Введение

Появление и развитие телевидения яв­ляется одним из важных драйверов, формирующих спрос на совершенствование технологий и инфраструктуры передачи видеоинформации, открывающих новые рынки потребительской электроники и профессионального телекоммуникационного оборудования. Развитие телевизионных услуг повышает уровень информатизации общества, улучшает качество и уровень жизни населения. Пройдя путь от аналогового к цифровому, телевизионное вещание изменило рынок производства и распространения контента. Развитие услуг передачи видео различного качества (SD, HD, Full HD, 4K UHD, 8K UHD) через сети передачи данных поставило задачу расширения пропускной способности телекоммуникационных сетей, и, как результат, в настоящее время мы наблюдаем высокий уровень проникновения видеоконтента как в сети Интернет (DVB-I), так и в широкополосные сети мобильного и фиксированного доступа.

В статье рассмотрены тенденции интеграции услуг телевещания и сотовых сетей будущих поколений, проанализированы технологии широковещательной передачи данных, дающие возможность более эффективного использования существующего частотного ресурса, организации услуг на основе широковещательной передачи данных в сотовых сетях, а также интерфейсы взаимодействия инфраструктур телевизионных вещателей и сотовых операторов. Запуск телевизионных услуг на основе сотовых сетей будущих поколений является не менее важным этапом развития телевещания, чем переход от "аналога" к "цифре", этот этап развития телевидения некоторые авторы именуют "Телевидением 3.0", и под таким названием упоминается в данной статье.

Услуги на основе технологий широковещательной передачи данных в сетях операторов мобильной связи

Широковещательная передача данных на основе технологии многоадресной передачи мультимедийного вещания MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Services) была впервые реализована в сетях 3G/UMTS, продолжает развиваться и остается востребованной, перспективной технологией для реализации услуг в мобильных сетях 5G и последующих поколений. Хотя услуги многоадресной передачи мультимедийного вещания были частью спецификаций 3GPP, определенных уже в Релизе 6 еще в 2005 году на основе сетей 3G/UTRAN, а затем в Релизе 9 на основе сетей LTE (эволюция MBMS получила там название eMBMS), специальные требования операторов услуг мобильной связи к широковещанию были учтены только в Релизе 14 примерно десять лет спустя.

На основе технологий MBMS/eMBMS в мобильных сетях возможно предоставление различных видов видео- и мультимедийных услуг, которые более эффективно доставляют общие видеоданные большому количеству пользователей. Возможность организации двусторонней передачи данных между сетью радиодоступа RAN и абонентскими устройствами мобильной сети позволяет организовать интерактивные услуги, сделать просмотр видеоконтента более персонализированным.

Достигнутый в сетях 5G уровень развития широковещательных технологий расширяет возможности операторов за пределы круга мобильных пользователей, позволяет предоставлять услуги телевещания на стационарные приемники, в автомобили, муниципальный и общественный транспорт.

К базовым услугам на основе технологий широковещательной передачи MBMS/eMBMS данных можно отнести:

• прямые ТВ-трансляции;

• цифровое наземное телевидение (на базе группы стандартов 5G-Advanced);

• электронную онлайн-коммерцию;

• интерактивный контент, получаемый по признаку местоположения или запросу;

• вещание в форматах видео высокой четкости (4К, 8К), дополненной реальности;

• обеспечение безопасности и информированности населения;

• обновление контента и программного обеспечения для устройств сети;

• информационные панели, цифровые вывески и ценники как элементы сетей Интернета вещей.

Наиболее требовательными услугами к пропускной способности абонентских устройств в приведенном перечне являются услуги передачи видео­контента, в том числе цифрового телевидения, в связи с чем в группе стандартов для мобильных сетей поколений 5G/6G особое внимание уделяется спектральной эффективности, возможности использования низких частотных диапазонов от высвобожденных "телевизионных" частот (названных первым и вторым цифровыми дивидендами) для применения в мобильных сетях, более эффективной архитектуре построения мобильных сетей с целью организации телевизионного вещания, вопросам организации взаимодействия пользователей, произ­водителей контента, сетей телевизионных вещателей и мобильных операторов.

Эволюция телевизионных технологий и услуг в стандартах мобильных сетей

Телевизионное вещание в сетях пятого поколения − это результат эволюционного развития технологий в нескольких поколениях мобильных сетей, путь от стандартов третьего поколения, определивших возможность широковещательной передачи данных в сетях EDGE, CDMA2000, CDMA2000 1xEV-DO, до стандартов 5G Релиза 18 +, делающих акцент на нуждах вещателей широкополосных сетей, контент-провайдеров и других участников телевизионного рынка (рис.1).

Эволюция телевизионного вещания в мобильных сетях
Эволюция телевизионного вещания в мобильных сетях
Анализ показывает, что Релиз 9 3GPP внес изменения в физический уровень организации передачи данных, определил возможность смешанного (Unicat/Multicast) режима передачи мультимедийных данных MBMS, обеспечил возможность объединения нескольких сот в единую одночастотную широковещательную сеть (MBSFN − Multicast Broadcast Single Frequency Network). Этот Релиз определил стандарты сетевого и более высокого уровня организации сети, описал организацию широковещательного центра (BM-SC Broadcast Multicast Service Center) как элемента опорной (базовой) сети (EPC).

