Způsob, jakým je v dnešní době poskytován audiovizuální obsah a související služby se vyvíjí zejména díky popularitě osobních zařízení (chytré telefony, tablety). 5G Broadcast se stává vysílacím standardem na bázi posledních verzí mobilních standardů 3GPP, který i uživatelům přenosných zařízení přinese mediální obsah, aniž by bylo nutné do nich zabudovat další tunery a uživatel volně šířeného obsahu platil předplatné.
Nová řada seminářů EBU Horizons – Horizonty 2022, o níž jsme psali v souvislostech se současnými problémy spotřeby elektrické energie v našem článku před dvěma týdny, neopomněla uvést popis a současný vývoje technologií 5G se zaměřením na televizní vysílání. V dalším textu vycházíme z prezentace Thomase Stockhammera z Qualcomm Technologies, Inc., která se věnovala standardizaci, technologiím, testování a příležitostem vysílacího standardu 5G Broadcast (zkracovaného někdy na 5G BC).
5G definuje dva módy komunikace pro vysílání
Vysílací standard 5G BC, na který se soustředíme, využívá dnešní spektrum UHF jenom jednosměrně ve směru k uživateli (downlink). Je typu P2MP (Point to Multi Point tj. bod -> mnoho bodů) v režimu broadcast (jeden se všemi) pro všechny terminály, které jsou v dosahu vysílače nebo základnové stanice. Dodává lineární televizní obsah nebo streamované soubory. Používá vysílací infrastrukturu s velkými výkony volně šířeného obsahu.
Ve druhém, smíšeném módu typu P2MP jako multicast (jeden s mnoha autorizovanými) a P2P jako unicast (jeden s jedním) používá mobilní dvousměrné sítě. Provoz spočívá v efektivním propojování režimů multicast / broadcast s využitím buňkových sítí s malým výkonem a adresným příjemcem s předplacenou službou.
Jak to vše začalo
Vývoj buňkového vysílání začal v sítích 3G zavedením MBMS (Multimedia Broadcast Multicast System) v technologiích EDGE, CDMA2000, 1X EVDO A WCDMA pro tehdy, před dvaceti lety, rychlejší datové přenosy. Pokračování nastalo v sítích 4. generace 4G, a to v podobě celosvětového standardu LTE (Long Term Evolution) od roku 2010, kdy skupina 3GPP (3rd Generation Partnership Project) v tzv. verzích specifikace Release 8 a 9 definovala systém eMBMS, což zlepšovalo pokrytí a efektivitu. Nový vylepšený televizní systém (enTV, někdy také označován jako FeMBMS) byl navržen v LTE „advanced pro“ (3GPP Rel. 14) tak, aby efektivně podporoval pozemní digitální vysílání.
Podrobnější technický popis buňkových sítí přednášel docent Václav Žalud († 2022) na konferencích Radiokomunikace. Následující obrázek je z přednášky na konferenci z roku 2015, která srozumitelnou formou vysvětluje principy mobilní komunikace.
Zdroj: Václav Žalud: Pokroky ve vývoji mobilních systémů 5. generace. Konference Radiokomunikace 2015, Pardubice
5G Broadcast je plnohodnotným vysílacím standardem
Poslední verze 3 GPP Rel. 16 a další (Rel.17) již plně podporují 5G Broadcast. I když 3GPP je skupina, která je zodpovědná za definování globálních buňkových standardů (4G/5G), tak v jejím rámci vznikl i standard pro jednosměrné šíření rozhlasového a televizního vysílání. Je určen pro operátory vysílacích sítí ve vysílacím spektru. Nemá co do činění s běžným mobilním unicastem a nemusí podporovat jeho síť. Hlavním cílem a důvodem existence 5G Broadcast je to, aby umožnil provoz vysílací sítě, pro které jsou přijímače hardwarově kompatibilní s celulárními modemy, což znamená, aby měly méně zábran k použití v mobilních zařízeních ve srovnání s jinými vysílacími technologiemi. Mnoho stavebních prvků 5G BC již tyto modemy obsahují a jejich rozšíření jsou marginální. Vyžadují pouze trochu křemíku navíc pro nové čipové sady. Všechny minulé pokusy o začlenění vysílání do nich, které využívaly různé vysílací technologie: DVB-H, MediaFlo, ISDB-T Seg1, DVB-T2 Lite, byly neúspěšné.
