen tres niveles de calidad en términos de velocidades binarias para diferentes situaciones:

• 144 kbps para “fast moving or mobile”, lo que significa un usuario en movimiento a velocidades elevadas (por ejemplo, en trenes o automóviles).

• 384 kbps para “slow moving or pedestrian”, lo que significa un usuario en movimiento a velocidades reducidas (por ejemplo, andando).

• 2 Mbps para “in-office or stationary”, lo que significa un usuario quieto dentro de infraestructuras fijas.

3.4.7.5 Otros accesos sin hilos basados en telefonía celular

Entre los accesos que tienen que ver con sistemas de telefonía celular, hay muchos de diferentes familias. Por ejemplo, se tienen los IS-54 e IS-136 (extendidos en USA, banda de 800 MHz, 832 canales de 30 kHz y 48,6 kbps cada uno), IS-95 (extendido en USA, banda de 800 MHz, 20 canales de 1250 KHz y 1,2288 Mbps cada uno), PDC (Personal Digital Cellular, que opera en bandas de 900 y 1500 MHz, con 1600 canales de 25 KHz y 42 kbps cada uno), PHS (Personal Handy System, extendido en Japón, en la banda de 1800 MHz, 300 canales de 300 kHz y 384 kbps cada uno), etc.

Es destacable el sistema PCS (Personal Communication System), que opera en bandas de 1800-1900 MHz (1850-1910 y 1930-1990 MHz), y tiene tres variantes: PCS 1900 (basado en GSM), PCS CDMA (basado en IS-95), PCS TDMA (basado en IS-136) y “wideband CDMA” (basado en PHS). El conjunto de las tres variantes conjuntamente es conocido como PACS (Personal Access Communication System).


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3.4.7.6 Accesos WLL

Los accesos WLL (wireless local loop) son accesos de bucle de abonado que en su implementación pueden utilizar tecnología celular. En España, por ejemplo, se ha utilizado el llamado acceso TRAC (telefonía rural de acceso celular), que no es otra cosa que la substitución del bucle de abonado basado en par de cobre por una estación transceptora en el domicilio del abonado con las mismas funcionalidades que un teléfono móvil, pero de instalación fija.

Así, este tipo de tecnología compite con el bucle de abonado tradicional, y es ideal para la expansión rápida de nuevos operadores de red en el segmento de acceso, tanto para servicio de telefonía convencional como para cualquier otro servicio que pueda soportarse por el ancho de banda que se ofrezca en el sistema WLL, según la tecnología con la que se realice. Por otra parte, los costes para el establecimiento y mantenimiento de bucles de abonado sin hilos son mucho más bajos que los del bucle tradicional con par de cobre, sobre todo pensando en una total capilaridad de la red en áreas de población muy distribuída.

3.4.8 Accesos WAN por satélite

Los satélites ofrecen la ventaja de una amplia cobertura geográfica a bajo coste, una vez que se dispone del recurso del satélite tras la correspondiente inversión. Aunque tradicionalmente estas redes por satélite se han venido utilizando en los segmentos de acceso como redes de difusión de TV, actualmente hay muchas iniciativas para dar servicios interactivos multimedia a través de ellas. Actualmente se implentan dos tipos de arquitecturas:

• Con satélites GEO, en órbita geoestacionaria (a 37000 km de la superficie de la Tierra).

• Con satélites no geoestacionarios, tipo LEO o MEO (Low Earth Orbit o Medium Earth Orbit). En el caso de LEO la distancia del satélite a la Tierra está aproximadamente alrededor de los 780 km de su superficie.

3.4.8.1 GEO: sistemas DBS

Las redes tradicionales que involucran satélites se han realizado y se siguen realizando en gran medida con satélites GEO. La estación receptora en el domicilio del usuario consiste en una VSAT o USAT (very small aperture terminal o ultra small aperture terminal) con antena de plato.

