W kierunku zunifikowanej architektury szerokopasmowej transmisji 5G

W kierunku zunifikowanej architektury szerokopasmowej transmisji 5G

Wprowadzenie

Ta część ma na celu dostarczenie naukowej oceny prowadzącej do "wygranej" rozwiązania dla konwergencji transmisji szerokopasmowej i mobilnej w ramach paradygmatu 5G. Nacisk kładziony jest na minimalizację zarówno kosztów, jak i zużycia widma telewizji nowej generacji i dostarczania treści analogicznych do transmisji, które będą w stanie zaspokoić przyszłe potrzeby europejskich obywateli. Część ta dobrze pokrywa się z pojawiającymi się obawami politycznymi Komisji Europejskiej dotyczącymi długoterminowej strategii Unii Europejskiej (UE) w zakresie przyszłego wykorzystania pasma 470-790 MHz (poza WRC-15), podkreśloną przez działanie wiceprezydenta Neelie Kroes, która zwołała grupę wysokiego szczebla, aby doradzić w kwestiach politycznych i technicznych dotyczących przyszłości tego zespołu w UE. Ponadto RSPG (Grupa ds. Polityki Widma Radiowego) ogłosiła, że bezprzewodowy dostęp szerokopasmowy ma zostać włączony do planów UE dotyczących przyszłości Zespół UHF w UE, omawiając swoje wcześniejsze ustalenia, że w celu osiągnięcia zrównoważonej sytuacji przynoszącej korzyści wszystkim sektorom, a także korzyści dla konsumentów, należy opracować strategię UE w zakresie wykorzystania pasma 700 MHz w kontekście całego pasma UHF z uwzględnieniem wszystkich elementów politycznych, ekonomicznych i technicznych. Konwergencja łączy szerokopasmowych (BC-BB) stoi przed wyzwaniami w zakresie technologii, regulacji / polityki oraz aspektów społecznych i ekonomicznych. Główne wyzwania obejmują efektywne wykorzystanie widma radiowego w paśmie VHF / UHF, powszechną dostępność urządzeń dla użytkowników końcowych, zmianę wzorców konsumpcji telewizyjnej, przeszkody związane z biznesem, rolę telewizji jako mediów publicznych oraz wpływ na produkcję treści europejskich. Aby sprostać tym wyzwaniom, zaproponowano niektóre kandydujące architektury sieciowe do przyszłej dystrybucji telewizji naziemnej. Sugeruje się jednak, że konieczne są dalsze badania, aby ocenić korzyści z tych architektur i opracować lepsze rozwiązanie spośród istniejących. Proponujemy ogólny plan prac, który należy wdrożyć, aby uzyskać naukową ocenę "wygranej" rozwiązania konwergencji BC-BB dla usługi dystrybucji telewizyjnej nowej generacji

Tło

Transmisje telewizyjne i mobilne łącza szerokopasmowe są niewątpliwie istotnymi elementami dzisiejszego społeczeństwa. Obaj stoją obecnie przed ogromnymi wyzwaniami, aby sprostać przyszłym wymaganiom. Powszechnie uważa się, że ludzie oczekują od swoich telewizorów więcej funkcji niż tylko oglądanie programów liniowych. Po pierwsze, chcą usług na żądanie, aby mogli oglądać zawartość w dowolnym momencie. Po drugie, chcą oglądać telewizję zawsze i wszędzie i niezależnie od typu urządzenia. Może być na telewizorze szerokoekranowym w salonie, na ekranie nawigacji w samochodzie lub na urządzeniu przenośnym, takim jak smartfon lub tablet. Po trzecie, w większości krajów europejskich ludzie przyzwyczaili się do telewizji wysokiej rozdzielczości i oczekują teraz nawet jakości Ultra HD, spowodowanej rozdzielczością oferowaną przez nowe telewizory, a także niektóre tablety i laptopy (np. IPad), które są już o wiele lepsze niż HD. Tendencje dotyczące jakości na żądanie, mobilnej i Ultra HD narzucają ogromne wyzwania dla telewizji i sieci dostaw w przyszłości. Zużycie nieliniowe ma wiele form. Może to być konsumpcja telewizji lub treści multimedialnych z katalogów wideo, mogą to być usługi telewizyjne typu catch-up, które umożliwiają widzom dostęp do niedawno przesłanych treści liniowych, które przegapili, lub mogą to być nowe treści, które są dystrybuowane tylko na żądanie sposób, obsługujący jeden lub wiele ekranów, niezależnie lub w połączeniu z programami liniowymi. Każdy z tych nowych sposobów konsumpcji wideo, oprócz konsumpcji na YouTube, może pochłonąć czas spędzony na oglądaniu tradycyjnej telewizji liniowej. Oczekuje się, że przejście od zużycia liniowego do zdefiniowanego przez użytkownika, nieliniowego wzoru będzie kontynuowane, nie można jednak przewidzieć, jak dojrzeje. Dostępność nowych i tańszych urządzeń, na których można konsumować treści oraz dostępność coraz bardziej zróżnicowanych treści od różnych dostawców, będzie nadal zaburzać paradygmat generowania, dystrybucji i konsumpcji telewizji / wideo. Europa jest bardzo zróżnicowana pod względem zużycia telewizyjnego. Rysunek 8.1, zaczerpnięty z raportu brytyjskiego Ofcom, wskazuje na rok 2012 [1] absorpcję platform telewizji cyfrowej w wielu krajach. Można zauważyć, że istnieje duża dysproporcja między krajami europejskimi pod względem penetracji podstawowych telewizorów przez naziemną telewizję cyfrową (DTT) w gospodarstwach domowych. Dane wahają się od absorpcji zaledwie 6% w Niemczech [2] do 69% w Hiszpanii. W Wielkiej Brytanii, Niemczech, Irlandii i Polsce platforma cyfrowej telewizji satelitarnej jest największą platformą telewizyjną. Niezależnie jednak od tego, czy konsumenci korzystają z cyfrowej telewizji satelitarnej lub cyfrowej telewizji cyfrowej do odbierania treści telewizyjnych, żadna z tych platform nie spełnia obecnie rosnącego, nieliniowego, prawdziwie na żądanie modelu konsumpcji. Zarówno infrastruktura telewizji cyfrowej (DTV), jak i wysokiej mocy telewizji satelitarnej o dużej mocy zostały zaprojektowane z myślą o architekturze typu "jeden do wielu" z ograniczonym zakresem kanałów zwrotnych i harmonogramem kontrolowanym przez użytkownika, zwłaszcza w sytuacjach mobilnych i przenośnych. Podejścia hybrydowe rozwijają się jednak stopniowo w wielu krajach, ponieważ we Francji, gdzie usługi HbbTV (Hybrid Broadcast Broadband Television) przynoszą poprawę ustalonego doświadczenia DTT w związku z dostępem szerokopasmowym (np. Usługa restartu Salto, w TNT 2.0) .

