|
|
  |
Главная страница / Архитектура отрасли ИНТЕРАКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ В СПУТНИКОВОМ ТЕЛЕВЕЩАНИИРоссия стала инициатором нового подхода к изучению интерактивности и предложила глобальную модель многофункционального интерактивного вещания, что получило международное признание и поддержку [2–4]. Этот подход основан на следующих принципах [5–7]. 1. Интерактивность должна быть массовой, общедоступной, многоцелевой (вещание, телемедицина, обучение и т. п.) и обеспечиваться в любой точке Земли, в любое время, на любом языке, в стационарных условиях и в движении. 2. Основным средством массового информационного обслуживания будут вездесущие ТВ- и звуковое вещание, обеспечивающие ряд услуг по передаче изображения, звука и данных всему населению, а в дальнейшем группам потребителей или отдельным индивидуумам. Очевидно, что ТВ-системы обладают значительно большей пропускной способностью по сравнению с другими системами, поэтому имеют наивысший приоритет. Кроме того, цифровые ТВ-системы способны обеспечить множество прямых адресных информационных каналов в спектре частот, выделенном службе вещания. 3. Требуется глобальный подход к планированию прямых и обратных интерактивных каналов с использованием всевозможных технических средств. По ряду причин, таких как «вездесущность», объем трафика, доступность, универсальность и т. п., во многих случаях наиболее перспективными для решения этих задач представляются радиоканалы. 4. Большое значение имеют гарантированная защита от несанкционированного доступа и безопасность передачи данных по прямым и обратным каналам. 5. Необходимо обеспечивать максимальную общность и гармонизацию различных систем телекоммуникаций и вещания, используемых для организации прямых и обратных каналов. При этом существенное значение имеет «прозрачность» передачи в различных средах. Требуются стандартизация и унификация соответствующих систем, протоколов, форматов и интерфейсов. Наряду с этим должна обеспечиваться экологическая защита пользователей и передаваемой ими информации. Новый подход ориентирован на создание комплексных интерактивных систем для использования как в наземном, так и в спутниковом ТВ- и звуковом вещании, а также для обмена сообщениями между потребителями и другими информационными службами, системами мультимедиа и т. п. Он предусматривает мобилизацию всех возможных технических средств для организации обратных каналов на базе телевизионных сетей, систем КТВ, телефонных сетей, сотовых сетей подвижной связи, систем с низколетящими спутниками (LEOS), систем коллективного ТВ-приема SMATV, перспективных сухопутных подвижных систем электросвязи общего пользования IMТ-2000 и 3G, MMDS (микроволновые многонаправленные распределительные системы), LMDS (локальные многонаправленные распределительные системы) и др. [1]. Прямые и обратные каналы систем интерактивного ТВ-вещания целесообразно организовывать в вещательных полосах частот, для того чтобы обеспечить возможность применения в этих системах отдельных элементов существующей аппаратуры. В качестве одного из вариантов рассматривх узкополосных передатчиков, устанавливаемых, например, вблизи приемных абонентских антенн, ТВ- антенн коллективного приема и т.п. или вмонтированных непосредственно в абонентские приемники и использующих эти приемные антенны в качестве излучателей. В этих же целях, естественно, могут применяться и передатчики трансиверов подвижной связи. Инициатором и основным координатором международной стандартизации интерактивных систем вещания выступила 11-я Исследовательская комиссия (11 ИК) сектора радиосвязи МСЭ-Р Международного союза электросвязи. На Ассамблее радиосвязи в г. Стамбуле (1 – 5 мая 2000 г.) 10 ИК (звуковое вещание) и 11 ИК (ТВ-вещание) были объединены в новую 6 ИК (служба вещания). Комиссия и впредь будет играть ведущую роль в области исследований интерактивного вещания. В соответствии с [5, 7] был разработан проект нового Вопроса изучения интерактивных систем вещания [8, 9] и в соответствии с [10] проект аналогичного Вопроса для спутниковых систем вещания [11]. Данные Вопросы предусматривали исследование возможных каналов передачи обратной информации от телезрителей и других потребителей ТВ-данных при использовании различных средств приема (наземный и спутниковый прием, КТВ, коллективные приемные антенны). На основе глобальной модели цифрового вещания разработана функциональная модель интерактивной ТВ-системы (рис. 1), включенная в международные Рекомендации МСЭ [1]. В нее входит интерактивный канал, позволяющий телезрителю вести диалог с провайдерами и управлять информацией, относящейся к предоставляемым услугам. Различают прямой и обратный интерактивные каналы. Прямой канал может быть «врезан» в канал вещания