CASOPIS REPUBLICKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE

Milovan Nikić*, Miroslav Stantić, Miroslav Jovanović, Bratislav Golubović, Radijus vektor d.o.o, Beograd

*milovan.nikic@radijusvektor.rs

SADRŽAJ

U radu su razmotrene mogućnosti hibridne (kombinovane) optičko-koaksijalne mreže za prenos digitalnih servisa, sa naglaskom na video servise. Urađena je analiza i poređenje različitih načina isporuke digitalnih video servisa (DVB-C, IPTV i OTT) i ukratko je opisana struktura digitalne stanice kablovskog operatora RADIJUS VEKTOR.

Ključne reči: hibridna optičko-koaksijalna mreža, video servisi, FTTx, DVB-C, IPTV, OTT

Video services and digital domain services over optical-coaxial networks of the cable operator radijus vektor

ABSTRACT

The paper describes the capabilities of hybrid optical-coaxial networks for distributing digital services, primarily video services. The analysis and comparison of several ways of delivering digital video services (DVB-C, IPTV and OTT) were conducted, followed by a short description of the structure of the digital station used by the cable operator RADIJUS VEKTOR.

Key words: hybrid optical-caoxial network, video services, FTTx, DVB-C, IPTV, OTT

1. POTENCIJAL HIBRIDNE OPTIČKO-KOAKSIJALNE MREŽE

Hibridne optičko-koaksijalne (HFC – Hybrid fibre-coaxial ) mreže, u daljem tekstu kablovske mreže, izgrađene su od optičkih i od koaksijalnih kablova, kao što je to prikazano na Slici 1.

U cilju poboljšanja kvaliteta mreže i zbog prednosti koje optički kablovi u prenosu signala imaju u odnosu na koaksijalne kablove, teži se da učešće optičkih kablova u mreži bude dominantno. Tako je optički kabl sve bliže korisniku, pa se umesto pokrivanja velikih teritorija sa po 500-2000 korisnika, može govoriti o konceptu „optika do zgrade“ili „optika do kuće“ (FTTB –Fiber to the Building i FTTH –Fiber to the Home). Da bi kablovske mreže mogle da se koriste u modernom svetu telekomunikacija, one moraju da budu dvosmerne. Iz tog razloga je kompletan frekvencijski opseg koji se koristi u kablovskim mrežama podeljen u deo za direktan smer i u deo za povratni smer.

Tako je u kablovskim mrežama standardno u upotrebi frekvencijski opseg od 20 MHz do 862 MHz, a teži se da se taj opseg proširi do 1 GHz. Frekvencijski opseg od 85 MHz do 862 MHz (u daljem tekstu direktan smer), se koristi za komunikaciju od operatora ka korisniku, pri čemu se pod signalom podrazumeva analogni i digitalni broadcast audio i video signal i narrowcast digitalni signal za komunikaciju između CMTS-a (cable modem termination system) i kablovskog modema. Frekvencijski opseg od 20 MHz do 65 MHz (u daljem tekstu povratni smer) se koristi za komunikaciju od korisnika do operatora, tj. terminalne opreme kod korisnika sa terminalnom opremom kod provajdera. Frekvencijski opseg od 0 MHz do 20 MHz se ne koristi za komunikaciju, zbog izrazito visokog nivoa šuma. Direktan smer od 88 MHz do 108 MHz je rezervisan za FM signale (analogne radio kanale). Spektar od 104 MHz do 862 MHz je podeljen u 98 analognih kanala.

Da bi se digitalni signal preneo putem kablovske mreže, potrebno je izvršiti njegovu modulaciju. U modernim kablovskim mrežama se koriste modulacije QAM (Quadrature amplitude modulation)i QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying). U direktnom smeru se najčešće koriste modulacije QAM64 i QAM256, a u povratnom smeru QAM16. Modulacija QAM64 omogućava da se po jednom kanalu prenese oko 36 Mb/s, dok modulacija „QAM256“ omogućava da se po jednom kanalu prenese nešto preko 50 Mb/s. Kada se pomenute brzine pomnože sa brojem kanala dolazi se do brzine od preko 4 Gb/s u smeru od operatora ka korisnicima. Ovako velike brzine, segmentacijom mreže, mogu da budu dostupne pojedinačnom ili malom broju korisnika.

Optički kablovi sa predajnicima za konverziju električnog u optički signal i prijemnicima za konverziju optičkog u električni signal se koriste da bi se savladala velika rastojanja u prenosu signala kroz mrežu,sa što boljim kvalitetom signala i što manjim gubicima.