Aby bylo jasno, vysílání 5G (5G BC) nemá nic společného s „mobilními operátory, kteří se snaží převzít kontrolu od vysílacích společností“, uvedl ve své přednášce ředitel sekce Technických standardů firmy Qualcomm Thomas Stockhammer.
Systém vysílání 5G by mohl být úspěšně zaveden vedle, a později jako náhrada, stávajícího DVB – T/T2 v diskutovaném pásmu UHF a existující základní vysílače (HTHP) společně s překryvnou sítí (MTMP) by mohly být použity k výraznému posílení pokrytí a minimalizaci nákladů na zavedení této nové technologie. Ve standardu ETSI TS 103 720 je již dnes uveden profil specifikace 3GPP obsahující nezbytné součásti pro 5G Broadcast –Vysílání 5G BC. V našem článku o směrování TV vysílání
Kam směřuje televizní vysílání? Co dokáží vysílací sítě 5G Broadcast?
se zmiňujeme o nedořešených otázkách, zejména jak by vysílání 5G a stávající DTT mohly koexistovat v pásmu UHF, které v současnosti používá pouze DTT.
Ve spektru zbývá dořešit „Kam s ním“
Technický report EBU TR 064, který se touto otázkou zabývá, nyní zpracovává pracovní skupina v rámci 3GPP a pro budoucí verzi specifikací (Release 18) má definovat pásma v UHF spektru, (470–694/698 MHz) která by byla přiřazena pro vysílací systémy vyhovující operátorům vysílacích sítí (uvažuje se o šířkách pásma 6/7/8 MHz a případně i o 10 MHz). Součástí je i vypracování architektury uživatelského zařízení (přijímače) z pohledu minimální vstupní úrovně, intermodulací či rušení. Tyto práce by měly být ukončeny do června 2023, aby její výsledky mohly být začleněny na pořad jednání o bodu 1.5 Agendy na Světové radiokomunikační konferenci WRC 2023 na konci příštího roku.
Přehled vývoje specifikací specifikací technologie 5G Broadcast (Zdroj: 5G-based TV-Switch on, Thomas Stockhammer, Qualcomm; Konference EBU Horizons, 2022)
Aby se potvrzení UHF pásma pro vysílací služby mohlo dostat na Světovou radiokomunikační konferenci je v přípravě nová verze ETSI standardu TS 103 720, ve které by měly být začleněny zmíněné požadavky na přijímače, aby se mohlo uskutečnit konsistentní plánování sítí, a podpora nouzového varování. Veškerý pokrok a vývoj je dnes založen na softwaru. K tomu přispívá i vývojový program Open-source skupiny 5G-MAG, která provádí validaci a ověřování 5G standardů pro potřeby 5G Broadcast, jeho architektury, vlastností sítí a aplikačních rozhraní API. Za zmínku stojí, že i nedávno založené DVB-I Forum vítá každého, kdo by mohl přispět k rozvoji nových funkcí a kompatibilitě s 5G BC.
Technologie a testy
Je tomu už bezmála rok, kdy bylo předvedeno živé streamování 5G Broadcast na mobilní telefony na veletrhu v Barceloně ve spolupráci firem Qualcomm a Rohde&Schwarz. Následovalo představení na NAB Show 2022, o kterém jsme psali
NAB 2022: zaostřeno na 5G Broadcast Čerstvé novinky z Las Vegas
O testech ORF v rakouské Vídni jsme se zmiňovali již v roce 2019. Základní fáze byly již ukočeny a nyní poktračují další rozšířené testy s nejnovějším modem Qualcommu SDX65 se Snapdragon 8 první generace. Tyto testy jsou doplněny řídícím systémem NAKOLOS, který byl předveden na vástavě v Amsterdamu a zajišťuje bezproblémové přepínání mezi aplikacemi OTT služeb v CDN a směrovaných na přijímače s Androidem a 5G vysíláním. Přijímací zařízení pro běžného uživatele se však dosud masově nevyrábějí a omezené množství speciálně upravených mobilů zajišťuje společnost Qualcomm.
Ještě před zkušebním testování hudební soutěže Eurovize, zahájily testování i České radiokomunikace na pražském vysílači ze Žižkova. Některé dílčí výsledky byly oznámeny v září na konferenci Innovation Day. V příštím roce se očekávají další podrobnější vyhodnocení.
