98Научно-технические разработки

предыдущая статья | оглавление | в архив | следующая статья



Технологии мобильного телевидения: 1-я часть. Сотовая телефония.


А. Бителева Теле-Спутник - 5(127) Май 2006 г.


Несколько лет назад в качестве основного фактора успеха информационных провайдеров указывалась необходимость предоставления клиентам полного пакета мультимедийных услуг. Но в последнее время к требованию "все" добавилось еще одно – "везде", которое при правильном выборе бизнес-модели может стать важным козырем телекоммуникационных операторов в их борьбе за абонента, особенно в условиях, когда добавление услуг уже неэффективно. Одновременно для развития мобильного мультимедиа в целом и мобильного телевидения в частности созрели и технические предпосылки – появление миниатюрных терминалов с достаточным объемом памяти и процессорной мощностью, экранами большего разрешения, разработка эффективных систем компрессии, развитие новых протоколов мобильной связи с пакетной коммутацией и т.д. Как в любом новом направлении, в области мобильного мультимедиа сегодня существует множество систем и их модификаций, что в данном случае усугубляется тем, что их разработка ведется на базе технологий как сотовой телефонии, так и телерадиовещания. Уточним, что речь идет о потоковом телевидении, а не о загрузке файлов с клипами, предъявляющей менее жесткие требования к сети.В первой части статьи будут рассмотрены технологии сотовой телефонии. Они охватывают несколько направлений и ведутся как в направлении улучшения транспортных форматов, так и в области создания надстроек, позволяющих предоставлять услуги мультимедиа по сетям сотовой телефонии. Эта тема для журнала не является профильной, тем не менее ряд технологий сотовой телефонии достаточно часто упоминается в контексте мобильного телевидения, поэтому постараемся "расшифровать" наиболее важные аббревиатуры.
В области транспортных форматов возможность передачи ТВ предоставляют в первую очередь технологии, причисленные к поколению 3G (сети мобильной связи третьего поколения).
На практике услуги мобильного телевидения предлагают и в сетях второго поколения, с использованием технологий пакетной передачи. В частности, такая услуга предоставляется в Московской и Петербургской сетях "Мегафона" на базе технологии GPRS, и мы даже планируем ее протестировать. Тем не менее, качественная доставка потокового видео по сетям GPRS выглядит нереалистичной. Теоретически GPRS допускает потоки до 171 кбит/с, а его усовершенствованная версия EDGE – до 384 кбит/с. Но реально достижимые средние скорости в 3-4 раза ниже, а для качественной передачи ТВ сигнала этого, как правило, недостаточно, даже при использовании оптимизированных под низкое разрешение форматов компрессии. Но проблема заключается не только в ограниченной пропускной способности, но также и в самом принципе организации наложенного канала GPRS. Пакеты данных пересылаются по каналам GSM в паузах между голосовыми посылками. И хотя GPRS каналы используют одновременно несколько каналов GSM (их количество определяется версией GPRS, поддерживаемой телефоном), в каждом из них приоритет отдается голосовой услуге. Поэтому, несмотря на наличие определенной внутренней системы приоритетов, назначаемых "пакетным" услугам, гарантированного качества GPRS дать не может. Кроме того, передача контента может производиться только на индивидуальной основе, то есть каждому абоненту должен быть выделен для этого собственный транспортный ресурс. Поэтому ни о какой массовости ТВ услуги в сетях GPRS говорить не приходится. Реальная возможность предоставления потокового видео появляется только с внедрением сетей 3G.
Требования к мобильной связи третьего поколения сформулированы в стандарте IMT 2000, утвержденном МСЭ. Там приведен перечень качеств, которыми должны обладать сети 3G. В частности, они должны обеспечивать более эффективное использование спектра, поддержку пакетной коммутации для предоставления не голосовых услуг, в том числе потокового видео, а также глобальный роуминг. В качестве критерия принадлежности сетей к третьему поколению для первой фазы внедрения 3G приводятся максимальные скорости передачи, которые они должны поддерживать в зависимости от скорости перемещения приемника и зоны покрытия:
· до 2,048 Мбит/с при низкой мобильности (при скорости менее 3 км/ч) в локальной зоне покрытия;
· до 144 кбит/с при высокой мобильности (до 120 км/ч) в широкой зоне покрытия;
· до 64 (144) кбит/с при глобальном покрытии (спутниковая связь).
Там же указаны 5 форматов, причисленных сегодня к категории 3G. Наибольшее распространение из них получили два:
W-CDMA и CDMA– 2000.
W-CDMA – технология организации радиоинтерфейсов, разработанная и получившая первое внедрение в Японии (2001 год) в системе FOMA (Freedom of Mobile Multimedia Access). Сейчас услугами системы пользуются более 15 млн подписчиков. Позже она была принята для использования в европейских системах UMTS (Universal Mobile Telephone System), которые создавались для развития GSM сетей и несовместимы с японским FOMA .
