Standarti interaktivitātei digitālajā televīzijā - II
Turpinot SP 2001/3 36. lpp. aizsākto tēmu par interaktīvo tiešo un
retūrkanālu digitālajā televīzijā (DTV), šoreiz galvenā uzmanība tiek pievērsta
DVB-RCT standartam. Taču ievadā vēl par multimediju mājas platformu DVB-MHP.
Nobeidzot par MHP valodām
Tā kā MHP platformā paredzēta piekļuve internetam, kurā
deklaratīvā satura aprakstam jābūt uzlabotam, tad XHTML vēl papildina ar
ECMAScript/DOM (ECMA - European Computer Manufacturer's Association, bet DOM -
Document Object Module) vai DDE-1 (Declarative Data Essence) deklaratīvi
aprakstošām valodām. Pēdējo nesen izstrādājusi SMPTE (Society of Motion Picture
and Television) organizācija. ECMAScript deklaratīvi aprakstošo valodu izmantos
visos trijos interaktīvās DTV standartos: eiropiešu DVB-MHP, japāņu ISDB-BML un
amerikāņu ATSC-DASE. Procedūrorientētā JAVA valoda tiks izmantota gan tikai
eiropiešu un amerikāņu standartā, jo japāņi īpaši interaktīvām vajadzībām to
vēl gatavojas mainīt un papildināt. Taču mēs dzīvojam Eiropā, tādēļ vēl nedaudz
par JAVA.
Ko dod JAVA?
Deklaratīvo un procedūrorientēto saturu apstrāde ir stipri
atšķirīga komplicētības ziņā. Valodu sarežģītības pakāpi raksturo, piemēram,
fakts, ka JAVA procedūrvalodu programminženieris var pilnībā apgūt labi ja gada
laikā, turpretī HTML vai XHTML deklaratīvo valodu objektu variantu atšķirību
pazīmju laukos (tags) projektētājs var sākt orientēties jau dažu nedēļu laikā.
Tādēļ interaktīvā DTV un internetā izmanto gan deklaratīvās, gan procedūrvalodas,
turklāt sekmīgi izmantojot arī to kombināciju jeb jau pieminētās deklaratīvi
aprakstošās valodas. Kādēļ tomēr jāizmanto sarežģītā JAVA valoda?
Tiesa, elektroniskam programmu gidam var izmantot tikai aprakstošo
valodu - vienai gida lapaspusei vajadzīgi mazāk nekā 20 kilobaitu. Taču
gadījumos, kad jāveic sarežģītas manipulācijas ar datu objektiem (piemēram,
specifiski vispārinoši e-komercijas jautājumi), interaktivitātei nepieciešamās
operācijas HTML/XHTML valodā saprogrammētais serveris nemaz nespēj izpildīt.
Tam jāsaprot JAVA valoda!
JAVA virtuālā mašīna un datu sagatavošana
JAVA virtuālā mašīna (JAVA Virtual Machine), kas iebūvēta arī D
kastītē, rada iespēju, ka visi datorsistēmas resursi atrodas koplietojumā bez
kāda DTV skatītāja monopoltiesībām. Tāpat, veicot operācijas, kas apmierina DTV
skatītāju vēlmes, šī mašīna it kā izolē, atsaista daudzos abonentus citu no
cita.
DTV skatītāja pieprasījumu saturs var būt deklaratīvs, deklaratīvi
aprakstošs un pat ar procedūras raksturu. Eiropas DVB standarts noteic, ka šie
dati - atbildes uz abonentu pieprasījumiem - multimediju serverī tiek
sagatavoti nosūtīšanai ar t. s. DSM-CC (Digital Storage Media Command and
Control) objektu karuseli, izmantojot uz interneta bāzētu komunikācijas HTTP
(Hyper Text Transfer Protocol) protokolu. Amerikāņu ATSC-DASE interaktīvā
sistēma šim nolūkam izmanto t. s. IP Multicast - interneta protokola
ievīstīšanu citā multivides protokolā.
Datus transportslānī var pārraidīt sinhronizētā, sinhronā un
asinhronā režīmā. Interaktīvā DTV parasti izmanto asinhronos protokolus.
DVB-RCT (Return Channel Terrestrial) [1]
DVB-RCT standarts, kas tika pieņemts 2001. gada janvārī, nodrošina
interaktīvos pakalpojumus, izmantojot DVB-T infrastruktūru un veicot pārraides
VHF/UHF frekvenču joslās.
DVB-RCT standartā:
* aprakstīti interaktīvās DTV virszemes apraides vispārējie
darbības principi;
* noteikti frekvenču kanālu kodēšanas un modulācijas veidi un
parametri;
* definēta ļoti svarīgās MAC (Medium Access Control) apakšsistēmas
darbība, ieskaitot to protokolu detalizētu aprakstu;
* noteiktas frekvenču spektra izmantošanas vadlīnijas.
Digitālās televīzijas interaktīvā RCT sistēma darbojas DVB-T 8 MHz
frekvenču kanālā, pa kuru DTV skatītājs:
saņem noteiktu digitālo TV programmu (vai vairākas programmas);
saņem šīs programmas MPEG-2 transporta bitu plūsmā
(transportslānī) iestrādāto vēlamo pakalpojumu: video, audio vai pieprasītos
datus;
var izteikt savus pasūtījumus un vēlmes īsu ziņojumu veidā
(piemēram, balsoju par to, pērku to,
vēlos vairāk informācijas par to, abonents X vēlas noskatīties filmu vai
notikumu A, B vai C utt).
