Ve využití vysílání 5G na bázi LTE (LTE-based 5G Terrestrial Broadcast), jako jedné z možností budoucího směrování distribuce medií v dalším desetiletí stále existuje mnoho otevřených otázek.
Kromě plánů frekvenčního spektra UHF, celoevropské strategie a obchodních modelů nepodstatnou roli hraje i dostupnost přijímacích zařízení. V současné době je pro demonstrační účely k dispozici pouze několik základních prototypů „chytrých“ mobilů s funkcemi 5G Broadcast, které byly předvedeny na různých veřejných akcích a uzavřených testech. V minulých dnech byl jeden z těchto „smartphonů“ k dispozici i pro testy experimentálního vysílání 5G Broadcast v Praze.
Experimenty se šířením mediálního obsahu po mobilních sítích se datují od pokusů prosadit DVB-H, případně později DVB-T2 Lite. Rozvoj lineárního TV vysílání s nelineárním videem na vyžádání, nebo OTT streamingem přes širokopásmové sítě určené pro tablety a chytré telefony zvyšovalo kapacitní požadavky na dvojsměrné mobilní sítě, které video obsah dodávají individuálně každému příjemci způsobem zvaným unicast (spojení jeden k jednomu). Toto nesymetrické a neefektivní využití kapacit mobilních sítí jen ve směru k uživateli poskytuje argumenty mobilním operátorům na přidělování nových kmitočtů k již provozovaným pásmům (800 MHz, 700 MHz). Snahou tudíž bylo najít takové způsoby distribuce, které by unicastové šíření nahradilo broadcastovým módem (jeden-všem). To se podařilo vývojové skupině mezinárodních mobilních telekomunikací ve vydání standardů 3GPP Release 14 a 16, dnes i Rel.17. Popis 5G BC podle 3GPP Rel.16 s výhledem na již dnes schválenou Rel. 17 jsme přinesli v článku
Od 2G až po 5G Broadcast a dále… O konvergenci mobilních a vysílacích sítí
V současné době se považuje vysílání 5G Broadcast (5G BC) jako doplněk DTT, které je plánováno pro příjem na pevnou anténu, zejména pro budoucí šíření multimediálního obsahu na mobilní zařízení s výhodami vysílacích technologií. To byl a je také jeden z cílů experimentálního vysílání Českých Radiokomunikací jak během první, tak i druhé fáze (v rámci SFN).
Testy 5G BC u CRA
Pro úplnost si řekněme základní fakta. Testy probíhají na bývalém 55. TV kanále, dnes v duplexní mezeře mobilních služeb pásma 700 MHz. Někdy se o tomto pásmu ve zmíněné duplexní mezeře hovoří v souvislosti s možným využitím pro tzv. SDL (Supplementary Downlink), jehož cílem je posílit datový objem směrem k uživateli (downlink). SDL ovšem musí být přidružen k nějaké službě, která využívá uplink i downlink, který může být primárně i v jiném pásmu. Tato část spektra není dnes využívána. V případě testů 5G Broadcast se však jedná o režim SDO (Standalone Downlink Only), kde se jedná o jednosměrný přenos od poskytovatele obsahu ke koncovému uživateli bez nutnosti připojení koncového zařízení k mobilní síti. Schematicky je to zobrazeno v následujícím obrázku převzatém ze zprávy o testech CRA.
Obsah vysílání v 8 MHz kanálu tvořily tři televizní stanice (CT Sport HD, CT 24 HD, CNN Prima News) a rozhlasový ČRo Radiožurnál. Nastavené přenosové parametry vysílání (zhruba jako kompromis mezi robustností a datovou kapacitou) umožnily datovou rychlost cca 11,839 Mbit/s. Byly kódovány H.265/HEVC. Nedostatek mobilního koncového zařízení během testů CRA nahrazoval laboratorní testovací přijímač (R&S / TU Braunschweig) a pro parametry signálu byl použit analyzátor PrecisionWave BR-VBI s KSA LTEScannerem v měřícím voze CRA.