путем уплотнения передаваемой вещательной и интерактивной информации или организован автономно. Для доставки сигналов вещания можно использовать, например, спутниковые системы многопрограммного ТВ-вещания по Рекомендации МСЭ-Р ВО.1294, системы наземного вещания по Рекомендациям МСЭ-Р ВТ.1300 и ВТ.1306, системы SMATV (Satellite Master Antenna Television) для коллективного приема спутниковых и наземных вещательных сигналов по Рекомендации МСЭ-Т J.84 и др. Абонентский пульт управления (АПУ) может быть исполнен в виде приставки к телевизору STB (Set Top Box) – универсального терминала, обеспечивающего многоцелевое интерактивное информационное и медиаметрическое обслуживание вещания и Internet, а также экологическую защиту потребителей и передаваемой ими информации. Основные виды интерактивных систем спутникового ТВ-вещания [1] • Интерактивные сети непосредственного спутникового ТВ-вещания с прямой связью пользователей с центром службы через ИСЗ. • Интерактивные сети спутникового ТВ-вещания с зоновой системой обратных каналов. Сценарии реализации интерактивных систем на основе геостационарных спутников с использованием спутниковых частотных полос Ku (10, 70 – 12, 57 ГГц; 12, 70 – 14, 80 ГГц) и Ka (15, 40 – 26, 50 ГГц; 27, 00 – 50, 20 ГГц) как в прямом, так и обратном интерактирактивных спутниковых системах ТВ вещания применяют следующие методы управления доступом пользователей к обратным каналам [1]: 1) уменьшающие вероятность конфликтных ситуаций при одновременном поступлении нескольких запросов на каналы, например «чистая» или сегментированная (синхронная) Aloha; 2) фиксированного назначения ресурсов, например индивидуальных временных сегментов для каждого абонентского терминала в режиме многократного доступа с временным разделением каналов TDMA (Time Division Multiple Access); 3) резервирования обратных каналов; 4) динамического назначения ресурсов, например, полосы частот пропускания в соответствии с запросами пользователей; 5) методы типа «голосование»; 6) смешанные (комбинированные) методы. Методы уменьшения вероятности конфликтов наиболее эффективны при сравнительно небольшом трафике, позволяют перераспределить прием запросов во времени и сократить задержку в предоставлении услуг. Этим методам отдают предпочтение, когда для обработки всего обратного трафика требуется небольшая часть ресурсов несущей, выделенной отдельному пользователю. Методы фиксированного назначения ресурсов предпочтительны в случаях примерно постоянного или прогнозируемого трафика, например в пределах отдельного здания. Возникающие временные задержки можно уменьшить, если передавать пакет цифровой информации за время, превышающее длительность отдельного временного интервала TDMA-кадра. Недостаток методов — низкая эффективность использования полосы частот канала в связи с возможным отсутствием загрузки сегментов в течение большей части времени передачи. Методы резервирования основаны на динамическом управлении фиксированным назначением ресурсов в зависимости от запросов пользователей, предусматривающих выделение дополнительных временных или частотных сегментов для передачи специфической информации. Резервирование позволяет уменьшить вероятность конфликтов, если от какого-либо абонентского терминала поступает большой поток обратных сообщений. Динамическое назначение ресурсов базируется на управлении ими (в зависимости от запросов терминалов на выделение определенного числа сегментов в единицу времени) для передачи обратных данных со специфическими значениями скорости. Такой метод малоэффективен для трафика в виде коротких сообщений и перспективен для широкополосных мультимедийных применений. Методы типа «голосование» могут оказаться неэффективными, если использовать их применительно к крупным сетям с несколькими тысячами абонентских терминалов, что характерно для интерактивного ТВ-вещания. Потому эти методы считаются неперспективными. В спутниковых интерактивных системах можно применять также комбинированные методы, позволяющие воспользоваться преимуществами отдельных вышеперечисленных методов управления доступом. Примеры систем с применением временного (TDMA) и кодового (CDMA) разделения интерактивных каналов приведены в [13]. Каждая из них может использоваться соалы головных станций которых обслуживают отдельные здания или группы зданий и осуществляют сбор, обработку и распределение информации, передаваемой и принимаемой абонентскими терминалами. В системе на основе TDMA несущая в спутниковом канале периодически модулируется в интервалах временных сегментов, предоставляемых отдельным терминалам. При этом используется многостанционный доступ FDMA с частотным разделением входящих обратных интерактивных каналов, соответствующих различным терминалам. При CDMA-доступе к интерактивным