В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Анатолий
СергейПри построении современной сети распределения сигналов телерадиовещания, кроме учета возможностей существующих и вновь создаваемых технологий, необходим дифференцированный подход при проектировании сетей для внутреннего и внешнего телерадиовещания. Дело в том, что регионы государства российского сильно различаются по плотности населения, географическим особенностям, уровню урбанизации и, как следствие этого, наличию мощных источников электромагнитных помех.
Эти различия необходимо учитывать, чтобы избежать в дальнейшем ситуации, сложившейся с некоторыми мощными радиоцентрами, построенными в 1960-х годах. Эти радиоцентры были построены вдали от населенных пунктов, однако за это время обросли поселениями, и в настоящее время их необходимо закрывать не только в связи с моральным и физическим износом, но и в том числе по санитарным показателям.
Целесообразно рассматривать развитие глобальной сети распределения программ как минимум для двух взаимоувязанных частей:
В последнее время стала широко обсуждаться дальнейшая судьба наземного вещания в связи с закрытием мощного вещания – единственного инструмента, позволявшего подавать программы радиовещания на всю территорию России и за ее пределы.
Дальнейшее развитие сети наземного вещания очень сильно зависит от политики администрации связи в области использования частот, защиты налоговых льгот на пользование землей для мощного, как правило, государственного вещания и т.п. Основное направление современных систем связи, вещания и радиодоступа наиболее полно характеризуется тезисом: “Мир телекоммуникаций движется к тому, что все абоненты будут мобильными!” [1, 2]. Мощное вещание полностью вписывается в этот тезис.
Все меньшая часть населения для приема видео- и аудиоконтента пользуется традиционными аналоговыми сетями наземного вещания и традиционными приемными устройствами. Десятки миллионов потребителей перешли на прием программ со спутника, кабельных сетей – в некоторых случаях с беспроводным окончанием Wi-Fi, все активнее внедряются технологии доставки сигнала по сети WiMAX и операторов сотовых сетей на мобильные телефонные аппараты, планшеты, через РЧ-приставки, стоимостью от 500 руб., на компьютеры.
Вещательные компании и операторы связи начали включать в традиционное линейное программирование новые опции: сервисы доставки данных по запросу; гибридные и интерактивные услуги; мультискрин (возможность пользования несколькими экранами) и др. Наряду с этим расширяются и возможности приемных устройств. Услуги вещательных компаний уже сегодня доступны не только обычным радио- и телевизионным приемникам, но и SmartTV (технология интеграции Интернета с телевизором), персональным компьютерам, смартфонам и планшетам.
Основной интерес представляют альтернативные решения, обеспечивающие доставку ТВ- и РВ-программ на портативные и мобильные терминалы, в частности на приемники, находящиеся внутри автомобиля, и на планшетные ПК, которые не всегда могут функционировать в рамках классического наземного вещания. Портативные и мобильные устройства гарантированно могут обслуживаться с помощью беспроводных широкополосных технологий. На физическом и канальном уровнях мобильность абонентского терминала реализуется путем использования самых современных технологий, а именно: OFDM-модема; канального кодирования (в последнее время с использованием LDPC-кодов); активных и MIMO-антенн как на базовых, так и на мобильных станциях с конфигурацией 4х4 и выше; режима пакетной передачи (PLP), а в будущем – облачно-ориентированных платформ сетей радиодоступа на основе SDR (SoftwareDefinedRadio) и базовых сетей на основе SDN (SoftwareDefinedNetworks), что сделает возможными перенос вычислительных мощностей абонентских устройств в облачную часть сети и использование “легких” смартфонов, которыми могут стать любые устройства с интерактивным экраном.