Los sistemas DBS “direct broadcast satellite” (por ejemplo DirecTV, PrimeStar, DirecPC, Vía Digital, Canal Satélite Digital) utilizan habitualmente este tipo de tecnología. La base del sistema está en el seguimiento de la recomendación DVB-S para el trayecto por satélite, y de la DVB-SMATV para la distribución por la red doméstica del usuario (con sus variantes DVB-SMATV-DTM, DVB-SMATV-IF y DVB-SMATV-S).

La recomendación DVB-S y la DVB-SMATV contemplan la transmisión y difusión de flujos MPEG-2 de diversas calidades (normalmente entre 2 y 8 Mbps; a mayor calidad menor número de canales cabrán en el ancho de banda del transpondedor) en banda Ku. Estas recomendaciones definen el MPEG-TS (Transport Stream), que tiene prevista una sección privada para la transmisión de datos, que de esta forma puede incorporar el FIP de un canal interactivo. El MPEG-TS describe una trama de datos en la recomendación DVB-S que incorpora dos tipos de codificación de canal (FEC con Reed Solomon 204:188:8 y codificador convolucional a elegir entre 2/1, 3/2, 6/5, etc.) junto con un entrelazador (interleaver) convolucional (de 12 caminos y 17 retardadores a nivel de bytes): esta combinación hace el sistema robusto frente a los ruidos gaussiano e impulsivo, contando con trayectos claramente vulnerables como son los enlaces ascendente y descendente al satélite. La modulación empleada en el trayecto del satélite es un robusto método QPSK, que sacrifica ancho de banda frente a dicha robustez. El resultado es que se puede conseguir un estado QEF (quasi error free), es decir, probabilidades de error del orden de 10-10 y 10-11 después de la descodificación, con tan sólo una probabilidad de error del orden de 10-1 a 10-2 a la entrada del receptor de antena de plato del usuario. De esta


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forma, se pueden ubicar las antenas de plato en condiciones no muy favorables de Temperatura de Ruido (ubicaciones normales en las ciudades), a la vez que utilizar antenas de diámetros discretos (normalmente de 50 cm, y como mucho, 1 m en casos muy excepcionales).

La recomendación DVB-SMATV especifica cómo introducir el MPEG-TS a través de la instalación doméstica del usuario (por ejemplo, en el coaxial de bajada de una antena colectiva de TV). Para ello, cambia el codificador convolucional de DVB-S por uno diferencial, porque no hace falta tanta robustez para un trayecto menos expuesto a perturbaciones que el de satélite; también cambia, por ejemplo en el caso de la variante DTM (Digital Transmodulation), la modulación QPSK por una del tipo 64-QAM, porque no hace falta tanta robustez, y sin embargo sí hace falta optimizar el ancho de banda para conseguir, por ejemplo en la susodicha variante DTM, introducir por un canal analógico del cable coaxial de bajada de antena (8 MHz de ancho de banda en UHF) los mismos canales que cabían en el transpondedor (ancho de banda por ejemplo de 36 MHz) modulados en QPSK.

El número de canales que caben en el transpondedor (y por tanto los mismos en el cable de bajada de la instalación doméstica por ejemplo tras la transmodulación) depende fundamentalmente del ancho de banda del transpondedor, de la relación del codificador convolucional (2/1, 3/2, 6/5, etc.) y de la calidad del flujo MPEG-2 (p. ej., 2 Mbps, 4 Mbps, 6 Mbps, 8 Mbps). Para tener una idea del orden de magnitud, en caso de un transpondedor de 36 MHz de ancho de banda, y utilizando un código convolucional 3/2, se puede tener entre 4 y 5 canales de MPEG-2 de calidad equivalente a PAL, si se aumenta la calidad se bajará aproximadamente a 3 canales máximo, y si se transmiten a calidad inferior de unos 2 Mbps cabrán aproximadamente hasta 8 canales.