Niemcy to interesujące studium przypadku dotyczące wyzwań stojących przed branżą komercyjną. W dniu 16 stycznia 2013 r. Grupa RTL - jedna z dwóch wiodących komercyjnych organizacji telewizyjnych w Niemczech - ogłosiła, że od 1 stycznia 2015 r. Zaprzestanie nadawania czterech obecnie dostępnych programów za pośrednictwem Digital Video Broadcasting - Terrestrial (DVB-T). Obszar Monachium, RTL wyleciał w powietrze w lipcu 2013 r. Regionalny organ ds. Mediów oczekuje, że w tym regionie dotknie go około 360 000 gospodarstw domowych. RTL wspomniała, że komercyjna opłacalność klasycznego nadawania naziemnego nie istnieje już w szczególności z powodu niepewności co do dostępności wystarczających częstotliwości po WRC-15 i konsekwencji niemieckiego prawa antymonopolowego. Z drugiej strony Pro7 / Sat1, druga co do wielkości komercyjna grupa nadawcza w Niemczech, pod koniec marca 2013 r. Podjęła decyzję o zachowaniu swoich działań w zakresie naziemnej telewizji cyfrowej i przedłużyła stosunki handlowe z operatorem sieci DVB-T Media Broadcast do 2018 r. [4] . Niektórzy uczestnicy rynku wyrazili już zainteresowanie częstotliwościami transmisji, które zostaną zwolnione przez RTL. I odwrotnie, Francja prezentuje zupełnie inną sytuację, z sześcioma multipleksami na antenie od 2005 r. I dwoma nowymi, które mają zostać wdrożone w kraju do połowy 2015 r. We Francji DTT jest wielkim sukcesem, ponieważ około 50% gospodarstw domowych jest podłączonych do swojego podstawowego telewizora. Telewizja internetowa (IPTV), która jest również bardzo ważna we Francji, jest również zależna od naziemnej telewizji cyfrowej, ponieważ procedura instalacji zaleca użytkownikom podłączenie dekodera do anteny dachowej. Zużycie nieliniowe, według krajowych organów regulacyjnych, pojawia się jako dodatkowe w stosunku do liniowego zużycia telewizyjnego, które wciąż się rozwija. Mobilna łączność szerokopasmowa to kolejny integralny składnik codziennego społeczeństwa, którego znaczenie wciąż rośnie. Na przykład ponad 60% osób w Szwecji ma abonament na mobilną łączność szerokopasmową, a średnio zużywa ponad 1 GB miesięcznie. Przez ostatnie kilka lat ruch mobilnego dostępu szerokopasmowego podwaja się każdego roku. Zgodnie z prognozami Cisco, trend wzrostu ruchu będzie kontynuowany w nadchodzących latach. Oznacza to ponad 30-krotny wzrost ruchu w ciągu następnych pięciu lat, a nawet 1000-krotny wzrost w ciągu 10 lat, jeśli ekstrapolacja prognozy będzie dalej postępować. Eksplozyjny wzrost ruchu sam w sobie jest niezwykle trudny, ale tym, co utrudnia zadanie, jest skład ruchu. Cisco przewiduje, że do 2017 r. Mobilne wideo będzie stanowiło 66,5% całego ruchu na całym świecie. Dlatego jednym z najbardziej wymagających wyzwań dla mobilnego dostępu szerokopasmowego byłoby zapewnienie ogromnej ilości ruchu wideo przy wysokiej jakości usług. Na rzeczywisty wzrost wpłynie jednak ograniczenie maksymalnej ilości danych pobieranych i pobieranych przez wielu operatorów sieci komórkowych. Na przykład w Niemczech T-Mobile oferuje kontrakty 3G z limitem 300 MB miesięcznie za około 40 euro miesięcznie. Wyższe limity są znacznie bardziej kosztowne.1 W rzeczywistości większość telefonów komórkowych / przenośnych znajduje się w warunkach stacjonarnych (w domu, w budynkach), gdzie mobilne połączenie szerokopasmowe nie jest koniecznie wymagane. Telewizja i mobilne łącza szerokopasmowe mają silne podobieństwa w swoich wyzwaniach. Ponadto najnowszy trend w zakresie wzorców konsumpcji telewizyjnej sugeruje, że telewizja przyszłości będzie pod wieloma względami podobna do mobilnego dostępu szerokopasmowego w nadchodzących latach. Obie usługi muszą zapewnić klientowi wideo (ultra) wysokiej jakości w sposób dynamiczny i interaktywny. Wymaga to wydajnego rozwiązania dla konwergentnych usług nadawczych i mobilnych usług szerokopasmowych. Wraz z wyzwaniem technicznym ważne jest również podkreślenie, że świadczenie usług musi być przystępne dla klienta. Tak więc koszt świadczenia usług jest również poważnym wyzwaniem. Rozwiązanie dla konwergencji transmisji szerokopasmowej jest ułatwione przez ich silną komplementarność. Z perspektywy operatorów sieci komórkowych (MNO) współpraca między heterogenicznymi sieciami dostępowymi staje się strategią "must have": technologia WiFi jest już wykorzystywana do odciążania ruchu z sieci komórkowych w domu lub w zasięgu zarządzanych hotspotów. , uzupełniający dostęp do łącza nadawczego (poprzez komponenty naziemne lub satelitarne) może oferować większy zasięg, wyższą jakość usług (QoS) i mniej obciążać interaktywność, będąc jednocześnie całkowicie niezależnym od liczby użytkowników korzystających z udostępnianych treści w czasie rzeczywistym . Dlatego naturalne jest rozważenie architektury konwergentnej dla usług nadawczych i szerokopasmowych. Telewizja nielinearna to rozwijający się segment, którego nie można rozwiązać wyłącznie za pomocą infrastruktury zorientowanej na NTC. Rozładunek wideo jest poważnym problemem dla obecnych operatorów sieci ruchomych. Dlatego też konwergentna platforma BC ? BB mogłaby stworzyć "wygrywający" ekosystem dla obu sektorów.

