Issuu on Google+


UvOdNA REČ SAdRžAJ

Uvodna reč urednika dragi čitaoci, donošenjem Strategije i Akcionog plana za prelazak sa analognog na digitalno emitovanje televizijskog programa započet je proces modernizacije prenosa i pružanja usluge terestičke televizije u Republici Srbiji. Strategijom je određeno da 4. april 2012. godine bude datum potpunog prelaska na digitalno emitovanje televizijskog programa, uz usvajanje MPEG-4 i dvB-T2 kao standarda kompresije i digitalnog emitovanja programa. Svi učesnici u procesu prelaska sa analognog na digitalno emitovanje televizijskog programa imaju složen zadatak da do tog datuma omoguće korisnicima u Srbiji praćenje mnogo kvalitetnijih, sadržajnijih i brojnijih televizijskih programa, ali i pristup novim uslugama koje će biti ponuđene u okviru digitalne dividende.

predstavljanje rezultata ministarske konferencije posvećene prelasku sa analognog na digitalno emitovanje televizijskog signala. Pored radova posvećenih prelasku na digitalno emitovanje televizijskog programa i distribuciji video signala, preporučujemo i rad koji daje rezultate analize saobraćaja u telekomunikacionim mrežama u okviru projekta CELTIC, kao i članak koji predstavlja rezultate merenja elektromagnetske emisije u lokalnoj zoni baznih stanica mobilne telefonije. Nadamo se da će vas aktuelni trendovi kojima se časopis bavi podstaći da nam dostavite i svoj doprinos na neku od brojnih tema iz sektora telekomunikacija. Glavni i odgovorni urednik Prof. dr Jovan Radunović

Zadovoljstvo nam je da vam u ovom broju predstavimo viziju daljeg razvoja informaciono-komunikacionih tehnologija u Republici Srbiji ministarke za telekomunikacije i informaciono društvo mr ing. Jasne Matić. Od preglednih radova posebno ističemo

Sadržaj RAZvOJ INfORMACIONOKOMUNIKACIONIh TEhNOLOGIJA U REPUBLICI SRBIJI

02

mr Jasna Matić

OSvRT NA REGIONALNI SEMINAR ITU I MINISTARSKI OKRUGLI STO O PRELASKU SA ANALOGNOG NA dIGITALNO EMITOvANJE TELEvIZIJSKOG PROGRAMA (27-29. APRILA 2009, BEOGRAd)

05

prof. dr Irini S. Reljin mr Aleksandar N. Sugaris

dIGITAL SwITChOvER Péter vári

A TRAffIC ANALySIS IN ThE TRAMMS PROJECT Andreas Aurelius, M.Sc.

CONTENT dELIvERy NETwORKS fOR vIdEO ON dEMANd ANd IPTv SERvICES

38

09 21 29

Naslov: TELEKOMUNIKACIJE, stručno-naučni časopis Republičke agencije za telekomunikacije www.telekomunikacije.rs Glavni i odgovorni urednik: prof. dr Jovan Radunović Redakcija: prof. dr Jovan Radunović, prof. dr Miroslav dukić, dr Milenko Cvetinović, dr Milenko Ostojić, prof. dr Grozdan Petrović, prof. dr vlade Milićević, prof. dr Zoran Arsić, doc. dr Milan Janković, prof. dr Borisav Odadžić, dr vladica Tintor Sekretar: dr vladica Tintor

EKSPERIMENTALNOSTATISTIČKA ANALIZA NIvOA ELEKTROMAGNETNE EMISIJE U LOKALNOJ ZONI ANTENSKIh STUBOvA BAZNIh STANICA MOBILNE TELEfONIJE

dr Milan Bjelica

46

doc. dr Nataša J. Nešković doc. dr Aleksandar M. Nešković Mladen T. Koprivica prof. dr Ðorđe S. Paunović

Lektori: Zorana Nedić, Aleksandra Stefanović Izdavač: Republička agencija za telekomunikacije (RATEL) višnjićeva 8, 11000 Beograd, Republika Srbija tel. +381 11 3242 673 fax. +381 11 3232 537 www.ratel.rs dizajn i priprema za štampu: MaxOne Tihomira višnjevca 7/6, 11000 Beograd, Srbija štamparija: PARAGON, Zlatiborska 32b; 11080 Zemun, Srbija

61

Miroslav Stanković prof. dr Borislav Odadžić velizar Marković

PROTOKOLI U PASIvNIM OPTIČKIM MREžAMA ZA PRISTUP

dr dragan Bošković dr faramak vakil

mr Jelena Surčulija

dvB-T2

STANdARdIZACIJA KABLOvSKIh dISTRIBUCIONIh MREžA NA GLOBALNOM I NACIONALNOM NIvOU

Christina Lagerstedt, M.Sc. Maria Kihl, M.Sc. Marcell Perényi, M.Sc. Iñigo Sedano, M.Sc. felipe Mata Marcos, M.Sc.

OPTIMIZATION Of APPLICATION QOS PROTOCOLS fOR 3G/4G MOBILE NETwORKS

71 79

Prof. Gordana Gardašević Prof. Milojko Jevtović Prof. Philip Constantinou

SINhRONIZACIJA U SfN MREžAMA vladimir d. Orlić mr Radoslav K. Simić

86

ISSN broj: 1820-7782 CIP – Katalogizacija u publikaciji Narodne biblioteke Srbije COBISS.SR-Id 147866124 Copyright © 2009 RATEL Zabranjeno je preuzimanje i objavljivanje radova objavljenih u časopisu bez saglasnosti izdavača. Sva prava zadržana. Tiraž: 1000 primeraka 4. broj Beograd, novembar 2009.


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

razvoj informaciono-komunikacionih tehnologija u republici srbiji mr Jasna Matić ministarka za telekomunikacije i informaciono društvo

Za Srbiju, kao i za sve druge zemlje, ekonomski i društveni napredak zavise od toga koliko će uspešno naći svoje mesto na globalnom tržištu. Kao posledica sveopšte razarajuće krize kroz koju smo prošli u poslednjoj deceniji dvadesetog veka, za nas je taj izazov daleko veći nego za većinu drugih zemalja u svetu. Mesto koje smo imali na svetskom tržištu, u godinama krize je izgubljeno, privreda i infrastruktura su prošle kroz dugogodišnji period neinvestiranja, a ljudski resursi su bitno unazađeni usled dramatičnog odliva mozgova.

kacije predstavljaju osnovni preduslov za uspešno pozicioniranje Srbije na globalnom tržištu. Kada se tome pridoda značaj elektronskih komunikacija za regionalni razvoj i unapređenje kvaliteta života građana Srbije, postaje jasno da je ubrzani razvoj informacione i komunikacione infrastrukture jedan od osnovnih prioriteta naše zemlje.

Sve to dovelo je do dramatičnog snižavanja konkurentnosti naše privrede, pada izvoza i drastičnog smanjenja društvenog proizvoda.

- unapređenje vladavine zakona, - povećanje predvidivosti i transparentosti regulatornog okvira, - ubrzanje evropskih integracija, - uvođenje liberalizacije i obezbeđivanje konkurencije.

Srbija, kao mala zemlja bez naročitih prirodnih resursa, efikasnost i konkurentnost privrede, a time i prosperitet u zemlji, može ostvariti samo uz intenzivnu trgovinsku razmenu sa drugim zemljama u svetu. U današnje vreme, u uslovima ekonomije znanja, elektronske komuni2

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009

Ministarstvo za telekomunikacije i informaciono društvo je ovaj cilj u prethodnih godinu i po dana pokušalo da ostvari zastupajući nekoliko osnovnih principa:

Ovi principi predstavljaju osnovu za povećanje investicija, izgradnju infrastrukture, kao i za uvođenje novih tehnologija i usluga u sektor telekomunikacija u Srbiji. Ažurirani akcioni plan, kao deo

Strategije razvoja telekomunikacija u Republici Srbiji od 2006. do 2010. godine, koji je 15.1.2009. godine usvojila Vlada Republike Srbije, predstavlja osnovni dokument koji je predvideo konkretne korake koji će se u 2009. i 2010. godini preduzeti u razvoju sektora. U proteklom periodu se, po svom značaju, izdvaja nekoliko projekata, predviđenih tim akcionim planom: Strategija sa akcionim planom za prelazak sa analognog na digitalno emitovanje televizijskog programa doneta je 2.7.2009. godine i predvidela je 4.4.2012. godine kao datum potpunog prelaska na digitalno emitovanje televizijskog programa, uz usvajanje MPEG-4 i DVB-T2 za standarde digitalnog emitovanja programa. Ovakvim izborom, Srbija se vremenski uskladila sa regionom i među prvima usvojila najsavremenije standarde, koji su u proteklih nekoliko meseci usvojeni i u nekoliko drugih, pre svega evropskih, zemalja koje su prvobitno izabrale starije standarde MPEG-2 i DVB-T. Akcionim


Razvoj informaciono-komunikacionih tehnologija u Republici Srbiji

planom Strategije predviđa se čitav niz koraka koje je do 4.4.2012. godine potrebno učiniti kako bi se uspešno obavio prelazak sa analognog na digitalno emitovanje, među kojima su najbitniji: -

-

-

-

izdvajanje emisione tehnike iz javnog servisa i osnivanje javnog preduzeća zaduženog za emitovanje programa svih televizija sa važećom dozvolom, o čemu je Vlada 09.10.2009. godine donela odluku o osnivanju JP „Emisiona tehnika i veze“, Beograd (JP ETV Beograd). projektovanje i izgradnja nove mreže za digitalno emitovanje uz maksimalno iskorišćenje postojeće infrastrukture, obezbeđivanje socijalno ugroženim građanima da besplatno dobiju tzv. set-top box koji će im omogućiti prijem slike u digitalnom formatu, intenzivna promotivna kampanja koja treba da obezbedi punu informisanost svih građana naše zemlje o tome šta i kada treba da urade kako bi i posle 4.4.2012. godine mogli nesmetano da prate televizijski program.

Digitalna televizija omogućiće emitovanje daleko većeg broja nacionalnih, regionalnih i lokalnih programa nego što je to sada slučaj, uz istovremeno poboljšanje kvaliteta slike i pružanje niza dodatnih usluga, kao što su video na zahtev, titlovanje na više jezika, elektronski programski vodič, interaktivna televizija, itd. Strategija sa akcionim planom za razvoj širokopojasnog pristupa u Republici Srbiji usvojena je 1.10.2009. godine. Strategija treba da dovede do toga da Srbija nadoknadi primetan zaostatak za Evropskom unijom u ovoj oblasti. Planirano je da širokopojasni pristup Internetu

od 4 Mbit/s postane mnogo dostupniji i pristupačniji u svim regionima Srbije do 2012. godine i da u istom roku zastupljenost širokopojasnog pristupa dostigne 20%. Taj napredak treba da omogući napredak e-zdravstva, e-školstva i elektronske uprave kao izuzetno značajnih sistema koji treba da podignu kvalitet života naših građana, doprinesu regionalnom razvoju i unaprede privrednu konkurentnost naše zemlje.

Osnovni ciljevi donošenja Zakona o elektronskim komunikacijama su:

Strategija sa akcionim planom za razvoj elektronske uprave doneta je na sednici Vlade RS 1.10.2009. godine i predstavlja jedan od najbitnijih korpusa usluga koji širokopojasnim pristupom treba da postanu dostupni srpskim građanima i preduzećima. Elektronska uprava je jedan od glavnih elemenata reforme državne uprave, povećanja efikasnosti i transparentnosti rada administracije, smanjenja korupcije i promocije demokratskih principa, odnosno participacije građana u procesima odlučivanja. Nakon usvajanja Zakona o elektronskom dokumentu, u Skupštini Republike Srbije 8.7.2009. godine i donošenja nove Uredbe o kancelarijskom poslovanju, koje se očekuje do kraja godine, biće obezbeđeni svi uslovi da najznačajnije usluge građanima i privredi postanu dostupne u elektronskom obliku do 2011. godine.

-

Novi Zakon o elektronskim komunikacijama treba da dovede do uspostavljanja novog, liberalizovanog regulatornog okvira za oblast elektronskih komunikacija, uz harmonizaciju sa aktuelnim okvirom EU iz 2002. godine. Javna rasprava о Nacrtu zakona o elektronskim komunikacijama je trajala od 2. do 30. oktobra 2009. godine, a pored elektronske rasprave, održane su diskusije uživo u Beogradu, Novom Sadu i Nišu.

-

-

-

-

-

-

obezbeđivanje ubrzanog i dinamičnog razvoja telekomunikacija, odnosno elektronskih komunikacija u Srbiji, kao ključnog preduslova za ukupan ekonomski i regionalni razvoj naše zemlje, kao i za unapređenje školstva, zdravstva, konkurentnosti naše privrede i kvaliteta života naših građana u svim regionima Srbije, sprovođenje odlučnih reformi kako bi se što pre ispunili svi uslovi za prijem Srbije u EU i time dao doprinos ubrzanju procesa evropskih integracija kao ključnog interesa naše zemlje, stvaranje transparentnog i stabilnog zakonodavnog okvira, i nediskriminatorne politike razvoja telekomunikacija u skladu sa modernim i međunarodno prihvaćenim standardima, unapređenje predvidivosti regulatornog okvira i vladavine zakona u oblasti elektronskih komunikacija, kao osnovnog preduslova za povećanje investicija u sektoru, uz jačanje nezavisnosti regulatornog tela, kao i zaštite prava i bezbednosti korisnika, optimalna iskorišćenost radiofrekvencijskog spektra kao ograničenog nacionalnog resursa od posebnog značaja, što podrazumeva pojednostavljenje procedure pristupa i korišćenja ovog resursa, uvođenje novih elemenata liberalizacije kao što su omogućavanje raščlanjenog pristupa lokalnoj petlji, uvođenje usluga izbora i predizbora operatora, prenosivosti brojeva, kolokacije, što će takođe doprineti ubrzanom razvoju sektora, pojednostavljenje poslovanja na tržištu elektronskih komunikacija, ubrzavanje i olakšavanje izgradnje infrastrukture, što će nesumnjivo dovesti do povećanih investicija u ovom sektoru. TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

3


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

Promena samog naziva zakona oslikava konvergenciju svih vidova elektronskih komunikacija do koje je došlo usled ubrzanog razvoja informacionih i komunikacionih tehnologija. Nа samom kraju, treba napomenuti da je Vlada Republike Srbije na sednici održanoj 9.10.2009. godine donela zaključak da se sprovede postupak dodele jedne licence za javne fiksne telekomunikacione mreže i usluge i time izvrši liberalizacija u oblasti fiksne telefonije. Zakonski monopol Telekoma Srbije u fiksnoj telefoniji, po postojećem Zakonu o telekomunikacijama, istekao je juna 2005. godine, ali uprkos tome sve do sada nije došlo do uvođenja konkurencije u toj oblasti. Kako bi se obezbedilo interesovanje za dobijanje licence, novi operator dobiće

4

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009

raščlanjeni pristup lokalnoj petlji, a nove licence se u periodu do 31.12.2011. godine neće dodeljivati pod uslovima koji bi bili povoljniji od onih koji će biti postignuti sada. Nacrt zakona o elektronskim komunikacijama biće izmenjen u tom smislu. Nema sumnje da će konkurencija i ovom segmentu tržišta elektronskih komunikacija dovesti do većih investicija, pada cena i ponude novih usluga za građane i privredu, slično onom što se uvođenjem konkurencije već desilo u mobilnoj telefoniji. Kako se očekuje da će dobitnik licence početi da nudi pakete usluga koji će obuhvatati usluge fiksne i mobilne telefonije, internet, pa i televiziju preko internet protokola, slične efekte ćemo zasigurno videti i na ukupnom tržištu elektronskih komunikacija.