Para la realización del canal interactivo existen dos alternativas:

• La primera consiste en seguir la recomendación DVB-I, que actualmente se implementa por medio de redes SIT (Satellite Interactive Tecnologies). Mediante estas técnicas, se introduce el canal interactivo espectralmente de forma compatible con las recomendaciones DVB-S y DVB-SMATV, estando el FIP dentro del espectro reservado al canal de difusión, y manteniendo el canal ascendente (RIP) espectralmente aparte. Cualitativamente, el espectro que se consigue para el canal interactivo siguiendo estas recomendaciones es muy similar al que se tenía en los accesos tipo CATV-HFC.

• La segunda alternativa consiste en la incorporación del canal interactivo a través de un transpondedor del satélite utilizando técnicas puras de tipo VSAT o USAT (con accesos ALOHA o S-ALOHA); esta forma puede ser más cara que la implementación de este canal interactivo a través de una red terrenal, si ésta está fuertemente capilarizada; así, por ejemplo, es tradicional emplear como canal interactivo la red telefónica convencional, pero de forma transparente o no consciente para el usuario, dejando el satélite únicamente para el canal de difusión de TV.

La utilización de canales interactivos permite al operador de satélite ofrecer el servicio de TV en cualquiera de sus modalidades (TV por subscripción, PPV, VoD, NVoD, TV interactiva, etc.). A la vez, también abre las posibilidades de que el operador de satélite se convierta en un operador de servicios de valor añadido, dando acceso, por ejemplo, a Internet a través del satélite (no olvidemos que estamos estudiando segmentos de acceso, y por tanto, el satélite pasa a ser un segmento de red de acceso, por ejemplo, a redes de transporte que pueden conducir a servidores cualesquiera de información o incluso a otros usuarios).


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DVB Fo

rward

Link

DVB Forward LinkSIT Return Links

SIT

Ret

urn

Link

sHub

Station

FeederStation

BroadcastServiceProvider

BroadcastNetworkAdapter

InteractiveServiceProvider

InteractiveNetworkAdapter SIT SIT SIT SIT

Nodo de acceso

Figura 31 - Sinopsis del acceso WAN por satélite con SIT para DBS

3.4.8.2 LEO y MEO

Los sistemas emergentes de satélite utilizan satélites LEO y MEO. Se presentan algunos ejemplos a continuación:

• Iridium, que utiliza 66 satélites LEO y tres bandas de frecuencias: una banda K para comunicaciones intersatelitales, una banda K para comunicaciones desde el satélite a las estaciones terrenas (nodos de acceso), y una banda L para comunicaciones con los equipos de los usuarios (llamados CPE, customer premises equipments). El proyecto inicial contaba con 77 satélites, distribuídos en 7 planos orbitales (órbitas polares) con 11 satélites en cada plano. El nombre del proyecto viene del número atómico del Iridio, que es justamente 77, con la idea de un átomo con rodeado de electrones (77 electrones). El sistema funciona en forma celular, de forma que la iluminación de los satélites sobre la superficie de la Tierra es la célula en términos de telefonía celular. Dado que los satélites se mueven mucho más rápidamente que los usuarios sobre la Tierra, es el mismo concepto de telefonía celular pero al revés: la estación de base se mueve (el satélite se mueve), y aunque el usuario no se mueva o se mueva poco, la célula sí se mueve y se produce un hand-over precisamente por el movimiento de la estación de base (el satélite) más que por el movimiento del usuario. Por otra parte, dada la geometría del sistema y la de la Tierra, las órbitas confluyen en los polos y los satélites se acercan unos a otros solapando sus coberturas sobre la Tierra. Esto hace que cerca de los polos haya que apagar algunos satélites (en su papel de estaciones de base), para volver a encenderlos cuando se separan de los mismos. Aparte de las diferencias anteriores, hay otra diferencia con respecto a sistemas tradicionales terrenales de telefonía celular: los satélites pueden reenrutarse comunicaciones y dialogan entre ellos, a diferencia de las estaciones de base de sistemas terrenales que no lo hacen.

• ICO-Net, que utiliza 12 satélites MEO (10 operacionales y 2 de repuesto) y 12 estaciones terrenas en dos continentes sobre la Tierra. El enlace del servicio con el CPE usa banda de 2 GHz, mientras que el resto de enlaces (intersatelitales y satélites con estaciones terrenas) funciona en bandas de 5/7 GHz.