Wyzwania do rozwiązania

Konwergencja BC-BB stoi przed wyzwaniami w zakresie technologii, regulacji / polityki oraz aspektów społecznych i ekonomicznych. W tym rozdziale przedstawiamy główne wyzwania dla rozwiązania konwergencji BC-BB, które należy wziąć pod uwagę.

Wymiar widma

Wspólnym wyzwaniem, które powinno zostać rozwiązane przez przemysł nadawczy i mobilny, jest dostępność odpowiedniego widma radiowego. W szczególności pasmo UHF przydzielone do nadawania telewizyjnego (470-790 MHz) jest niezwykle cenne ze względu na jego korzystne właściwości propagacyjne. Doprowadziło to do szeroko zakrojonych badań nad alternatywnym wykorzystaniem widma telewizyjnego niewykorzystanego geograficznie, tzw. TV White Spaces (TVWS), w ciągu ostatnich kilku lat. Niedawno zakończone projekty badawcze finansowane przez UE COGEU (systemy radiowe COGnitive do efektywnego udostępniania telewizji) białe przestrzenie w kontekście EUropean) i QUASAR (Ilościowa ocena wtórnego dostępu do widma) zbadały potencjał TVWS. Pomimo dojrzałości technicznej badań TVWS, okazuje się, że wtórna koncepcja dostępu mieć trzy podstawowe ograniczenia. Po pierwsze, nie zajmuje się koniecznością ponownego wyposażenia urządzeń do produkcji programów bezprzewodowych zgodnie z decyzją ITU WRC-07 w sprawie identyfikacji pasma częstotliwości 790-862 MHz dla IMT (International Mobile Telecommunication). Większość tak zwanych urządzeń PMSE (Program Making and Special Events) korzysta z pasma 790-862 MHz i musi teraz opuścić ten zakres częstotliwości, który tworzy tzw. Pierwszą dywidendę cyfrową wykorzystywaną jako nowe i dodatkowe zasoby widma dla bezprzewodowych usług szerokopasmowych . Po drugie, nie odnosi się do zmieniających się potrzeb usług nadawczych. Telewizja stoi przed wyzwaniami świadczenia usług na żądanie, więcej treści do dostarczenia i wyższa rozdzielczość. Jednak obliczanie białych przestrzeni telewizyjnych (liczba dostępnych kanałów telewizyjnych) z natury zakłada obsługę telewizora w takim stanie, w jakim jest, bez miejsca na ewolucję. W związku z tym wdrożenie rozwiązania TVWS wiąże się z ryzykiem ograniczenia przyszłych potrzeb klientów telewizyjnych. Po trzecie, nie zapewnia optymalnego wykorzystania pasma częstotliwości 470-790 MHz. Widmo telewizyjne jest atrakcyjne ze względu na korzystne właściwości propagacyjne. Jednak rygorystyczne wymagania dotyczące ochrony odbiornika telewizyjnego ograniczają możliwość, aby system mobilny zapewniał zasięg zewnętrzny na obszarach miejskich. W rzeczywistości, ze względu na ograniczenia ochrony pierwotnego użytkownika (odbiornika telewizyjnego), trudno jest uzyskać ciągły zasięg komórkowy w TVWS na obszarach miejskich. Zamiast tego, słodkim punktem TVWS jest zastosowanie w pomieszczeniach o niskim poborze mocy, które nie wykorzystuje w pełni charakterystyki propagacji pasma niskiej częstotliwości. które wzajemnie korzystają z branży nadawczej i mobilnej. Krajobraz w regulacji widma analizuje również konwergencję nadawania telewizyjnego i mobilnego Internetu szerokopasmowego. Międzynarodowa Unia Telekomunikacyjna (ITU) podjęła decyzję na Światowej Konferencji Radiokomunikacyjnej 2012 (WRC-12), że przydzieli widmo UHF o częstotliwości 694-790 MHz usługom mobilnym w Regionie 1 ITU (w którym Europa jest uwzględniona) na wspólnym podstawa z nadawaniem naziemnym, jak pokazano na rysunku 8.2. Szczegóły dotyczące warunków technicznych zostaną omówione w 2015 r. Podczas nadchodzącej konferencji WRC-15. Równoległe wykorzystanie pasma 694-790 MHz przez nadawanie i mobilne technologie radiowe będzie prawdopodobnie prawdopodobnym wynikiem tej konferencji, jak zauważono w końcowych aktach WRC-12. Administracje europejskie będą musiały następnie zdecydować, jaki rodzaj usług ostatecznie wdrożą w swoich krajach. W związku z tym Europa ma doskonałą i aktualną okazję do zidentyfikowania opłacalnego, zbieżnego rozwiązania między BC a BB poza WRC-15.