Za povećanje prenosnog kapaciteta optičkih mreža, u postupku segmentacije mreže,koriste se optički multiplekseri i demultiplekseri, koji omogućavaju korišćenje većeg broja talasnih dužina u istom optičkom vlaknu (WDM – Wavelength Division Multiplexing, CWDM – Coarse Wavelength Division Multiplexing, DWDM - Dense Wavelength Division Multiplexing). Segmentacija HFC mreže se radi da bi manji broj korisnika koristio isti deljivi resurs, koaksijalni kabl u poslednjem segmentu mreže.

2. ISPORUKA VIDEO SADRŽAJA U DVB-C TEHNOLOGIJI

Digital Video Broadcast za kablovske mreže (DVB-C) je definisan tokom 1994. godine standardom ETS 300429. Standard definiše prenos digitalnog video signala u formatu MPEG2 ili MPEG4 (H264),putem HFC mreže. Standardom DVB-C definisani su podržani tipovi modulacije, FEC (Forward Error Correction).

Emitovani signal po DVB-C standardu je tipa broadcast,što omogućava neograničenom broju korisnika da, odgovarajućim prijemnicima, istovremeno vidi emitovan video sadržaj. Uvođenjem digitalne modulacije, kao što je to QAM256, poboljšan je sistem prenosa u odnosu na analogne sisteme prenosa i zadržan je visok kvalitet video signala koji je karakterističan za standardni analogni video.

Segmentacija mreže i preraspodela frekvencijskog plana za isporuku servisa analogne televizije, digitalne televizije po standardu DVB-C, i IP servisa zasnovanih na standardu EuroDOCSIS 3.0, predstavljajustalnuaktivnost u Radijus Vektoru,kako bi se u tržišnoj utakmici korisnicima ponudila najkvalitetnija usluga. Svakako da će broj kanala rezervisanih za IP saobraćaj da raste, a da će segmentacija mreže težiti konceptu strukturnih FTTB i FTTH mreža.

3. ISPORUKA VIDEO SADRŽAJA U IPTV TEHNOLOGIJI

IPTV (Internet Protocol Television) je sistem u komese digitalni video signal isporučuje korisnicima korišćenjem internet protokola. IPTV koristi Transport Stream (TS) tehnologiju, a sadržaj se isporučuje preko protokola UDP. Činjenica da se koristi internet protokol, odnosno da postoji komunikacija i u povratnom smeru (od korisnika do operatora), omogućava interaktivnost između korisnika i operatora. Time je korisniku moguće ponuditi nove servise,kao što su video na zahtev (VoD - Video on Demand) i varijante odloženog gledanja snimljenog video materijala (Catch Up TV, Time Shift TV, Network PVR, ...).

4. ISPORUKA VIDEO SADRŽAJA U OTT TEHNOLOGIJI

4.1. Šta je OTT (Over The Top) streaming?

OTT je najnoviji trend u isporuci video sadržaja. On objedinjuje WebTV baziran na HTTP-u i Adaptive bitrate streaming za gledanje video sadržaja na različitim uređajima (TV, Tab, SmartPhone) korišćenjemprivatneili internet mrežu. Za razliku od digitalne kablovske televizije i od IPTV, ne zahteva od operatora nikakvu posebnu mrežu ili infrastrukturu, jer se isporuka servisa vrši preko internet mreže koristeći standardni protokol HTTP bez garantovane kontrole kvaliteta servisa na mreži (QoS).

4.2. Koja je razlika između OTT, digitalne kablovske i IPTV?

Za isporuku servisa digitalne televizije,kao i za IPTV,koristi se mreža koja je strogo kontrolisana od strane operatora koji po potrebi može da utiče na njene parametre da bi osigurao visok nivo kvaliteta servisa. Tradicionalna kablovska,kao i IPTV,koriste tehniku prenosa TS (transport stream),koja je primenjena u satelitskom emitovanju i isporučuje sadržaj preko UDP datagrama. Nasuprot tome,OTT za prenos sadržaja koristi HTTP,koji se decenijama koristi za prenos veb stranica ili za prikaz snimljenih video zapisa na način kao to radi YouTube. HTTP se bazira na protokolu TCP, čime se omogućava lakše upravljanje sistemom zaštite za kućne i poslovne računarske mreže. Sve do pojave OTT-a,za prikazivanje video sadržaja uživo, preko IP mreža, koristio se UDP ili RTP (Real Time Protocol).

4.3. Šta su izazovi u isporuci sadržaja OTT-om?

Da bi video i audio sadržaji bili dostupni gdegod je dostupan internet, za transport je pogodno koristiti HTTP. Pošto se na internet mreži ne može garantovati protok, to može negativno uticati na korisnikovo zadovoljstvo, tako da predložena tehnologija:

• mora imati ugrađena rešenja za prikaz video sadržaja na različitim uređajima sa različitim bitskim brzinama;
• mora biti laka za instalaciju;
• ne sme da bude zahtevna u potrebnim resursima;
• treba lako da se integriše u postojeće sisteme prenosa digitalne televizije (Codec, DRM – Digital Rights Management,itd.).