Что же касается совместимости систем UMTS и GSM, то в них применяются одинаковые голосовые кодеры, а также методы коррекции ошибок, и они могут использовать общие магистральные сети. Но радиоинтерфейсы в этих системах принципиально разные. Если в GSM используется TDMA уплотнение потоков, то в W-CDMA – система множественного доступа с кодовым разделением CDMA. Радиоканалы W-CDMA имеют ширину 5 МГц против 200 кГц в GSM и обеспечивают максимальные скорости скорости передачи 1920 кбит/с (почти 2 Мб/с) против 9,6 кбит/с в GSM1. В перспективе система UMTS предполагает также наличие 100%-ного охвата земной поверхности. Поэтому если в системах в сетях GSM спутниковые каналы задействованы только в магистральной сети, то в UMTS их предполагается использовать также и для соединения между удаленными абонентами.
Из-за высокой стоимости лицензий на использование частотного ресурса внедрение европейских систем UMTS началось позже, чем в японских FOMA. Их массовый запуск пришелся на 2004-2005 годы, и большинство из их еще не имеет отлаженных коммерческих моделей работы. Тем не менее, сегодня абонентская база сетей W-CDMA уже достигла 50 млн абонентов, подавляющее большинство из которых составляют европейцы (51%) и японцы.
Но на территории бывшего СССР сети W-CDMA запущены пока только в странах Балтии и Таджикистане. В остальных странах, в первую очередь в России и Украине, сети 3G развиваются на базе альтернативного стандарта CDMA-2000.
В развитие W-CDMA разработана технология HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access), теоретически позволяющая повысить скорость передачи до 14,4 Мбит/c (для систем MIMO – до 20 мбит/с). Она использует стандартные каналы W-CDMA (c шириной 5 МГц), но предусматривает адаптивную схему модуляции и помехозащитного кодирования и усовершенствованный МАС протокол. Сегодня технология находится на стадии развертывания первых сетей и оценки возможностей оборудования. Максимальные скорости, которые эта технология сегодня демонстрирует, составляют 3,6 Мбит/с. Это значительно меньше теоретического предела, но, с другой стороны, – существенно больше, чем предоставляют на практике другие сети 3G, включая основной конкурирующий формат СDMA 2000 EV-DO.
Наиболее распространенной альтернативой стандартам семейства GSM является семейство стандартов CDMA, разрабатываемых американской компанией Qualcomm. Это исследовательская компания, специализирующаяся на разработках технологий беспроводной передачи. Первый стандарт семейства, относящийся ко второму поколению, получил название CDMA One. А сейчас внедряются более поздние стандарты CDMA 2000 и CDMA EV-DO. В отличие от UMTS, они являются эволюционным продолжением CDMA One, используя тот же принцип мультиплексирования и радиоканалы той же ширины 1,25 МГц.
В системе CDMA 2000 было реализовано дополнительное уплотнение за счет введения новых несущих, ортогональных к уже имеющимся, применяется более эффективная система организации доступа к радиолиниям и обеспечение QoS. Максимальная скорость каналов CDMA 2000 составляет 144 кбит/с, что существенно не дотягивает до 2 Мбит/с, требуемых стандартом IMT 2000. Поэтому специально для пакетной передачи было разработано расширение формата СDMA EV-DO, которое в зависимости от версии допускает передачу потоков до 3,1 Мбит/с. Такая скорость, правда, заявляется только в направлении абонента, а сторону провайдера она в 4 раза ниже. Сети CDMA 2000 EV-DO обслуживают сегодня более 22 млн абонентов. Они наиболее распространены в США, но имеются внедрения и в других странах, в том числе в России. Здесь эта технология реализована в некоторых сетях SkyLink, который использует первую версию EV-DO, теоретически допускающую скорости до 2,4 Мбит/с Однако тестирование канала показывает, что реальные средние скорости колеблются от 100 до 500 кбит/с, то есть, примерно в тех пределах, которые требуются для качественной передачи ТВ программы на мобильные телефоны и адаптеры при использовании компрессии MPEG-4.
Таким образом, несмотря на то, что реальные скорости в сетях 3G значительно ниже теоретически достижимых, в принципе, пропускную способность их радиоканалов сегодня уже можно считать пригодной для передачи телевидения. В то же время возможность предоставления ТВ услуг зависит не только от ширины канала. Существует еще ряд проблем. В частности, технологии передачи данных по сетям мобильного телевидения рассчитаны на соединение точка-точка. То есть, для передачи одной и той же программы каждому абоненту приходится выделять отдельный канальный ресурс. Для организации мультикастовой и широковещательной доставки необходимо организовать поиск подписчиков услуги во всех сотах, включить соответствующие соты в маршрут доставки услуги по опорной сети, и в пределах каждой соты обеспечить доставку услуги на терминалы подписчиков по общему радиоканалу. Кроме того, при установке индивидуального радиоканала его параметры адаптируются с учетом условий распространения сигнала, а при формировании канала, единого для всех подписчиков услуги, следует заложить повышенную помехозащищенность.