Ryzyko fragmentacji rynku terminali

Planowanie nowej technologii lub systemu dystrybucji w oparciu o bieżące praktyki konsumpcyjne może prowadzić do awarii. Dwie awarie systemu wskazują na ten fakt: DVB-H (Digital Video Broadcasting - Handheld) i MediaFlo. Oba te systemy zasadniczo dążyły do przeniesienia usługi telewizji liniowej na platformę mobilną, ale szereg problemów przemawiało przeciwko ich sukcesowi. Podczas gdy niektórzy wciąż pytają, czy brakuje atrakcyjnego standardu telewizji mobilnej, należy również zapytać, czy w rzeczywistości brakuje apetytu na to, co oferuje telewizja mobilna (liniowa). Telewizja mobilna jest wykorzystywana na mniejszych urządzeniach osobistych. Nie jest ograniczony przez te same ograniczenia nałożone na rodzinne lub grupowe korzystanie z usług liniowych na dużym ekranie w domu. Telewizja mobilna jest zasadniczo usługą "jeden na jeden". MediaFlo to technologia opracowana przez Qualcomm w celu świadczenia usług audio, wideo i danych na urządzenia przenośne, takie jak przenośne telewizory i telefony komórkowe. Usługa zapewniała strumieniową transmisję treści dla użytkowników: zarówno telewizję na żywo, jak i zaplanowane strumienie telewizyjne, a także aktualizacje danych na żywo o krytycznych czasowo wydarzeniach, takich jak raporty giełdowe i aktualizacje wydarzeń sportowych. Nie pozwalał na strumieniowe przesyłanie wideo na żądanie. Usługa Flo TV, która została uruchomiona w Stanach Zjednoczonych w 2007 r., Oparta na technologii MediaFlo, była transmitowana za pośrednictwem kanału 6 MHz, wcześniej używanego dla telewizji UHF, w paśmie 700 MHz. Jednak w 2010 r. Qualcomm wycofał usługę, a widmo zostało następnie sprzedane firmie AT&T, która obecnie korzysta z usług LTE (Long-Term Term Evolution). Fakt, że urządzenia końcowe były dostosowane do potrzeb klienta, mógł również przyczynić się do awarii Flo TV. Każde urządzenie na zamówienie będzie droższe niż urządzenie masowe. Ponadto urządzenie Flo TV było urządzeniem przeznaczonym do jednego celu, co oznacza, że konsument musiałby mieć to urządzenie oprócz swojego telefonu komórkowego lub laptopa. Dzisiaj niektórzy uważają, że tylko globalnie sterowana technologia doprowadzi do sytuacji, w której niezbędne odbiorniki zostaną zintegrowane z szeroką gamą urządzeń. Niemniej jednak w Stanach Zjednoczonych został wydany nowy standard ATSC-M (Advanced Television Systems Committee - Mobile), który powinien w szczególności umożliwić mobilny odbiór telewizji naziemnej. Obecnie można odbierać wideo DVB-T za pomocą prostej anteny w niemal całej Europie; Jednak komputery kieszonkowe są opracowywane zgodnie z wymaganiami branży telekomunikacyjnej i przez większość czasu nie są wyposażone w odbiornik DVB. W Europie wielu uważa, że aby osiągnąć powszechne przyjęcie na rynek, mobilny sygnał rozgłoszeniowy musi korzystać z systemu, który można łatwo i masowo zintegrować z terminalami, jak przewidziano dla LTE. Tryb transmisji LTE eMBMS (rozwinięta usługa multiemisji multimedialnej) oferuje znacznie większą elastyczność niż poprzedni system DVB-H i wydaje się, że ma ogromny potencjał, aby stać się technologią wspomagającą efektywny kosztowo system konwergencji BC-BB, zwłaszcza na obszarach gęsto zaludnionych . Mówi się, że LTE eMBMS ma potencjał, by wykorzystać ekosystem do przyjęcia na rynek nowej platformy globalnej dystrybucji telewizji naziemnej, unikając fragmentacji rynku terminali. Jest to zasadnicza zmiana w stosunku do poprzedniego modelu telewizji mobilnej (DVB-H / DVB-NGH (Handheld nowej generacji)). Niemniej jednak LTE musi zostać zakwestionowane pod względem wydajności i przetestowane pod kątem innych potencjalnych systemów kandydujących. Zachowania użytkowników i wymagania użytkowników zmieniają się teraz szybciej i bardziej nieprzewidywalnie, niż przywykliśmy do planowania. Przecież od pierwszej sugestii naziemnej telewizji cyfrowej do zakończenia przejścia na nadawanie cyfrowe w większości krajów europejskich minęło ponad dwie dekady. Takie ramy czasowe nie są już ekonomicznie przystępne. Niepowodzenie w zmianie, która zaszła, zmiany, które się teraz dokonują i zmiana, której nie możemy przewidzieć, doprowadzi do przyjęcia strategii, które z pewnością zawiodą. W związku z tym wszystkie propozycje powinny uwzględniać ten zwiększony metabolizm w tym ekosystemie; muszą być elastyczne i elastyczne. Ta elastyczność obejmuje zarówno fizyczną infrastrukturę sieciową, która obsługuje konwergentną przyszłość BB-BC, jak i widmo radiowe, które może być wykorzystane do jej podbudowania.

Przeszkody związane z biznesem

Należy również wziąć pod uwagę komercyjną rentowność i ekosystem biznesowy konwergentnego rozwiązania BC-BB. Na przykład, jedną z kwestii wykorzystania obecnej technologii eMBMS do zastąpienia dystrybucji NTC jest fakt, że w większości krajów europejskich kilku operatorów sieci ruchomych zbudowało własne sieci LTE; dlatego też może być konieczne dostarczenie tej samej treści za pośrednictwem różnych sieci, aby dotrzeć do całej populacji. Inną kwestią są warunki użytkowania oferowane przez dzisiejszych operatorów sieci komórkowych. Rzeczywiste stawki ryczałtowe zostały zastąpione taryfami ilościowymi (tj. Miesięcznymi limitami danych). Zakładając, że usługa telewizji na żywo zapewniająca standardową jakość obrazu (SD) telewizora (ledwo odpowiednia dla tabletu oferującego lepszą rozdzielczość niż HD) wymaga szybkości transmisji 2,5 Mb / s, miesięczny limit danych 10 GB będzie wyczerpany po zaledwie dziewięciu godzinach. Ponadto koszty danych mobilnych dla konsumenta są obecnie dwa rzędy wielkości wyższe niż koszty dystrybucji emisji równoważnej ilości treści. Koszt migracji do nowej architektury to kolejna przeszkoda do pokonania. Aby wdrożyć system nadawania komórkowego, muszą istnieć znaczne inwestycje w istniejącą infrastrukturę komórkową. Na przykład, może zaistnieć potrzeba uaktualnienia backhaulu w celu uwzględnienia dużej ilości ruchu wideo, a anteny muszą zostać zmienione lub dodane w celu obsługi pasma 470-790 MHz. Dlatego należy rozważyć analizę kosztów i korzyści, która uwzględnia modele biznesowe usługi konwergencji BC-BB. Sieci transmisji naziemnej odgrywają ważną rolę w utrzymywaniu konkurencji między platformami. Wraz z postępującą konwergencją z bezprzewodowym dostępem szerokopasmowym istnieje ryzyko, że konsolidacja rynku doprowadzi do niższego poziomu konkurencji i ograniczenia wyboru dla konsumenta. Podsumowując, kluczem do zrównoważonego rozwoju jest tworzenie wzajemnie korzystnych przypadków biznesowych.

