V minulém článku jsme si řekli některé podrobnosti o novém vysílacím standardu 5G Broadcast. Ten může být bezpečně zaveden souběžně v existujícím již ořezaném UHF pásmu a existující vysílače a věže mohou být použity pro šíření video obsahu, a dokonce mohou významně posílit pokrytí a minimalizovat investiční náklady na tuto novou technologii.
Tyto závěry vyplynuly z velkého množství testů, které po mnoho let probíhají celosvětově a jejichž přehled je uveden graficky dále v textu.
Technologie založená na LTE 5G pozemním vysílání (5G Broadcast, zkráceně také 5G BC)
Všechny probíhající testy jsou v současné době omezeny jen na úzký okruh odborníků, protože pro zobrazení a vyhodnocení existují jen profesionální přijímače. Výjimku tvoří jen několik (desítek?) mobilních prototypů firmy Qulacomm, které byly poprvé představeny začátkem tohoto roku na mobilním veletrhu v Barceloně. Kompletní řetěz vysílač-5G BC-přijímač byl uveden i na letošním veletrhu NAB v Las Vegas a naposledy proběhlo i představení 5G vysílací technologie pro zájemce v Turínském muzeu televize RAI. U příležitosti 66. ročníku pěvecké soutěže EUROVIZE (Song Contest) byl signál distribuován po video síti Eurovize i do dalších zemí, ve kterých probíhají testy 5G, jak jsme o tom psali:
EBU vysílá Eurovizi v 5G Týká se to Itálie, Francie, Rakouska a Německa
Podařilo se nám získat zpravodajský šot italské televize RAI, resp. jejich regionální pobočky TGR, s výkladem, jak tato nová technologie funguje (bohužel jen v italštině). Z uvedeného materiálu jsme sestřihli krátký šot popisující stručně princip pozemního vysílání 5G BC založené na LTE (standard ETSI). Sestřih obsahuje schematický náhled na síť vysílačů, přenos signálu zakódovaného v EBU Ženevě do třech televizních studií, vysílač a jeho nastavení a zobrazení ručního přijímače Qualcomm s jeho dotykovým ovládáním.
Hybridní vysílací a buňkové sítě
Spojení vysílacích a buňkových sítí na bázi 5G, jak je specifikováno v částech 3GPP, umožňuje šíření obsahu do mobilních a přenosných zařízení (tj. chytrých telefonů, tabletů a vozidel) nákladově efektivním způsobem. Pokrytí zasahuje do širokých oblastí, v souladu s požadavky mediálních společností a s vysokou kvalitou služby (QoS), bezplatně vzdušnou cestou prostřednictvím vysokých a vysokovýkonných vysílačů High Power High Tower (HPHT), případně středních vysílačů Medium Power Medium Tower (MPMT) a nízkých vysílačů s nízkým výkonem Low Power Low Tower (LPLT).
Přehled celosvětových testů 5G od roku 2018 včetně posledního testu 5G Broadcast CRA z žižkovského vysílače (zdroj: prezentace Rohde&Schwarz na semináři dvb.org)
Dosavadní testy v reálných podmínkách probíhaly pouze v malých ucelených oblastech s jedním až třemi vysílači. Pro severní Italii byla zpracována studie, vycházející z reálné sítě DVB-T, pracující v SFN módu na kanále 38 se 458 vysílači a dvě buňkové sítě mobilních operátorů s 1177 vysílači., která je popsán v EBU Technické zprávě TR 063. Homogenní síť DVB-T sama o sobě zajišťuje dobré pokrytí na pevnou střešní anténu s poměrně malou hustotou vysílacích míst, ale nedostatečnou pro mobilní příjem ve všech prostředích, zatímco buňkové sítě samy o sobě dokážou zajistit dobré pokrytí pro mobilní (samozřejmě i pro fixní a ruční) příjem ve všech prostředích, ale za cenu vysoké hustoty míst.