Otrajā punktā organizētais sakaru kanāls tiek dēvēts par
interaktīvo tiešo kanālu, kas veltīts noteiktam DTV skatītājam. Skatītāju ir
daudz, un to vēlmes ir dažādas, tāpēc arī šādi, kopējā transportslānī ieslēptie
kanāli nepieciešami lielā daudzumā.
Treajā punktā minētais kanāls ir t. s. retūrkanāls. Arī to skaits
var būt ļoti liels. Taču visa šī sistēma iekļaujas 8 MHz frekvenču kanāla
ietvaros, tādējādi ļoti racionāli izmantojot elektromagnētisko viļņu spektru.
DVB-RCT sistēma var sekmīgi darboties arī šaurākos - 7 MHz un pat 6 MHz - TV
kanālos, piemēram, valstīs, kurās analogajai TV izmantoja NTSC 525 rindu
klājuma standartu.
Retūrkanāla izvietošanas varianti
DVB-RCT standarts pieļauj, ka retūrkanāls var atrasties arī ārpus
dotā DTV 8 MHz frekvenču kanāla. Tādējādi no šī kanāla izvietošanas viedokļa
iespējami divi varianti - retūrkanāls atrodas minētajā 8 MHz joslā vai ir
izvietots ārpus tās. Otrajā gadījumā svarīgi tikai, lai frekvenču spektrā būtu
brīvs un neaizņemts apmēram 1 MHz segments (1. zīm.).
Pārlūkojot Eiropā piešķirtās frekvences, DVB-RCT sistēmas
organizēšanai vilinoša ir UHF diapazona V joslas augšējā daļa (68. un 69.
kanāls). Pirmkārt, šajā elektromagnētisko viļņu spektra daļā ir salīdzinoši maz
raidītāju. Otrkārt, frekvencēs, kas tuvas GSM 900 MHz joslai, pieejamas lētākas
UHF aparatūras detaļas ar labākiem raksturlielumiem, kas svarīgi D kastīšu
ražotājiem. Treškārt, jo augstāka frekvence, jo mazāki izmēri antenai. Vienīgās
grūtības rada tas, ka UHF diapazona V joslas augšdaļu izmanto arī daži
militārie dienesti. Taču principā DVB-RCT sistēmu var iekārtot jebkurā VHF/UHF III, IV un V joslas daļā. Tās izvērstā
blokshēma parādīta 2. zīm.
DVB-RCT līdzīga GSM
Neanalizējot atšķirīgos modulācijas procesus, aprakstītā DVB-RCT
sistēma teritorijas nosegšanas ziņā ir ļoti līdzīga GSM mobilā telefona
pārraides un uztveršanas sistēmai (SP 1999/4, 34. lpp.), jo tāpat kā GSM
izmanto t. s. šūnu principu. Teritorija tiek sadalīta šūnās līdz pat apmēram
60-70 km rādiusā, kuru centrā izvietotas DVB-RCT bāzes stacijas - pārraides un
uztverošās iekārtas un apkalpojošie datori. Bāzes staciju un galvenā raidītāja
mijiedarbe nodrošina visas DVB-RCT sistēmas darbību.
Interaktīvais tiešais kanāls un retūrkanāls
Katrā šūnā bāzes stacijas pārraides un uztverošās iekārtas garantē
katram DTV skatītājam no kopējās bitu plūsmas atsevišķi izdalīt nelielu tās
daļu - interaktīvo tiešo kanālu ar plūsmas ātrumu daži kbit/s. Tāpēc arī
bitietilpīga videopārraide DTV skatītājam jāpasūta jau priekšlaikus, lai biti
lēnā plūsmā pakāpeniski uzkrātos D kastītes atmiņā. DVB-RCT sistēma spēj
nodrošināt garantēto bitu plūsmu arī DTV skatītājiem, kuru dzīves vieta atrodas
uz bāzes stacijas jeb galvenā raidītāja sniedzamības robežas.
Savukārt bāzes staciju retūrkanāla uztverošo iekārtu datori DTV
skatītāju pieprasījumu-īsziņu sablīvējumu periodos, TV vēlēšanu režīmā
(piemēram, balsojot par populārāko estrādes dziesmu) varēs apstrādāt pat līdz
20 000 īso ziņojumu sekundē.
Blīvi apdzīvotos rajonos (piemēram, lielās pilsētās), lai datori
spētu apstrādāt un īstenot visu DTV skatītāju pieprasījumus, šūnu teritorija
tiek samazināta pat līdz 3-4 km rādiusam, izdalot summāri visiem skatītājiem
pat vairākus Mbit/s bitu plūsmu.
Retūrkanāla organizācija
Arī pats retūrkanāls atkarībā no skatītāju izvietošanās blīvuma,
šūnas teritorijas reljefa, iespējamajiem radioviļņu traucējumu avotiem u. c.
apstākļiem var tikt organizēts dažādi. Vienkāršākajā gadījumā DVB-RCT šūnas
teritoriju var noklāt ar vienu retūrkanālu, t i., nesējfrekvenču kopu 2048 jeb
2K vai 1024 jeb 1K modā, kas veido atpakaļsaiti ar bāzes staciju, pie kam tā
signālus uztver no visām debess pusēm (360(). Ja šūnas teritorijā ir ļoti daudz
abonentu, uz bāzes staciju var nosūtīt pieprasījumus pa vairākiem
retūrkanāliem. Un beidzot, ja, piemēram, šūnas teritorijas daļā retūrkanālā
uztverams nevēlams raidītājs, tad iespējama teritorijas dalīšana sektoros,
katrā no tiem izvēloties tādu frekvenču retūrkanālus, kas atšķirīgi no
traucēkļa izmantotās frekvences (3. zīm.).