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3.4.9 MMDS y LMDS

Aunque no muy extendidos, existen otras metodologías de segmentos de acceso que actualmente se utilizan para servicios de disfusión de TV.

MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System) y LMDS (Local Multipoint Distribution System) consisten en la recepción doméstica mediante una antena de plato de microondas apuntada al nodo de acceso. Es, por tanto, un segmento de acceso con tecnología radio pero de tipo terrenal, en contraposición al de satélite estudiado anteriormente. Por otro lado, MMDS tiene tecnologías celulares con reutilización de frecuencias, típicas de comunicaciones móviles.

En relación con el canal de difusión, ambos sistemas utilizan un canal de bajada con modulación 64 QAM, de 28 Mbps con una ocupación de ancho de banda de 6 MHz. Esto hace posible, por ejemplo, transmitir 4 canales MPEG-2 de calidad 6 Mbps, y aún queda espacio para algo más (por ejemplo, un flujo MPEG-1, información de servicio, taras del sistema, etc.). En lo que respecta al canal interactivo, ambos sistemas utilizan un canal de subida modulado en QPSK, de velocidad entre 2 y 3 Mbps.

En MMDS, la cobertura aproximada que se da es de 50 km, con un plato de 60 cm. La banda utilizada es de 2,5 GHz y el ancho de banda del canal de difusión viene a ser de 200 MHz. A razón de los 6 MHz mencionados anteriormente, se tiene que se pueden transmitir 33 (=200 / 6) canales de TV. Si estos 33 canales se dedican a TV analógica, son 33 canales físicos de TV; si se dedican a TV en la modulación indicada de 64 QAM, se tienen 150 canales de TV digital (= 33 x 6, y no = 30 x 6 por reducción por factor de roll-off).

En LMDS, la cobertura aproximada que se da es de 5 km, con un plato de 30 cm. La banda utilizada en Europa es de 40 GHz, mientras que en USA es de 28 GHz. En ancho de banda en Europa es de 1,3 GHz, y en USA de 2,5 GHz.

En todos los casos se puede añadir un canal interactivo adicional por otras redes como internet, PSTN, RDSI con acceso a Internet, etc.

3.4.10 SFN y TDT

SFN (Single Frequency Networks) no es propiamente una tecnología para redes de acceso interactivas, aunque es la base de la TDT (Televisión Digital Terrenal), que obtiene la capacidad interactiva mediante conexiones a Internet o mediante canal telefónico tradicional o RDSI. Se trata en este contexto por ser el método adoptado para la TDT dentro de las normas DVB-T, y por tanto el sistema de acceso que desplazará a MMDS y LMDS para la recepción de TV con capacidad interactiva, debido a su menor consumición de recurso espectral (redes de una sola frecuencia en contraposición al aspecto celular presentado por MMDS) y sus mejores posibilidades de ecualización y robustez frente a errores de transmisión provocados por propagación multitrayecto.

El concepto de redes SFN se basa en la utilización de la modulación C-OFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) cuyos fundamentos de tratamiento de señal se describirán en detalle en el capítulo de redes de acceso de cable y fibra (es muy similar al sistema empleado en redes ADSL). Grosso modo, consiste en realizar una transmisión de símbolos digitales en paralelo; cada símbolo modula una subportadora dentro del espectro del canal, ocupando por tanto cada símbolo un subcanal de la parte de espectro disponible (en contraposición a los sistemas típicos de transmisión digital en serie, donde cada símbolo modula una portadora de canal ocupando totalmente el espectro disponible durante el tiempo de símbolo). De ahí que se llamen sistemas multiportadora.

Ya que cada subcanal ocupa una pequeña parte del ancho de banda disponible de transmisión, la respuesta del canal es prácticamente plana y en caso necesario su ecualización es sencila. Otra ventaja adicional es que realizando una distribución adecuada de los bits de información a transmitir entre todos los subcanales aún cuando exista un desvanecimiento selectivo en uno de ellos, no se destruyen los símbolos adyacentes, y por tanto la información binaria puede recuperarse fácilmente con sencillas codificaciones de corrección de errores.