Hybridní sítě zahrnující tři vrstvy HPHT, MPMT a LPLT nabízejí nejlepší kompromis mezi dobrým pokrytím pro mobilní zařízení a rozumnou hustotou lokalit. Slovo hybridní zde není míněno jako směs lokalit, ale představuje skutečné třívrstvé sítě se zastřešujícími místy HPHT jako deštníky (výška antény 300 m; výkon 100 kW v 5 MHz kanále), doplněnými pod nimi lokalitami s vysílači MPMT (80 m; 4,5 kW) v některých venkovských a příměstských oblastech, které jsou pod nimi ještě rozšířeny nízkovýkonnými lokalitami LPLT (30 m; 500 W) v městské zástavbě.
Následující video upoutávku EBU na 5G Broadcast, rozšířenou o německé titulky televizí SWR (Südwestfunk), která se aktivně podílela na přenosu a testech EBU z Turína minulý týden, jsme získali ze stránek akční skupiny 5G MAG zabývající se propagací a implementací technických řešení pro media a svět zábavy. Trailer představuje praktické a stručné shrnutí vlastností a použití 5G Broadcast srozumitelný nejširší veřejností.
Hybridní topologie mohou poskytovat dostatečně vysoké úrovně SINR (poměr signálu a rušení + šum až 15 dB), aby bylo možné používat efektivní schémata modulace a kódování vysílání 5G dosahující propustnosti až 7 Mbit/s v 5 MHz v podmínkách mobilního a ručního příjmu při CP= 200 μs (cyklický prefix). Použití stejné frekvence a stejného redakčního obsahu v režimu SFN mezi všemi lokalitami a vrstvami nabízí nejlepší výkon díky zisku, který takové sítě teoreticky nabízejí. Jednofrekvenční sítě (SFN) však nemusí být implementovatelné ve velmi rozsáhlých oblastech, a tak mix SFN a MFN bude v některých případech nutný. Prodloužení CP na 300 μs sice zlepší synchronizaci SFN, ale omezí rychlost v případě mobilní příjmu s anténou na vozidle.
Kam a jak vysílače 5G Broadcast umístit ve spektru?
Rozumí se, že vysílání 5G BC je samostatný downlinkový jednosměrný systém. Díky tomu je podobný existujícím vysílacím systémům (jako je DTT) včetně modulačních technik, tj. pokrytí oblasti je tvořeno z všesměrového nebo směrového vysílání z jednoho nebo více pevných míst. Každý vysílač 5G Broadcast používá určený vysokofrekvenční kanál se specifikovanou šířkou pásma a sadou charakteristik, jako je vysílací výkon, maximální zisk antény, s horizontální/vertikální polarizací a výškou antény nad úrovní země.
Nabízí se tudíž varianta nasazení 5G BC přímo na zkoordinované ženevské kmitočty podle plánu GE06 do UHF pásma podle stávajícího stavu využití, případně tento způsob vysílání proložit do stávajících sítí nebo, pokud je určitá část UHF spektra volná, vyhradit ji jako segment pro 5G Broadcast.
Dopady na stávající pokrytí, vliv na sousedící kanály, jak uvnitř tak vně daného státu, byly zpracovány v další Technické zprávě EBU TR 064, která osvětluje frekvenční plánování sítí 5G Broadcast, zejména otázky sdílení a kompatibility technologií 5G Broadcast a DTT v rozsahu spektra 470 – 694 MHz. To je aktuální v současné době, kdy se vede před Světovou radiokomunikační konferencí WRC 23 diskuse o přidělení pásma pod 700 MHz.
2030: Přejde televize v Česku na internet? Zabojuje ČR o frekvence pro TV vysílání?
To však nebude přechod na internet, jak na poslední konferenci Digimedia naznačovala šéfka regulátora ČTÚ. Frekvenční plán GE06 dává regulátorovi spektra práva používat určité frekvence v určitých geografických oblastech pro vysílací služby, aniž by přesně specifikoval, které technologie by měly být použity. Tato flexibilita byla v některých zemích využita k usnadnění přechodu z DVB-T na DVB-T2 a v některých zemích ji lze také využít k implementaci vysílacích technologií 5G, zatímco sousední země si ponechají systémy DVB.