Možná, že jste zahlédli v Praze měřicí vůz CRA, jako na obrázku, který projížděl po definovaných dvou trasách vnitřní oblasti středu Prahy a po vnějším okruhu vedeném po dálničních obchvatech a rychlostních silnicích. Prováděl mimo jiné porovnání mezi DVB-T2 a vysíláním 5G Broadcast za jízdy.
Přijímací anténa Funkbau umístěná ve 2 m výšce na střeše měřícího vozu (foto Václav Udatný)
Základním poznatkem bylo, že mobilní příjem DVB-T2 nebyl za pohybu prakticky vůbec možný (s výjimkou zastavení na červenou), zatímco v případě mobilního příjmu signálu 5G BC bylo možné zajistit funkční příjem s využitím robustnějších modulačních parametrů (MCS 9 a MCS 12) a to při nižších rychlostech a bez zastínění okolními budovami.
Jaký je mobil Qualcomm 5G?
Jeden z demonstračních přístrojů R&S-Qualcomm jsme měli možnost vidět a vyzkoušet v provozní budově CRA na pražském Žižkově. Michal Bureš, vedoucí engineeringu vysílacích technologií, měl možnost se s ním seznámit a podělit se s námi o své zkušenosti. Samotný přístroj se v ničem neliší od běžného mobilu s větším displejem, velmi podobný 6,8“ mobilům od Samsungu. Základem tohoto speciálního přístroje je chipset, který nad rámec běžných procesorů Snapdragon od Qualcommu umí zpracovat 5G Broadcast signál bez použití SIM karty. Tento zapůjčený přístroj patří opravdu jen mezi demonstrační, protože při prvním zapnutí, jak nám Michal Bureš sdělil, s parametry experimentálního vysílání CRA „nekomunikoval“. Byl nastaven zjevně na jiné parametry testovacího vysílání, které probíhaly v mnoha evropských zemích převážně v dnešním TV pásmu (470–694 MHz), zatímco testy CRA využívají dosud nevyužívanou část pásma mobilních služeb (25 MHz mezera v pásmu 700 MHz).
Dalším zádrhelem bylo, že některé parametry demonstračního mobilu nesplňovaly ani úroveň Rel.14 standardu 3GPP, zejména co se týká nastavení parametrů pro MBSFN (Multicast Broadcast SFN) subrámce. Vzhledem k tomu, že vlastnosti chipsetu v zapůjčeném přijímači nešlo modifikovat, přistoupili kolegové z CRA ke změně vysílacích parametrů, která však vyústila ve značné omezení datové kapacity. Maximální propustnost multiplexu se snížila na cca 2 Mbit/s při nastavení modulačních parametrů MCS 13.
Do multiplexu se tedy vešly pouze dva zpravodajské kanály ČT 24 a CNN Prima News, které naběhly po zapnutí prakticky okamžitě a rovněž okamžitě přepínaly mezi oběma distribuovanými programy.
Zobrazení podle polohovacího čidla fungovalo okamžitě, pouze tento obrázek je otočen do formátu 4:3 (foto: Václav Udatný)
V této konfiguraci měl Michal Bureš již některé zpracované výsledky pro režim mobile (příjem uvnitř měřicího vozu) na malém okruhu od Starého Města, přes Malou Stranu až po Bílou horu.
Přepnutí na jeden ze dvou programů probíhá okamžitě (foto: Václav Udatný)
I když výsledek v dané konfiguraci je možno považovat za poměrně úspěšný, méně robustní parametry MCS 16 a MCS 21 vedou k výraznému nárůstu úseků s obtížným příjmem (kostičkování) až po úplné výpadky příjmu.