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Con objeto de evitar el fenómeno de interferencia entre símbolos, es decir, que la distorsión del canal afecte a varios símbolos consecutivos, se transmite al inicio de cada símbolo un tiempo de guarda mínimo igual al tiempo de respuesta del canal o del retardo esperado por multitrayecto. Este tiempo de guarda está formado por la transmisión de la propia señal, y lo único a tener en cuenta en recepción es que durante el tiempo de guarda las muestras de señal no se tendrán en cuenta para su descodificación. De esta forma, si se producen errores, se trata de que no se propaguen a otros intervalos. De vez en cuando, a través de una secuencia conocida de símbolos, es posible ajustar el ecualizador en recepción de cada subcanal (subportadora) para tener en cuenta la influencia del canal de comunicaciones con el tiempo.

El principio básico de la modulación C-OFDM consiste en utilizar un número grande de portadoras equiespaciadas en frecuencia y moduladas cada una de ellas en QPSK o QAM, de forma que los símbolos a transmitir se reparten de alguna forma entre ellas. Todas las portadoras utilizadas se distribuirán en el ancho de banda del canal de transmisión (8 MHz) y cada una de ellas formará un subcanal ocupado espectralmente por la modulación de cada símbolo. Así, por ejemplo, en el caso de que se desee transmitir una información cuyo régimen binario sea de 10 Mbps, se utilizará un número grande de portadoras, por ejemplo 2000, moduladas en QPSK o QAM, de forma que el régimen binario de cada una de ellas sea de 5 kbps para que la velocidad total de transmisión sean los 10 Mbps (10 Mbps / 2000 portadoras = 5 kbps en cada portadora).

La velocidad de símbolo de cada portadora se hace coincidir con la distancia entre portadoras, porque el espectro de una portadora modulada en QPSK o QAM tiene un nulo a una distancia de la portadora igual a su velocidad de símbolo, minimizando así la interferencia entre las colas de los espectros de modulación de las portadoras. De esta forma, la velocidad de símbolo de cada portadora dependerá exclusivamente de la distancia entre ellas, o lo que es lo mismo, de su número. Así, por ejemplo, para el ejemplo anterior de 2000 portadoras en un ancho de banda de canal de 8 MHz, donde la velocidad binaria en cada portadora debe ser de 5 kbps (según calculado anteriormente), la separación entre portadoras es de 8 MHz / 2000 = 4 kHz, que deberá ser igual a la velocidad de símbolos (4 ksímbolos / s). En el caso de un número superior de portadoras (por ejemplo, 8000) en el mismo ancho de banda, la velocidad binaria de cada portadora debería ser 10 Mbps / 8000 = 1,25 Mbps; la separación entre portadoras será de 8 MHz / 8000 = 1 kHz, valor que númericamente será el mismo que el de la velocidad de símbolos (por tanto, 1 ksímbolo / s).

Para los dos ejemplos descritos en el párrafo anterior, obsérvese que la velocidad total de símbolos es la misma: 2000 portadoras x 4 ksímbolos / s es el mismo valor que 8000 portadoras x 1 ksímbolo por segundo (8 Msímbolos / s en ambos casos). Por tanto, lo que varía es la velocidad binaria según el número de bits de símbolo, según sea a su vez QPSK (16 Mbps), 16 QAM (32 Mbps) o 64 QAM (48 Mbps).

Como se ha indicado, cada símbolo C-OFDM está constituído por la suma de los N símbolos contenidos en las N portadoras durante el tiempo de símbolo de cada portadora. Por tanto, la duración de un símbolo C-OFDM es la misma (no la suma) de la duración de símbolo de cada portadora (por ello se trata, como se ha indicado, de transmisión de símbolos en paralelo, en contraposición a la típica transmisión serie).