Na toto téma byly rovněž provedeny různé studie s tím, že použití koordinovaných, ale nepoužitých kmitočtů podle plánu GE06 v pozemním vysílání pro 5G Broadcast se zdá být nejpraktičtějším způsobem pro brzké zavedení 5G Broadcast v pásmu pod 700 MHz. Kompatibilita mezi 5G Broadcast a DTT v tomto scénáři, včetně příhraničních oblastí, je zvládnutelná pomocí některých opatření a řešení, která se v současnosti u sítí DTT používají. To může zahrnovat odfiltrování vysílacích frekvencí 5G v instalacích DVB-T2 v okolí vysílacích stanic 5G, pokud je to možné a podle potřeby. Může také zahrnovat implementaci dalších omezení (např. redukci vyzářeného výkonu EIRP, polarizace, úpravy antény) na místech vysílání 5G podle místní situace. Kromě toho uživatelská zařízení (přijímače) budou muset mít vhodné vysokofrekvenční charakteristiky pro provoz v prokládaném spektru v přítomnosti vysokých úrovní sousedních DTT signálů v některých oblastech.
A jak je to se šířkou pásma? Televize zabírá ve spektru šířku 8 MHz, zatímco buňkové sítě jsou koncipovány na šířku 5, 10, 15 MHz. Signály 5G Broadcast s šířkou pásma 5 nebo 8 MHz lze nasadit v rámci plánu GE06 s minimálními omezeními. Možnost 8 MHz poskytuje nejvyšší efektivitu využití spektra a se zavedením tohoto rastru počítá Release 17 specifikací 3GPP.
Pozemní vysílání 5G založené na LTE
5G Broadcast umožňuje doručovat lineární obsah do mobilních a přenosných zařízení (tj. chytrých telefonů, tabletů a vozidel) nákladově efektivním způsobem do širokých oblastí, v souladu s požadavky mediálních společností, tj. vysokou kvalitou služeb (QoS), bezplatně šířených vzduchem. Tato možnost otevírá cestu k novým synergiím a různým scénářům spolupráce mezi technologiemi vysílacího a mobilního ekosystému. Možnosti 5G jsou ale mnohem širší, nejenom že umožňují i přenos videa na vyžádání (VOD) s dynamickým přepojováním v režimu unicast, ale využití těchto sítí je i v minimálně dalších dvou oblastech, pokud pomineme automobilový průmysl.
Nouzový výstražný systém přes vysílání 5G založené na LTE
Nouzové výstražné systémy jsou zásadními prvky pro oslovení obyvatelstva před, během a po mimořádné události, krizi nebo katastrofě. Licence jak telekomunikačních operátorů, tak i televizí mají podmínku předávání relevantních informací obyvatelstvu. V zásadě lze k jejich přenosu a předávání použít jak vysílací, tak mobilní sítě. Mezi těmito dvěma infrastrukturami je však rozdíl z hlediska jejich bezpečnosti proti selhání. Vysílací sítě založené na vysokovýkonných věžích (HPHT) ve valné většině využívají k zálohování elektrické energie dieselové agregáty, což umožňuje, aby příslušné vysílače zůstaly v provozu několik dní nebo dokonce týdnů po výpadku elektřiny. Mobilní sítě jsou obvykle osazeny bateriemi, které nemusí vydržet dlouhé výpadky elektrorozvodné sítě.
Neveřejné sítě pro mediální produkci
Neveřejné/privátní sítě (NVS) jsou funkcí technologie 5G navrženou pro lokalizované soukromé použití. Mediálním organizacím mohou neveřejné sítě nabídnout možnost nasazení pevných a nomádských sítí, kde by pevné sítě pokrývaly malé oblasti, jako jsou studia, nebo se rozšiřovaly do celého areálu jako takzvaná kampusová síť. NVS nabízejí různé konfigurace nasazení a možnosti. V závislosti na požadavcích mediálních organizací a typu produkce nebo scénáře příspěvků lze uvažovat o samostatných NVS nebo neveřejných sítí s různým stupněm integrace s veřejnými sítěmi.