Osvrt na Regionalni seminar ITU i ministarski okrugli sto o prelasku sa analognog na digitalno emitovanje televizijskog programa (27-29. aprila 2009, Beograd) MR JELENA SURČULIJA POMOĆNIK MINISTRA ZA MEÐUNARODNU SARADNJU I EVROPSKE INTEGRACIJE MINISTARSTVO ZA TELEKOMUNIKACIJE I INFORMACIONO DRUŠTVO

1. Proces digitalizacije televizije u Republici Srbiji Prvi institucionalni koraci ka prelasku sa analognog na digitalno emitovanje programa napravljeni su 9. oktobra 2008. godine, kada je Ministarstvo za telekomunikacije i informaciono društvo osnovalo međuresorku radnu grupu u cilju izrade Strategije za prelazak sa analognog na digitalno emitovanje radio i televizijskog programa u Republici Srbiji. Radnu grupu su činili predstavnici Ministarstva za telekomunikacije i informaciono društvo, Ministarstva kulture, Republičke agencije za telekomunikacije (RATEL) i Republičke radiodifuzne agencije (RRA).

1

S obzirom na obim i kompleksnost posla, odlučeno je da se formulisanje Strategije odvija u najmanje dva koraka. Prvi je usvajanje bazičnog dokumenta koji bi bio polazna osnova za dalje razgovore. Drugi je usvajanje same Strategije nakon održavanja širokog kruga javnih konsultacija. Po toj dinamici, Vlada Republike Srbije je, na predlog Ministarstva za telekomunikacije i informaciono društvo, već 22. januara 2009. godine donela Zaključak o usvajanju dokumenta „Osnove za izradu Strategije za prelazak sa analognog na digitalno emitovanje radio i televizijskog programa u Republici Srbiji“1. Ovaj dokument je obuhvatio postojeći regulatorni okvir za digitalizaciju kao i predlog međuna-

http://www.mtid.gov.rs/upload/documents/konsultacije/dtv1/Osnove_za_izradu_Strategije.pdf

rodnih propisa sa kojima je neophodno uskladiti domaće zakonodavstvo da bi se proces digitalizacije uspešno sproveo, tehničko-tehnološki okvir digitalne tranzicije, formu novih programskih sadržaja koji će biti omogućeni prelaskom na digitalno emitovanje, ekonomska pitanja koja je neophodno razmotriti u periodu tranzicije, kao i promociju digitalizacije kako bi o procesu prelaska na vreme bili informisani građani, emiteri, proizvođači opreme i sve druge zainteresovane strane. Samo dan kasnije, 23. januara, počele su javne konsultacije o regulatornim, tehničkim, programskim, ekonomskim i pitanjima promocije digitalizacije. Re5


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

zultat javnih konsultacija je trebalo da budu odgovori na unapred definisana pitanja, pre svega kog datuma je u Republici Srbiji realno moguće preći na digitalno emitovanje programa, koji tehnički standardi će biti korišćeni, da li je moguće organizovati simulkast imajući u vidu postojeće stanje u radiofrekvencijskom spektru, koje usluge je moguće pružati u okviru digitalne dividende, kako će se finansirati proces digitalizacije – od neophodnih ulaganja u infrastrukturu, preko nabavke odgovarajućih konvertora (set-top boxova2 - STB), do promocije digitalizacije. Održana su tri okrugla stola – u Beogradu, Nišu i Novom Sadu – i odgovori na pitanja počeli su da se naziru, ali je bilo neophodno napraviti još jedan korak koji je Ministarstvo pripremalo od početka godine – saznati kako su na ova naša pitanja već odgovorile zemlje regiona ili, ako nisu, u kom pravcu razmišljaju.

2. Regionalna konferencija ITU u Beogradu Delegacija Republike Srbije, predvođena ministarkom Jasnom Matić, posetila je Međunarodnu uniju za telekomunikacije3 (ITU) sa sedištem u Ženevi, od 27. do 28. januara 2009. godine. Delegacija Republike Srbije sastala se sa direktorom Sektora za radio-komunikacije Valerijem Timofejevim, direktorom Sektora za razvoj Semijem Al Baširom i direktorom Sektora za standardizaciju Malkolmom Džonsonom. Ministarka Matić je direktore sektora upoznala sa prioritetima Ministarstva za telekomunikacije i informaciono društvo, a posebno se osvrnula na napore koji se ulažu u izradu Strategije za prelazak sa analognog na digitalno 6

emitovanje programa. Delegacija Republike Srbije predložila je da se u Beogradu, u okviru procesa pisanja Strategije, održi Regionalni okrugli sto na temu digitalizacije, s obzirom na to da je reč o jednom od ključnih regulatornih, tehničkih i ekonomskih pitanja u svim zemljama u okruženju. Ključni razlog zbog koga je Ministarstvo želelo da konferenciju organizuje baš pod pokroviteljstvom i u saradnji sa ITU-om jeste taj što je na Regionalnoj konferenciji o radio-komunikacijama za planiranje digitalne zemaljske radiodifuzne službe, održane u Ženevi 2006. godine, usvojen sporazum GE06, koji predviđa da sve zemlje Evrope pređu na digitalno emitovanje terestrijalnog televizijskog signala najkasnije do 17. juna 2015. godine. U međuvremenu je Evropska komisija usvojila Preporuku državama članicama Evropske unije da izvrše potpuni prelazak na digitalno emitovanje do početka 2012. godine. Nakon dobijene podrške Međunarodne unije za telekomunikacije, Ministarstvo je počelo pripreme za Regionalni seminar i ministarski okrugli sto o prelasku sa analognog na digitalno emitovanje televizijskog programa4, koji je održan od 27. do 29. aprila 2009. godine u Narodnoj skupštini Republike Srbije.5 Događaj je otvorio Generalni sekretar Međunarodne unije za telekomunikacije dr Hamadun Ture, zajedno sa ministarkom Jasnom Matić, a skupu je prisustvovalo više od 150 učesnika, među kojima su bili članovi 19 visokih delegacija zemalja centralne i istočne Evrope, kao i predstavnici regulatornih agencija, Međunarodne unije za telekomunikacije (ITU) i mobilnih operatora, brojni stručnjaci iz ove oblasti, kao i predstavnici medija.

Nakon ministarskog okruglog stola, predstavnici ITU-a su održali izlaganja o izazovima sa kojima se ova međunarodna organizacija suočava od kada je, 2006. godine, doneta odluka o prelasku na digitalno emitovanje programa. Nakon toga su predstavnici Ministarstava iz Srbije, Crne Gore i Mađarske upoznali prisutne sa naporima koje čine i problemima sa kojima se suočavaju u svojim zemljama, dok je Peter Vari predstavio uporednu studiju o procesu digitalizacije u Mađarskoj, Nemačkoj, Poljskoj i Srbiji, koju je pripremio pod pokroviteljstvom ITU-a. Drugog dana konferencije, prikazani su planovi za sprovođenje digitalizacije u Bugarskoj, Hrvatskoj, Estoniji, Rumuniji i Bosni i Hercegovini, dok je Petko Kančev predstavio drugi deo uporedne studije o prelasku sa analognog na digitalno emitovanje programa u Bugarskoj, Hrvatskoj, Makedoniji i Sloveniji, koji je pripremljen pod pokroviteljstvom ITUa6. Poseban gost na konferenciji bio je predstavnik Japana, Jasuo Šinozava, pošto je model digitalizacije za koji se Srbija opredeljuje, prema informacijama dobijenim od ITU-a i Evropske komisije, najsličniji modelu koji će biti izveden u Japanu 2011. godine, te je bilo korisno čuti i iskustva iz ove zemlje. Nakon predstavljanja studija pojedinačnih zemalja, drugi dan je završen održavanjem sesija o tehničkim pitanjima procesa digitalizacije, gde su učesnici zaključili da je pred njima mnogo izazova, počev od izbora standarda, preko toga da li kombinovati SFN i MFN mreže i da li i kako obaviti simulkast, do pitanja projektovanja digitalne mreže na nivou države. Iako se tokom sesije o digitalnoj dividendi razvila zanimljiva diskusija o tome kako će se i za koje usluge isko-

 ređaj koji omogućuje da se na analognom televizoru gleda digitalni televizijski program. U Međunarodna unija za telekomunikacije (ITU) je specijalizovana agencija Ujedinjenih nacija u čijem osnivanju je 1866. godine učestvovala i Kneževina Srbija. http://www.itu.int/ITU-D/eur/europe/2009-MRT-Broadcasting/index.html 5 http://www.mtid.gov.rs/aktivnosti/aktuelno.489.html 6 Peter Vari je omogućio da studija koju je predstavio na konferenciji, u prilagođenom formatu, bude objavljena u ovom broju časopisa Telekomunikacije. 2 3 4


Osvrt na Regionalni seminar ITU i ministarski okrugli sto o prelasku sa analognog na digitalno emitovanje televizijskog programa (27-29. aprila 2009, Beograd)

ristiti opseg frekvencija 790-862MHz, koji će se osloboditi nakon potpunog prelaska na digitalno emitovanje terestrijalne televizije, konačan odgovor na ovo pitanje nije dat. Predstavnici Evropske unije za radio-difuziju (EBU) i Asocijacije GSM (Međunarodno udruženje mobilnih operatora), zastupali su potpuno suprotne stavove. Emiteri smatraju da digitalna dividenda treba da ostane iskorišćena za potrebe emitovanja televizijskog programa, dok Udruženje mobilnih operatora smatra da je najbolje da se taj opseg upotrebi za pružanje mobilnih širokopojasnih servisa. Odluka ili preporuka u vezi sa ovim pitanjem još uvek nije doneta ni na nivou ITU-a, niti od strane Evropske komisije. Trećeg dana održan je okrugli sto o harmonizaciji spektra, ekonomskim i regulatornim pitanjima procesa prelaska sa analognog na digitalno emitovanje programa. Zaključeno je da je ovo ključni momenat u kome zemlje regiona treba blisko da sarađuju prilikom harmonizacije spektra, da je neophodno da se prelazak na digitalno emitovanje izvrši u što je moguće kraćem vremenskom intervalu, kao i da se sve zemlje u regionu susreću sa sličnim problemima prilikom projektovanja mreže. Što se tiče ekonomskih pitanja, s obzirom na to da se diskusija održavala u jeku najveće svetske ekonomske krize u poslednjih nekoliko decenija, to se značajno odrazilo na stavove pojedinih zemalja centralne i istočne Evrope. Mnoge od njih su u periodu kada su počeli da odlučuju o finansijskim sredstvima neophodnim za proces digitalizacije mislile da će moći da subvencionišu nabavku STB konvertora za sva domaćinstva, ali su, pogođene krizom, počele da razmišljaju o definisanju pojedinih kategorija

7

stanovnika kojima će neometano gledanje programa da obezbedi država. Zaključeno je da će građani koje ne bude subvencionisala država morati sami da kupe STB konvertore ili nove televizore sa ugrađenim digitalnim prijemnikom. Zemlje u okruženju su se opredelile za različita rešenja pokrivanja troškova prijemničke baze (STB konvertora), što je posebno naglašeno kod nekih zemalja koje su još na početku procesa. U vezi sa regulatornim pitanjima, uočeno je da postoji nekoliko načina da se uredi pitanje procesa prelaska sa analognog na digitalno emitovanje programa. Manji broj zemalja se opredelio za donošenje Zakona o digitalizaciji, pri čemu su bile svesne da je to zakon sa ograničenim trajanjem, koji se stavlja van snage danom prelaska na digitalno emitovanje programa. Ipak, većina zemalja je regulatorni okvir definisala donošenjem Strategija za prelazak sa analognog na digitalno emitovanje programa. Ključna pitanja kojih su se učesnici dotakli u ovom delu rasprave su se odnosila na način regulisanja vlasništva nad mrežom i multipleksom, pravo i uslove pristupa multipleksu , kao i na to kako obezbediti trajanje dozvola koje su postojećim emiterima izdate za analogno emitovanje, po prelasku na digitalno emitovanje programa. Pored toga da je ovo bila prva ministarska konferencija u oblasti digitalne televizije održana u našoj zemlji i da su ovom prilikom u istoj sali sedeli predstavnici 19 zemalja, treba pomenuti i to da su učesnici izrazili zadovoljstvo što je seminar odgovorio na mnoga pitanja sa kojima se zemlje u okruženju suočavaju u procesu prelaska sa analognog na digitalno emitovanje programa. Na kraju, ohrabrujuće je bilo čuti da, bez

http://www.mtid.gov.rs/aktivnosti/javne_konsultacije/strategija_i_akcioni_plan_za_prelazak_na_digitalno_emitovanje.521.html

obzira na sve probleme, većina zemalja centralne i istočne Evrope, od kojih su mnoge već članice Evropske unije, veruje da će uspeti da završi proces potpunog prelaska sa analognog na digitalno emitovanje programa do 2012. godine, što je i preporuka Evropske komisije.

