Использование цифрового дивиденда и проблемы совместимости
Под определением “цифровой дивиденд» обычно подразумевается некоторая часть радиочастотного спектра в диапазонах 174–230 МГц и 470–862 МГц, которая может быть освобождена при переходе на цифровое телевещание. Такая возможность связана с тем, что для передачи одинакового количества программного контента в цифровом формате требуется в несколько раз меньшее количество частотного ресурса: в одном телеканале может передаваться до 8–9 телепрограмм.
Освобождающиеся частоты могут быть использованы для организации других радиослужб, и неудивительно, что первым претендентом являются мобильная связь и передача данных, для которых использование более низких частот с лучшими характеристиками распространения означает существенный выигрыш в стоимости инфраструктуры.
В свою очередь, службы телерадиовещания также заинтересованы в доступе к “цифровому дивиденду» для расширения предоставляемых услуг, как в количественном отношении – путем увеличения объема вещания в стандартном формате, так и в качественном – путем перехода на вещание в высоком разрешении, 3D, и т.д.
Однако за время, прошедшее с появления понятия “цифровой дивиденд», стало ясно, что службы телекоммуникации будут основным его бенефициаром. Уже через год после региональной конференции по планированию цифрового телерадиовещания в диапазонах 174–230 и 470–862 МГц, которая проходила под эгидой Международного союза электросвязи в Женеве в 2006 году (RRC06), на Всемирной конференции по радиосвязи 2007 года (WRC-2007) был открыт путь для использования этого спектра службами мобильной связи. В частности, в полосе спектра 790–862 МГц мобильные частотные присвоения получили первичный статус (с 17 июня 2015 года) наряду с присвоениями для телевизионного вещания. Следует отметить, что в 19 странах зоны I такой статус в полосе частот 830-862 МГц существовал еще до WRC-2007. Кроме того, еще 6 стран приняли решение о немедленном использовании полосы частот 790–830 МГц для телекоммуникаций.
В настоящее время решением Европейской комиссии “цифровой дивиденд» 790–862 МГц будет использоваться в странах Европейского союза и некоторых других исключительно для телекоммуникаций уже к 2013 году.
В России решением ГКРЧ от 8 сентября 2011 г. полоса частот 791–862 МГц была определена для создания сетей связи в стандарте LTE, и, строго говоря, эти частоты не подходят под определение “цифровой дивиденд», поскольку они никогда не использовались для телевещания. Однако в том же решении ГКРЧ частоты 694–876 МГц признаны “перспективными» для дальнейшего развития LTE, и в этом случае телевизионные каналы 49–60 перестают быть доступными для телевещания и переходят в категорию “цифрового дивиденда».
Проблемы совместимости
Естественно, что основная проблема, которая возникает при использовании некоего общего ресурса различными приложениями – это степень их взаимного влияния и вытекающие отсюда ограничения на работу каждого из них. Для минимизации такого влияния изначально использовался подход, принятый на RRC06 и подтвержденный WRC-07, который заключался в том, чтобы частотные присвоения для мобильных систем были совместимы с методами и подходами, принятыми на RRC06 для систем вещания – то есть не требовали дополнительной защиты и не создавали дополнительных помех. При этом они, теоретически, органично вписываются в частотные планы RRC06 и не требуют дополнительного согласования. На практике такой механизм может не дать удовлетворительных результатов, поскольку был разработан для сетей фиксированного вещания и не способен принять во внимание динамику мобильной связи.
Можно выделить два основных механизма создания помех телевизионному приему структурами мобильной связи:
- Помехи, создаваемые базовыми станциями.
- Помехи, создаваемые пользовательскими устройствами.
В данной статье кратко рассматривается влияние базовых станций мобильной связи, хотя существуют многочисленные данные, свидетельствующих о том, что помехи от пользовательских устройств могут быть более серьезными и привести к значительным затратам на защиту зон обслуживания цифрового ТВ.
Так, например, недавние оценки показывают, что порядка 1 млн цифровых ТВ-приемников в Великобритании должны быть оборудованы дополнительными фильтрами для защиты от влияния сетей мобильной связи.
Вопрос о влиянии пользовательских устройств может быть рассмотрен в дополнительной публикации.