каналам информационный сигнал преобразуется в широкополосный с помощью известных способов расширения спектра. Используются ортогональные коды цифровых данных, обеспечивающие возможность разделения кодированных сигналов и передачи их на одной общей несущей. Полоса частот спутникового канала системы разделяется на сегменты, в каждом из которых передаются CDMA-сигналы. Максимально возможное число сигналов, передаваемых в одном и том же частотном сегменте, зависит от количества применяемых ортогональных кодов и их длины. Предусматривается резервирование некоторого числа сегментов для обратных интерактивных каналов (входящие сообщения от интерактивных терминалов к спутниковому ретранслятору), каналов передачи исходящих сообщений от ретранслятора к терминалам и прямых каналов (исходящие сообщения от ретранслятора к терминалам). Для каждого спутникового интерактивного терминала назначаются индивидуальный частотный сегмент и ортогональный код данных. При использовании доступа типа сегментированной Aloha некоторым терминалам могут выделяться по несколько сегментов. Исходящие каналы используются в режиме временного разделения. В «домашних» условиях система, разработанная в рамках Европейского проекта ACTS ISIS [14], может использоваться в бытовых телевизорах (например, телеигры, «видео почти по заказу» и т. д.) или персональных компьютерах (новости, электронная почта и другие услуги Internet). Для такого способа применения требуется обратный канал со скоростью передачи до 64 Кбит/с, которая в отдельных случаях может распределяться между несколькими пользователями. Этот канал используется для передачи пакетов цифровой информации в виде запросов и квитирующих сообщений потребителей. Другие способы применения, например видеоконференции, телемедицина, телеработа и т. п., требуют наличия обратных каналов с постоянной скоростью передачи до 384 Кбит/с. Транспондер системы с полосой рабочих частот Ku используется для передачи цифрового сигнала программы ТВ-вещания по стандарту MPEG-2 DVB-S, транспортного потока MPEG-2 с применением стандартного протокола DVB-SI-DAT и данных синхронизации. В диапазоне частот Ka применяется метод многостанционного доступа с частотным разделением каналов FDMA (Frequency Division Multiple Access) с использованием множества несущих. Скорость передачи данных на этих несущих назначается центром ТВ-вещания в зависимости от предполагаемых способов применения. Отдель-ные несущие (лены для общего пользования всеми абонентами системы. Предусматривается возможность работы абонента в дежурном режиме приема, режиме общего пользования (передача по одному из каналов доступа) или в активном режиме (передача по одному из информационных обратных каналов). Структурная схема передающей части системы представлена на рис. 2. Данная система отличается от чисто вещательной дополнительным интерактивным модулем. В функции модуля входит преобразование всех сигналов, принимаемых от пользователей по обратным информационным каналам и каналам доступа, в область ПЧ (промежуточная частота). Предусматривается прямой канал сигнализации, с помощью которого в соответствии с запросами пользователей в специальных сегментах транспортного потока по стандарту MPEG-2 абонентам передаются сведения о конкуренции в доступе к свободным обратным каналам, синхронизации системы, резервировании сегментов, местоположении запрашиваемых данных в потоке и другая информация. По каналу вещания передается цифровой ТВ-сигнал по стандарту DVB-S, соответствующий транспортному потоку MPEG-2. Формирование этого потока осуществляется в мультиплексоре (МП). Излучаемый радиосигнал формируется с помощью DVB-модулятора (МД) на земной передающей станции спутниковой системы. Структурная схема терминала пользователя показана на рис. 3. Функции оконечного оборудования выполняет абонентская приставка STB (Set Top Box), связанная с устройством отображения в виде персонального компьютера (ПК) или телевизора. Она включает демодулятор (ДЕМ) и демультиплексор данных (ДМП). Дополнительная функция демультиплексора – формирование квитирующего сигнала (КВИТ) с подтверждением приема прямой интерактивной информации, передаваемого по обратному каналу провайдеру услуг. Ввод данных, выделенных демультиплексором ДМП, в ПК и вывод из него информации, предназначенной для передачи по обратному каналу, осуществляются с помощью системы шин компьютера. Компьютерные данные и сигналы КВИТ подаются на МД обратного канала и блок управления доступом к физическим средствам соединения МАС. Сформированный таким образом сигнал ПЧ преобразуется в полосу частот Kа и излучается антенной в направлении спутника. Обратный информационный канал используется для передачи цифровых пакетов с разделением их на сегменты (передача данных