Wymaganie społeczne: Nadawanie telewizyjne jako usługa publiczna

Media w Europie. Dzisiaj, aby odbierać usługi czysto rozgłoszeniowe za pośrednictwem platform DTT, takich jak DVB-T, nie jest wymagane logowanie do sieci dostawcy ani danych uwierzytelniających. Dlatego jest prawdopodobne, że te same warunki będą wymagane w sieciach zbieżnych BC-BB. Musi istnieć możliwość odbioru telewizji na żywo za pomocą urządzenia, które nie zawiera modułu karty SIM lub elementu użytkownika (UE), który nie ma włożonej karty SIM, a marka MNO telefonów komórkowych nie może zakłócać odbioru lub mieć żadnego wpływu na odbiór lub na treść. Ponadto, aby przeglądać treści nadawane publicznie, użytkownik nie powinien ponosić żadnych dodatkowych kosztów, na przykład bez dodatkowych opłat i bez ryczałtowej stawki wolumenowej. Podczas gdy europejscy publiczni dostawcy DTV starali się w przeszłości, w ramach swoich mandatów, aby być społecznie inkluzywnym i świadomym kosztów, nie ma takiego obowiązku ze strony platform szerokopasmowych. Nadawcy publiczni mają określony zestaw obowiązków i ograniczeń w oparciu o obowiązki usługi powszechnej i pokrycia. Wyzwanie to w kontekście przyszłych platform konwergentnych BC ? BB należy rozwiązać na poziomie polityki i regulacji. Nadawcy publiczni (aw niektórych krajach wszyscy nadawcy DTV) odegrali zasadniczą rolę w zapewnieniu inwestycji w oryginalne treści europejskie. Ponieważ dostępne budżety organizacji zajmujących się mediami usług publicznych są regulowane i ograniczone, każdy wzrost kosztów dystrybucji prawdopodobnie spowodowałby zmniejszenie inwestycji w pierwotne programowanie, a tym samym przesunięcie wartości z treści na platformy dystrybucyjne. Należy opracować polityki wspierające rolę nadawania publicznego w ramach tego zbieżnego paradygmatu. Takie polityki muszą nadal uwzględniać wymóg bezpłatnego powszechnego dostępu do pewnego podzbioru usług na konwergentnej platformie. Jako platforma konwergentna może być połączeniem publicznych / finansowanych / obsługiwanych sieci naziemnej telewizji cyfrowej i komercyjnie obsługiwane sieci komórkowe, ochrona etosu służby publicznej może wymagać przyjęcia nowych rodzajów polityk. Kluczowe jest również bezpieczeństwo inwestycyjne dla europejskich konsumentów. Konsumenci stają przed trudnymi wyborami dla różnych potrzeb komunikacyjnych gospodarstwa domowego. Jeden globalny standard dla transmisja szerokopasmowa ułatwi zadanie i zmniejszy ryzyko inwestowania w niewłaściwą technologię.

Architektury sieci kandydatów dla rozwiązania konwergentnego BC-BB

Tradycyjnie usługi nadawania i szerokopasmowej komunikacji mają własną dedykowaną i niezależną infrastrukturę sieciową (sieci High-Power High-Tower w porównaniu do sieci gęstych). W obecnym stanie techniki zbieżność dostarczania mediów występuje na aplikacjach i na poziomie usługi (np. HbbTV). Należy opracować innowacyjną architekturę dostępu radiowego, która zapewnia konwergencję nadawania i mobilnego dostępu szerokopasmowego w dziedzinie bezprzewodowej / radiowej. Konwergencja sieci w warstwie transmisyjnej umożliwi elastyczne wykorzystanie widma dla treści transmisji liniowej i nieliniowej w trybie push (tj. Nadawanie), multicast (np. IPTV) i unicast (np. Tryb wideo-na-żądanie (VoD). Rozwiązanie konwergencji będzie miał następujące wymagania:

•  Naziemne rozszerzenie transmisji do różnych urządzeń końcowych, takich jak smartfony i tablety, w różnych scenariuszach, takich jak wewnątrz i mobilne;
•  Możliwość interaktywnego nadawania programów telewizyjnych, w tym przepustowość wymagana dla treści nieliniowych;
•  Elastyczność w radzeniu sobie z szybko zmieniającymi się wymaganiami klientów;
•  Wysoka jakość usług i dostępność, aby zmaksymalizować korzyści społeczne;
•  Wysoka wydajność widmowa, aby w pełni wykorzystać preferowane charakterystyki propagacji pasma 470-790 MHz;
•  Niski koszt wdrożenia, aby rozwiązanie było przystępne.

Poniżej omówimy pokrótce trzy potencjalne rozwiązania dla architektury konwergencji BC-BB: nadawanie komórkowe; architektura sieci hybrydowej i architektura Common Broadcasting System.