Na ovako velike izazove spremni su samo tehnološki giganti na polju komunikacija i povezivanja, a u ovom trenutku,na tom polju to su: „Apple®“koji promoviše standard HLS; „Google™“koji predlaže svoju tehnologiju WebM; „Microsoft®“sa Silverlight Smooth Streamingom; „Adobe“sa HTTP Dynamic Streamingom, kaoi tradicionalno telekomunikaciono orijentisane organizacije kao „3GPP“ili „MPEG-LA“koje predlažu MPEG-DASH kao standardni protokol.

4.4. Zašto se toliko govori o ovoj tehnologiji?

Svi imaju svoje razloge. Operatori imaju dva suprotstavljena razloga: uvođenjem ovog servisa mogu da dođu do korisnika koji više nisu samo na njihovoj mreži,ali istovremeno su i njihovi korisnici postali dostupni drugim davaocima ovakve usluge. Vlasnici sadržaja vide šansu da direktno pristupe krajnjem korisniku, a proizvođači potrošačke elektronike vide svoju priliku da ponude tržištu nove uređaje koji ovu tehnologiju podržavaju. Na kraju,korisnici sigurno dobijaju raznovrsniju ponudu. Kvalitet te ponude direktno zavisi od potrebnog protoka za gledanje video sadržaja, što je obično između 512 Kb/s i 3 Mb/s. Zadovoljstvo tim kvalitetom je odluka njegovog veličanstva koje se zove „korisnik“.

5. DIGITALNA STANICA

Kablovski operator RADIJUS VEKTOR za sada koristi standard DVB-C za isporuku digitalnih kanala svojim korisnicima.

Digitalnu stanicu kablovskog operatora RADIJUS VEKTOR u osnovi čini platforma „Luminato“ finskog proizvođača „Teleste“,koja u potpunosti podržava standarde DVB. „Luminato“ je modularna platforma koja podržava sledeće tipove modula: satelitske TV prijemnike po standardu DVB-S/S2, zemaljske TV prijemnike po standardu DVB-T/T2, digitalno-digitalne konvertore DVB-ASI to IP i modulatore za distribuciju digitalnih TV kanala po standardu DVB-C. Satelitski prijemnici se koriste za akviziciju satelitskog signala, dekodiranje kodiranih kanala, demultipleksiranje kanala i konverziju u IP saobraćaj (IP TS – IP Transport Stream). S obzirom na to da je za neke TV kanale neophodno korišćenje posebnih prijemnika koji imaju samo ASI (Asynchronous Serial Interface) izlaz, korišćenjem konvertora DVB-ASI to IP rešava se problem prijema i obrade takvih kanala i njihove konverzije u IP TS. DVB-C modulatori se koriste za multipleksiranje, kodiranje programa (uz pomoć sistema kodiranja) i modulisanje signala (QAM -Quadrature Amplitude Modulation generator).

Pored platforme „Luminato“,digitalnu stanicu kablovskog operatora RADIJUS VEKTOR čine: sistem kodiranja, Broadcast Manager, eksterni DVB-S/S2 prijemnici, enkoderi (konvertori AV to ASI/MPEGoIP“) i EdgeQAM-ovi.

Sistem kodiranja se koristi za kontrolu dostupnosti kanala kod korisnika.

Broadcast Manager je eksterni server koji komunicira sa platformom „Luminato“ i služi za insertovanje tabela NIT (Network Information Table), SDT(Service Description Table) i EPG (Electronic Program Guide),kao i za ažuriranje softvera na STB (Set Top Box). Kako se tabele NIT, SDT i EPG formiraju pod kontrolom operatora, moguće je u potpunosti kontrolisati kanale i informacije o kanalima koje korisnik vidi na svom TV prijemniku koristeći ugrađene ili spoljne STB-ove.

Enkoderi služe za konvertovanje AV kanala, iz prijemnika za analogne TV programe, u digitalni format (ASI, MPEGoIP).

Sastavni deo digitalne stanice kablovskog operatora RADIJUS VEKTOR čini i sistem za monitoring kanala. RADIJUS VEKTOR koristi monitoring sistem norveškog proizvođača „BridgeTech“. Sistem vrši kontinualni monitoring, 24/7,oko 120 programa istovremeno.