пользователя) или минисегменты (передача запросов пользователя). Для передачи по обратному каналу используется сигнал, модулированный методом дифференциальной четверичной фазовой манипуляции DQPSK (Differential Quaternary Phase Shift Keying) и преобразованный с помощью фильтра Найквиста. Алгоритм демодуляции сигнала в центре вещания обеспечивает вероятность ошибок принимаемых пакетов менее 10–5 при отношении сигнал/шум порядка 9 дБ. Мощность передатчика для обратного канала может быть равной 0,5–2 Вт при размере антенны от 1,2 до 0,6 м. При передаче сообщений по обратному радиоканалу цифровую информацию разделяют на минисегменты. Определение функций минисегобратном канале осуществляются на передающей стороне системы, обеспечивающей доставку информации об этом на все приемные станции по каналу сигнализации. Для защиты от ошибок передачи используется каскадное кодирование обратного канала на базе кода Рида-Соломона и многомерного блочного кода проверки на четность. Перед кодированием канала осуществляется скремблирование обратной цифровой информации. Данный метод обеспечивает поток пакетированных ошибок на приеме менее 10–5 при отношении сигнал/шум порядка 9 дБ. Один из наиболее важных интерактивных способов применения спутниковых систем непосредственного ТВ-вещания – передача данных Internet. В качестве примера можно назвать систему IDBS-А с цифровой звуковой поднесущей в аналоговом ТВ канале, позволяющую передавать данные Internet со скоростью 156 Кбит/с, и систе-му IDBS-V, обеспечивающую скорость передачи от 384 до 2000 Кбит/с по прямому каналу и 64 или 384 Кбит/с по обратному спутниковому каналу [15]. Особую важность имеет широкий доступ к Internet средствами ТВ вещания без применения персонального компьютера. Вот почему в России предложены способы воспроизведения Internet-страниц на экране обычного телевизора, основанные на переформатировании и перемасштабировании в STB пользователя Internet-информации, принимаемой в составе потока данных цифрового ТВ вещания [4]. При организации интерактивного непосредственного спутникового вещания в странах Западной и Центральной Европы используется серия геостационарных спутников ASTRA Люксембургской компании Societe Europeenne des Satellites (SES). На основе спутников ASTRA 1Н, 1К реализованы системы вещания, предоставляющие интерактивные и мультимедийные услуги, в том числе доступ к высокоскоростному Internet и другим информационным службам, с помощью терминалов в сотнях тысяч домов и офисов [16]. Предусматриваются узкополосные обратные каналы передачи сообщений пользователей через ИСЗ со скоростью от 16 до 2048 Кбит/с и вероятностью ошибок не более 10 -10 в частотном диапазоне Ка (29,5 – 30,0 ГГц). Вещательные и прямые интерактивные каналы организованы в диапазоне Кu (10,70 – 12,75 ГГц). В обратных каналах используются асинхронный режим передачи АТМ (Asynchronous Transfer Mode) пакетов данных, каждый из которых содержит 53 информационных байта и несколько байтов сигнализации, многочастотный множественный доступ с временным разделением сигналов MF-TDMA (Multi-Frequency Time Division Multiple Access), модуляция QPSK и протоколы Internet. Прием и передача интерактивной информации индивидуальным пользователем осуществляются с помощью спутникового терминала, связанного с модулем частотного преобразования сигналов и малогабаритной антенной. Полосы рабочих частот терминала для приема и передачи сигналов соответствуют диапазонам от 950 до 2150 МГц и от 2500 до 3000 МГц. Результаты исследований интерактивных систем спутникового ТВ-вещания отражены в Европейском стандарте [17] и Техническом отчете [18] – проекте а. В документах изложена спецификация интерактивных систем на основе геостационарных спутников для радиовещательной спутниковой службы (РСС) и фиксированной спутниковой службы (ФСС). Их терминалы обратных каналов используют полосы частот, например, 10,70 – 11,70 ГГц (ФСС), 11,70 – 12,50 ГГц (РСС), 12,50 – 12,75 ГГц (ФСС), 17,70 – 19,70 ГГц (РСС), 19,70 – 20,20 ГГц (ФСС) и 21,40 – 22,00 ГГц (РСС) для приема сигналов и одну из полос 14,00 – 14,25 ГГц или 29,50 – 30,00 ГГц, выделенных ФСС, для передачи данных. Основные сведения о спецификации систем приведены в работе Б.А. Локшина [19]. *** В заключение отметим, что интерактивность – важнейший компонент средств мультимедиа, базовая составляющая Internet и многих информационных служб. Она приобретает доминирующее значение в системах кабельного телевидения, спутникового и наземного вещания, во всех видах телекоммуникаций и других средствах информационного обслуживания. Формирование стратегии дальнейшего прогресса в области вещания и телекоммуникаций немыслимо без всестороннего и фундаментального решения проблем интерактивности. Главная страница / Архитектура отрасли |