3. STRATEGIJA ZA PRELAZAK SA ANALOGNOG NA dIGITALNO EMITOvANJE RAdIO I TELEvIZIJSKOG PROGRAMA U REPUBLICI SRBIJI SA AKCIONIM PLANOM Nakon održavanja Ministarskog okruglog stola, odgovori na pitanja koji su se čuli tokom održavanja konferencije inkorporirani su u Nacrt strategije, nakon čega je Ministarstvo za telekomunikacije i informaciono društvo odlučilo da održi još jednu javnu raspravu, u cilju poslednje provere stavova sa stručnom javnošću pre usvajanja Strategije. Javna rasprava je održana od 22. maja do 12. juna 2009. godine, ponovo su održana tri okrugla stola u Beogradu, Novom Sadu i Nišu, a svi pristigli komentari su bili objavljeni na vebsajtu Ministarstva7. Ovom prilikom treba istaći da su svoj zajednički stav o Nacrtu strategije imala i tri nacionalna emitera – televizije B92, Pink i Fox, kao i lokalne i regionalne stanice članice ANEM-a, što je dalo još jednu garanciju da su i emiteri u Republici Srbiji na svim nivoima svesni realnosti prelaska na digitalno emitovanje programa, kao i da su spremni da na vreme počnu da se pripremaju za taj proces. Strategija za prelazak sa analognog na digitalno emitovanje radio i televizijskog programa u Republici Srbiji sa 7


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

Akcionim planom8 usvojena je na sednici Vlade Republike Srbije 2. jula 2009. godine. Strategijom je predviđeno da potpuni prelazak na digitalno emitovanje terestrijalnog televizijskog signala bude 4. aprila 2012. godine. Datum je izabran uzimajući u obzir prelazak naših suseda na digitalno emitovanje terestrijalne televizije, jer ako bi sve susedne zemlje prešle na digitalno emitovanje pre Srbije, digitalni televizijski signali iz okolnih zemalja predstavljali bi smetnju za naše analogne signale, naročito u pograničnim oblastima. Hrvatska je izabrala 31. decembar 2010. godine, Bosna i Hercegovina i Mađarska kraj 2011. godine, Bugarska i Rumunija 2012. godinu, dok je Crna Gora odlučila da pređe na digitalno emitovanje 31. decembra 2012. godine. Standardi koji će se u Republici Srbiji koristiti za kompresiju podataka i za emitovanje digitalnog terestrijalnog televizijskog signala su MPEG-4 i DVB-T2. Sve susedne zemlje će koristiti format MPEG-4, osim Hrvatske koja je izabrala MPEG-2, ali

je ta odluka u procesu revidiranja tako da se očekuje da će do datuma potpunog gašenja analognog signala i u Hrvatskoj početi da se primenjuje kompresija MPEG-4. Imajući u vidu da se Ministarstvo za telekomunikacije i informaciono društvo trudilo da celokupan proces izrade i usvajanja Strategije sprovodi potpuno transparentno, vodeći računa o tome se da se svaka oblast obuhvaćena Strategijom sagleda iz što više uglova, kao i to da je jedna tako važna i velika konferencija na kojoj su učestvovali eminentni stručnjaci organizovana u vrlo kratkom roku, i da je u domaćoj stručnoj javnosti u najvećoj mogućoj meri postignut konsenzus o svim ključnim pitanjima vezanim za prelazak sa analognog na digitalno emitovanje programa u Republici Srbiji, ostaje da verujemo da će sada svi učesnici u procesu od kojih zavisi uspešno sprovođenje prelaska na digitalno emitovanje televizijskog programa svoje obaveze ispunjavati u skladu sa usvojenom Strategijom i Akcionim planom, kako bi svi građani Republike Srbije 4. aprila 2012. godine mogli neometano da nastave da gledaju televizijski program, u novom formatu.

Biografija Jelena Surčulija diplomirala je 2000. godine na Pravnom fakultetu Univerziteta u Beogradu, a magistrirala 2005. godine pravo medija, telekomunikacija i Interneta na Univerzitetu Queen Mary u Londonu, kao britanski Chevening stipendista. Radila je kao konsultant za pravo medija i telekomunikacija za BBC World Service Trust, Savet Evrope, OEBS, Konrad Adenauer Stiftung, UNDP, RATEL, InterMedia i druge. Držala je predavanja na fakultetima Univerziteta u Beogradu, Novom Sadu i Oksfordu. Objavila je studiju „Evropski pravni okvir za elektronske komunikacije“, kao i radove iz oblasti prava medija, telekomunikacija i Interneta. Jedan je od osnivača i član međunarodnog udruženja medijskih pravnika (IMLA). Od avgusta 2008. godine, mr Jelena Surčulija je pomoćnica ministarke za međunarodnu saradnju i evropske integracije u Ministarstvu za telekomunikacije i informaciono društvo Republike Srbije.

8

8

http://www.mtid.gov.rs/upload/documents/Strategija_za_prelazak_sa_analognog_na_digitalno_emitovanje-novo.pdf


Irini S. Reljin Aleksandar N. Sugaris

DVB-T2 Sadržaj U radu je dat pregled standarda za emitovanje digitalnog video materijala (DVB = Digital Video Broadcasting). Posebna pažnja je posvećena standardima za terestrijalni televizijski prenos, standardu prve generacije, DVB-T, i najnovijem standardu, DVBT2. Izvršeno je poređenje ovih standarda i istaknute su prednosti standarda DVB-T2 nad DVB-T.

Ključne reči

Digitalni video prenos (DVB), DVB standardi, DVB-T, DVB-T2, MPEGx, digitalna dividenda.

1. UVOD Prelazak sa analognog na digitalno emitovanje televizijskih signala predstavlja jedan od najsloženijih postupaka u istoriji televizije. Najvažniji razlog za to leži u brojnosti opreme na predajničkoj i prijemničkoj strani, kao i u samoj distribucionoj mreži. Najveći deo te opreme treba zameniti ili prilagoditi potrebama digitalnog prenosa. TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009

9


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

U postupku digitalizacije se formira signal koji zahteva veoma veliki protok, 270 Mb/s u slučaju televizije standardne rezolucije, odnosno 1,5 Gb/s za HDTV (High Definition TV). Prenos takvog signala do krajnjeg korisnika zahteva značajnu redukciju neophodnog protoka, pa se mora izvršiti kompresija video i audio signala. Prenos komprimovanog signala se vrši terestrijalnom distribucionom mrežom (koristeći mrežu radio-stanica), satelitskim putem ili kablom. Razmatrajući tehnike prenosa digitalnog TV signala, kao i uvek u razvoju novih telekomunikacionih tehnologija, pošlo se od principa evolutivnosti. Imajući u vidu stalnu potrebu za spektrom, osnovna ideja je bila da se digitalni signal prenosi unutar postojećeg televizijskog kanala i da se time ne naruši struktura i raspodela kanala unutar VHF i UHF opsega u terestrijalnom prenosu. Stoga je bilo potrebno definisati standard za prenos koji to podržava. Dakle, u digitalnom televizijskom prenosu postoje dva bitna procesa: kompresija i prenos. Uviđajući složenost i brojnost rešenja koja su se razvijala, najvažnije interesne grupe u oblasti televizije u Evropi su formirale grupu stručnjaka, sastavljenu od predstavnika proizvođača korisničke opreme, emitera programa i nosilaca regulative, sa ciljem definisanja i standardizovanja televizijskog difuznog sistema. Bilo je potrebno što pre usmeriti istraživanja na polju video/audio tehnologija, kao i digitalnog difuznog prenosa širokopojasnih signala. Potpisano je pismo o namerama i, septembra 1993. godine, grupa je nastavila rad pod imenom DVB (Digital Video Broadcasting) projekat [1-2]. Grupa je nastavila sa radom, usvajajući niz specifikacija koje se kasnije standardizuju u okviru evropskog standardizacionog 10

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

tela ETSI (European Telecommunications Standards Institute) [3]. Tako se donose Evropske norme (EN) koje se unose u evropska i nacionalna pravna akta vezana za datu problematiku, u ovom slučaju digitalno televizijsko emitovanje [3]. DVB projekat izdaje svoja akta, usvojena od strane Upravnog odbora, a u okviru otvorenih knjiga, bluebooks. Imajući u vidu neverovatan razvoj tehnika kompresije i prenosa, podržan ekspanzivnim razvojem informaciono-komunikacionih tehnologija, DVB se opredelio za vrlo ažurno objavljivanje svojih akata i svih informacija vezanih za primene i testiranja DVB-a. Uočavajući značaj video tehnologija i multimedije (koje trenutno nose 80% ukupnog internet saobraćaja), DVB je zaštitio dva imena, DVB i MHP (Multimedia Home Platform). Pokazuje se da su dva zaštićena imena spoj koji je, i koji će biti, jedinstven osnov za tok informacija, edukacije, poslovanja i zabave. Dakle, pod imenom DVB sme se naći samo standard koji je ispitan, definisan i usvojen od strane DVB projekta. U postupku usvajanja standarda za digitalno emitovanje, veliki broj zemalja van Evrope takođe je prihvatio DVB. Međutim, SAD, kao jedna od vodećih zemalja u svetu, usvojila je drugi pristup, ATSC (Advanced Television Systems Committee) standard digitalne televizije (http://www. atsc.org/), oko kojeg se još uvek vode rasprave o tome da li se moglo uraditi bolje, poput DVB projekta.

Razvoj tehnologija, koje čine osnovu uređaja i softverskih rešenja u televizijskom prenosu, i relativno dugo vreme od njihovog formiranja, doveli su do definisanja savremenijih, efikasnijih i, za današnje vreme prikladnijih, rešenja u okviru DVB projekta. Tako je nastala druga generacija DVB. Prema Slici 1, uočava se da u lancu učesnika u digitalnom terestrijalnom emitovanju televizijskog signala treba izdvojiti provajdere sadržaja (koje čine produkcioni centri televizijskog-multimedijalnog sadržaja), operatore multipleksa, operatore primarne i sekundarne distribucije (prenos TV signala do krajnjeg korisnika), kao i same krajnje korisnike [4-9]. Cilj ovog rada je pregled standarda druge generacije za digitalno terestrijalno emitovanje televizijskih signala, DVBT2. Opisani su osnovni motivi za uvođenje druge generacije standarda, kao i njegove karakteristike sa stanovišta efikasnosti iskorišćenja opsega.

2. RAZvOJ dvB STANdARdA DVB projekat je usvojio nekoliko ključnih opredeljenja za razvoj digitalnih sistema prenosa televizijskog signala, od kojih se najvažnije odnosilo na način kompresije video i audio signala. Tako

Slika 1. Pregled učesnika u lancu digitalnog terestrijalnog emitovanja


dvB-T2

Slika 2. DVB paket

je, kao i u drugim svetskim standardima, usvojeno da u slučaju videa to bude MPEG-2 (Motion Picture Expert Group), koji je identičan sa preporukom H.262 organizacije ITU-T. Kao i svi standardi za redukciju protoka, MPEG-2 definiše dekoder. S obzirom da je otvoren, pruža velike mogućnosti za unapređenja kodera. Od 1993. godine do danas, razvijene su različite generacije kodera, obogaćivane mnogim inovacijama proizvođača opreme, što je omogućilo stalni pad neophodnog protoka za utvrđeni subjektivni kvalitet dekodovanog videa. Dakle, DVB se opredelio za precizno definisani MPEG-2 kompresioni standard. Druga zajednička pretpostavka prve generacije DVB je paket sa zajedničkom strukturom, Slika 2. U njemu se komprimovani video signal multipleksira sa komprimovanim audio signalom, dodaju im se servisni podaci i informacije vezane za televizijski program [1]. Multipleksirani signal se prenosi u vidu paketa fiksne dužine koji čine transportni strim (transport stream, TS). Paketi predstavljaju „kontejnere informacija” jednakog kapaciteta, koji se kontinuirano, pa time i sinhrono šalju ka bloku za zaštitno kodovanje. U transportni

strim se ubacuju različiti podaci, a više programa čine tzv. „buket multipleksa”. Multipleks se, generalno, može formirati na mestu produkcije programa (ako ima potrebe za većim brojem programa), ili kod vlasnika distribucionih kapaciteta. U bilo kojoj varijanti, transportni strim se mora zaštititi pre emitovanja. U tu svrhu se primenjuje kanalsko kodovanje čiji osnov prestavlja energijsko raspršivanje (energy dispersal), čime se postiže transparentnost sekvence bita, „nezavisna” od izvora signala, zatim Rid-Solomonovo kodovanje, kao zaštita od šuma, a koje dodaje izvesnu količinu bajtova svakom paketu. Time se smanjuje raspoloživi protok bita korisne informacije. Radi zaštite od dugih sekvenci grešaka, koristi se „proširivač“, koji omogućava promene redosleda bajtova transportnog strima za vreme prenosa. Najzad, na izlazu kanalskog kodera se koristi konvolucioni koder koji dodatno omogućava zaštitu transportnog strima. Ovakvom pripremom se formira kanal sa verovatnoćom greške koja treba da bude manja od 10-11. Zaštićeni signal se šalje ka modulatoru i predajniku. U DVB standardima prve generacije se koriste QPSK i QAM modulacije. Prva od njih, kao robustni-

ja, primenjuje se u satelitskom DVB-S standardu. U ostalim standardima, kablovskom DVB-C (QAM) i terestrijalnom DVB-T (QAM ili QPSK), moguće je primeniti i višenivoske modulacije. DVB-T (terrestrial) definiše emitovanje televizijskog signala zemaljskim vezama u slobodnom prostoru. S obzirom da je u tom slučaju, zbog postojanja višestruke propagacije emitovanog signala, moguće dobiti smetnje koje generiše sopstvena replika (eho signal), kao zaštita je usvojena ideja proširivanja trajanja simbola. Prošireni simbol obezbeđuje da eho predstavlja samo deo simbola, pa se time kašnjenje o različite i različito udaljene objekte, manifestuje kao interferencija simbola, a ne kao destruktivna smetnja. Tehnika koja ovo obezbeđuje je COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex). U DVB-T standardu broj ortogonalnih nosilaca može biti 8k (u slučaju terena koji izaziva veća kašnjenja), ili 2k. Od samog nastanka i uvođenja MPEG-2, kao kompresionog standarda, razvio se niz poboljšanja tehnike redukcije podataka. Kao najznačajniji je definisan MPEG-4 (koji je prevashodno bio namenjen multimediji), verzija 10 (u ITU usvojen kao preporuka H.264/AVC). To je bio prvi koji je mogao da parira, do tada u televiziji suverenom, MPEG-2. Nizom sitnih poboljšanja kompresije, i brojnim testovima, H.264 je uspeo da ostvari približno isti subjektivni kvalitet rekonstruisanog videa kao MPEG-2, a pri dvostruko nižem protoku. Usvojen je 2003. godine i implementiran u mnogim uređajima. Danas postoje dekoderi na čijim se izlazima može birati jedan od dva televizijska kompresiona standarda. Treba napomenuti da se, kao i u slučaju MPEG-2, stalno razvijaju nove, usavršene verzije kodera. Nedavno poboljšanje, na primer, smanjuje protok za 15%, i to je poTELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

11


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

stignuto na oba kompresiona standarda. Pokazan je zadovoljavajući kvalitet HDTV videa sa 5 Mb/s, pri MPEG-4 (IBC, Amsterdam, sept. 2009.). Kanalsko kodovanje u sistemima druge generacije je utemeljeno DVB-S2 standardom koji se pojavio 2003. godine, na desetogodišnjicu svog prethodnika. U teoriji poznat kod za proveru parnosti sa niskom koncentracijom (LDPC – Low Density Parity Check), kao jedna od metoda za prenos signala u prisustvu šuma, predložen je za zaštitu komprimovanog video i audio signala. LDPC ne može da garantuje savršen prenos, ali je verovatnoća gubitka podataka značajno smanjena. LDPC je prvi kod sa protokom veoma bliskim Šenonovoj granici. Razvio ga je Galager 1963, a zatim je skoro potpuno zaboravljen. Sledećih trideset godina u teoriji informacija se nije pojavio nijedan kod približne efikasnosti. Godine 2003. LDPC je izabran, između šest turbo kodova, za novi DVB-S2 standard. Da bi se uklonile sve preostale greške nakon LDPC dekodovanja, podaci se štite dodatnim kratkim kodom BCH (Bose,