Vai retūrkanālam nebūtu izdevīgāk izmantot no DVB-T atšķirīgu
nesējfrekvenču modulāciju (piemēram, CDMA)? Izrādās, ka ne. Vēlams, ka DTV
programmu pārraidē, tiešā interaktīvajā kanālā un retūrkanālā tiek izmantotas
saderīgas nesēju un modulāciju kombinācijas. Tas nesadārdzina aparatūru un
nodrošina pilnīgi pieņemamu traucējumnoturību. Piemēram, DTV skatītājs ar savā
D kastītē iebūvēto mazjaudas raidītāju (apmēram 0,5 W), izmantojot dažus COFDM
modulācijas modus (par COFDM skat., piemēram, SP 2001/1, 26. lpp.), uz bāzes
staciju var noraidīt savas īsziņas pat ļoti sliktos spēcīgu traucējumu
apstākļos. Ja attiecība nesējs/troksnis pārsniegs kaut vai 4 dB, pa retūrkanālu
noraidītais īsais ziņojums tiks uztverts bāzes stacijas INA blokā (2. zīm.) un
pēc tam nosūtīts serverim. Efektīva demodulatora darbība, bitu pārslāņošana u.
c. progresīvi signālapstrādes paņēmieni dod papildus apmēram 5 dB uzlabojumus
pret impulsu traucējumiem (precīzu vērtību decibelos nosaka traucējumu
atkārtošanās frekvence).
Frekvenču joslas segmentācija
Kā iepriekš norādīts, retūrkanālu var neiekļaut DTV programmu
pārraides un tiešā interaktīvā kanāla frekvenču joslā. Tas būs ļoti svarīgi
apstākļos, kad DTV un ierastā analogā TV (ATV) pastāvēs vienlaikus.
ATV pārraidēm raksturīga lielākās signāla jaudas daļas
koncentrācija ap videonesējfrekvenci. Piemēram, ja Rīgā analogais TV3 raidītājs
darbojas 31. kanālā, tad jau ārpus tā sniedzamības rajona DVB-RCT var izmantot
retūrkanālam apmēram 1 MHz segmentu vismaz 2 MHz virs TV3 raidītāja
videonesēja, kur tā jauda ir vismaz 30 dB zemāka.
Rodas iespēja dažādiem interaktīvās DTV pakalpojumu piegādātājiem
izmantot savus retūrkanālus - 1 MHz frekvenču joslas segmentus - un kļūt
savstarpēji neatkarīgiem.
Dinamiski adaptīvā modulācija (DAM)
DVB-RCT standarts pieļauj vienas šūnas robežās vienlaikus izmantot
dažādus COFDM modulācijas veidus, sākot no 4QAM (kodēšanas ātrums 1/2) līdz
64QAM (kodēšanas ātrums 3/4). Šāda DAM dod iespēju pakalpojumu organizētājiem
izvairīties no traucējumiem, ko var radīt DTV bāzes raidītājs blakus šūnu
teritorijās.
Piemēram, DTV skatītājiem, kas atrodas uz šūnas aptvertās
teritorijas robežas, kur uztveršanas un pārraides apstākļi nav izcili, var
pielāgot pret traucējumiem visnoturīgāko modulācijas veidu 4QAM (QPSK) ar kodu
ātrumu 1/2, t i., to pašu, ko lieto SAT antenbļodu īpašnieki. Līdz ar to
abonentiem, nosūtot savus īsos ziņojumus bāzes stacijai, izdodas izvairīties no
retūrkanāla raidītāja (atrodas D kastītē) jaudas nevajadzīgas palielināšanas.
Tā izdodas iztikt ar minimāli iespējamo raidjaudu.
Un pretēji - DTV skatītājiem, kas dzīvo tuvāk šūnas bāzes
stacijai, var iedalīt pret traucējumiem mazāk robustu modulācijas veidu, nedaudz
palielinot retūrkanāla raidītāja jaudu. Tie gan spēs noraidīt vairāk datu laika
vienībā, bet radīs mazākus traucējumus blakus tā paša frekvenču kanāla šūnās,
jo atrodas tālāk no tām.
Frekvenču spektra efektīva izmantošana
Iepriekš aprakstītās DVB-RCT sistēmas raksturīgākās iezīmes
nodrošina ļoti efektīvu elektromagnētisko viļņu frekvenču spektra izmantošanu.
Šī sistēmas īpašība kļūs arvien svarīgāka turpmākajos 5-10 gados, kad sāksim
izjust brīvu frekvenču trūkumu. No šī viedokļa DVB-RCT var uzskatīt par COFDM
modulācijas sistēmu otro paaudzi.
Pārraides veidi
Lai realizētu daudzpieejas bezvadu retūrkanālu virszemes apraides
sistēmu, DVB-RCT standarts lieto atvēlētus radiofrekvences kanālus, kuriem
pieeja tiek nodrošināta no daudzu DTV skatītāju D kastītēm. Šim nolūkam izmanto kombinētu laika un frekvenču sadales
TDMA/FDMA COFDM tehniku. Tātad ļoti daudzās laikfrekvences apgabala tīkla
spraugas vienlaikus tiek piedāvātas ļoti daudziem DTV skatītājiem. Nesējfrekvenču
piešķiršanu dažādu abonentu D kastītēm realizē MAC apakšsistēma INA blokā.