Релиз 12 определил интерфейс со сторонними коммуникационными платформами (non-3GPP group communication and application servers).

Релиз 13 стандартизовал передачу данных на уровне отдельных сот (Single-Cell Transmission), на синхронизированную передачу трафика, дополнил предыдущие версии стандарта новыми услугами Интернета вещей и др.

Важной вехой в развитии услуг цифрового телевидения в сетях мобильных операторов было определение целевых требований к широковещательной передаче данных в сетях пятого поколения (5G):

• поддержка услуги FTA (Free-to-Air) через радио­интерфейсы 3GPP;

• услуга только вещания для UE без подписки на вещание через мобильного оператора (MNO);

• поддержка общих функций многоадресного мультимедийного вещания eMBMS;

• разделение контента, услуги MBMS и транспортных функций MBMS;

• предоставление услуг eMBMS и транспортных возможностей третьим лицам.

Данные требования определены в техническом отчете TR 38.913 в следующем виде:

• обеспечение поддержки как существующих телевизионных форматов вещания, так и перспективных видеоформатов, таких как дополненная реальность, панорамное видео с углом обзора в 360 град. и т.д.;

• поддержка динамической, адаптивной конфигурации сети в зависимости от распределения и активности пользователей в ней;

• возможность режимов Unicast и Multicast для доставки контента до пользователей, причем с динамическим распределением соотношения различного трафика между собой,

• возможность использования широковещательной сети одновременно несколькими операторами включая выделенных телевизионных вещателей;

• возможность покрытия больших территорий с помощью одночастотных сетей SFN (Single Frequency Network);

• вещание на стационарные, портативные и мобильные устройства пользователей со скоростью движения до 250 км/ч;

• улучшение эффективности организации сетей доступа путем применения передовых технологий, таких как MIMO и т.д.;

• поддержка широковещательных технологий для устройств Интернета вещей.

Релиз 14 специфицировал широковещательную передачу данных в мобильных сетях с акцентом на предоставлении услуг мобильного телевидения, определил интерфейсы для производителей контента и сервис-провайдеров, а также в данном Релизе услуга цифрового телевидения вышла на новый уровень развития и была определена как услуга EnTV (Enhanced TV).

Основными инновациями Релиза 14 на уровне сети радиодоступа стали:

• увеличение максимально возможного расстоя­ния между базовыми станциями ISD (Inter-Site Distance) до 15 км за счет изменения таких параметров, как длительность цикла передачи CP (Cyclic Prefix) до 20 мс;

• увеличение пропускной способности соты для широковещательных услуг до 100% от возможного ресурса;

• расширение гибкости применяемых решений, обеспечение возможности работы в одной сети как мобильных терминалов, так и терминалов с выносным размещением антенн;

• повышение эффективности широковещательной передачи трафика за счет снижения количества служебной информации в каждом фрейме.

Ключевыми нововведениями Релиза 14 для уровня видео и мультимедийных услуг стали:

• возможность подключения абонентов в режиме приемника без идентификации в сети, установки SIM-карты и т. д.;

• поддержка унифицированного набора протоколов, позволяющего вещателям передавать трансляцию в мобильной сети без необходимости ее преобразования;

• поддержка унифицированных интерфейсов хМВ для взаимодействия оборудования мобильного оператора и вещателя;

• возможность разделения существующей широковещательной емкости мобильной сети между несколькими вещателями.

С принятием в июне 2020 года Партнерским проектом 3GPP Релиза 16 цифровое ТВ-вещание в мобильных сетях полностью стало соответствовать целевым показателям, определенным в TR 36.976. Стандарты сетей 5G стали поддерживать инфраструктуру с размещением мощных передатчиков на отдельно стоящих базовых станциях HPHT (высокая башня высокой мощности), характерную для традиционных телевизионных вещателей, и прием на скорости до 250 км/ч, обеспечиваемой поддержкой мобильности абонентов сети.

Перспективные Релизы 18 и 19 продолжат развивать услуги мобильного цифрового телевидения в сотовых сетях. По мнению компании Qualcomm, при введении в технических спецификациях 3GPP каналов шириной полосы 6, 7, 8 МГц, характерной для телевизионных операторов для дециметрового диапазона 470−698 МГц, их можно будет использовать для передачи цифрового телевидения в диапазонах 400 МГц (n31, n87, n88) и 600 МГц (n71, n105). В Релизе 18 будут расширены возможности организации телевизионных услуг в опорной сети 5G Core за счет применения центров управления BSCC (Broadcast Service & Control Center), усовершенствованы механизмы распределения ресурсов сети между выделенной и широковещательной передачей данных, сокращено время переключения между режимами приема трафика для абонентов, внедрена поддержка стандартного формата файла для потоковой передачи мультимедийного контента CMAF (Common Media Application Format) в линии вниз и др.

Подпишитесь на журнал, чтобы прочитать полную версию статьи.