Системы, выполняющие эти задачи для семейства технологий CDMA EV-DO, получили название Gold и Platinum BCMCS (BroadСast and MultiСast Services). Первое коммерческое внедрение системы Gold BCMCS планируется на первую половину этого года.
Для сетей семейства GSM сейчас разрабатывается аналогичная система, стандартизируемая 3GPP и получившая название MBMS (Mobile Broadcast /Multicast Service). По сравнению с BCMСS она решает более широкий круг задач. Помимо механизмов многоадресной или широковещательной доставки, MBMS обеспечивает интерфейс и необходимую надстройку для предоставления коммерческих услуг. Она предоставляет интерфейс для подписки на услуги их оплаты, задает способы идентификации подписчика, протоколы начала и завершения сеанса связи с сервером услуг и определяет варианты сигнализации, используемые в процессе предоставления услуги. Кроме того, она предусматривает возможность индивидуального повторения трансляций для абонентов с плохим каналом связи. MBMS может использоваться в GSM сетях с поддержкой EDGE или UMTS сетях. Части этой технологии уже ратифицированы 3GPP. Первый опытный проект, использующий MBMS, в середине этого года планирует запустить английская компания IP Wireless, а затем тестовую зону откроет японский оператор IPMobile. Коммерческое внедрениеMBMS ожидается не раньше следующего года. По мнению экспертов, совместное применение HSDPA и MBMS обеспечит платформу, на базе которой реально предоставлять услугу массового ТВ. Еще одна категория разработок относится к платформам для создания и предоставления самих мультимедийных приложений. Здесь опять же существуют два основных решения: J2ME и BREW.
BREW (Binary Runtime Environment for Wireless) – корпоративная платформа Qualcomm для создания приложений на С и С++. В принципе, ее можно использовать и для работы с другими языками. Помимо инструментов для создания приложений, система обеспечивает также и механизмы доступа к этим приложениям .Теоретически BREW не привязана к транспортной технологии, но реально интегрирована только в телефоны и адаптеры, поддерживающие CDMA 2000. В частности, эту систему планируется использовать для предоставления мультимедийных услуг московской сети SkyLink. В конце марта в сети началось ее тестирование.
J2ME (Java 2 Platform Micro Edition) – это платформа Sun Microsystem для разработки мультимедийных приложений для беспроводных абонентских устройств . Ее применение более вероятно в системах UMTS.
Помимо перечисленных направлений, можно еще говорить о специфических форматах компрессии для сетей с малой пропускной способностью, о способах наложения систем доступа, организации учета услуг и других вопросах, которые необходимо решить созданием полной инфраструктуры. Некоторых этих вопросов мы коснемся в следующих статьях. Если сравнивать две основные ветки развития сотовой телефонии – GSM и CDMA, то в пользу GSM говорит значительно больший территориальный охват, а в пользу CDMA – опережение по срокам в плане внедрения аналогичных технологий. Оценивать их достоинства и недостатки не в нашей компетенции, но можно отметить, что сами создатели этих технологий признают ограниченность их применения для передачи ТВ. Так, разработчики MBMS отмечают, что для передачи значительного числа каналов целесообразнее использовать DVB-H, а компания Qualcomm, разработавшая весь пакет технологий на базе систем CDMA (CDMA 2000, EV-DO, BCMСS, BREW и т.д.) для вещательных услуг, представила отдельную технологию, схожую с DVB-Н и получившую название MediaFLO. Таким образом напрашивается вывод, что сами разработчики сотовых технологий не считают их конкурентными для массового предоставления мобильного телевидения. Базовые технологии сотовой телефонии все-таки рассчитаны на формирование соединений точка-точка, и, несмотря на все усовершенствования, стоимость доставки вещательных потоков в сотовых сетях с ростом числа абонентов и каналов неизбежно растет. Для каждой технологии существует их критическая масса, при которой реализация ТВ средствами сотовой телефонии окажется более дорогостоящей, чем с использованием вещательной технологии.

Во второй части статьи будут рассмотрены технологии передачи, созданные на основе вещательных форматов.


 
Теле-Спутник Май 2006
наверх
 



Уважаемые посетители!
В связи с полной реконструкцией Архива, возможны ситуации, когда текст будет выводиться не полностью или неправильно (отсутсвие статей в некоторых номерах это не ошибка). Если заметите какие-то ошибки, то, пожалуйста, сообщите нам о них. Для связи можете воспользоваться специальной формой:

Номер журнала: *
Страница: *
Дополнительные сведения: *
Желательно четко опишите замеченную проблему - это поможет быстрее ее решить.
Мы не отвечаем на вопросы! Их следует задавать на нашем форуме!
Антиспам: * Нажмите мышкой на синий квадрат:


Поля, помеченные звездочкой (*)
обязательны для заполнения





Новый сайт