DVB-RCT izmanto trīs dažādus nesēju attālumus CS (Carrier Spacing)
un izmantojamajai laikfrekvences apgabala tīkla spraugai atbilstošas datu
zibšņu struktūras BS (Burst Structures). Jo nesēja attālumi lielāki, jo pārraidītais
simbola ilgums ir mazāks (skat. 1. tabulu).
1. tabula
Nesējfrekvenču savstarpējie attālumi un simbola ilgums
Nesēju attālumi kHz Simbola
ilgums (s
CS1 1 1000
CS2 2 500
CS3 4 250
Zibšņu struktūras dod iespēju ar dažādām metodēm kartēt DTV
skatītāju datus laikfrekvenču spraugās. Dažādās zibšņu struktūrās (BS) UHF
jauda tiek pievadīta dažādam nesējfrekvenču daudzumam. Ja nesējfrekvence ir
tikai viena, tad tas nenozīmē, ka tā paliek stingri fiksēta. Tieši otrādi, tā
ik brīdi var pieņemt citu vērtību (protams, atvēlētā kanāla robežās),
realizējot frekvenču izmaiņas jeb t s. frekvenču lēkāšanas (frequency hopping)
procesu (skat. 2. tabulu).
2. tabula
Dažādām zibšņu struktūrām atbilstošais nesējfrekvenču daudzums
Zibšņu struktūra Jaudas
sadalījums pa nesējfrekvencēm Piezīmes
BS1 1 Iespējams frekvences lēkāšanas process
BS2 4 -
BS3 29 -
Tā kā retūrkanālā jāsatilpst vai nu 2K vai 1K blakus novietotiem
nesējiem, iznāk, ka DVB-RCT ir iespējami seši pārraides veidi. Tie tiek pielāgoti
dažāda DTV skatītāju blīvuma teritorijām, sākot ar lielām šūnām, kurās ir
retināts abonentu izvietojums, un beidzot ar ļoti blīvu abonentu izvietojumu
mazās šūnās.
Lai kāds arī nebūtu abonentu datu sadalījums pa nesējfrekvencēm,
izmantojot jebkuru no zibšņu struktūrām, pārraidītajam bitu skaitam pēc DVB-RCT
standarta katrā laikfrekvences spraugā jābūt stingri noteiktam. Tā rezultātā
dažādām zibšņu struktūrām atbilst dažāds pārraides ilgums. BS1 struktūrai tas
ir 29 reizes garāks, bet BS2 - 4 reizes garāks nekā BS3 struktūrai.
Nepieciešamā precizitāte
Lai visa sarežģītā DVB-RCT sistēma varētu precīzi darboties,
nesējfrekvencēm, kuras tiek sintezētas un pēc tam modulētas katra DTV skatītāja
D kastītē, jābūt sinhronizētām kā frekvenču, tā laika apgabalā. Vajadzīgo
precizitāti iegūst no transportslānī iestrādātiem t. s. laika/frekvences
references signāliem jeb markām. Laika sakrišanai, ko lieto gan zibšņu, gan
simbolu sinhronizācijai, DTV skatītāja D kastītē jābūt labākai par ±4 (s
attiecībā pret ideālu laika sinhronizāciju, kura neņem vērā aizturi, kas rodas,
signālam izplatoties no bāzes stacijas vai uz to. Frekvenču stabilitātei jābūt
0,1-0,01 ppm (miljondaļas), un tā ir atkarīga no laika/frekvenču marku
ievietošanas frekvences (atbilstoši 16 un 256 Hz). Precīzai demodulatora
darbībai bāzes stacijas INA blokā ik pa 5 datu nesējiem tiek iestarpināts viens
pilotnesējs, kas demodulatoru informē par precīzas nesējfrekvences vērtību.
D kastīte kļūst sarežģīta
JAVA virtuālā mašīna interaktīvajā televīzijā darbosies kā
sarežģīta, datorizēta ekspertu sistēma, tādēļ arī D kastītes sarežģītības
pakāpe ir augusi (SP 2001/3, 36. lpp.). MHP D kastītes procesoram jāspēj
realizēt vairāk nekā 140 MIPS (miljoni komandu sekundē). Tam nepieciešama arī
vismaz 32 MB RAM atmiņa. DVB-RCT standarts D kastīti padara vēl komplicētāku.
Tajā jābūt izvietotam arī interaktivitātes galvenajam izrīkotājam - MAC blokam,
kā arī retūrkanāla raidītājam. DTV speciālisti uzskata, ka netālā nākotnē D
kastītēs tiks iebūvēti jaunākie mikroelektromehānisko sistēmu (MEMS)
magnētiskie cietie diski golfa bumbiņas izmēros ar 340 MB atmiņu. Ardievas
vienkāršībai un lētumam! Lai gan jauno tehnoloģiju progress nodrošinās to, ka D
kastītes ģeometriskie izmēri spēji nepalielināsies, izmaksas un cenas var
stipri pieaugt. Ierindas DTV skatītājam atliek tikai cerēt, ka Sony, Philips,
Matsushita, Nokia u. c. lielo elektronikas koncernu, kuri vairākus gadus
pievērsušies MHP platformai un nu jau arī RCT standartam, konkurence palīdzēs
noturēt D kastīšu cenas pieņemamos rāmjos.
Arnolds VĪTOLS, speciāli SP
Informācijas avoti
1. Digital Video Broadcasting (DVB); Interaction Channel for
Digital Terrestrial Television (RCT) incorporating multiple access OFDM.
DVB-RCT version 1.1.1. ETSI, EBU, 2001.