Chaudari, Hocquenghem), koji spada u grupu cikličnih kodova, i služi za korekciju višestrukih grešaka. Konkatenirani BCH spoljašnji kod je uveden kako bi se postigao što manji BER (Bit Error Ratio – verovatnoća greške). DVB-S2 je omogućio povećanje protoka u televizijskom kanalu za 30%, u odnosu na prethodnu generaciju. Taj iznos poboljšanja je postavljen kao uslov u razvoju terestrijalnog standarda druge generacije, skraćeno nazvanog DVBT2. Imajući u vidu COFDM prenos, rezervisan za terestrijalne sisteme, mogućnost povećanja broja nosilaca (sada se umesto 2k i 8k, može koristiti i 32k), kao i druga poboljšanja o kojima će biti reči, može se objasniti neverovatno dobar rezultat od preko 50% povećanja protoka. Stoga se smatra da je DVB-T2 jedan od najefikasnijih načina prenosa digitalnog video sadržaja. Eksperimenti su potvrdili taj rezultat. Arhitektura DVB-T2 sistema prenosa prikazana je na Slici 3. Kao i u prenosu

Slika 3. Blok šema uobičajenog DVB-T2 lanca [14]

12

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

u prethodnoj generaciji, na ulazu se vrši kompresija, bilo primenom postupka MPEG-2, bilo MPEG-4. Sam DVB-T2 ne specificira kompresiju, ali je logično, zbog nespornih prednosti koje MPEG-4 ima, da on bude i izabran. To pokazuju i rezultati usvojenih kompresionih standarda u Evropi. Sve države koje su zakasnile sa usvajanjem strategije digitalizacije radiodifuznog sektora, opredelile su se za noviji (MPEG-4, v.10, usvojen 2003.) kompresioni standard. U prvom bloku se nalazi i statistički multiplekser. Napomenimo da multiplekser može biti nezavisna celina, a može biti ugrađen u koder u kome se vrši višestruko kodovanje video signala. Poslednja varijanta je efikasna u slučaju da veći broj signala ima istu trasu. Naime, signali koji će se dekodovati u istoj tački mogu biti zajedno kodovani, tako da se efikasno raspodeli protok (prema trenutnoj složenosti pojedinih video sadržaja) u okviru fiksnog protoka multipleksa. Treba imati u vidu, međutim, da ova varijanta nije dobra za slučaj insertovanja programa na različitim pozicijama u distribucionoj mreži.


dvB-T2

DVB-T2 standard uvodi novinu u pogledu podrške strima na ulazu u mrežu [10, 14]. Kao i u prethodnoj generaciji, komprimovani video, audio i podaci koji ih opisuju, formiraju transportni strim (TS). Pored toga, zbog sve veće potrebe za prenosom podataka, uvodi se generička enkapsulacija strima (GSE). GSE leži iznad fizičkog sloja i obezbeđuje zaštitu komprimovanih podataka korisničkog sadržaja, kao i podešavanje dužine paketa sa najmanjim zaglavljem. Na fizičkom sloju su BB (Base Band) frejmovi različitih dužina. Iza BB zaglavlja, kojim se definiše adaptacija strima, skremblovanje, FEC (Forward Error Correction) kodovanje, obavezno je GSE zaglavlje.

3. GLAvNE RAZLIKE IZMEÐU dvB-T I dvB-T2 Postoji mnogo razlika između prve i druge generacije standarda, ali se kao najznačajnije mogu navesti:

dopušta korišćenje regenerativnih repetitora, za dalje napajanje MFN i SFN mreža. Osnovni T2 prolaz isporučuje niz paketa sa izlaznog interfejsa. Sekvenca paketa sadrži sve potrebne informacije za opisivanje kako sadržaja, tako i vremenskog redosleda za emitovanje T2 frejmova. T2-MI strim se vodi na jedan ili više modulatora u mreži. Modulatori uzimaju osnovne frejmove (BB) i instrukcije za T2 frejmove, sadržane u dolaznom T2-MI strimu. Tako formiraju DVB-T2 frejmove i emituju ih u odgovarajućem vremenskom intervalu, radi ispravne SFN sinhronizacije. Signal iz mrežnog T2 prolaza ka T2 modulatoru se distribuira bilo na prirodan način, preko standardnog DVB interfejsa (DVB Transport Stream interface) kao što je ASI, bilo u vidu ubačenih IP paketa, saglasno sa TS 102 034, za prenos kroz IP mreže, Slika 4.

tno na modulatore, preko interfejsa za transportni strim (Transport Stream Interface). U tom slučaju modulator treba da obezbedi funkcionisanje sistema, uključujući neke od operacija koje, formalno, obezbeđuje osnovni T2 prolaz.

Treba istaći da je za prostu mrežu značajno da se podsistemi za kodovanje i multipleksiranje mogu povezati direk-

Komercijalni zahtev za T2 sistem je više različitih nivoa robustnosti za različite servise, imajući u vidu način modulacije

3) Robustnost specifična za određeni servis i struktura T2 frejmova – tokovi na fizičkom sloju Polazni model za DVB-T2 fizički sloj je prikazan na Slici 5. Ulaz sistema može biti jedan ili više MPEG transportnih TS strimova i/ili jedan ili više GS strimova. Modifikacija strimova se može ostvariti nakon odgovarajućeg predprocesiranja u T2 prolazu. Time ulazni strimovi imaju slaganje jedan-prema-jedan sa kanalima podataka u modulatoru. Ovakvi kanali se nazivaju i PLP (Physical-Layer Pipes).

1) BB frejmovi Interfejs na ulazu T2 modulatora obezbeđuje BB frejmove sa informacijom neophodnom za modulaciju, kao što su IQ vektori, podaci za sinhronizaciju, format ulaznog strima i eventualna proširenja frejmova. 2) T2 Interfejs modulatora Radi postizanja poboljšanja u SFN radu, odluke o alokaciji i rasporedu se vrše u sklopu T2 prolaza (T2-Gateway). Kao rezultat, svaki modulator u mreži može formirati identičan signal za emitovanje. Interfejs modulatora u DVB-T2 definiše taj format i dopušta formiranje pouzdanih mreža predajnika kako za SFN (Single Frequency Network), tako i za MFN (Multiple Frequency Network). Dalje, on

Slika 4. T2-MI protokol [12]

Slika 5. Blok dijagram višeg DVB-T2 sloja [12]

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

13


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

volucionom kodovanju u prvoj DVB generaciji. Uočava se nagli pad verovatnoće greške (BER, Bit Error Rate) u oba slučaja, 64QAM i 256QAM. Tačka QEF (Quasi Error Free) koja se ima pri verovatnoći greške od oko 10-4, obezbeđuje „prenos bez gubitaka” u televizijskom signalu (ili verovatnoću greške na nivou MPEG TS od 10-11). Dobitak iznosi oko 5 dB za QEF.

Slika 6. Prenos sa višestrukim PLP-ovima [13]

i korekcije greške (FEC). To se ostvaruje grupisanjem više OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) simbola u jedan frejm, a zatim dodeljivanjem različitih servisa različitim slajsevima, koji predstavljaju delove frejma. Svaki slajs može biti izdeljen u subslajseve, radi ostvarenja većeg vremenskog diversitija. Moguće je primeniti i vremensko učešljavanje sa razbacivanjem podataka datog slajsa kroz subslajseve, unutar frejma, ili čak unutar T2 frejma. Na ovaj način, sa FEC i vremenskim učešljavanjem primenjenim na servise/slajseve, umesto na ceo multipleks, dobijamo krucijalnu promenu u odnosu na arhitekturu prethodne generacije. Moguće je, takođe, primeniti i tradicionalan DVB-T pristup tako da svaki T2 frejm nosi jedan jedini slajs, a taj slajs nosi kompletan TS sa više programa.

binu vremenskog učešljavanja, za svaki poseban PLP. Tipično, grupa servisa može da deli iste zajedničke elemente, kao što su PSI/SI tabele. Da bi se izbegla potreba za dupliciranjem takve informacije za svaki PLP, DVB-T2 uvodi koncept zajedničkog PLP-a, za grupu PLP-ova. Na taj način, prijemnici treba, pri prijemu jednog servisa, u isto vreme da dekoduju do dva PLP-a: PLP podataka i njihov pridruženi zajednički PLP. 4) Uticaj LDPC kodovanja Na Slici 7. je prikazan dobitak u odnosu Es/No za slučaj LDPC kodovanja signala (u DVB-T2) prema klasičnom kon-

5) Broj nosilaca i zaštitni interval Povećanjem FFT dimenzije, zaštitni interval smanjuje zaglavlje sa 25% (u slučaju 8k nosilaca) na 6% (u slučaju 32k nosilaca). Veličine zaštitnih intervala u DVBT2 su: 1/128, 1/32, 1/16, 19/256, 1/8, 19/128, 1/4. Zaštitni interval od 1/128 može, na primer, obezbediti da se koristi 32k kao ekvivalent sistema 8k 1/32 sa redukcijom zaglavlja. 6) Nova konstelacija 256-QAM DVB-T kao najvišu konstelaciju nudi 64-QAM, obezbeđujući veliku količinu podataka sa 6 bita po simbolu po jednom nosiocu (tj. 6 bita po OFDM ćeliji). U DVB-T2, korišćenjem 256-QAM se povećava efikasnost na 8 bita po OFDM ćeliji, što je povećanje od 33% u spektralnoj efikasnosti i kapacitetu kanala pri istom

Korišćenje više PLP-ova, koji dopuštaju prenos podataka nezavisno od njihove strukture, sa slobodno izabranim specifičnim parametrima PLP-a, omogućava da se dodeljen kapacitet, kao i robustnost, podese prema posebnim željama/ zahtevima provajdera servisa/sadržaja, a zavisno od tipa prijemnika i okruženja. DVB-T2 specifikacija dopušta individualnu konstelaciju, kodni količnik, i du14

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

Slika 7. Poređenje kodova za kontrolu grešaka za DVB-T (CC) i DVB-T2 (LDPC)


dvB-T2

ima dovoljno informacija o svojim nosiocima za lako razdvajanje susednih tačaka u novoformiranoj konstelaciji, Slika 9.

Slika 8. Smanjenje gubitaka na zaštitni interval povećanjem veličine FFT [12]

protoku bita. To znači da će biti neophodan znatno veći odnos C/N (za 4 do 5 dB veći, u zavisnosti od kanala i kodnog količnika) jer je prijem osetljiviji na šum. Taj deo nadoknađuje LDPC kod koji je mnogo bolji od konvolucionog, Slika 7.

Slika 9. Rotirana 16-QAM konstelacija [12, 13]

7) Rotacija konstelacije DVB-T2 koristi tehniku „rotirane konstelacije“ kojom se postiže značajna robustnost terestrijalnog kanala. Kada se formira konstelacija, tada se vrši rotacija u kompleksnoj I-Q ravni, tako da svaka osa

Slika 10. Ponašanje sistema pri rotaciji konstelacije za 290 (levo) i u klasičnom BICM (desno)

Sa slike se vidi da, čak i ako je loše primljena jedna od komponenata, na osnovu druge je moguće ispravno detektovati informaciju. Stoga je dobitak kodovanja značajan, Slika 10. 8) Vrste repetitora Pri korišćenju SFN mreža moguće je koristiti dve vrste repetitora (Slika 11): • regenerativne, koji demodulišu DVB-T2 signal, pa ga regenerisanog modulišu i dalje prenose, i • translatore, koji samo pomeraju frekvenciju, pojačavaju, kasne i dalje emituju DVB-T2 signal bez kompletne remodulacije. 9) Ubacivanje regionalnih i lokalnih programa Prva generacija DVB omogućava ubacivanje lokalnih programa na pozicijama multipleksera. To znači da svako novo ubacivanje zahteva ili kompletno dekodovanje signala (ukoliko je primenjeno višestruko kodovanje), ili bar demultipleksiranje sadržaja (kada se iz tabela PSI izdvaja podatak o sekvenci koju treba izdvojiti). U ovom drugom slučaju, ne mora se primeniti MPEG dekodovanje, ali se dekoduje MPEG strim, što takođe nije jednostavno, dugo traje i unosi moguće greške. Poznato je da ovo može biti problem pri mobilnom prijemu. Druga generacija DVB standarda omogućava ubacivanje lokalnih i regionalnih programa bez dekodovanja, što je velika prednost, posebno u slučaju postojanja velikog broja programa (Slika 12).

Slika 11. SFN mreža - vrste repetitora [13]

Naglasimo da se lako zaključuje da je ideja koja je vodila koncipiranju DVB TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

15


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

tehnologiji. To nam donosi mogućnost korišćenja jednog set-top-box uređaja (STB) za različite medijume. Takođe smo vrlo blizu ostvarenja sna o multimedijalnom kućnom okruženju u kojem se pojam televizije ne razlikuje od sopstvenih multimedijalnih resursa, u kojem je moguće na televizoru imati lekciju po principu učenja na daljinu ili savete udaljenih medicinskih ustanova po zahtevu.

Slika 12. Emitovanje regionalnih i lokalnih programa u DVB-T2 [12]

standarda druge generacije u velikoj meri zasnovana na razvoju interneta i standarda koji su ka njemu orijentisani. Tome ide u prilog i generička enkapsulacija. S druge strane, IPTV polako, ali sigurno, ulazi u naše domove. DVB je još na početku imao orijentaciju ka multimediji, pa je sve zajedno dovelo do nove vizije digitalne televizije.

centrima, eksterni signali, video na zahtev VoD (Video on Demand), formirani MHP signali. Kontribuciona, kao i mreža primarne distribucije, biće IP orijentisana. Iz te mreže vode se signali na emitovanje bilo kojim tipom prenosa (satelitski, terestrijalni, kablovski), ali se omogućava i internet prenos po DVB kanalima (Slika 13).