Možnosti použití a další příležitosti 5G Broadcast
Vysílaný signál 5G Broadcast jde jednosměrným lineárním kanálem přímo na mobil. Je nákladově efektivní a může být použit i pro živé sportovní přenosy. Umožňuje hybridní řešení – spojení vysílání i OTT služeb přes mobilní síť, navíc i stahování populárního obsahu a upgrade softwaru/firmwaru.
Předefinování mobilního vysílání pro poskytování digitální televize (Zdroj: 5G-based TV-Switch on, Thomas Stockhammer, Qualcomm; Konference EBU Horizons, 2022)
Vzhledem k tomu, že media veřejné služby, a u nás i komerční vysílatelé z licenčních podmínek, mají povinnost předávat informace v případě živelních pohrom a podobných krizových událostí je 5G vysílací standard schopen posílat nouzové zprávy přímo na mobilní zařízení od vysílatelů jak ve formě textů, tak i multimediálního obsahu. Varovný systém CMAS (Commercial Mobile Alert System), který pravidelně monitoruje stránkovací kanál s nízkým zatížením a spotřebou, je dnes přítomen v komerčních přístrojích, což testy R&S a Qualcommu s 5G BC to úspěšně předvedly. CMAS rovněž umožňuje oslovit obyvatelstvo jen v rámci určité zvolené oblasti.
Koexistence s dalšími systémy
Zájem o využití 5G Broadcast celosvětově roste, dokonce i v USA. Vysílání 5G mohou vysílatelé nasadit úplně stejným způsobem jako ATSC 3.0 a výrazně to snižuje omezení v příjmu na mobilních zařízeních, protože je to „pouze“ přírůstková funkce k 4G/5G modemu. Nativní vysílací technologie jako ATSC nebo DVB nebyly nikdy úspěšně začleněny do mobilních zařízení ve velkém měřítku, protože jejich zahrnutí vyžaduje další samostatný čip (podobně jako například WiFi nebo GPS) a k tomu celý ekosystém nikdy nedozrál. O americkém digitálním standardu ATSC 3.0, který spojuje vysílání s datovými přenosy jsme psali v tomto článku.
Mohli bychom využít „rezervované“ rámce ATSC 3.0 k „překrytí“ vysílání 5G, čímž bychom dosáhli koexistence na stejném kanálu. Alternativou by bylo, aby ATSC 3.0 a 5G Broadcast koexistovaly na dvou různých frekvencích, tj. jeden MUX pro každého. Stejný provozovatel vysílání by tak mohl nasadit a provozovat obě technologie současně: ATSC 3.0 pro pevná zařízení a Vysílání 5G pro mobilní zařízení.
Návaznost na budoucí DVB-I je také možná. V úvahu přicházejí různé možnosti: použití služby nahrávání souborů pro karuselová metadata; použítí segmentového streamingu pro DVB-DASH nebo transparentního módu pro DVB-I multicastovou distribuci. Na těchto možnostech, včetně kombinací s unicastem, hybridních služeb pracují společné slupiny DVB-I a 5G-MAG. Poskytovatel obsahu může využít 5G Unicast systémy, 5G vysílací systémy a zařízení 5G k sestavení efektivní a inovativní aplikace. Podporováno dobře definovanou sítí a rozhraní API na straně klienta.
Cesta ke komerčnímu vysílání
Závěrem je možno konstatovat, že jsme svědky, jak se rodí nový vysílací standard, který nepochází z dílny DVB. Jestliže bude postaven na otevřených standardech a otevřeném vývoji může být 5G Broadcast výbornou platformou pro vysílatele a poskytovatele obsahu. Umožňuje přístup na jakékoli zařízení, kdekoli a kdykoli, pokud nemyslíme jen na TV zařízení. Současně má potenciál do budoucnosti, neboť mediální obsah na 5G distribuci nabízí i využití v nových médiích – rozšířené realitě XR a metaverzi.
Poslední možnosti se týkají už připravované verze 18, označované jako 5G-Advanced. Bude zahrnovat další vylepšení ve službách pro módy multicast a broadcast, IPTV, živého videa, komunikaci vozidel, systémy varování a další. 5G-Advance by měla být zkompletována do roku 2025. V té době by měly být také jasné požadavky na přijímací zařízení podle právě dokončované verze 17 a mohli bychom se dočkat testů 5G Broadcast s reálnými přijímači.
Úvodní fotokoláž: autor za použití úvodního snímku studie 5G Amaricas White Paper