Turpinot SP 2001/3 36. lpp. aizsākto tēmu par interaktīvo tiešo un
retūrkanālu digitālajā televīzijā (DTV), šoreiz galvenā uzmanība tiek pievērsta
DVB-RCT standartam. Taču ievadā vēl par multimediju mājas platformu DVB-MHP.
Nobeidzot par MHP valodām
Tā kā MHP platformā paredzēta piekļuve internetam, kurā
deklaratīvā satura aprakstam jābūt uzlabotam, tad XHTML vēl papildina ar
ECMAScript/DOM (ECMA - European Computer Manufacturer's Association, bet DOM -
Document Object Module) vai DDE-1 (Declarative Data Essence) deklaratīvi
aprakstošām valodām. Pēdējo nesen izstrādājusi SMPTE (Society of Motion Picture
and Television) organizācija. ECMAScript deklaratīvi aprakstošo valodu izmantos
visos trijos interaktīvās DTV standartos: eiropiešu DVB-MHP, japāņu ISDB-BML un
amerikāņu ATSC-DASE. Procedūrorientētā JAVA valoda tiks izmantota gan tikai
eiropiešu un amerikāņu standartā, jo japāņi īpaši interaktīvām vajadzībām to
vēl gatavojas mainīt un papildināt. Taču mēs dzīvojam Eiropā, tādēļ vēl nedaudz
par JAVA.
Ko dod JAVA?
Deklaratīvo un procedūrorientēto saturu apstrāde ir stipri
atšķirīga komplicētības ziņā. Valodu sarežģītības pakāpi raksturo, piemēram,
fakts, ka JAVA procedūrvalodu programminženieris var pilnībā apgūt labi ja gada
laikā, turpretī HTML vai XHTML deklaratīvo valodu objektu variantu atšķirību
pazīmju laukos (tags) projektētājs var sākt orientēties jau dažu nedēļu laikā.
Tādēļ interaktīvā DTV un internetā izmanto gan deklaratīvās, gan procedūrvalodas,
turklāt sekmīgi izmantojot arī to kombināciju jeb jau pieminētās deklaratīvi
aprakstošās valodas. Kādēļ tomēr jāizmanto sarežģītā JAVA valoda?
Tiesa, elektroniskam programmu gidam var izmantot tikai aprakstošo
valodu - vienai gida lapaspusei vajadzīgi mazāk nekā 20 kilobaitu. Taču
gadījumos, kad jāveic sarežģītas manipulācijas ar datu objektiem (piemēram,
specifiski vispārinoši e-komercijas jautājumi), interaktivitātei nepieciešamās
operācijas HTML/XHTML valodā saprogrammētais serveris nemaz nespēj izpildīt.
Tam jāsaprot JAVA valoda!
JAVA virtuālā mašīna un datu sagatavošana
JAVA virtuālā mašīna (JAVA Virtual Machine), kas iebūvēta arī D
kastītē, rada iespēju, ka visi datorsistēmas resursi atrodas koplietojumā bez
kāda DTV skatītāja monopoltiesībām. Tāpat, veicot operācijas, kas apmierina DTV
skatītāju vēlmes, šī mašīna it kā izolē, atsaista daudzos abonentus citu no
cita.
DTV skatītāja pieprasījumu saturs var būt deklaratīvs, deklaratīvi
aprakstošs un pat ar procedūras raksturu. Eiropas DVB standarts noteic, ka šie
dati - atbildes uz abonentu pieprasījumiem - multimediju serverī tiek
sagatavoti nosūtīšanai ar t. s. DSM-CC (Digital Storage Media Command and
Control) objektu karuseli, izmantojot uz interneta bāzētu komunikācijas HTTP
(Hyper Text Transfer Protocol) protokolu. Amerikāņu ATSC-DASE interaktīvā
sistēma šim nolūkam izmanto t. s. IP Multicast - interneta protokola
ievīstīšanu citā multivides protokolā.
Datus transportslānī var pārraidīt sinhronizētā, sinhronā un
asinhronā režīmā. Interaktīvā DTV parasti izmanto asinhronos protokolus.
DVB-RCT (Return Channel Terrestrial) [1]
DVB-RCT standarts, kas tika pieņemts 2001. gada janvārī, nodrošina
interaktīvos pakalpojumus, izmantojot DVB-T infrastruktūru un veicot pārraides
VHF/UHF frekvenču joslās.
DVB-RCT standartā:
* aprakstīti interaktīvās DTV virszemes apraides vispārējie
darbības principi;
* noteikti frekvenču kanālu kodēšanas un modulācijas veidi un
parametri;
* definēta ļoti svarīgās MAC (Medium Access Control) apakšsistēmas
darbība, ieskaitot to protokolu detalizētu aprakstu;
* noteiktas frekvenču spektra izmantošanas vadlīnijas.
Digitālās televīzijas interaktīvā RCT sistēma darbojas DVB-T 8 MHz
frekvenču kanālā, pa kuru DTV skatītājs:
saņem noteiktu digitālo TV programmu (vai vairākas programmas);
saņem šīs programmas MPEG-2 transporta bitu plūsmā
(transportslānī) iestrādāto vēlamo pakalpojumu: video, audio vai pieprasītos
datus;
var izteikt savus pasūtījumus un vēlmes īsu ziņojumu veidā
(piemēram, balsoju par to, pērku to,
vēlos vairāk informācijas par to, abonents X vēlas noskatīties filmu vai
notikumu A, B vai C utt).