Современные телевизоры и цифровые приемники оборудованы Ethernet-интерфейсом и/или модемом Wi-Fi. Кроме того, современные приемные устройства обеспечены встроенными жесткими дисками или по крайней мере способны взаимодействовать с внешним устройством хранения данных, связь с которым осуществляется через USB или локальную сеть. Следовательно, самые современные приемники обеспечивают новые функциональные возможности, позволяя пользователю получить доступ к онлайн-услугам, таким как видео по требованию (VoD), игры, программа информации, новости и др. Эти возможности могут также позволить реализовать дополнительные информационные службы, синхронизированные с текущей телевизионной программой, использование middleware-стандартов, таких как HbbTV (HybridBroadbandBroadcastTelevision). При этом дополнительное, связанное с телевидением содержание может доставляться через широкополосную сеть и объединяться с вещательным контентом непосредственно в приемнике. Для объяснения этой идеи вводится понятие DynamicBroadcast [3].
Традиционный способ доставки видео- и аудиоконтента зрителям в последнее время не является исключительным и всеобъемлющим. Для дальнейшего развития этого вида услуг вещатели во всем мире стараются производить и предлагать расширенные услуги, основанные на интерактивности, сдвиге во времени и возможности воспроизведения в любом месте. При этом расширенные услуги, как и интернет-вещание, не являются заменой обычных вещательных программ, они дополняют их своим функционалом, благодаря чему у вещателя появляются дополнительные возможности для формирования мультимедийного сигнала, а у пользователя – больше свободы в его выборе [3–5].
Расширенные услуги реализуются с помощью сочетания наземных, кабельных, спутниковых вещательных сетей, а в экспериментальных сетях и широкополосного доступа в Интернет – в рамках услуг гибридного вещания. Широкополосные подключения обеспечиваются за счет использования любой подходящей технологии, а именно: волокно, медь (XDSL), мобильное широкополосное вещание, кабельное или спутниковое телевидение. Причем потенциал для создания специальных услуг у каждого способа эфирной передачи разный. Например, наземное вещание пока может предложить мобильный и стационарный прием, а спутниковое радио – уже услуги по запросу [5].
Ни одна из традиционных телерадиосетей, используемых для передачи контента, не охватывает всю зрительскую аудиторию, поэтому развиваются универсальные платформы, которые поддерживают наземное, кабельное, спутниковое и IPTV-(интерактивное) вещание. Несмотря на это, телерадиосети все еще не могут предоставить весь спектр услуг и взаимодействовать со всеми пользовательскими устройствами. Поэтому широкополосные сети все чаще и чаще используются, в частности, для реализации современных сервисов.
Взаимодействие между наземным вещанием и широкополосными беспроводными сетями (ШПБС), такими как LTEMBM (LongTermEvolution – MultimediaBroadcastandMulticastSystem), является весьма привлекательным для вещателей по нескольким причинам. Прежде всего, смартфоны и планшеты являются устройствами, которые предназначены для отображения аудиовизуального контента. Они просты в использовании и их проникновение на рынок растет огромными темпами, поскольку они имеют тенденцию развиваться в универсальные персональные устройства связи. При этом продвинутые потребители уже пользуются возможностями ШПБС, остальные ожидают, что гаджеты с доступным функционалом в ближайшее время смогут поддерживать любые услуги связи и доступ к аудиовизуальному контенту. Кроме того, наземное вещание и широкополосные беспроводные сети действительно дополняют друг друга.
Широкополосные и вещательные сети, как правило, работали независимо друг от друга. Взаимное использование таких сетей обеспечит совместную работу различных технологий и предоставит новые возможности вещательным компаниям, сетевым операторам и пользователям. При этом сегодня вещатели сталкиваются с двумя основными проблемами, связанными с растущим числом вариантов передачи и распространения контента конечному пользователю.
1. Наиболее востребованными услугами в сфере вещания являются обычные радио и телевидение, и в идеале они должны быть доступны на всех платформах и на любом приемном устройстве. Традиционные распределительные сети (наземные, спутниковые или кабельные) хорошо работают только на устройствах, которые оснащены соответствующими приемниками и не готовы в полном объеме охватить растущее число альтернативных пользовательских устройств, в частности персональные компьютеры, смартфоны и планшеты.
2. Внедрение новейших медиасервисов (гибридные, доставка данных по запросу, мультискрин) задерживается из-за существующих мультимедийных сетей глобального распределения и недостаточной активности, а иногда и нежелания вещателей. При этом бо’льшая часть эфирных приемников до сих пор не может взаимодействовать с широкополосными сетями. Кроме того, контроль качества сигнала и обслуживания ограничен, а потенциал беспроводных широкополосных технологий в сфере вещания пока до конца не определен.