Comparando los dos ejemplos propuestos se puede comprobar que cuanto mayor sea el número de portadoras mayor será la duración de cada símbolo (lógico, puesto que el parámetro fijo es el régimen binario serie total de la fuente a codificar, que si se divide entre más portadoras en paralelo, cada portadora requiere menor velocidad de símbolos). Pues bien, cuanto mayor es la duración de símbolo más robusto es el sistema frente al desvanecimiento de la señal debido, por ejemplo, a ecos producidos por objetos en movimiento. Esto quiere decir que debe favorecerse la realización de sistemas con elevado número de portadoras en paralelo.

Al tiempo de símbolo calculado, C-OFDM le añade (como ya se ha mencionado), un tiempo o intervalo de guarda. Durante el tiempo de guarda, la señal no es descodificada por el receptor. Si el tiempo de guarda se calcula de forma que el retardo de los diferentes ecos por propagación multitrayecto que lleguen al receptor sea de duración inferior al tiempo de guarda, la ausencia de interferencia entre símbolos es total. Esto se puede ver en la Figura 32, donde se aprecia que en el caso de existir dicho tiempo de guarda (segunda situación de la figura), durante el tiempo que el receptor dedica a descodificar el símbolo J sólo recibe información del símbolo J (ignora lo que llegue durante el intervalo de guarda, aunque sea información de la propia señal), mientras que en la primera situación de la misma figura, durante ese tiempo de descodificación del símbolo J se recibe también información del símbolo J-1.


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SímboloJ-1

SímboloJ

SímboloJ

SímboloJ-1

SímboloJ+1

SímboloJ-1

SímboloJ

SímboloJ

SímboloJ-1

SímboloJ+1G G

G G

Figura 32 - Tiempo de guarda en C-OFDM

De lo expuesto y de la Figura 32 se deduce que cuanto mayor sea la duración del intervalo de guarda, mayor será la robustez contra la interferencia entre símbolos; sin embargo, la velocidad de símbolos de cada portadora sufre una penalización mayor cuanto mayor sea ese intervalo de guarda (se puede compensar con mayor número de portadoras, pero también hay límite tecnológico a la cantidad de portadoras simultánea concentrada en un ancho de banda de canal). De esta forma, la duración del intervalo de guarda será un compromiso entre la duración del mayor eco que se pretenda compensar y el máximo régimen binario que se desee transmitir.

La consecuencia inmediata del uso de C-OFDM con respecto a la robustez frente a problemas causados por la propagación multitrayecto es que todos los transmisores situados en una misma zona determinada de un territorio no tendrían que utilizar frecuencias diferentse para transmitir el mismo programa, siempre que el retardo entre cualquiera de las diferentes señales emitidas por cada uno de ellos sea inferior al intervalo de guarda. Dicho de otro modo, no es necesario cambiar de frecuencia en cada repetidor por miedo a ecos o rayos retardados de repetidores anteriores, rompiendo de esta forma la necesidad de celularizar un territorio para efectuar una radiodifusión. Esto justifica lo indicado al comenzar esta sección del uso de esta tecnología en TDT, dando lugar a las denominadas SFN (Single Frequency Networks).

Para la TDT se sigue el estándar DVB-T, que es muy similar a lo que se describirá en redes de cable como DVB-C en lo que se refiere a tratamiento y codificación de la señal previa a la modulación C-OFDM en el transmisor (y posterior a la desmodulación en el receptor). La trama MPEG-2 TS de fuente se somete a un aleatorizador (dispersador), después a un codificador Reed-Solomon 204-188-8, un mecanismo de entrelazado y una codificación convolucional (de Viterbi). Esta combinación de tratamientos previos a la modulación C-OFDM proporciona un alto grado de correlación o dependencia entre la informaciones (símbolos) presentes en las distintas portadoras del C-OFDM, de forma que se reduce substancialmente la probabilidad de error global (por corrección de errores en el receptor). Por otra parte, incluso en el caso de un desvanecimiento selectivo en el interior del ancho de banda total, que hiciera que algunas portadoras fueran perjudicadas y otras probablemente beneficiadas, ese efecto de correlación de información hace que la tasa global de error venga determinada por la C/N media de todo el ancho de banda de todas las portadoras, por lo que el problema del desvanecimiento selectivo desaparece. De hecho, se da el caso de que la existencia de ecos puede ser beneficiosa para la señal en la medida en que las zonas del canal que ven incrementada su amplitud sean mayores que las que la vean disminuída como consecuencia de ese desvanecimiento selectivo, de forma que la tasa de error global puede disminuir si la C/N media fuera superior a la que existente en ausencia de ecos.