Ako se multipleksi formiraju u glavnom centru, onda će u njih ulaziti programi generisani u produkcionim

Konačno, ovako složena struktura mreže u sebi sadrži vrlo jednostavan sistem sa zajedničkim jezgrom zasnovanim na IP

Slika 13. Savremena mreža za emitovanje televizijskih signala (DVB-T2/IP)

16

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

10) Sinhronizacija u DVB-T2 mreži DVB-T2, kao i prethodna generacija terestrijalnog standarda, podrazumeva sinhronizaciju predajnika, posebno ako se želi rad u jednofrekvencijskim mrežama (SFN, Single Frequency Network). S obzirom na to da je terestrijalni standard, uvodeći COFDM, omogućio robustnost na raspršivanje kašnjenja u uslovima višestruke propagacije signala, to se prijem signala od dva susedna predajnika koji rade na istoj frekvenciji, za televizijski prijemnik doživljava kao originalna i zakašnjena verzija signala. To znači da je rad jednofrekvencijske mreže moguć, ali


dvB-T2

Slika 14. GPS sinhronizacija predajnika u SFN radu

je neophodno da se ima dobra sinhronizacija među predajnicima. Sinhronizaciju je moguće postići koristeći sistem za globalno pozicioniranje GPS (General Positioning System), Slika 14. U tu svrhu se koristi signal frekvencije 10 MHz koji se emituje sa satelita taktom 1 pps (jedan impuls u sekundi). Sinhronizacija koja se time postiže je izuzetno dobra, ali zahteva nešto skuplje uređaje i stalnu nadoknadu troškova, te operatori distribucione mreže preferiraju druge tipove uspostavljanja sinhronizacije. U tom smislu DVB-T2 standard, unutar T2-MI (intefejs ka modulatoru), omogućava utiskivanje informacije na osnovu koje se podešavaju sva kašnjenja u mreži, tj. bez GPS signala, Slika 15.

11) Kapacitet sistema Očekivalo se da će potencijalno povećanje kapaciteta televizijskog kanala u DVB-T2 sistemu biti 50% (Tabela 1). Za vreme “Plug Fest”-a u Torinu u martu 2009. godine, pokazalo se da to povećanje može biti i veće, pre svega zahvaljujući pažljivom izboru parametara zaštitnog intervala, [15], kodnog količnika, broja nosilaca u COFDM-u (do 32k), višenivoskog prenosa (do 256QAM), Tabela 2. Projektovanje mreže u SFN modu dodatno povećava kapacitet zahvaljujući velikom izboru i velikim iznosima zaštitnih intervala. Time se povećanje kapaciteta DVB-T2 u odnosu na DVBT od 67% dodatno uvećava.

Konačno, neverovatno povećanje kapaciteta u DVB-T2 (smatra se da se iskoristilo 97% Šenonove granice) pokazuje veliku uštedu u količini neophodne opreme. Ako se fiksira broj televizijskih programa koje je potrebno preneti u nekoj mreži, tada broj uređaja u DVB-T2 varijanti biva značajno manji nego u slučaju DVB-T. Na Slici 16. je pretpostavljeno da je broj televizijskih programa standardne rezolucije (3 Mb/s, pri MPEG-4) u drugoj generaciji 12, što je realno. U prvoj generaciji DVB-T, udvostručen je neophodan protok (MPEG-2 kompresija), pa je neophodno povećati broj multipleksa, a time i količinu potrebne opreme. Na Slici 17. je prikazana spektralna efikasnost za nekoliko slučajeva DVB-T2 prenosa, za različite modulacije pri promeni odnosa snage signala i šuma (C/N). Na dijagramu se nalazi isti rezultat za jedan slučaj DVB-T prenosa (64QAM). Najzad, na dijagramu je naznačena Šenonova granica kapaciteta kanala. Izuzetno velika spektralna efikasnost navodi na pomisao da je drugom generacijom DVB standarda, bar za neko vreme zaustavljeno istraživanje u oblasti DVB prenosa. Međutim, nove tendencije u digitalnoj televiziji vode ka 3D televiziji koja zahteva dvostruko veći protok od HDTV.

Slika 15. Sinhronizacija mreže bez GPS signala

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

17


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

Tabela 1. Moguće povećanje kapaciteta od skoro 50% u poređenju sa sadašnjim modom DVB-T koji se koristi u UK [12]

dvB-T

dvB-T2

Modulacija

64QAM

256QAM

ffT veličina

2K

32K

1/32

1/128

2/3CC + RS

3/5LdPC + BCh

Rasejani piloti

8,3%

1,0%

Kontinualni piloti

2,0%

0,53%

Mod nosioca

standardni

prošireni

Kapacitet

24,1 Mb/s

36,1 Mb/s

Zaštitni interval fEC

Tabela 2. Parametri DVB-T i DVB-T2 [14]

dvB-T

dvB-T2

fEC

Conv. Coding + RS 1/2,2/3,3/4,5/6,7/8

LdPC + BCh 1/2,3/5,2/3,3/4,4/5,5/6

Modulacija

QPSK, 16QAM, 64QAM

QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM

Zaštitni interval

1/4, 1/8, 1/16, 1/32

1/4, 19/256, 1/8, 19/128, 1/16, 1/32, 1/128

ffT veličina

2k, 8k

1k, 2k, 4k, 16k, 32k

Rasejani piloti

8% od ukupnog

1%, 2%, 4%, 8% od ukupnog

Kontinualni piloti

2,6% od ukupnog

0,35% od ukupnog

4. ZAKLJUČAK Druga generacija DVB standarda, zajedno sa kompresionim standardom MPEG-4, verzija 10, unosi značajna poboljšanja u prenos digitalnih televizijskih signala. To je, svakako, bio jedan od osnovnih motiva u donošenju Strategije za prelazak sa analognog na digitalno emitovanje radio i televizijskih signala u Republici Srbiji.

Slika 16. Broj multipleksa potrebnih za prenos odgovarajućeg broja TV programa

Izbor MPEG-4 verzija 10 (H.264/AVC) za kompresiju video signala zasnovan je na sledećim činjenicama: •

Slika 17. DVB-T, DVB-T2 i Šenonova granica kapaciteta kanala

18

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

koderi zasnovani na MPEG-4 zahtevaju dvostruko niži protok, za subjektivno isti kvalitet rekonstruisanog video signala, u odnosu na MPEG-2; u Evropi postoji velika potražnja za uvođenjem televizije visoke rezolucije (HDTV) za koju je MPEG-4 suveren. Snimci svih važnih sportskih i kulturnih događaja se razmenjuju u ovom standardu; MPEG-4 je, po mišljenju važnih međunarodnih televizijskih udruženja, jednako dobar pri malim i pri velikim protocima (a to znači i za


dvB-T2

• •

• •

SDTV i za HDTV); usvajanjem MPEG-4 uvodi se standard koji je kompatibilan sa IPTV; MPEG-4 je standard koji se koristi i u DVB-H, odnosno svim standardima DVB sistema, predviđenim za pokretni prijem; kompatibilnost standarda za kompresiju je važna sa stanovišta smanjenja potrebnih prekodovanja (svaki par koder/dekoder smanjuje odnos signal/šum u rekonstruisanom signalu 3-5 dB); u vreme ASO (Analog Switch-Off ), tj. prestanka analognog emitovanja, cena kodera i dekodera za MPEG-4 će biti znatno umanjena (posebno imajući u vidu njihovu potražnju oko 2012. godine); MPEG-4 obezbeđuje podršku svim novim multimedijalnim servisima; provajderima sadržaja je važno da iznajmljuju kapacitete za što niži protok, a to obezbeđuje MPEG-4.

Izbor DVB-T2 standarda za digitalno terestrijalno emitovanje televizijskih signala je zasnovan na sledećim činjenicama: •

DVB-T2 nudi izuzetno dobru zaštitu signala, pogodnu za prenose u okruženjima sa velikim šumom i smetnjama, kakav je terestrijalni sistem; robustnost DVB-T2 omogućava bolje uslove prenosa (u poređenju

sa DVB-T), što kao posledicu daje znatno veći protok u okviru istog opsega televizijskih kanala od 8 MHz / 7 MHz; manja osetljivost na smetnje DVBT2 (u odnosu na DVB-T) olakšava projektovanje SFN mreža; DVB-T2 fleksibilno prihvata transportni strim, ali i protokol za generičku enkapsulaciju strima, što je važno za kompatibilnost sa IPTV; eksperimenti sa MPEG-4/DVB-T2 kombinacijom su pokazali dobre rezultate (protok 45 Mb/s u televizijskom kanalu širine 8 MHz) na velikom broju modulatora i demodulatora poznatih svetskih proizvođača; države koje već duži niz godina primenjuju DVB-T, menjaju organizaciju multipleksa i prelaze na DVBT2 standard; ulaganje u digitalizaciju u Republici Srbiji zahteva velika sredstva. Promena standarda, koja bi svakako morala da se izvrši jednog dana (u smislu prelaska na DVB-T2) bi zahtevala nova, izuzetna ulaganja, i u predajničku, i u prijemničku opremu; cene uređaja druge generacije će u budućnosti padati, a uređaji prve generacije MPEG-2/DVB-T će posle izvesnog broja godina početi da poskupljuju što, sa stanovišta kvarova i zamena, nije pogodno; potrebno je odabrati ono rešenje koje će, sa stanovišta emitera, obezbediti

• •

najbrži i najekonomičniji prelaz na digitalno emitovanje. Broj neophodnih multipleksa se, u slučaju najsavremenijih standarda, smanjuje, što umanjuje ukupnu cenu opreme; vlasnicima emisione tehnike standard DVB-T omogućava podršku za veći broj programskih sadržaja u okviru jednog multipleksa, što takođe utiče na isplativost sistema; DVB-T2 obezbeđuje dovoljan protok za potrebe velikog broja HDTV programa; digitalna dividenda se značajno povećava uvođenjem standarda DVB-T; u standardu DVB-T je definisan širi izbor parametara kodovanja i modulacije, tako da se fleksibilno prilagođava uslovima u okruženju. Takođe, treba navesti da ovaj standard podrazumeva prenos u istim uslovima, za koje je do tada bio planiran DVB-T.

Najzad, treba napomenuti da je najnoviji kablovksi standard druge generacije, DVB-C2, razvijen sa idejom još većeg povećanja raspoloživog protoka. S obzirom na to da se njegove osnovne karakteristike ne razlikuju suštinski od DVB-T2 (samo su parametri koji opisuju modulacije brojčano promenjeni u odnosu na terestrijalni standard), to je realno pretpostaviti da će u budućnosti biti moguće korišćenje jedinstvenog settop-boxa za ova dva različita medijuma.

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

19


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

Zahvalnica Ovaj rad je delimično finansiran od strane Ministarstva za nauku i tehnološki razvoj Republike Srbije, pod brojem 11039.

Literatura [1] W. Fischer, Digital Video and Audio Broadcasting Technology, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2008. [2] DVB, “History of the DVB Project”, DVB Standards and Specifications, Ver. 11.0, Aug. 2008. [3] A. Morello, “DVB-S2: The second generation standard for satellite broad-band services”, Proc. IEEE, vol. 94, no. 1, pp. 210–227, Jan. 2006. [4] I. Reljin, “DVB – second generation of digital standards”, in Proc. POSTEL 2008, Belgrade, Dec. 2008. [5] R. Gallager, Low density Parity Check Codes, Hit Press Classic, 1963. [6] I.Reljin, A.Sugaris, “DVB standards development”, Proc. Telsiks 2009, Vol. 1, pp. 263-272,Niš, Oct. 2009. [7] DVB, “Introducing DVB-T2”, IBC 2008, Amsterdam, Sept. 2008. [8] L. Vermale, “From digital dividend to digital deficit”, DVB Scene, No. 7, Sept. 2008. [9] MTID, „Strategija prelaska sa analognog na digitalno emitovanje radio i televizijskih programa u Republici Srbiji“, Službeni glasnik RS, br. 52/09. [10] ETSI, EN 302 755, Digital Video Broadcasting (DVB); Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2), Oct. 2008. [11] ETSI, TS 102 606, Digital Video Broadcasting (DVB); Generic Stream Encapsulation(GSE) Protocol. [12] DVB, “Implementation guidelines for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2)”, DVB Document 133, Feb. 2009. [13] DVB, “Modulator Interface (T2-MI) for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2)”, DVB Document 136, Feb. 2009. [14] DVB, “Digital Video Broadcasting (DVB); Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital transmission system for cable systems (DVB-C2)”, DVB Document 138, April 2009. [15] D. Smith, “IPTV over GSE and DVB-S2/T2”, Presentation for 75 Years of Driving Innovations, Vienna, 2009.

Autori Irini S. Reljin je diplomirala, magistrirala i doktorirala na Elektrotehničkom fakultetu Univerziteta u Beogradu. Bila je zaposlena na Visokoj ICT školi u Beogradu. Sada je zaposlena na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu, a od februara 2009. je i na mestu pomoćnika ministra u Ministarstvu za telekomunikacije i informaciono društvo, Republike Srbije. Oblasti istraživanja prof. dr Reljin su: multimedijalni sistemi, televizija, neuralne mreže i njihova primena, obrada signala, optičke telekomunikacije. Iz ovih oblasti objavila je oko 200 naučnih i stručnih radova, od čega 9 u referentnim međunarodnim časopisima, i nekoliko knjiga. Učestvovala je u nekoliko projekata vezanih za oblast digitalne televizije, kao i više međunarodnih projekata i projekata podržanih od strane Ministarstva nauke. Član je Grupe za digitalnu obradu slike, telemedicinu i multimediju, na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu, koja je uključena u evropske projekte COST 292, „Semantic Multimodal Analysis of Digital Media” i COST IC0604, „Anatomic Telepathology Network (EURO-TELEPATH)”. Recenzent je časopisa IEEE Communications Magazine i IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, kao i većeg broja međunarodnih i domaćih konferencija. Član je više stručnih i profesionalnih udruženja, međunarodnih (IEEE, SMPTE, BSUAE) i domaćih (ETRAN, Društvo za telekomunikacije, Udruženje jednakih mogućnosti). Aleksandar N. Sugaris je diplomirao i magistrirao na Elektrotehničkom fakultetu (ETF) Univerziteta u Beogradu. Bio je zaposlen u RTS-u, a sada je u Visokoj ICT školi u Beogradu. Oblasti interesovanja mr Sugarisa su TV prenos, multimedija i širokopojasne telekomunikacije. Objavio je više radova na međunarodnim i domaćim naučnim skupovima, i u časopisima. Specijalizirao se za optimizaciju mreža za prenos, i u toku je izrade doktorske disertacije na ETF-u u Beogradu. Tokom profesionalne karijere je bio na različitim pozicijama, od istraživača, projekt-menadžera u Javnom servisu RTS, menadžera u tehničkoj podršci (EMEA Technical Support Manager) u Londonu i menadžera za razvoj poslovanja u kompaniji Telegroup.