Otrajā punktā organizētais sakaru kanāls tiek dēvēts par
interaktīvo tiešo kanālu, kas veltīts noteiktam DTV skatītājam. Skatītāju ir
daudz, un to vēlmes ir dažādas, tāpēc arī šādi, kopējā transportslānī ieslēptie
kanāli nepieciešami lielā daudzumā.
Treajā punktā minētais kanāls ir t. s. retūrkanāls. Arī to skaits
var būt ļoti liels. Taču visa šī sistēma iekļaujas 8 MHz frekvenču kanāla
ietvaros, tādējādi ļoti racionāli izmantojot elektromagnētisko viļņu spektru.
DVB-RCT sistēma var sekmīgi darboties arī šaurākos - 7 MHz un pat 6 MHz - TV
kanālos, piemēram, valstīs, kurās analogajai TV izmantoja NTSC 525 rindu
klājuma standartu.
Retūrkanāla izvietošanas varianti
DVB-RCT standarts pieļauj, ka retūrkanāls var atrasties arī ārpus
dotā DTV 8 MHz frekvenču kanāla. Tādējādi no šī kanāla izvietošanas viedokļa
iespējami divi varianti - retūrkanāls atrodas minētajā 8 MHz joslā vai ir
izvietots ārpus tās. Otrajā gadījumā svarīgi tikai, lai frekvenču spektrā būtu
brīvs un neaizņemts apmēram 1 MHz segments (1. zīm.).
Pārlūkojot Eiropā piešķirtās frekvences, DVB-RCT sistēmas
organizēšanai vilinoša ir UHF diapazona V joslas augšējā daļa (68. un 69.
kanāls). Pirmkārt, šajā elektromagnētisko viļņu spektra daļā ir salīdzinoši maz
raidītāju. Otrkārt, frekvencēs, kas tuvas GSM 900 MHz joslai, pieejamas lētākas
UHF aparatūras detaļas ar labākiem raksturlielumiem, kas svarīgi D kastīšu
ražotājiem. Treškārt, jo augstāka frekvence, jo mazāki izmēri antenai. Vienīgās
grūtības rada tas, ka UHF diapazona V joslas augšdaļu izmanto arī daži
militārie dienesti. Taču principā DVB-RCT sistēmu var iekārtot jebkurā VHF/UHF III, IV un V joslas daļā. Tās izvērstā
blokshēma parādīta 2. zīm.
DVB-RCT līdzīga GSM
Neanalizējot atšķirīgos modulācijas procesus, aprakstītā DVB-RCT
sistēma teritorijas nosegšanas ziņā ir ļoti līdzīga GSM mobilā telefona
pārraides un uztveršanas sistēmai (SP 1999/4, 34. lpp.), jo tāpat kā GSM
izmanto t. s. šūnu principu. Teritorija tiek sadalīta šūnās līdz pat apmēram
60-70 km rādiusā, kuru centrā izvietotas DVB-RCT bāzes stacijas - pārraides un
uztverošās iekārtas un apkalpojošie datori. Bāzes staciju un galvenā raidītāja
mijiedarbe nodrošina visas DVB-RCT sistēmas darbību.
Interaktīvais tiešais kanāls un retūrkanāls
Katrā šūnā bāzes stacijas pārraides un uztverošās iekārtas garantē
katram DTV skatītājam no kopējās bitu plūsmas atsevišķi izdalīt nelielu tās
daļu - interaktīvo tiešo kanālu ar plūsmas ātrumu daži kbit/s. Tāpēc arī
bitietilpīga videopārraide DTV skatītājam jāpasūta jau priekšlaikus, lai biti
lēnā plūsmā pakāpeniski uzkrātos D kastītes atmiņā. DVB-RCT sistēma spēj
nodrošināt garantēto bitu plūsmu arī DTV skatītājiem, kuru dzīves vieta atrodas
uz bāzes stacijas jeb galvenā raidītāja sniedzamības robežas.
Savukārt bāzes staciju retūrkanāla uztverošo iekārtu datori DTV
skatītāju pieprasījumu-īsziņu sablīvējumu periodos, TV vēlēšanu režīmā
(piemēram, balsojot par populārāko estrādes dziesmu) varēs apstrādāt pat līdz
20 000 īso ziņojumu sekundē.
Blīvi apdzīvotos rajonos (piemēram, lielās pilsētās), lai datori
spētu apstrādāt un īstenot visu DTV skatītāju pieprasījumus, šūnu teritorija
tiek samazināta pat līdz 3-4 km rādiusam, izdalot summāri visiem skatītājiem
pat vairākus Mbit/s bitu plūsmu.
Retūrkanāla organizācija
Arī pats retūrkanāls atkarībā no skatītāju izvietošanās blīvuma,
šūnas teritorijas reljefa, iespējamajiem radioviļņu traucējumu avotiem u. c.
apstākļiem var tikt organizēts dažādi. Vienkāršākajā gadījumā DVB-RCT šūnas
teritoriju var noklāt ar vienu retūrkanālu, t i., nesējfrekvenču kopu 2048 jeb
2K vai 1024 jeb 1K modā, kas veido atpakaļsaiti ar bāzes staciju, pie kam tā
signālus uztver no visām debess pusēm (360(). Ja šūnas teritorijā ir ļoti daudz
abonentu, uz bāzes staciju var nosūtīt pieprasījumus pa vairākiem
retūrkanāliem. Un beidzot, ja, piemēram, šūnas teritorijas daļā retūrkanālā
uztverams nevēlams raidītājs, tad iespējama teritorijas dalīšana sektoros,
katrā no tiem izvēloties tādu frekvenču retūrkanālus, kas atšķirīgi no
traucēkļa izmantotās frekvences (3. zīm.).