В число обязательств вещательных компаний, в частности, входит улучшение free-to-air (бесплатно вещаемых) сервисов и предоставление пользователям возможности самостоятельного выбора приемных устройств. Поэтому на повестке дня разработка универсальной платформы, так как ни одна из существующих не способна предоставить весь спектр услуг всем типам приемных устройств. Таким образом, в настоящее время перед вещателями и операторами стоит непростая задача: с одной стороны, они должны передать контент как можно большему количеству пользователей, а с другой – учесть весь спектр приемных устройств.
Речь идет о реальном взаимодействии между двумя способами доставки медиауслуг: традиционная эфирная вещательная передача (ВП) и широкополосная сеть (ШПС). На наш взгляд, это весьма актуальный подход, позволяющий снизить потребности в частотном ресурсе при возрастающем объеме трафика телерадиовещания, причем с точки зрения телевизионной аудитории опыт традиционной передачи остается неизменным. На рис. 1 представлена упрощенная система динамического вещания – динамического взаимодействия ВП и ШПС [3].
При динамическом взаимодействии ВП и ШПС линейные телевизионные услуги могут быть доставлены одинаково хорошо посредством ВП или по ШПС. Кроме того, двунаправленная связь по ШПС также используется для обмена информацией, такой как контроль, передача сигналов и планирование данных между приемниками и оператором сети. При этом каналы распределения любого единичного пользователя телевизионных услуг могут быть динамически изменены даже во время текущей телевизионной передачи. В результате появляется возможность решать динамически, по какой из сетей – посредством ВП или ШПС – будет доставлена определенная часть контента, соответствующая определенной телевизионной программе. Например, доставка посредством ВП оптимальна при большом количестве зрителей, смотрящих конкретную телевизионную программу, тогда как в случае малочисленности аудитории идеальным каналом распределения является ШПС.
Как показано на рис. 1, полная картина системы динамического вещания также включает интерфейс для потенциальных пользователей управляемого (частотного) доступа к услугам ТВ. Наличие управляемого доступа, формируемого в системе динамического вещания, свидетельствует о существовании контроля со стороны оператора вещательной сети над доступом операторов ШПС к частотным ресурсам сети.
Следовательно, сетевая система управления способна к оптимизации использования спектра посредством ВП или по ШПС так, чтобы стоимость доставки контента могла быть минимизирована. Такой эффект достигается благодаря тому, что приемник становится активным сетевым компонентом, который переключается между различными сбытовыми сетями легко и автоматически. При этом вне связи с сетями ВП и ШПС местное устройство хранения данных, встроенное или связанное с приемником, является весьма важным и полезным. Предварительная передача контента, которая доступна заранее, обеспечивает дополнительную степень свободы для сетевой оптимизации, поскольку становится возможно различать время доставки контента с программным временем представления (скажем, в эфире). Это позволяет использовать, например, ночные часы или другое время с минимальным использованием частотного ресурса для доставки по ШПС части контента на приемник абонента, что, естественно, подразумевает автоматическую запись материала в память приемника.
В связи с ростом числа новых услуг и пользовательских терминалов, поддерживающих видеоконтент, таких как смартфоны, планшетные ПК, ноутбуки и т.д., резко возрастает информационный трафик, осуществляемый по сетям подвижной радиосвязи, что было предсказано многими организациями. В частности, компания Cisco прогнозирует 18-кратный рост объема мобильного трафика с 2011 по 2016 год, причем к 2017 году 54% потока данных будет распределяться по сотовым сетям, а остальной поток придется на долю сетей Wi-Fi [2].
С развитием сетей LTE и в ближайшее время с LTE-Advanced (LTE-A) организация 3GPP (3rdGenerationPartnershipProject) предоставляет новый стандарт для мобильной радиосвязи – версия 9 – в качестве дальнейшего развития технологии MBMS (MultimediaBroadcastMulticastService). LTE поддерживают три способа доставки мультимедийного контента пользователям: unicast – передача отдельным пользователям; multicast – группам пользователей; broadcast – любому пользователю в пределах досягаемости передатчиков.