20

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009


Péter Vári

Digital Switchover 1. Introduction Digital switchover does not seem to be an easy task. The digitalization of television and radio broadcasting is a complicated process with far-reaching economic and social consequences, equally affecting inhabitants, services and governmental sectors, because: • it targets all households, • it expands audio-visual service selection, • it may promote the use of information society services • it creates a significant need for service provider (transmitters, network) and consumer (decoders, digital receivers) investments • it may result in rearrangement of analogue market positions and revenue processes in the communications and media sector • it speeds up institutional and regulatory convergence processes. The basic task is the switch-off of analogue terrestrial television broadcasting. From the state’s point of view, the viewers of analogue terrestrial television networks will necessarily have to give up this reception mode. The frequency owner is the state, therefore the state has a very important role during this process. The past period has given TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009

21


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

newer tasks to the state, such as mobile television broadcasting. There are various technologies that can be used to provide mobile television service to the subscribers. The main question is which technology will be supported or accepted by a particular country. As for the European Union countries, the common market required a uniform solution based on harmonized frequencies and DVB-H was as a winner technology. Another new task is the digital dividend. The European Union stimulates the authorities and the market players into more efficient use of the frequency spectrum, meaning that the frequencies originating from the digital switchover should opened up for new services in the future. This affects the frequencies above the channel 61 in the UHF band. It is not easy to meet both the external and internal requirements set by the state. The main internal requirements derive from international obligations set by the ITU and the EU or from the coordination with the neighboring countries. The external requirements come from the fact that the state is the frequency owner, while, at the same time, it controls the affected markets by means of authority and partcipates in the market through public broadcasters. The countries encounter similar problems and questions, but solutions will be different. This promts the question of whether it is necessary to make a strategy before the switchover, and if yes, what kind of strategy? Should it insist on terrestrial broadcasting or allow for technical neutrality? The problem regarding the digital switchover 22

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009

is complex because it concerns two fields: the electronic communications and audiovisual market. It is more than a communication task or a technology change, the viewers want more content and better quality compared with the former analogue era. People do not want to buy boxes, they want audiovisual experiences. It is very important to get to know and analyze the market of analogue television in the given country. Depending on the result of the analysis, the state can define its position. In countries where the analogue terrestrial television platform is very strong, the state has an easy task in finding the solution(nationwide campaign or a subsidy system, for example). The countries which belong to this group are: Italy, Spain and France. Also, in the countries where the analogue terrestrial reception mode is negligible, the task of finding the solution is easier for the state (few affected people, “personal” campaigns and subsidy). Countries which belong to this other group are: Belgium, Netherlands, Switzerland. In the countries where the terrestrial reception mode is considerable, but the public broadcasters, i.e. the state, do not have the major market share, the task is more difficult. The strategy envisaging the withdrawal of the market players, may provide a solution in this case. If the state does not wish to undertake a greater role, the market players shape the market in an organic way except in case of the terrestrial platform. The cable television operators launch digital services at a saunter, while the Direct to Home (DTH) satellite operators rapidly gain ground. The

switchover process is based on market drive, except in case of the terrestrial platform. The aim of the strategy is to define the desirable development in these markets. Frequency is a scarce resource as we know, but the value of the frequency depends on the circumstances. Based on the aforesaid process, the cable television and DTH service providers increase their market share, and the value of the frequency for terrestrial broadcasting becomes smaller year by year. The later the states launch digitalization, the lower the value of the frequencies will be for them. The social usefulness of the terrestrial digitalization is questionable in view of the loss of state assets. I believe that it is necessary to create a national strategy for the digital switchover in which the state works together with the market players. The Strategy has to be transparent for all market players. The first step after the market analysis is to determine what could be the main priorities of the Strategy? The priority could be strengthening of the media pluralism or efficient management of limited resources. The second step is to define the specific objectives for each priority. The third step is to create the indicators for each objective. The indicators could be the percentage of DTTV households or the number of MPEG 4 STB’s. Adequate instruments will help us achieve the objectives. The main categories of the instruments are public policy, regulatory tools and forms of subsidy. The number of priorities, objectives and indicators depends only on the authors of the Strategy, whereby it should be kept in mind that “He who grasps much, holds little.”


digital Switchover

Having answered the basic questions, the Strategy needs to give an answer to the following questions as well. Which method will help us achieve our goals: with or without the application to operate the DTT network?)? What will the object of application be: multiplex, transmission or both? How many multiplexes will there be in the tender(s)? Is the objective to have competition in the particular platform? Will there be real competition? Which model fits the Strategy best (strong multiplex, week multiplex or mixed)? Should a specific business model be defined? Should legislation be modified or not? Finally, the Strategy needs to define timetable in terms of deadline and rules for the ASO.

views all market segments, including the terrestrial, cable, satellite, IPTV and other solutions, and covers both radio and television markets. The Strategy basically deals with communications, but it also predicts that the success of the digital switchover without a new media concept is impossible. What is interesting is that the value chain was made on the basis of the Strategy (Program provision – Broadcasting – End user).

After finding the best and suitable solution, the DTTV service can be launched. The state has very important tasks, prior to the ASO of course. The state and regulators must work together with the market players and control the process for the success of the digital switchover. Furthermore, while the operator is building the digital network, analogue terrestrial broadcasting should remain at the same quality level, for as long as possible during the simulcast.

The most prominent EU initiative regarding digital switchover concerns the Commission’s wish to coordinate the switch-off of analogue terrestrial television broadcasting at the community level, in order to validate community level spectrum management aspects: the latest date on which member states are allowed to switch off analogue broadcasting services is De-

The main points and statements: It is necessary to switch off the analogue terrestrial TV broadcast network till 2012, and digital television service will be available for everybody. The platform is technologically neutral.

cember 31, 2011. Considering the fact that majority of the neighboring countries intend to adhere to this deadline, adopting a later target date would give rise to diplomatic difficulties for Hungary from the frequency coordination point of view, as surrounding countries would be unable to fulfill their objectives without Hungary’s switching off analogue terrestrial services. As a result of the RRC-06 meeting, the set of frequencies necessary for launching digital transmission will only be available after digital switchover has been fully accomplished (after 2012). Until this is achieved, the frequencies negotiated with the neighboring countries currently offer three terrestrial digital television networks in the switchover period until 2012.

2.1.1. Licensing /authorization schemes The Strategy and the law define the rules for the implementation and operation of the digital television network. Basically, the tender was a beauty contest, but the tender documentation set out some rules on the way in which the digital switchover should be car-

The next chapters present two countries, two solutions and possible answers to the above questions, along with their background.

2. hUNGARy - MARCh 2009 2.1. Policy and regulatory aspects The Prime Minister’s Office prepared the Digital Switchover Strategy, which was accepted by the Government decision in March 2007. The Strategy re-

Figure 1. Policies

Source: Prime Minister’s Office website

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

23


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

ried out by the winner. The main goals and rules were as follows: 1. The following market players were not allowed to apply: main cable TV or DTH operators who have more than 300,000 subscribers, and commercial and public broadcasters. 2. If the present analogue broadcaster provider applied for this position they had to establish a new company. 3. Five of eight multiplexes were open to tender (because the legislators considered the digital dividend). 4. The tender intended to encourage the applicants to choose state-ofthe-art technology (MPEG-4 for example) with extra points in the tender process. 5. It also inspired the applicants to operate DVB-H service on one of the five multiplexes from the beginning (the frequencies on the second multiplex are suitable for DVB-H service). 6. Extra points were awarded if the applicant guaranteed that new commercial broadcasters would be available on the first multiplex. 7. The present commercial broadcaster using the nationwide analogue terrestrial network was entitled to join digital broadcasting provided they accepted that their analogue license be terminated before the deadline (2012). They could choose between two options: they could keep their analogue license and not be available on the digital multiplexes, or they give up their analogue license before the deadline and have the right to use the digital multiplex without any tendering. 8. The public broadcasters are under the rules of must carry. They have a basic right to be on the multiplex without any tendering. 24

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

9. The authority defined the minimum criteria for coverage and roll out. The applicants could offer quicker implementation and higher coverage. 10. Extra points were also provided for interactive services and campaigns. The campaigns included provision of the designated webpage, distribution of leaflets and advertisement. 11. The criteria were that the winner should operate a helpdesk and showroom. 12. The winner should subsidize the set top boxes for those with a low standard of living.

(E-AC3) standard was offered by the winner and the service based on it was launched in December 2008.

2.1.3. Broadcasting network structure (multiplex ownership, transmission network) The present analogue situation is shown in Figure 2. and the present digital situation is shown in Figure 3.

DTTV is based on DVB-T and Mobile TV is based on DVB-H standards.

A former analogue broadcast provider won the right to operate five digital multiplexes (A,B,C,D,E), and this company (Antenna Hungária Zrt.) established a new company in compliance with the rules. The new company is 100 % owned by Antenna Hungária Zrt. The real service provider is Antenna Hungária Zrt, but it is easier for the authorities to monitor this market field (two companies means separate accounting for the analogue and digital license).

The MPEG-4 (AVC/H.264) Audio Musicam and/or Dolby Digital Plus

The multiplex provider is based on a strong multiplex model, in the same

These criteria provided grounds for strengthening the competition in the electronic communications and audiovisual media.

2.1.2. Applicable standards

Figure 2. Analogue network structure

Figure 3. Digital network structure


digital Switchover

Table 1. Broadcasters

Name of broadcasters

Coverage

Type

Channels (Terrestrial)

Remarks

Coverage Population %

MTv

Nationwide

Public

M1 M2 (satellite)

M1 (part time regional)

97 %

M-RTL

Nationwide

Commercial

RTL

86 %

MTM-SBS

Nationwide

Commercial

Tv2

86 %

visual media and electronic communications field as they have strong competitors (cable TV and DTH providers). License expiry date for analogue commercial broadcasters is June 2012.

2.1.4. Strategies and process of transition to dTTv

Figure 4. DVB-T timeline for Hungary

way as cable television or DTH service providers. The multiplexes operator could define the content which will be available for the viewers (with the obligation of broadcasting the public broadcaster the multiplex, as well as two commercial broadcasters with the right to be on the multiplex, as stipulated by legislation). The multiplex

service provider (who is the broadcast provider in Hungary) has the opportunity to choose attractive contents for the multiplexes, which could be FTA or Pay TV channels. On the other hand, the opportunity means responsibility. It is necessary for the multiplex provider to find the best business model, which means they have to analyze the audio-

Table 2. Platform market share (Hungary)

Platform

Market player(s)

Market share (%)

Terrestrial (analogue)

Antenna hungária Zrt

28

Terrestrial (digital)

Antenna hungária Zrt

Cannot be measured

Cable (analogue)

UPC, T-kábel, fibernet, digi Tv

59.5

Cable (digital)

UPC, T-kábel

Cannot be measured

Satellite (dTh)

UPC, T-kábel, digi Tv

12.5

IPTv

T-kábel

Cannot be measured

At the moment, there are three available multiplexes for the simulcast period. Basically, pay TV will not be available on the first multiplexes due to the scant capacity of the HD service. It will only be available after the launch of the fourth multiplex. However, two news channels are available as pay TV channels from the beginning. Timeline for introduction of DVB-T is shown in Figure 4.

2.1.5. Costs and benefits analysis related issues The cable television service is a popular reception mode in Hungary, but the market share of the terrestrial is nevertheless roughly constant. It should be mentioned that market share of DTH service is bound to increase in the next years due to the new DTH market player. Not too many programmes are available free of charge, due to the legislation. The outmoded Media Act does not allow the nationwide commercial broadcasters - using the analogue terrestrial network - to launch the second or more channels. Other broadcasters do not have the opportunity to become nationwide FTA TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

25


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

broadcasters because their market share is small. Cable television providers offer their services mainly in the big cities, in DVB-C standard, and IPTV appeared in the market, but their share is negligible.

3. Poland - March 2009 3.1. Policy and regulatory aspects The Ministry of Infrastructure published the Strategy for Switchover from Analogue to Digital Broadcasting of Television Programmes in 2005. The Strategy made allowances for all circumstances at that time and specified the best proposal. After the RRC06, the Strategy was not renewed and accepted by the government until now!

3.1.1. Licensing /authorization schemes Holders of broadcasting licenses and frequency reservations (spectrum rights) are entitled to transmit and retransmit radio and television programme services in Poland.

The same problem, as in Poland, exists in other countries - the validity of the present analogue broadcasters’ licenses is beyond the deadline for the analogue switch off. The challenge for the digital television is to become attractive and offer new content and new services at the same time.

Broadcasting license which is required for programme service transmission is awarded by the Chairman of the National Broadcasting Council in agreement with the President of the Office of Electronic Communications (UKE). The broadcasting license specifies in particular:

Regulatory priorities are: to ensure media pluralism and multi-pluralism, protection of the national culture and language, to increase access for the public to regional or local content, and extension of the broadcasting services.

1. identity of the broadcaster and his place, 2. business activity covered by the broadcasting license, 3. programme service transmitting method (terrestrial diffusion, satellite distribution and cable system) 4. transmission conditions of the programme service/channel (in particular the frequency, as well as the power and location of transmitters intended for emission of the programme service).

The Ministry and Office of Electronic Communications want to support the future-proof solution, they would like to HDTV and interactive services to be available from the beginning. Nonetheless, HD content might not initially be on the second multiplex. MPEG 4 AVC will be the coding system, due to the circumstances (a lot of analogue channels will have to be moved to the DVB-T platform). 26

The first step seems to be difficult, since all existing analogue terrestrial broadcasters, both commercial and public, have to be placed on one multiplex. One potential problem is the capacity of the multiplex, and the authorities have to solve that. Another problem to be addressed is who will operate this multiplex. In Poland, the broadcasters established the Polish Television Operator to operate this multiplex. The Polish Television Operator will have to choose a transmitter provider.

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009

Frequency reservation, which is required for terrestrial transmission of programme service (both commercial and public broadcasters), is granted by the President of the Office of Electronic Communica-

tions in agreement with chairman of the National Broadcasting Council. In addition to the frequency license, it is required to use a transmitter by broadcasters or transmission network owners. The frequency license is issued by the president of the Office of Electronic Communications. Registration is required for programme services which are retransmitted in cable networks. This requirement does not apply to the retransmission of the national public radio and television services and other programme services of domestic broadcasters receivable within the coverage area by means of receivers used by general public. The Chairman of the National Council is the registering authority. Receiving the right to operate the DVBT and DVB-H will be different in the upcoming years. First of all, it has to be made possible for all existing analogue TV programmes to be on the DVB-T. The launch of the first one is planned for this year. The current analogue license will be converted to digital by modification and sometimes issuing new license. The second one will be available as of next year and the right will be granted through a beauty contest. At the moment it has not been defined what content will be available and in which format. The transition period multiplex structures are given in Tables 3. and 4 All remaining multiplexes will be available after the analogue switch-off: • Multiplex 1(UHF) will belong to the existing commercial broadcasters (FTA) • Multiplexes 2,3,4 (UHF) will belong to the commercial broadcasters


digital Switchover

Table 3. Multiplex 1 (UHF)

Public broadcaster TvP1

TvP2

Commercial broadcasters TvP3

POLSAT

TvN

Tv4

PULS

Table 4. Multiplex 2 (UHF)

Public broadcaster 7 Sd

or

Commercial broadcasters 4 Sd

+

1 hd

disadvantage of this solution is the price of the set top box, yet it decreases year by year. On the other hand, it will support the initiation of the high resolution High Definition Television (HDTV) after the analogue switch-off. The trial, which was launched at Rzeószv, is based on the MPEG-2 standard.

channels

3.1.3. Broadcasting network structure (ownership of multiplex, transmission network) The Broadcasting Act, which was accepted at the end of 1992, determinates the rules for television services. The present situation is given in Figure 5. The main broadcaster is TP Emitel. The main owner is France Telecom. Dates of the ending license for analogue broadcaster are in 2014, 2015 and 2016.