Vai retūrkanālam nebūtu izdevīgāk izmantot no DVB-T atšķirīgu
nesējfrekvenču modulāciju (piemēram, CDMA)? Izrādās, ka ne. Vēlams, ka DTV
programmu pārraidē, tiešā interaktīvajā kanālā un retūrkanālā tiek izmantotas
saderīgas nesēju un modulāciju kombinācijas. Tas nesadārdzina aparatūru un
nodrošina pilnīgi pieņemamu traucējumnoturību. Piemēram, DTV skatītājs ar savā
D kastītē iebūvēto mazjaudas raidītāju (apmēram 0,5 W), izmantojot dažus COFDM
modulācijas modus (par COFDM skat., piemēram, SP 2001/1, 26. lpp.), uz bāzes
staciju var noraidīt savas īsziņas pat ļoti sliktos spēcīgu traucējumu
apstākļos. Ja attiecība nesējs/troksnis pārsniegs kaut vai 4 dB, pa retūrkanālu
noraidītais īsais ziņojums tiks uztverts bāzes stacijas INA blokā (2. zīm.) un
pēc tam nosūtīts serverim. Efektīva demodulatora darbība, bitu pārslāņošana u.
c. progresīvi signālapstrādes paņēmieni dod papildus apmēram 5 dB uzlabojumus
pret impulsu traucējumiem (precīzu vērtību decibelos nosaka traucējumu
atkārtošanās frekvence).
Frekvenču joslas segmentācija
Kā iepriekš norādīts, retūrkanālu var neiekļaut DTV programmu
pārraides un tiešā interaktīvā kanāla frekvenču joslā. Tas būs ļoti svarīgi
apstākļos, kad DTV un ierastā analogā TV (ATV) pastāvēs vienlaikus.
ATV pārraidēm raksturīga lielākās signāla jaudas daļas
koncentrācija ap videonesējfrekvenci. Piemēram, ja Rīgā analogais TV3 raidītājs
darbojas 31. kanālā, tad jau ārpus tā sniedzamības rajona DVB-RCT var izmantot
retūrkanālam apmēram 1 MHz segmentu vismaz 2 MHz virs TV3 raidītāja
videonesēja, kur tā jauda ir vismaz 30 dB zemāka.
Rodas iespēja dažādiem interaktīvās DTV pakalpojumu piegādātājiem
izmantot savus retūrkanālus - 1 MHz frekvenču joslas segmentus - un kļūt
savstarpēji neatkarīgiem.
Dinamiski adaptīvā modulācija (DAM)
DVB-RCT standarts pieļauj vienas šūnas robežās vienlaikus izmantot
dažādus COFDM modulācijas veidus, sākot no 4QAM (kodēšanas ātrums 1/2) līdz
64QAM (kodēšanas ātrums 3/4). Šāda DAM dod iespēju pakalpojumu organizētājiem
izvairīties no traucējumiem, ko var radīt DTV bāzes raidītājs blakus šūnu
teritorijās.
Piemēram, DTV skatītājiem, kas atrodas uz šūnas aptvertās
teritorijas robežas, kur uztveršanas un pārraides apstākļi nav izcili, var
pielāgot pret traucējumiem visnoturīgāko modulācijas veidu 4QAM (QPSK) ar kodu
ātrumu 1/2, t i., to pašu, ko lieto SAT antenbļodu īpašnieki. Līdz ar to
abonentiem, nosūtot savus īsos ziņojumus bāzes stacijai, izdodas izvairīties no
retūrkanāla raidītāja (atrodas D kastītē) jaudas nevajadzīgas palielināšanas.
Tā izdodas iztikt ar minimāli iespējamo raidjaudu.
Un pretēji - DTV skatītājiem, kas dzīvo tuvāk šūnas bāzes
stacijai, var iedalīt pret traucējumiem mazāk robustu modulācijas veidu, nedaudz
palielinot retūrkanāla raidītāja jaudu. Tie gan spēs noraidīt vairāk datu laika
vienībā, bet radīs mazākus traucējumus blakus tā paša frekvenču kanāla šūnās,
jo atrodas tālāk no tām.
Frekvenču spektra efektīva izmantošana
Iepriekš aprakstītās DVB-RCT sistēmas raksturīgākās iezīmes
nodrošina ļoti efektīvu elektromagnētisko viļņu frekvenču spektra izmantošanu.
Šī sistēmas īpašība kļūs arvien svarīgāka turpmākajos 5-10 gados, kad sāksim
izjust brīvu frekvenču trūkumu. No šī viedokļa DVB-RCT var uzskatīt par COFDM
modulācijas sistēmu otro paaudzi.
Pārraides veidi
Lai realizētu daudzpieejas bezvadu retūrkanālu virszemes apraides
sistēmu, DVB-RCT standarts lieto atvēlētus radiofrekvences kanālus, kuriem
pieeja tiek nodrošināta no daudzu DTV skatītāju D kastītēm. Šim nolūkam izmanto kombinētu laika un frekvenču sadales
TDMA/FDMA COFDM tehniku. Tātad ļoti daudzās laikfrekvences apgabala tīkla
spraugas vienlaikus tiek piedāvātas ļoti daudziem DTV skatītājiem. Nesējfrekvenču
piešķiršanu dažādu abonentu D kastītēm realizē MAC apakšsistēma INA blokā.