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Para terminar esta sección de forma comparativa a las anteriores (dando cifras concretas de parámetros de sistema), se darán los datos que ETSI ha aprobado, basados en la norma DVB-T, para la TDT:

• Se definen dos posibilidades para el número de portadoras: Modalidad 2K (1705 portadoras) y modalidad 8K (6817 portadoras). Se utilizará la modalidad 2K donde las condiciones del terreno sean tales que el número de ecos esperado sea pequeño. En lugares de orografía más accidentada, es recomendable utilizar la modalidad 8K.

• Se destinan algunas portadoras para transmitir funciones propias del sistema, tales como sincronización, estimación del canal de transmisión, etc.

• Teniendo en cuenta que la velocidad binaria MPEG-2 necesaria en calidad de distribución para transmitir una señal de televisión de alta definición puede ser del orden de 24 Mbps, una de calidad PAL Plus del orden de 12 Mbps, y una de calidad PAL estándar de 6 Mbps, se puede ver la ventaja de que en un ancho de banda de 7,61 MHz (< 8 MHz, que es el ancho de banda indicado para canales analógicos en UHF por EBU), con modulación 64 QAM, cabe un canal de alta definición, dos PAL Plus, y 4 PAL estándar.

• Con respecto a la C/N mínima requerida, este valor depende de la duración del intervalo de guarda y del código escogido. Los valores mínimos son (se puede apreciar que incluso para el caso más desfavorable, son valores considerablemente inferiores a los requeridos para una transmisión analógica PAL convencional, lo que permite reducir considerablemente las potencias de los transmisores para garantizar la misma cobertura):

⇒ QPSK: entre 3,1 y 16,3 dB.

⇒ 16 QAM: entre 8,8 y 22,8 dB.

⇒ 64 QAM: entre 14,4 y 27,9 dB.

La Tabla 12 proporciona un resumen de datos sobre los parámetros de la TDT.

Ancho de banda del canal 7,61 MHz

Separación entre portadoras ⇒ 1116 Hz (8K)

⇒ 4464 Hz (2K)

Duración útil del símbolo (Tu) ⇒ 896 µs (8K)

⇒ 224 µs (2K)

Duración útil del intervalo de guarda (Tg) Entre Tu/4 y Tu/32, es decir:

⇒ Entre 224 µs y 28 µs (8K)

⇒ Entre 56 µs y 7 µs (2K)

Duración total del símbolo (Tu + Tg) ⇒ Entre 1120 µs y 924 µs (8K)

⇒ Entre 280 µs y 231 µs (2K)

Velocidad del código convolucional (Viterbi) 7/8

Codificación de bloques (Reed-Solomon) 204-188

Máxima velocidad de símbolo ⇒ Este parámetro depende en gran medida tanto del intervalo de guarda como del código escogidos.

⇒ La máxima velocidad se obtendrá para el intervalo de guarda más pequeño y el código menos potente.


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⇒ A mayor portección del canal, menor velocidad disponible. En función de estos parámetros, la velocidad de símbolo puede variar entre:

⇒ 2,49 Msímbolos / s

⇒ 5,28 Msímbolos / s

Tipos de modulación para cada una de las portadoras QPSK, 16 QAM, 64 QAM

Máximo flujo binario ⇒ Entre 4,98 Mbps y 10,56 Mbps (QPSK)

⇒ Entre 9,96 Mbps y 21,12 Mbps (16 QAM)

⇒ Entre 14,94 Mbps y 31,68 Mbps (64 QAM)

Tabla 12 - Parámetros de la TDT

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