Zde je nutno si uvědomit, že 5G kampusová síť je lokální sítí, která pokrývá jen malé území, příkladem mohou být stadiony nebo sportovní haly, jak jsme již dříve o jednom přenosu v házené z Flennsburgu (Německo) nebo obecně o kampusových sítích psali:
Sítě 5G Broadcast pro živé sportovní přenosy jsou již realitou
Boom těchto kampusových sítí zažívá Německo, kde koncem loňského roku bylo uděleno celkem 158 neveřejných licencí v pásmech 3,7-3,8 MHz v blocích po 10 MHz a pro průmyslové využití v pásmu milimetrových vln (24,25 – 27,5 GHz) v blocích až o 800 MHz. Německý operátor Media Broadcast má testovací středisko 5G na místě nejstaršího a nejvýkonnějšího krátkovlnného vysílače v Nauen u Berlína, Bavorský rozhlas (BR) zavádí tímto způsobem kvalitní a rychlé propojení přenosových vozů a SWR na jihozápadě Německa řídí dálkově ze Stuttgartu svou produkci jádrem 5G sítě. Podobně Deutsche Telekom a německá RTL začaly testovat produkci živého videa ve své samostatné síti 5G na komerční infrastruktuře Ericsson 5G Standalone (SA) na frekvenci 3,6 GHz.
Přehled o testech 5G, jak pro vysílání, tak i pro produkci je možno získat z webové stránky mediální akční skupiny 5G-MAG www.5g-mag.com/trials. Jedním z posledních projektů je „5G Records“, jejichž hlavním cílem je integrace komponentů 5G do živé audio produkce, bezdrátového studia s mnoha kamerami a živá výroba zážitkového obsahu v rozšířené realitě. Do tohoto projektu je zapojena většina západních zemí EU, jak dokresluje následující zobrazení, které jsme stáhli z jejich video prezentace.
Zapojení subjektů do Projektu 5G Records v Evropě. Česko však na mapce chybí, i když minimálně 2 univerzity (VŠB v Ostravě a CIIRC při ČVUT) své testovací 5G kampusy mají. (Zdroj: https://www.5g-records.eu )
Co jsou a co budou sítě 5G a 5G Broadcast?
Co konkrétně znamená 5G pro vysílání? Technický termín je „5G Broadcast“ popisuje rozsáhlou přenosovou síť, pomocí které lze terestricky přenášet rádiový obsah, podobně jako DVB-T2. Konvergence vysílacích a širokopásmových sítí v budoucnu umožní kromě domácího televizního vysílání přenášet obsah do mobilních koncových zařízení pomocí jednotného standardu. Zhruba do roku 2025 je to stále sen budoucnosti, protože pro praktické využití zbývá dořešit nejen šířku pásma jednoho kanálu, ale i zvýšení objemu přenášených dat jako jsou nové kompresní techniky (VVC jako nástupce HEVC). Jednotný programový průvodce (EPG) do těchto sítí je úkol pro další verze DVB-I.
Jediná věc, kterou nakonec budete potřebovat pro příjem vysílání 5G, je zařízení s podporou 5G s povolenou funkcí vysílání pro streamingové služby. To, co je v současnosti stále ve vývoji (viz prozatímní prototyp smartphonu Qualcomm), by v budoucnu mohl být „chytrý“ mobilní telefon, tablet, palubní televize v autě nebo i stacionární televize v obýváku. Například mobilní uživatelé budou moci v budoucnu jednoduše sledovat obsah programu na svém smartphonu, když jsou venku, aniž by se museli obávat, že jejich objem dat bude vyčerpán během velmi krátké doby. Obsah jednoduše přichází do koncového zařízení prostřednictvím vysílací sítě HPHT, aniž by byl přímo zapojen příslušný mobilní operátor, nebo prostřednictvím hybridních sítí s již standardizovaným FTA (bezplatným) příjmem.