Помехи от базовых станций
Сигналы базовых станций, расположенных в пределах плотной городской застройки, принимаются телевизионными антеннами, находящимися в непосредственной близости. При этом может происходить блокировка приема как из-за повышения уровня шума в соседних каналах, так и из-за перегрузки широкополосных входных каскадов телеприемников. Появление данного эффекта особенно вероятно при работе сетей мобильной связи (UMTS, WiMax, LTE) на частотах “цифрового дивиденда», близких к рабочим частотам телевещания в данном регионе. Такие помехи подробно изучались – например, в рабочих группах Европейского союза радиовещания (EBU) – и получили условное название “прокалывание отверстий» (“punching holes») базовыми станциями в зоне обслуживания телевизионных сетей, поскольку вокруг базовых станций могут образовываться (круговые) области размером до нескольких сот метров – “слепые» зоны, в которых прием эфирного телевидения становится неудовлетворительным или даже невозможным (рис. 1).
Для данного расчета использовались следующие предположения:
- высота приемной ТВ антенны над уровнем поверхности – 10 м;
- необходимый уровень DVB-T сигнала на приемной антенне – 58 дБмкВ/м;
- высота передающей антенны базовой станции MC – 30 м;
- DVB-T и MC-сигналы кросс-поляризованы;
- частотное разнесение DVB-T и МС сигналов – соседние ТВ-каналы;
- модель распространения, используемая при расчетах, – свободное пространство.
Различные комбинации излучаемой мощности базовой станции МС и защитного отношения для DVB-T (PR) (табл. 1) показывают изменение размеров “слепых зон” при различных режимах работы МС и приема сигнала DVB-T.
PR = -30 соответствует защитному отношению DVB-T/DVB-T в соседних телеканалах.
Приведенные в табл. 1 радиусы “слепой зоны» рассчитывались для условий, при которых приемные и передающая антенны всегда находятся в пределах прямой видимости. В реальности часто используются коллективные ТВ-антенны, расположенные гораздо выше 10 м. Кроме того, базовая станция МС может быть экранирована окружающими застройками. Поэтому результаты расчетов носят иллюстративный характер.
Величина уровня защитного отношения является критическим параметром для планирования зоны обслуживания эфирной сети телевещания. Так, для расчетов DTT используются, как правило, защитные отношения для помех типа DVB-T/DVB-T, DVB-T/Аналоговое ТВ, DVB-T/DAB (в настоящее время DVB-T заменяется на DVB-T2).
Однако влияние базовых станций мобильной связи также необходимо принимать во внимание, как это следует из данных, показанных в табл. 2, которая содержит суммарные данные измерений влияния помех от базовых станций UMTS на величину защитных отношений DVB-T в зависимости от относительного положения исходного сигнала и сигнала помехи. Так, символ N означает их нахождение в одном ТВ-канале, N±1 – в соседних каналах и т.д.
Защитные отношения DVB-T/UMTS сравнимы с величинами, принятыми для помехи от DVB-T, при этом помеха от UMTS часто оказывается выше по уровню.
Данные измерений, полученные для оценки влияния сигнала LTE на защитные отношения DVB-Т, оказываются весьма близкими к величинам для UMTS.
Таким образом, необходимо сделать вывод, что базовые станции мобильной связи, работающие в частотных диапазонах, близких к тем, которые используются для эфирного цифрового телевещания, способны существенно увеличивать уровень помех приему эфирного телевидения.
Заключение
В настоящей работе коротко затрагиваются вопросы, связанные с будущим совместным использованием радиочастотного спектра службами телерадиовещания и современными системами телекоммуникаций. Одной из особенностей развития цифровых технологий в России является то, что переход на цифровое вещание в стандарте DVB-T2 происходит практически одновременно с активным строительством сетей 4-го поколения на платформе LTE, которые, весьма вероятно, будут использовать близкие полосы спектра в диапазоне 470–694 МГц. Данное обстоятельство требует тщательного рассмотрения всех аспектов их взаимного влияния и принятия превентивных мер по его уменьшению.
В дополнение к уже отмеченному эффекту создания помех приему телевизионного вещания со стороны базовых станций мобильной связи необходимо также учитывать аналогичные помехи, создаваемые пользовательскими терминалами LTE, которые (по различным оценкам) могут быть более серьезными.
Существует, естественно, и обратный эффект – помехи работе телекоммуникационных сервисов со стороны сетей телевизионного вещания, которые могут значительно повлиять на стоимость их строительства и эксплуатации.
В заключение необходимо отметить, что данные расчетов и измерений, использованных в данной работе, были собраны, проанализированы и опубликованы Европейским союзом радиовещания.