DVB-RCT izmanto trīs dažādus nesēju attālumus CS (Carrier Spacing)
un izmantojamajai laikfrekvences apgabala tīkla spraugai atbilstošas datu
zibšņu struktūras BS (Burst Structures). Jo nesēja attālumi lielāki, jo pārraidītais
simbola ilgums ir mazāks (skat. 1. tabulu).
1. tabula
Nesējfrekvenču savstarpējie attālumi un simbola ilgums
Nesēju attālumi kHz Simbola
ilgums (s
CS1 1 1000
CS2 2 500
CS3 4 250
Zibšņu struktūras dod iespēju ar dažādām metodēm kartēt DTV
skatītāju datus laikfrekvenču spraugās. Dažādās zibšņu struktūrās (BS) UHF
jauda tiek pievadīta dažādam nesējfrekvenču daudzumam. Ja nesējfrekvence ir
tikai viena, tad tas nenozīmē, ka tā paliek stingri fiksēta. Tieši otrādi, tā
ik brīdi var pieņemt citu vērtību (protams, atvēlētā kanāla robežās),
realizējot frekvenču izmaiņas jeb t s. frekvenču lēkāšanas (frequency hopping)
procesu (skat. 2. tabulu).
2. tabula
Dažādām zibšņu struktūrām atbilstošais nesējfrekvenču daudzums
Zibšņu struktūra Jaudas
sadalījums pa nesējfrekvencēm Piezīmes
BS1 1 Iespējams frekvences lēkāšanas process
BS2 4 -
BS3 29 -
Tā kā retūrkanālā jāsatilpst vai nu 2K vai 1K blakus novietotiem
nesējiem, iznāk, ka DVB-RCT ir iespējami seši pārraides veidi. Tie tiek pielāgoti
dažāda DTV skatītāju blīvuma teritorijām, sākot ar lielām šūnām, kurās ir
retināts abonentu izvietojums, un beidzot ar ļoti blīvu abonentu izvietojumu
mazās šūnās.
Lai kāds arī nebūtu abonentu datu sadalījums pa nesējfrekvencēm,
izmantojot jebkuru no zibšņu struktūrām, pārraidītajam bitu skaitam pēc DVB-RCT
standarta katrā laikfrekvences spraugā jābūt stingri noteiktam. Tā rezultātā
dažādām zibšņu struktūrām atbilst dažāds pārraides ilgums. BS1 struktūrai tas
ir 29 reizes garāks, bet BS2 - 4 reizes garāks nekā BS3 struktūrai.
Nepieciešamā precizitāte
Lai visa sarežģītā DVB-RCT sistēma varētu precīzi darboties,
nesējfrekvencēm, kuras tiek sintezētas un pēc tam modulētas katra DTV skatītāja
D kastītē, jābūt sinhronizētām kā frekvenču, tā laika apgabalā. Vajadzīgo
precizitāti iegūst no transportslānī iestrādātiem t. s. laika/frekvences
references signāliem jeb markām. Laika sakrišanai, ko lieto gan zibšņu, gan
simbolu sinhronizācijai, DTV skatītāja D kastītē jābūt labākai par ±4 (s
attiecībā pret ideālu laika sinhronizāciju, kura neņem vērā aizturi, kas rodas,
signālam izplatoties no bāzes stacijas vai uz to. Frekvenču stabilitātei jābūt
0,1-0,01 ppm (miljondaļas), un tā ir atkarīga no laika/frekvenču marku
ievietošanas frekvences (atbilstoši 16 un 256 Hz). Precīzai demodulatora
darbībai bāzes stacijas INA blokā ik pa 5 datu nesējiem tiek iestarpināts viens
pilotnesējs, kas demodulatoru informē par precīzas nesējfrekvences vērtību.
D kastīte kļūst sarežģīta
JAVA virtuālā mašīna interaktīvajā televīzijā darbosies kā
sarežģīta, datorizēta ekspertu sistēma, tādēļ arī D kastītes sarežģītības
pakāpe ir augusi (SP 2001/3, 36. lpp.). MHP D kastītes procesoram jāspēj
realizēt vairāk nekā 140 MIPS (miljoni komandu sekundē). Tam nepieciešama arī
vismaz 32 MB RAM atmiņa. DVB-RCT standarts D kastīti padara vēl komplicētāku.
Tajā jābūt izvietotam arī interaktivitātes galvenajam izrīkotājam - MAC blokam,
kā arī retūrkanāla raidītājam. DTV speciālisti uzskata, ka netālā nākotnē D
kastītēs tiks iebūvēti jaunākie mikroelektromehānisko sistēmu (MEMS)
magnētiskie cietie diski golfa bumbiņas izmēros ar 340 MB atmiņu. Ardievas
vienkāršībai un lētumam! Lai gan jauno tehnoloģiju progress nodrošinās to, ka D
kastītes ģeometriskie izmēri spēji nepalielināsies, izmaksas un cenas var
stipri pieaugt. Ierindas DTV skatītājam atliek tikai cerēt, ka Sony, Philips,
Matsushita, Nokia u. c. lielo elektronikas koncernu, kuri vairākus gadus
pievērsušies MHP platformai un nu jau arī RCT standartam, konkurence palīdzēs
noturēt D kastīšu cenas pieņemamos rāmjos.
Arnolds VĪTOLS, speciāli SP
Informācijas avoti
1. Digital Video Broadcasting (DVB); Interaction Channel for
Digital Terrestrial Television (RCT) incorporating multiple access OFDM.
DVB-RCT version 1.1.1. ETSI, EBU, 2001.