Rozwiązanie 1: Transmisja komórkowa w widmie telewizyjnym

To czyste podejście do przyszłej dystrybucji telewizyjnej. Przewiduje on, że treści telewizyjne są dostarczane za pośrednictwem technologii komórkowych za pośrednictwem infrastruktury komórkowej działającej w widmie telewizyjnym UHF (470-790 MHz). Oznacza to, że tradycyjne nadawanie naziemne oparte na DVB-T / T2 jest całkowicie zastępowane przez systemy komórkowe oparte na IP, takie jak sieci LTE. Jednym z technicznych rozwiązań tego rozwiązania jest eMBMS w sieci jednoczęstotliwościowej (SFN), która jest opisana w specyfikacji LTE 3GPP. Możliwości multiemisji eMBMS mogą stanowić cenną alternatywę do emisji pojedynczej w celu rozpowszechniania wielu rodzajów treści multimedialnych na żywo i nie na żywo. Wykorzystują nieodłączne cechy transmisji sieci bezprzewodowych do wysyłania treści tylko raz, aby dotrzeć do wielu użytkowników końcowych, tym samym bardziej efektywnie wykorzystując dostępne widmo i redukując koszt na bit. Ponadto sesje eMBMS można konfigurować dynamicznie - i udostępniać zasoby sesjom emisji pojedynczej - co eliminuje potrzebę dedykowanego widma. W eMBMS istniejące nośniki LTE mogą być elastycznie przydzielane między emisją pojedynczą a emisją. To rozwiązanie przewiduje, że przyszły odbiornik będzie odbiornikiem LTE-A wbudowanym w większość urządzeń do odbioru wideo, w tym obecnie rozumianych jako telewizory, telewizory Smart TV i osobiste nagrywarki wideo. Koncepcja nadawania komórkowego w paśmie telewizyjnym jest szczegółowo opisana. Producenci sieci komórkowych twierdzą, że nadawanie komórkowe może świadczyć usługi o tej samej jakości przy mniejszym spektrum w porównaniu z DVB-T dzięki postępom w technologii transmisji komórkowej i optymalnemu połączeniu multiemisji eMBMS. W związku z tym można przewidzieć oszczędność widma w paśmie telewizyjnym w zależności od rzeczywistego wdrożenia i docelowego wykorzystania. Można rozważyć kilka możliwych konfiguracji nadawania komórkowego. Jedną z opcji jest nadawanie wszystkich programów telewizyjnych za pośrednictwem SFN utworzonego przez wiele witryn komórkowych. Drugi to wykorzystanie transmisji tylko dla kilku najpopularniejszych programów telewizyjnych i dystrybucja pozostałej części za pomocą komórkowych łączy emisji pojedynczej. Pierwsza opcja została zbadana przez Huschke et al. w przypadku ATSC i LTE, gdzie wzięły udział w niektórych miastach w Kalifornii, USA, jako przypadki testowe, i zgłosiły ogromny potencjał poprawy wykorzystania widma w przypadkach, gdy zasięg był ograniczony do obszarów miejskich. Twierdzono, że do obsługi dzisiejszych usług telewizyjnych w miastach wymagane jest tylko 84 MHz widma z najnowszą technologią LTE eMBMS. Jest to przeciwieństwo używanego 300 MHz według obecnego systemu naziemnego nadawania ATSC używanego w Stanach Zjednoczonych. Chociaż badanie Huschke et al. pokazuje obiecujące wyniki, nie jest oczywiste, że wniosek ten byłby słuszny dla Europy, zwłaszcza w przypadku standardowych wyników DVB-T2. Ponadto nie przeprowadzono analizy wpływu gospodarczego na ten scenariusz. Shi i in. z KTH (The Royal Institute of Technology of Sweden) zbadał wykonalność nadawania komórkowego w Szwecji [10]. Według ich ustaleń, korzyści z nadawania komórkowego mogą nie być wystarczająco duże, aby zastąpić dzisiejszą usługę telewizyjną, zwłaszcza na obszarach wiejskich, gdzie komórkowe stacje bazowe są rzadko stosowane. Jednak Shi i in. również zasugerował, że nadawanie komórkowe będzie korzystne w najbliższej przyszłości, ponieważ może skutecznie rozwiązać szybko zmieniające się wzorce konsumpcji usług telewizyjnych. Krótko mówiąc, istniejące prace nad "transmisją komórkową" nie są wystarczające do wyciągnięcia wniosku, czy (i w jakich okolicznościach) nadawanie komórkowe w paśmie telewizyjnym byłoby korzystne dla Europy w porównaniu z klasyczną naziemną telewizją cyfrową i jej konfiguracją w różnych krajach europejskich. Konieczne są dalsze szczegółowe badania, aby określić wydajność nadawania komórkowego w różnych środowiskach fizycznych i wymaganiach użytkowników. Wiąże się to z badaniem optymalnego projektowania technologii komórkowych i wdrażaniem systemów do celów nadawania komórkowego. Należy również rozważyć współpracę z dystrybucją telewizji satelitarnej w celu zapewnienia dodatkowego zasięgu, biorąc pod uwagę spodziewany rozwój technologii satelitarnej

Rozwiązanie 2: Podejście do sieci hybrydowej - Korzystanie z FEF DVB-T2 do transmisji LTE

W przeciwieństwie do poprzedniego podejścia "czystego łupu", gdzie w dłuższej perspektywie DVB-T zostanie całkowicie zastąpione przez LTE-A, to rozwiązanie przewiduje nowy model współpracy między istniejącymi DVB-T2 i LTE-A, wykorzystując synergię między nimi. To podejście do sieci hybrydowej ma na celu osiągnięcie zarówno oszczędności widma, jak i opłacalności ekonomicznej poprzez ograniczenie kosztów wdrożenia sieci (np. Zasoby mogą być współdzielone przez kilka sieci operatorów sieci ruchomej). To hybrydowe rozwiązanie wprowadza innowacyjną koncepcję sieci nakładkowej do łączenia sieci nadawczych i szerokopasmowych, jak pokazano na rysunku 8.3. Idea systemu nakładek wieżowych została zaproponowana i opracowana przez Reimersa i in. [3, 11]. Umożliwia przesyłanie treści wideo za pośrednictwem sieci HPHT (High-Power High-? Tower) lub za pośrednictwem sieci LPLT (Low-? Low Low-Tower). Takie hybrydowe rozwiązanie wykorzystuje innowacyjną koncepcję nadawania sygnałów LTE multipleksowanych w ramce DVB-T2 (wykorzystując DVB-T2 jako fizyczny nośnik). Multipleksowanie sygnałów przez DVB-T2 może zostać zrealizowane, ponieważ standard transmisji DVB-T2 oferuje rozszerzenie dla przyszłych rozwiązań, znanych jako przyszłe ramki rozszerzeń (FEF [12]). Wstawienie FEF umożliwia przewóz ramek zdefiniowanych w przyszłym rozszerzeniu standardu DVB-T2 w tym samym multiplekserze co zwykłe ramki DVB-T2. Korzystanie z przyszłych ramek rozszerzeń DVB-T2 jest opcjonalne i jak dotąd nie zostało w pełni przetestowane. Pomysł polega na tym, że w czasie FEF transmisja DVB-T2 przełącza się na LTE i wykorzystuje ramki eMBMS do dostarczania treści rozgłoszeniowych przez sieć HPHT. Dzięki temu rozwiązaniu hybrydowemu odbiornik DVB-T2 powinien mieć możliwość dekodowania tylko zawartości DVB-T2 i pominięcia FEF. Jednak odbiornik LTE-A (z pewnymi modyfikacjami) powinien być w stanie wykryć i zdekodować treść przesyłaną w FEF. W tym podejściu pasmo 470-790 MHz może być dynamicznie przydzielane do nadawania lub połączenia szerokopasmowego zgodnie z potrzebami i zapotrzebowaniem widzów. Należy opracować nowatorski mechanizm zarządzania dostarczaniem treści i dynamiczną alokację widma telewizyjnego między BC a BB z uwzględnieniem zapotrzebowania użytkowników i usług (treści liniowe i nieliniowe). Jednym z wyzwań jest to, że dłuższe interwały ochronne dla LTE eMBMS są konieczne, aby zaspokoić potrzebę większego promienia komórki i integracji eMBMS w topologiach HPHT. Inną kwestią jest to, że odbiornik LTE UE musi być w stanie zidentyfikować i zdekodować zawartość LTE osadzoną w FEF. W zależności od kraju i celu zastosowania, należy sprawdzić adaptacje architektury HPHT, aby uzyskać jak najlepsze wyniki tego podejścia. Ponadto, ponieważ rozwiązanie to wywodzi się głównie ze społeczności nadawczej i jest ograniczone do systemu DVB-T2, w celu przekonania operatorów telefonii komórkowej i producentów sieci komórkowych do zainteresowania taką transmisją nakładki, szczegółowe badanie scenariuszy i modeli biznesowych oraz wykonalność wymagane są badania.