Pod vysílačem k výpadkům a kostičkování nedošlo (foto: Václav Udatný)
Další postřehy
Příjem datově omezených zpravodajských programů v kancelářích, na chodbách i v bezprostředním okolí Žižkovského vysílače byl naprosto bezproblémový, přístroj se dobře držel v ruce, nezahříval se a během poměrně krátké doby nezaznamenal ani pokles napětí z baterie. Jasný displej odrážel okolí a na slunci byl prakticky nepoužitelný, což však jsou vlastnosti, které s příjmem testovaného 5G BC nemají nic společného. Na závěr jsem ještě chtěl vyzkoušet srovnání příjmu 5G BC bez SIM karty se streamingem živého iVysílání ČT na 5G mobilu s O2 kartou SIM. Streamované video se cca 20 sekund nahrávalo a ve srovnání s živým vysíláním bylo o tuto hodnotu stále zpožděné. V bezprostředním okolí věže, kde v blízkosti bude i BTS operátora nedocházelo k výpadkům. Pro zajímavost jsem pokračoval s příjmem streamovaného ČT 24 i v městské zástavbě po cestě severním směrem v autě. Příjem byl stále bezproblémový až v oblasti vilové zástavby pod Prosekem, kde je přímý výhled na žižkovský vysílač signál O2 vypadl. Tam by asi mobilní přijímač 5G Broadcast nezklamal. Spotřebu dat během této krátké cesty jsem nezjišťoval.
Jak dál s mobilním příjmem TV bez spotřeby dat?
Zkoušený prototyp mobilního přijímače Qualcomm Research Device (QRD) pro vysílání 5G Broadcast byl osazen čipovou sadou, jejíž vývoj začal pravděpodobně ještě v době LTE vysílání eMBMS a byl velmi vhodný pro první testy 5G BC. Za zmínku stojí, že na přijímači / mobilním telefonu byl naistalován Android mobilní operační systém ve verzi 12. Prototyp přijímače byl poprvé představen již před více jak 2 lety. Očekávalo se, že tato čipová sada bude dále vyvíjena a masově nasazována v mobilech, ale zdá se, že výrobci zatím nejsou připraveni poskytnout standardní čipsety, které kombinují příjem celulárního i 5G vysílacího módu.
Na letošním mobilním veletrhu v Barceloně představil R&S a Qualcomm ve spolupráci s ABS (Academy for Broadcasting and Science) řešení na bázi aplikace, která přináší další rozšířené možnosti pro tento vysílací standard. Shodou okolností koncem června probíhalo ve Vídni testování 5GBC pro účastníky Dunajského hudebního festivalu, které nabízelo sledování živého vysílání jednotlivých vystoupení na mobilních telefonech s Androidem v rámci 3. fáze testů ORS bez zatížení mobilních BTS a spotřeby placených dat. Jedná se o technologii NAKOLOS, která je mimo jiné mezi letošními finalisty „Ceny EBU za technologii a inovace“ a spočívá v jednoduchém integrovaném softwarovém řešení pro mobilní aplikaci a cloudový backend. Další podrobnosti je možno získat z webových stránek zde.
Televize bez SIMky v autě zatím ne
Zdánlivě je 5G Broadcast od začátku roku 2023 připraven ke komerčnímu nasazení. Standardizace po schválení Rel. 17 a začlenění kanálových rastrů 6, 7 a 8 MHZ do TV pásma 470–694/698 MHz je z velké části dokončena. Avšak před námi je ještě dlouhá cesta. Uvažuje se o přidání periodických vzorků pro dílčí rámce získávání buněk, aby byl umožněn TDM provoz jak pro 5G vysílání, tak i DTT (např. DVB-T2) rámcovými strukturami.
Dalším klíčovým požadavkem pro nasazení služeb 5G BC je koexistence příjmu ve stejném přijímacím zařízení (smartphonu) jak vysílání 5G na bázi LTE, tak unicastu. To má vliv, jak na základnovou stanici, tak i na koncové zařízení uživatele. Alfou a omegou úspěchu 5G BC bude jeho dostupnost v mobilních telefonech. I proto, po prvních prototypech smartphonů, se stále na čip podporující 5G Broadcast dle posledních standardů čeká.
Úvodní foto: Václav Udatný