Figure 5. Network structure

• • •

(FTA, partly Pay TV) Multiplex 5 (UHF) will belong to the public broadcaster (FTA) Multiplex 6 (UHF) will belong to the DVB-H network Multiplex 7 (UHF) is for the digital dividend

3.1.2. Applicable standards DTT is based on DVB-T standards. DVB-T2 standard, published last year,

enables 30 to 50 percent bitrate increase, as compared to the first generation standards. Between 2012 and 2020, when new multiplexes become available, DVB-T2 can be introduced. Mobile TV will be based on DVB-H standards. The MPEG-4 (AVC/H.264) Audio Musicam and/or Dolby Digital Plus (E-AC3) standard may facilitate the fast switchover, considering the circumstances. The

3.1.4. Strategies and process of transition to dTTv Timeline for introduction of DVB-T: At the moment there are two available multiplexes for the simulcast period. 7 SD programs are planned to be in the first multiplex, and the second MUX is used both for SD or HD services during the transition period. Pay TV will not be available on the first multiplex-

Table 5. Broadcasters

Name of broadcasters

Coverage

Type

Channels (Terrestrial)

Remarks

Coverage Population %

Coverage Area %

TvP

National

Public

TvP1, TvP2, TvP3

TvP 3 is a regional channel

TvP1 97.6% TvP2 97.6 % TvP3 72.1 %

TvP1 95.8 % TvP2 93.8 % TvP3 55.3 %

Polsat

National

Commercial

Polsat

81.1 %

64.6 %

TvN

Local, subregional

Commercial

TvN

43.1 %

18.5 %

Tv4

Local, subregional

Commercial

Tv4

25.1 %

11.9 %

Puls

Local, subregional

Commercial

Puls

24.8 %

11.8 %

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

27


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

Table 6. Broadcast provider

Name of broadcast provider

Main owners

Infrastructure

Transition to dTTv

TP Emitel

100% Telekomunikacja Polska S.A. (france Telecom)

The company has the largest infrastructure (based on Stockholm 1961 plan)

dvB-T trial from 2001 together with TvP S.A, TvN, Polsat)

PSN

100 % Tdf

Info-Tv-fM

few own station

RSTv

es due to the scant capacity of the HD service. It will only be available from the launch of the third multiplex (data from the middle of 2008). The first multiplex will be available for the present analogue broadcasters at the end of this year, without any call for tender or auction. It is necessary to reach some kind of agreement with the present broadcasters, so that they support the digitalization and become key players while their analogue licenses remain valid.

Figure 6. DVB-T timeline for Poland

3.1.5. Costs and benefits analysis related issues

Table 7. Platform market share (Poland)

Platform

Market player(s)

Market share (%)

Terrestrial (analogue)

TP Emitel, PSN, Info-Tv-fM, RSTv

30.7

Terrestrial (digital) Cable (analogue)

Cannot be measured (trial) UPC, Aster, Multimedia Polska, Netia TP

Cable (digital)

30.7 Cannot be measured

Satellite (dTh)

Cyfra +, Cyfrowy Polsat

38.9

IPTv

Telekomunikacja Polska

0.5

Analogue terrestrial broadcasting is a popular reception mode in Poland, but the market share of DTH increases each year. Relatively many programmes are available, thanks to the broadcasters and they can be reached free of charge (FTA). The cable television providers offer their services in DVB-C standard mainly in the big cities, and IPTV appeared on the market, but their share is negligible.

Author Péter Vári received his technical diploma degree in telecommunications from the Technical University of Budapest in 1994, after that he graduated from the Economic University of Budapest in 2001 and the University of Eötvös Lóránd, (Faculty of Laws) in 2003. He is a PhD student at the University of Pécs, his specialization is digital television. Mr Vári currently holds the position of digital switchover project manager, at Antenna Hungária. Previously, he worked as Senior Government Advisor at Prime Minister’s Office. He was responsible for the Project on Digital Switchover (National Strategy on Digital Switchover, Act on Digital Switchover, other regulatory implications). He participated in the Project on National Audiovisual Media Strategy (National Strategy on Audiovisual Media), drafting a new proposal on the Hungarian Media Act.

28

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009


Andreas Aurelius Christina Lagerstedt Maria Kihl Marcell PerĂŠnyi IĂąigo Sedano Felipe Mata Marcos

A Traffic analysis in the TRAMMS project Abstract Internet usage is evolving, from the traditional WWW usage (i.e. downloading web pages), to triple-play usage where households may have all their communication services (telephony, data, TV) through their broadband access connection. The challenge is to design IP access networks so that they can deliver services with strict QoS demands such as IPTV while the same time having capacity for (from the operator's perspective) unwanted traffic, for example file sharing, demanded by the users. One important part in meeting this research challenge is to identify and monitor Internet usage. Traffic modelling is tightly coupled both to traffic measurements and to engineering and techno economics. The focus of the measurements in this paper lies on analyzing parameters of interest for network management decisions, i.e. traffic volume, application usage, locality of content and popularity of content. For locality analysis, the geographical end points of data flows are studied. For content popularity analysis, YouTube videos are analyzed looking at the number of parallel sessions and content popularity distributions. Independent of the type of model, traffic measurements are the common denominator that provide input for the model parameters. In this paper, detailed traffic measurements performed as a part of the Celtic TRAMMS project are presented. TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009

29


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

1. Introduction The Internet, as we know it today, is a network of networks that has continuously evolved over the years as an effect of rapid innovation and development. This innovation and development is driven by various actors with differing agendas. These agendas can be commercial, political, social, developmental, etc., and with the support of a rapid technology development, new services and new ways of communicating emerge. Due to the complexity in the driving forces and the complexity in the underlying technologies that make up the backbone of the Internet, it is increasingly important to monitor and analyze the traffic in the networks and to stay up to date with trends and paradigm shifts. The main goal of the TRAMMS project is to provide data and analysis for the above mentioned purposes. In short, the project measures and analyzes IP traffic in access networks. The analysis strives to address issues like: • user behavior, • user characterization, • trend analysis, • bottleneck analysis.

2. About TRAMMS The TRAMMS project is a part of the Celtic framework, a EUREKA cluster focusing on telecommunications. The project (Traffic Measurements and Models in Multi-Service Networks) [1] is a three year project with partners from Sweden, Spain and Hungary: • Acreo AB, Sweden • BUTE: Budapest University of 30

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009

Technology & Economics, Hungary • Ericsson AB, Sweden • Euskaltel, Spain • GCM Communications, Spain • Lund University, Sweden • Procera networks, Sweden • Fundación Robotiker, Spain • Telefónica I+D, Spain • Telnet-RI, Spain • Universidad Autónoma de Madrid, Spain The main objective of TRAMMS is to model traffic in multi-service IP networks, and to use the models as input for capacity planning of tomorrow's networks. The models will be built upon data acquired by advanced traffic measurements at application level with deep packet/deep flow inspection in different parts of Europe, combined with bottleneck analysis and interdomain routing analysis. Parameters such as applications used, trends in application usage, penetration of applications, peak hours, peak rates, traffic volume, uplink/downlink ratios, network traffic locality, service specific user behavior are analyzed at different time scales, and typical user types are defined. The influence on user behavior from different first mile technologies is studied as well as the difference in user behavior between different regions in Europe.

3. Traffic measurements A large focus of the project and a particular strength is the direct access to measurements in live networks. In the commercial networks, the measurement equipment is installed near the end-users in order to ensure a high level

of detail for the analysis. Traffic measurements in the following fixed metro/ access and wireless access networks are performed within the project: • Swedish municipal network 1: an open fibre based network with FTTH and DSL customers. The FTTH customers represent many social and ethnic groups, while the DSL customers constitute a more homogeneous group of Swedish middle class living in single family houses. • Swedish municipal network 2: a FTTH network with IPTV users. Measurements from this network were used for studying IPTV user behavior. • Spanish commercial network: a network containing both fixed and wireless access networks. The wireline part consists of a fibre network to the cabinet (FTTC) and the last mile consists of Cable Modem Termination System (CMTS) and ADSL. The wireless access is a combined GPRS and UMTS system. university network • Spanish RedIRIS: a network that interconnects and allows Internet access to more than 300 institutions with 2.7 million users. The network is SDHbased with link speeds from 2.5 Gbps up to 10 Gbps. The measurements in the residential networks have been performed using PacketLogic [2], a commercial realtime hardware/software solution used mainly for traffic surveillance, traffic shaping or as a firewall. Traffic is identified based on packet content and flow behavior using deep packet inspection and deep flow inspection. PL uses the self-developed Datastream Recognition Definition Language (DRDL) [3] to


A Traffic Analysis in the TRAMMS Project

identify different application protocols. The PL can identify more than 1000 application protocols. The measurements in the RedIRIS network have been performed with Cisco NetFlow [4]. NetFlow is a proprietary network protocol developed by Cisco Systems to run on their routers which is implemented by other vendors as well. This protocol is used to monitor the traffic that traverses a router and to keep statistics of the performance by sampling some of the packets. Cisco defines a flow as a unidirectional sequence of packets sharing all the following 7 values, commonly referred as 7-tuple: Source and Destination IP addresses, IP protocol, Source and Destination ports (when the IP protocol is TCP or UDP), Ingress interface and IP Type of Service.

4. TRAffIC ANALySIS The results in this paper are taken from the TRAMMS public deliverable D3.2 [5], available at [1] on request.

maximum traffic at 5 a.m.) and from 1 p.m. to 9 p.m. it decreases while it increases in the other networks. The main conclusion is that the shape of the daily traffic patterns depends on the subscriber type of the network such as residential, enterprise or academic. There is also a common daily traffic pattern for the networks that have mainly residential users which is the same for both the Swedish and the Spanish residential networks.

These application groups are seen to have the largest traffic volumes.

4.2. Comparison of application usage in different networks and technologies

Concerning uplink traffic, P2P file sharing is responsible for more than 97% of the considered traffic in fixed networks regardless of the technology (FTTH, DSL and CMTS). In the case of the downlink traffic in the fixed networks (FTTH, DSL and CMTS), the P2P file sharing generates an important amount of traffic depending on the technology (from 66% to 88%). Approximately 60% of the rest of the traffic corresponds to web browsing and 40% to multimedia streaming.

A comparison of application usage in different networks was performed in order to see differences between user groups and countries. This comparison uses data from the Swedish municipal network 1 and the Spanish commercial networks. In order to avoid differences in the amount of unrecognized traffic between the networks, only the traffic from the following application groups has been considered: web browsing, P2P file sharing and multimedia streaming.

Regarding the mobile network (GGSN), the amount of web browsing traffic is five times higher than the multimedia streaming. Compared to the fixed networks, the P2P file sharing traffic in the mobile network is lower in uplink (77% of the considered traffic) and much lower in downlink (27% of the considered traffic). In downlink, the mobile network traffic belongs mainly to web browsing (61% of the traffic).

4.1. daily profiles An overview of the normalized average daily profiles in the networks is shown in Figure 1. The figure shows that the Spanish fixed network and the Swedish network, despite using different access technologies (CMTS, DSL, FTTH), have similar daily traffic patterns in the downlink direction. The same similarity is seen for the uplink traffic as well. However, the RedIRIS academic network shows a very different daily downlink traďŹƒc pattern. The amount of downlink traffic is less constant in the RedIRIS network than in the other networks (10% of the

Figure 1. Normalized daily downlink traďŹƒc pattern for different networks and normalized average daily downlink traffic pattern

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

31


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

Table 1. Volume share of application groups in different networks

Swedish municipal network Application group

fTTh In

Spanish commercial network

dSL Out

In

Cable Out

In

Mobile Out

In

Out

web browsing

7.1

0.4

20.6

2.6

12.1

1.9

60.5

20.7

P2P file sharing

88.3

99.4

66.0

96.7

80.8

97.0

26.6

76.5

Multimedia streaming

4.7

0.2

13.4

0.6

7.0

1.2

13.0

2.8

4.3. Content locality Analyzing the geographical locality of end-to-end flows is increasingly important in order to understand the trends in Internet application usage. This knowl-

edge is also important for e.g. network performance management and optimization. For operators, traffic exchange has a direct impact on their business, making this kind of analysis a crucial

Figure 2. Percentages of traffic sent and received by each country (Spain and the US are not included in the figure)

32

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

part of the business intelligence for network management. In this paper, network traffic locality measurements in the RedIRIS network are presented. Traffic sent to and from six universities within the RedIRIS network was collected using NetFlow [4] and analyzed to find the traffic source or destination IP address. The IP addresses were mapped with their related countries using MaxMind [6], a public database giving the geographic localization of IP addresses with an accuracy of 99.5%. The analysis was done both for incoming traffic, i.e. traffic from the Internet to RedIRIS entities, and outgoing traffic, i.e. the traffic from the RedIRIS universities to the Internet, as well as for the total traffic in both directions. Results concerning the total traffic are shown in Figure 2. Spain and the United States have been excluded as they dominate the graph. The results for incoming and outgoing traffic are quite similar to the result for the total traffic. More details can be found in the TRAMMS public deliverable D3.2 [5]. In this study, the majority of packets, around 40%, are sent and received within Spain. This is not unexpected since all of the studied traffic comes from Spanish users and they naturally connect mainly to Spanish sites or to sites with content in Spanish. The United States comes in second place with 20% of the sent and received packets. As the United States is a leading nation in research and IT, this is of course expected. Moreover, the majority of the most visited web pages are hosted in the United States. In the third place we find some of the most


A Traffic Analysis in the TRAMMS Project

Since the measurements do not reveal the applications used, we can not analyze the application mix in these two cases, but it is likely that in the former case (US) the traffic is dominated by streaming traffic and downloads, while in the later case there is a larger share of instant communication which gives rise to smaller packets.

4.4. youTube content popularity analysis

Figure 3. Traffic in the incoming direction (Spain and the US are excluded from the figure)

important countries of the European Community, such as the United Kingdom, Germany, France, to mention a few, see top graph in Figure 2. They account for between 2.5 and 6% of the total amount of packets per country. In the fourth position we encounter Latin American countries such as Argentina, Chile, etc., accounting for between 0.5 and 1.5% of the total share. In these countries the main spoken language is Spanish, so it is common to get redirected to a Web page in Latin America when browsing. Also, there are a lot of people from those countries involved in research in Spain thanks to travel grants or other arrangements. Finally, we find that there is traffic going to or from nearly all countries although their percentages of the total are very small (less than 10-3 % of the traffic). However, their combined traffic accounts for nearly 5% of the total amount.