Архитектура сети и инновации на физическом уровне обеспечивают низкие задержки (от 10 до 50 мс) и максимальную общую скорость передачи данных до 100 Мбит/с (LTE) и 1 Гбит/с (LTE-Advanced) в пределах одной соты сети. Эти новые возможности, помимо прочего, поддерживают сервисы “точка-многоточие" (P2MP), например телепрограммы в режиме реального времени на маленьких экранах мобильных устройств за счет использования технологии eMBMS (evolvedMBMS).
Согласно стандарту MBMS, технология LTE не только обеспечивает передачу данных по схеме P2MP в единственной соте, но и поддерживает мультимедийную передачу в одно-частотной сети (SFNs), состоящей из ряда сот. Топология одночастотной сети хорошо известна из T-DAB, DVB-T и DVB-T2. Однако неудобство использования технологии eMBMS связано с требованием гарантировать прием данных по схеме P2MP с одновременным предоставлением unicast-услуг.
В качестве возможного решения для эффективной передачи вещательных сигналов и многоадресных данных, которое преодолевает ограничения классической сотовой сети, предлагается топология сети TowerOverlay, показанная на рис. 2 [2].
Основная характеристика этой сети – широкая зона покрытия, которая достигается за счет применения соответствующих технологий или сравнительно небольшого количества вещательных передатчиков с достаточно высоким подвесом передающих антенн. При этом наибольший эффект будет достигнут, если технология TowerOverlay станет единственной сетью, которая будет совместно поддерживаться всеми национальными операторами сотовой связи.
Для пользовательского терминала (например, смартфона или планшета) unicast-услуги будут доступны через сеть сотовой связи стандарта LTE, а по сети TowerOverlay – данные P2MP. Одновременное обеспечение и P2MP, и unicast-услуг достигается за счет объединения несущих, что является одной из ключевых особенностей сетей LTE-Advanced 10-й версии стандарта 3GPP. Общая идея этой технологии – объединение до пяти смежных или несмежных несущих LTE (версия 8) для увеличения доступной полосы пропускания в пределах одной соты и, таким образом, для увеличения максимальной доступной скорости передачи данных для каждого пользователя.
Эти несущие поддерживают все текущие полосы частот LTE от 1,4 до 20 МГц и могут быть расположены в одних и тех же или различных частотных диапазонах. Объединение несущих подразумевает использование одной или нескольких несущих для unicast-услуг и еще одной – для сети TowerOverlay. Одна из unicast-несущих обеспечивает пользовательские терминалы всей необходимой информацией о сотовой сети и сети TowerOverlay. Возможен сценарий, когда unicast-несущая будет принадлежать диапазону 2,6 ГГц, используемому во многих сетях LTE сегодня, а несущая P2MP – в УВЧ-диапазоне, чтобы обеспечить большую зону покрытия.
Классическое наземное телерадиовещание – важный элемент в мире электронных СМИ во многих странах мира. Однако роль классического наземного телерадиовещания во многих странах мира уменьшается. Более того, в течение ближайших нескольких лет может быть принято историческое решение об отказе от традиционных сетей цифрового телевидения в целом. Наблюдается тенденция, в соответствии с которой сети Wi-Fi, WiMAX и сети сотовой связи могут стать основными средствами для передачи мультимедийного контента на смартфоны, планшетные ПК и другие портативные устройства. При этом специалисты предполагают, что такие сегодняшние технологии, как LTE и LTE-Advanced, не смогут обеспечивать услуги в необходимом объеме, оставаясь экономически эффективными.
Одним из возможных решений проблемы может быть использование топологии TowerOverlay. Основной особенностью этой топологии является совмещение двух видов покрытия, осуществляемых в том числе в разных диапазонах частот и в разных по размеру зонах обслуживания.
Литература
Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #3, 2014
Посещений: 12116
Автор
| |||
Автор
| |||
В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