Rozwiązanie 3: wspólny system nadawania nowej generacji

Koncepcja Common Broadcasting System (CBS) proponuje zbadanie możliwości rewizji istniejących systemów nadawczych i trybów transmisji określonych przez 3GPP / LTE i DVB / DVB-T2, z myślą o stworzeniu jednego systemu transmisji, który byłby w stanie dopasować się do wizji system zbieżny i aby umożliwić sieciom działanie w efektywnym trybie współpracy. Podejście CBS odnosi się również do strategii i opcji dostarczania treści w najbardziej efektywny sposób, na przykład na podstawie jego charakteru lub popularności. Po stronie transmisji dostępnych jest kilka technologii. DVB-T2 jest najnowszą technologią, ponieważ oferuje najlepszą wydajność spośród komercyjnie stosowanych systemów nadawczych. Już od 1993 r. Używa tych samych podstaw, co LTE od DVB-T (zasady OFDM). Niedawno sfinalizowane urządzenie DVB NGH (Next Generation Handheld) zostało zaprojektowane specjalnie dla aplikacji mobilnych, oferując innowacyjne funkcje, takie jak transmisja MIMO (Multiple-Input Multiple-Output). Wydaje się, że technologie nadawcze, takie jak te z rodziny DVB, są przynajmniej technicznie dobrym punktem wyjścia do zaprojektowania dedykowanego nośnika transmisji, który ma być konwergentny z LTE. Jednak standard LTE-A musiałby zostać zmodyfikowany, aby w pełni wspierać potrzebę architektury konwergencji. Na przykład, dłuższy cykliczny prefiks jest potrzebny, aby włączyć transmisję LTE eMBMS z wysoką wieżą (SFN o dużych rozmiarach). Inne ulepszenia, takie jak przełączanie transmisji i emisji pojedynczej na żądanie, dedykowana konstrukcja nośnika eMBMS, transmisja wielowarstwowa eMBMS (MIMO) i raport pomiarów PHY MBSFN (sieć jednokierunkowa transmisji mobilnej) PHY mogą również zostać uwzględnione. Jedno pasmo częstotliwości działa jako HTHP do nadawania zmodyfikowanej wersji eMBMS; inne pasmo częstotliwości obsługuje normalny ruch mobilny za pośrednictwem sieci LTLP. Sieć LTLP może działać bez żadnych modyfikacji. Sugeruje to, że europejskie zainteresowane strony mogą wnieść nowe argumenty do procesu standaryzacji 3GPP w celu ulepszenia kolejnych wersji LTE i nie tylko, a także w grupach roboczych DVB i FOBTV (Future of Broadcast Terrestrial Television Initiative), aby zaproponować wspólna długoterminowa wizja konwergencji, która mogłaby zostać włączona do planu prac 5G i planu działania. W tym kontekście szczególne znaczenie ma łączność z DVBCSU (misja badawcza ds. Wykorzystania widma spółdzielczego). Głównym celem tej misji badawczej jest przeanalizowanie podejść do wspólnego wykorzystania widma naziemnego, czyli podejść wspierających wspólne wykorzystanie widma naziemnego przez usługi nadawcze i szerokopasmowe. Misja badawcza rozważy różne stopnie swobody dla wspólnego wykorzystania widma i możliwe sposoby ich wykorzystania

8.5 Badanie BC-BB: Co należy zrobić W tej części proponujemy ogólny plan pracy, który należy wdrożyć, aby uzyskać "winwin" rozwiązanie konwergencji szerokopasmowej dla Europy.

Modele konsumpcji telewizyjnej i wideo w przyszłości w Europie

Przyszły rozwój i znaczenie naziemnej platformy nadawczej jako realnej i konkurencyjnej platformy dystrybucji usług radiowych i telewizyjnych zależy w dużej mierze od sposobu, w jaki treści medialne będą produkowane i konsumowane w przyszłości. Zrozumienie i przewidywanie dynamicznych i ewoluujących zachowań oraz oczekiwań europejskich widzów w perspektywie długoterminowej powinno być punktem wyjścia dla badania.

Opcje architektury BC-BB

Scenariusze referencyjne dotyczące zużycia wideo i telewizji powinny prowadzić do generowania ogólnego zestawu wymagań systemu dystrybucji TV jako podstawy rozwiązań architektury dla sieci zbieżnej BC-BB. W przypadku dystrybucji telewizji naziemnej należy rozważyć trzy główne opcje, jak wskazano w sekcji 8.4: nadawanie komórkowe, architektura sieci hybrydowej i architektura wspólnego systemu nadawania.