U mreži kablovskog operatora RADIJUS VEKTOR na području Beograda koristi se modulacija QAM256 koja omogućava da se po jednom analognom televizijskom kanalu širine 8 MHz prenese do 50 Mb/s podataka. Za jedan digitalni kanal standardne rezolucije u formatu MPEG-2 prosečno je potrebno oko 4 Mb/s, dok je za digitalni kanal visoke rezolucije (HD kanal) u formatu MPEG-4 prosečno potrebno oko 10 Mb/s. Tako se po jednom televizijskom kanalu korisniku isporuči oko 10 programa SD kvaliteta ili oko 4 programa HD kvaliteta.

Digitalna stanica kablovskog operatora RADIJUS VEKTOR je u osnovi IP. Pomoću prijemnika DVB-S/S2 i modula DVB-ASI formiraju se multikast SPTS (Single Program Transport Stream) za svaki kanal posebno, koji se preko protokola UDP prenosi do EdgeQAM-a i sondeza monitoring kanala.

EdgeQAM ima dve funkcije. Prva i osnovna je da izvrši multipleksiranje kanala i modulisanje u QAM signale koji su kompatibilni sa standardom DVB-C. Druga funkcija je da,uz pomoć spoljnog sistema kodiranja,izvrši kodiranje kanala. Spoljni sistem kodiranja treba da omogući grupisanje kanala u tematske pakete koji se najčešće nude korisnicima.

Činjenica da su svi kanali u formatu multikast SPTS omogućava da se bez ikakvih promena u samoj akviziciji kanala pređe na IPTV ili OTT,ukoliko se ukaže potreba za takvom vrstom usluge. S obzirom na to da RADIJUS VEKTOR u svojoj mreži ima implementiran „EuroDOCSIS 3.0“, spreman je da sa malo napora uvede uslugu OTT.

I na samom kraju treba napomenuti izazove koji su postojali u toku puštanja u rad digitalne stanice.

Kao prvo, to je bio izbor prijemnika za prijem i dekodiranje satelitskih kanala. To se prevashodno odnosi na izbor proizvođača koji može da zadovolji kriterijume proizvođača TV programa, tip satelitskog TV prijemnika DVB-S ili DVB-S2, tip zemaljskog TV prijemnika DVB-T ili DVB- T2, jedan ili više istovremeno dekodiranih TV programa u prijemniku, ASI ili MPEGoIP izlaz.

Drugi izazov je bio formiranje digitalnog servisa, programskih paketa, programske šeme (konfigurisanje Broadcast managera) i sistema za kodiranje (Conditional Accessa).

I na kraju se kao izazov pojavila dilema na kom mestu u mreži aktivirati sistem za kodiranje servisa digitalne televizije. Analizom se došlo do zaključka da se sistem za kodiranje (CA - Conditional Access) aktivira na uređajima EdgeQAM.

Implementacija izabranih tehničko-tehnoloških rešenja, uz maksimalno angažovanje stručnog tehničkog kadra, omogućilaje da RADIJUS VEKTOR pruži svojim korisnicima uslugu visokog kvaliteta.

Literatura

[1] Thomas Plevyak, Next Generation Telecommunications Networks, Services and management, 2010

[2] Cisco DOCSIS 3.0 Downstream Solutioin Design and Implementation Guide, CISCO , 2010

[3] Optical Communication in 2025, E.Desurvire Alcatel Workshop 2005.

Autori

Milovan Nikić je diplomirao (1989) i magistrirao (1996) na Elektronskom fakultetu u Nišu na Katedri za računarsku tehniku. Od 1989. do 1996. godine radio je kao asistent na Elektronskom fakultetu u Nišu na Katedri za računarsku tehniku gde je držao računske i laboratorijske vežbe iz više predmeta. Od 1996. do 2003. godine radio je u preduzećima “CIP INFO”, “AUTEL AV” i “S-Soft”. Od 2003.g. radi u Radijus Vektoru.

Miroslav Stantić je diplomirao (2007) na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu. U Radijus Vektoru radi od 2008. godine.

Miroslav Jovanović je završio ETŠ „Nikola Tesla“ (1994). Od 1996. do 2000. godine radio je u organizaciji Savez energetičara Jugoslavije, od 2000. do 2003. godine u preduzećima „Sloga“ i „Trako invest“. Od 2003. godine radi u Radijus Vektoru.

Bratislav Golubović je diplomirani inženjer elektrotehnike. Radio je u Istraživačko razvojnom institutu Elektronske industrije Niš (IRIN), u Laboratoriji za merno-regulacionu tehniku, na radnom mestu inženjera razvoja. Posle toga je radio u preduzeću Pogled telekomunikacije na radnom mestu rukovodioca Kablovsko distributivnih sistema. Trenutno radi u preduzeću Radijus Vektor na radnom mestu direktora Sektora za razvoj i planiranje mreža.