Symulacja i ocena na dużą skalę BC-BB

Opcje zbieżne
Ten krok zdefiniowałby metryki wydajności i metodologie oceny do analizy kandydujących rozwiązań konwergencji BC-BB za pomocą symulacji na dużą skalę (ogólnokrajowy zasięg telewizyjny). Odpowiednie wskaźniki wydajności, takie jak ulepszone wykorzystanie widma (w porównaniu z tradycyjną dystrybucją DTV), muszą być mierzone pod warunkiem spełnienia wymagań użytkownika. Zużycie energii oraz koszt wdrożenia i eksploatacji sieci są również ważnymi wskaźnikami do oceny rozwiązań konwergencji. Metodologia oceny powinna być w stanie przetestować zdolność rozwiązań architektury do radzenia sobie z różnymi mieszankami trybów konsumpcji (liniowymi, nieliniowymi, na żądanie itp.). Interesującym rezultatem będzie wpływ zmiany wzorców konsumpcji telewizyjnej na potencjalne zyski widma uzyskane dzięki rozwiązaniom BC-BB.

Ocena kandydata .
Konwergentne rozwiązanie BC-BB powinno być oceniane na poziomie europejskim, przynajmniej w kilku reprezentatywnych krajach.

Studium wykonalności

Wreszcie, wykonalność wybranego rozwiązania architektury BC-BB powinna zostać udowodniona poprzez próby i rzeczywistą demonstrację. Na tym etapie uważamy za szczególnie interesujące przedstawienie następujących elementów technicznych:

•  Techniczna wykonalność zastosowania eMBMS w konfiguracji High-Power High-Tower (kilka kW) pracującej w paśmie częstotliwości 470-790 MHz, mierzących jej zasięg działania i warunki odbioru, czyli rzeczywistej jakości doświadczenia.
•  Działanie podmiotu zarządzającego siecią, zdolnego do płynnego przełączania między BC i BB i odwrotnie na podstawie zapotrzebowania użytkownika (treści liniowe a nieliniowe), efektywności widma i kryteriów kosztów.

Wyniki badań wykonalności są ważne dla udoskonalenia parametrów symulacji wykorzystywanych w procesie oceny na dużą skalę i wyciągnięcia wniosków na temat korzyści z nowego rozwiązania konwergencji BC-BB do dystrybucji telewizyjnej

Wnioski

Europa jest dobrze przygotowana do rozwijania rozwiązań technicznych, które uwzględniają potrzeby zarówno nadawców komercyjnych, jak i nadawców publicznych, a także potrzeb branży szerokopasmowego internetu mobilnego. Wykorzystanie i rozwój architektury konwergentnej zbudowanej na LTE-A lub poprzez płynne przełączanie między transmisją a dostawą szerokopasmową umożliwi przemysłowi europejskiemu silny kształt i wpływ na ewolucję globalnego standardu. Konwergentne rozwiązanie BC-BB ma potencjał, aby umożliwić Europie uzyskanie przewagi konkurencyjnej w Stanach Zjednoczonych, które już przyjęły nielicencjonowany dostęp do korzystania z białych przestrzeni telewizyjnych poprzez podejście oparte na bazie danych geograficznych. Jednak Stany Zjednoczone badają również wykorzystanie tzw. Aukcji motywacyjnych w celu usunięcia części pozostałego widma UHF z obsługi stacji telewizyjnych. Jednakże, ponieważ dzieje się to w sposób ad hoc, nie ma pewności co do rodzajów rynków i technologii, które wypełnią tę przestrzeń. W związku z tym Europa ma możliwość zbadania przyszłego wykorzystania pasma częstotliwości 470-790 MHz w bardziej przemyślany sposób, tak aby można było przyjąć zharmonizowane podejście polityczne. Jeśli okaże się, że LTE / LTE-A jest odpowiedni (z technicznego, ekonomicznego i społecznego punktu widzenia) do świadczenia przyszłych usług telewizyjnych, istnieje możliwość, że europejskie rozwiązania zaczną korzystać z globalnego rynku. W tym rozdziale zidentyfikowaliśmy trzy potencjalne rozwiązania dla konwergencji BC-BB: nadawanie komórkowe, architektura sieci hybrydowej i architektura Common Broadcasting System. Możliwości architektury konwergencji i metod dostarczania treści powinny zostać zbadane w celu określenia, czy (i w jakich okolicznościach) konwergencja BC-BB w istniejącym paśmie UHF-TV byłaby korzystna dla Europy. Ponieważ kraje europejskie mają bardzo zróżnicowane cechy geograficzne i demograficzne, a także różne modele dystrybucji i konsumpcji telewizyjnej, korzyści z rozwiązania konwergencji muszą być oceniane na poziomie europejskim, przynajmniej w kilku reprezentatywnych krajach. Ważnymi wskaźnikami są koszty wdrożenia, efektywność widma (w porównaniu z tradycyjną dystrybucją DTV) oraz jakość usług przyszłej dystrybucji telewizyjnej. Wpływ społeczny i gospodarczy również musi zostać zbadany, co jest aspektem zaniedbanym w dotychczasowej pracy. Ponadto, aby w pełni zbadać, należy przeprowadzić bardziej dogłębne badanie technologii komponentów ,potencjał rozwiązania i przeprowadzenie demonstracji proof-of-concept. Wreszcie, ponieważ platforma konwergentna może być połączeniem publicznych / finansowanych / obsługiwanych sieci naziemnej telewizji cyfrowej i komercyjnych sieci mobilnych, ochrona etosu usługi publicznej może wymagać przyjęcia nowych rodzajów polityk. Takie polityki muszą nadal uwzględniać wymóg bezpłatnego powszechnego dostępu do pewnego podzbioru usług na konwergentnej platformie. Branże BC i BB borykają się z ogromnymi, ale podobnymi wyzwaniami. Dlatego największe korzyści społeczne zostałyby osiągnięte, gdyby wyzwania nadawane przez przemysł radiowo-telewizyjny i mobilny razem były oparte na zasadzie "win-win". W szczególności propozycje modyfikacji protokołu w celu ujednolicenia standardów DVB-T2 i LTE eMBMS, a także ulepszenia LTE-A dla opłacalnego trybu rozgłoszeniowego (w kontekście 5G) nastąpi tylko przy zaangażowaniu zarówno branży mobilnej, jak i nadawczej.