We have also studied two more metrics, namely flows and bytes counts. The results are very similar to those presented for the packet count, see second and third graphs of Figure 2. There is, however, one difference that can be seen for the incoming traffic when counting the packets and the bytes. Although more packets were received from Spain than from the United States, the number of bytes received from the United States was greater than that received from Spain which is shown in Figure 3. This is a common phenomenon on the Internet, known as "the elephants and mice phenomenon" [7], where a small percentage of the flows (about 10%) account for a high percentage of the traffic (80%). The most likely explanation is that the type of traffic to and from the US differs from that to and from Spain.

One important network design parameter is the usage of caching of popular content. This may help eliminate bottlenecks and reduce traffic in links with limited capacity. There is also an important business aspect here in that traffic exchange may be costly for operators, and it may be in the operator's interest to keep the volume of exchanged traffic down. The aim of the YouTube content popularity analysis is to investigate popularity distributions for a widespread and popular video sharing network. The purpose of the analysis is to be able to draw conclusions on caching gain, built on real user statistics. The results so far are preliminary, and the final conclusions on caching gain can not be drawn from these initial measurements, but they are very promising and they provide a detailed picture of user activity, user behavior, traffic intensity and content popularity. Naturally, the focus is not on the content of the video itself but on determining properties such as intensity, popularity distribution, content lifetime, etc, of a collection of videos. Preliminary results from this study are shown below. To achieve the measurements, a firewall rule was set up using the PackTELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

33


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

Figure 4. Number of viewed YouTube videos per hour (Swedish network measurement (DSL) from 2008-11-17 to 2008-12-02)

Figure 5. Weekly distribution of viewed YouTube videos per day (Swedish network measurement (DSL) from 2008-11-17 16:31 to 2008-12-01 16:34)

etLogic measurement equipment filtering out all HTTP GET requests containing the following query string: http://www.youtube.com/watch?v= The equation sign is followed by the 11 character long YouTube content ID, which is the subject of the investigation. The content ID is used to get statistics of the video usage. For integrity reasons, video content and individual usage is not analyzed. The PacketLogic logged and dumped all IP packets containing the given pattern. By processing the trace, it is possible to extract the content IDs and time stamps when 34

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

the videos were viewed. The latter is determined by the packet arrival time. The packet dump is anonymized and processed to obtain a text file containing only the content IDs and times. This text file is later loaded into a database system for further analysis.

Figure 5. as well). In Figure 5. the final day of the measurement is cut so that it contains samples of exactly two weeks; this way no distortion is introduced in the sampling. The same technique is applied to calculate the daily distribution (see Figure 6. below) of access times.

Figure 4. shows the number of viewed videos per hour throughout the 16 day long measurement, which is an estimation of the user activity (and the traffic intensity as well). The user activity seems more intense on weekdays and lower on the weekend (confirmed by

Figure 6. shows the daily distribution of the videos; apparently, user activity is higher in the afternoon and evening hours. The busy hours start at around 4 PM, which is the typical time when people return home from work. The peak hours can be observed around 6-7 PM


A Traffic Analysis in the TRAMMS Project

Figure 6. Daily distribution of viewed YouTube videos per hour (Swedish network measurement (DSL) from 2008-11-17 to 2008-12-02)

Figure 7. Ranking of YouTube videos according to popularity, Swedish network measurement (DSL) from 2008-11-17 to 2008-12-02

which is consistent with the daily traffic pattern as shown above in Figure 1.

5. CONCLUSIONS ANd OUTLOOK

Finally, Figure 7. shows the popularity distribution of the YouTube videos. The videos were ranked according to the number of times they had been watched. The figure shows the popularity distribution on a linear-logarithmic scale. It suggests an exponential-like decrease in popularity. Consequently, the popularity of the content is definitely not even; a limited number of videos are extremely popular, while others are watched rarely.

In conclusion, results from the TRAMMS project have been presented. It is seen that there is a common daily traffic pattern for both Swedish and Spanish residential users. The traffic pattern is, however, found to vary between residential and non-residential users. P2P file sharing applications dominate the traffic volumes in the fixed networks followed by web browsing and multimedia streaming. In the mobile networks the volume of the file sharing

traffic is smaller than in the fixed networks especially in the downlink direction mainly in favor of web browsing. The content locality analysis performed for the Spanish RedIRIS academic network shows that most of the traffic is sent to and from Spain followed by USA and Europe, the exception being that more packets were received from Spain than from the United States, although the number of bytes received from the United States was greater than that received from Spain. Concerning the YouTube content analysis, it is found that the peak hour is TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

35


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

consistent with the general daily traffic pattern. Also, the video content popularity is uneven with a few video clips that are very popular, while the rest are seldom watched. TRAMMS is an ongoing project and measurement data is being collected continuously. The analysis of these measure-

ments will, of course, go on and be deepened to gain more specific knowledge concerning content and user behavior. The content locality studies and YouTube analysis previously described are preliminary and will be further explored within the project. In the future, the aim is to include more of end user behavior and user quality of experience.

Acknowledgements The authors would like to acknowledge the Swedish Agency for Innovation Systems, VINNOVA, for funding the Swedish part of the TRAMMS project, and the Spanish Ministry of Industry, Tourism and Trade for funding the Spanish part of the project. Maria Kihl is financed in the VINNMER programme at VINNOVA. Moreover, parts of this work were performed within the VINNOVA project Broadband Behaviour. UAM would also like to acknowledge the support of the DIOR project that provided the RedIRIS measurements.

References [1] Traffic measurements and models in multi-service networks, http://projects.celtic-initiative.org/tramms/ [2] Procera networks.http://www.proceranetworks.com [3] Packetlogic drdl signatures and properties 10340 (beta), tech. rep., 2007. [4] Cisco netflow. http://www.cisco.com/go/netflow [5] Deliverable d3.2 - traffic models, tech. rep., 2009. [6] http://www.maxmind.com/app/geolitecountry [7] K.Papagiannaki, N. Taft, S. Bhattacharyya, P. Thiran, K. Salamatian, and C. Diot: “A pragmatic definition of elephants in internet backbone traffic”, ACM SIGCOMM Internet Measurement Workshop, Marseilles, France, November, 2002.

Authors Andreas Aurelius received his MSc degree in Engineering Physics in 2000, from studies at Chalmers University of Technology in Gothenburg and the Optical Sciences Center at Australian National University, Canberra. Andreas joined the Optical Networks Research lab at Ericsson Telecom in 2000. Here, he pursued research on high-speed optical transmission systems, including experiments, modelling and simulations. In 2002 he joined Acreo AB, working with research on high-speed optical communication. He has been involved in several national and European research projects focused on access networks. In 2005 he initiated the traffic measurements activities at Acreo, and he is now the project coordinator of the Celtic project TRAMMS (Traffic Measurements and Models in MultiService Networks). His main research interests are IP traffic modelling and measurements in access networks. Christina Lagerstedt was born in 1974. She performed her undergraduate studies at the University of Stockholm from which she received her master's degree in physics in 2002, majoring in particle physics and at Mälardalen University from which she received a bachelor's degree in fine arts in chamber music in 2000. In 2003 she joined the Department of Nuclear and Reactor Physics at the Royal Institute of Technology as a graduate student where her research concerned computer simulation of radiation damage in reactor materials. She received her Ph. lic. degree in 2007 after which she joined Acreo AB. At Acreo AB she has performed research in the field of traffic measurements and modelling. Her main interests are traffic measurement and end user behavior analysis. Maria Kihl received her M.Sc. in Computer Science and Engineering at Lund University, Sweden, in 1993. In 1999 she received her Ph.D. in Communication Systems from the same university. Since 2004, she has been an Associate Professor. During 2005-2006 she was a visiting researcher at NC State University. Her main research area is the performance of distributed telecommunication applications. She has worked on service oriented architectures, web server systems, vehicular networks, and she is currently working on multimedia applications in IP-access networks. Marcell Perényi received his M.Sc. degree in Computer Science from the Budapest University of Technology and Economics (BUTE), Hungary, in 2005. He is currently a Ph.D. candidate at the Department of Telecommunication and Media Informatics. He has participated in several research projects supported by the EU and the Hungarian government. He is a member of IEEE and the secretary of the HTE Education Committee. His research interests include simulation, algorithmic optimization and planning of optical networks, as well as measurement, identification, analysis and modelling of traffic of IP networks, especially P2P, VoIP and other multimedia applications. He has experience in planning and maintaining database systems, web services and Microsoft infrastructures.

36

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009


A Traffic Analysis in the TRAMMS Project

Iñigo Sedano received his M.Sc in telecommunications engineering from University of Deusto, Bilbao, in 2005. Between 2005 and 2006 he worked as a researcher in the Mobility Research Lab group (MoreLab) at Tecnológico Fundación Deusto - University of Deusto. In September 2007 he was awarded a master’s degree in Information Technologies and Communications in Mobile Networks by the University of the Basque Country. Since 2006 he has worked as a researcher at Robotiker-Tecnalia Technology Centre in the field of broadband networks. He has expertise in the development and configuration of network prototypes for access networks and in traffic measurement and modelling. He has participated in research and development projects related to broadband networks in European R&D projects such as PlaNetS (Eureka Medea+), BANITS2 (Eureka Celtic) and TRAMMS (Eureka Celtic). Felipe Mata Marcos completed his M.Sc. degree in Telecommunications Engineering with Honors at Universidad Autónoma de Madrid (UAM), Spain in 2007, where he was given a scholarship for his good academic performance. Nowadays he is combining his studies in Mathematics and a Master in Computer and Electrical Science in the UAM, where he is currently doing research in networking monitoring and measuring under the F.P.U. fellowship program of the Spanish Ministry since October of 2008 when he joined the Networking Research Group.

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

37


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

Dragan Bošković Faramak Vakil

CONTENT DELIVERY NETWORKS FOR VIDEO ON DEMAND AND IPTV SERVICES 1. Introduction The advances in information, computer technology and broadband connectivity have eased the way to reach desired content. TV service is not immune to these changes and watching television is today increasingly switching to an on-demand type of experience. This is especially true for the Internet TV (IPTV) services, where there is a phenomenal growth of demand for interactive TV experience, placing a high burden on the underlying solution that requires numerous precisely orchestrated technologies to deliver a quality viewing experience. It is capable of providing Video-on-Demand (VoD), live TV, private video recording (PVR) capabilities, time-shifted television (TSTV), Near VoD, Subscription VoD services, etc. This transition to the time shifted viewing patterns has also brought forth many technical challenges regarding the distribution of electronic content, such as how to send large video files, how to deal with the stream load when all users are ordering the same or different films, how to transmit the video stream to a global network over a long distance. It is where a Content Delivery Network (CDN) solution comes into the overall VoD system design in order to resolve these issues.

38

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009


Content delivery Networks for video on demand and IPTv Services

CDN is a distributed video management and delivery system integrated within the data network. It is based on a system of servers with massive storage that places copies from the content library closer to the end user so as to maximize the available bandwidth, and consequently reduces the data access times. Topology of CDN follows central-edge architecture, thus it can push the popular video content to the edge nodes, while utilizing the global load balancing and application redirection technologies to ensure the end-user can watch the requested program without delay. In this article, we are to shed additional light on the technical challenges surrounding distribution of electronic content, namely designing Video-onDemand Systems, scaling Content Delivery Networks, and allocating databases in distributed computing systems.

2. STATE Of ThE ART Use of CDNs in context of the Internet is a well known phenomenon; it reduces the content acquisition time by strategically placing servers at the network edge [1]. The content selected according to carefully designed policies, usually based on content popularity in terms of geographies and viewing times is replicated and propagated to the edge servers. Relative to serving all the back end content, this hierarchical decentralized approach brings significant advantages in terms of access time and scalability performance. These benefits will normally come at the cost of using more servers and needing more complex management algorithms to support the content replication, updates and distribution.

There are many challenges in respect of a VoD system design, some touch the system architecture [3], [6], [8], other concern media server design [2], or video distribution [4], [5]. As mentioned earlier, in the context of CDNs, the placement of video servers is an important consideration. Alternatives include centralized video servers [7], centralized video servers with distributed video buffers [9], two- or multitier hierarchical distributed video servers [10], and fully replicated distributed video servers. P2P topologies might offer scalability and cost effectiveness for certain types of CDN applications. Chord [11-13] uses hash functions to generate identities, but organizes the servers into a ring ordered according to those identifiers, without taking into account the real servers’ locations. Each server has a routing table with the information about the next server and so, when it receives a request, it checks to see whether it has the requested content to fulfill the request. Otherwise, it forwards it through this next server, until the request reaches a destination server that has the content and can fulfill the request.

3. vOd SOLUTION 3.1. Service Architecture VoD solution integrates the enablers from the entertainment, telecommunication and computer industries and provides video services using clusters of video servers on a broadband network. Users are no longer restricted to being passive watchers. They are allowed to choose the program contents, to decide the viewing schedule, and to interact with the programs with such operations as pause, jump forward, speed-up, etc.

Thus, the video cluster must scale up, if needed, to accommodate numerous concurrent user requests to watch and to interact with different parts of the same video, or to allow each user to watch individual videos. The simplified generic architecture of a VoD system is shown in Figure 1. The business ecosystem consists of the four main players, namely, the network provider, the program provider, the service provider, and the user. The user generates requests to the service provider, who will obtain the necessary material from the program providers and deliver it to the user over the infrastructure provided by the network provider. Thus, the service provider acts as an agent able to access various types of content and aggregate it according to the user’s preferences. It is possible for the network, program, and service providers to be the same entity, but, in general, they are more likely to be distinct organizations. Lately, this business system has been undergoing further evolution, since anyone with marketable content can offer his services directly to the user as Over the Top (OtT) services using the open nature of the Internet.

3.2. Technology and Business Trends In order to fully understand the dynamics of techno economical forces shaping current solutions for Content Delivery Networks, Video-on-Demand Systems and allocating databases in distributed computing systems, it is very important to take notice of the following trends: •

There is a clear migration towards general purpose computing hardware by VoD vendors. Focus and innovation are in terms of software architecture and service enablers, and TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

39


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

• •

Figure 1. Simplified Generic VoD Solution Architecture

40

progressive vendors are relying on commercial off-the-shelf (COTS) hardware and open API software to maintain their competitiveness. The second major shift is the transition from proprietary content management to a stand-alone content delivery network (CDN) addition to the integral VoD content propagation solution. CDN-based content management systems enable rapid ingestion and content propagation to any device from any location. At the same time it optimizes bandwidth utilization by locating and using the most adequate source and deploying transcoding, if needed, to match the capabilities of the device being served. The last, but not the least, there is strong evidence of growing importance of the VoD back office in supporting switched digital video (SDV) and on-demand content delivered to wireless devices, in addition to VoD session management,. This expanded

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

role of the back office is setting a trajectory by which the back office systems could become the most valuable component of any VoD system. New methods of VoD delivery are emerging to combine access to deep content libraries with the appeal of an extensive online marketplace and appear only to be limited by the connection bandwidth of the living room. All VoD solutions are not necessarily on-demand; rather, they are “near” ondemand solutions, depending on the speed of their subscriber’s Internet connection. Increased competition for VoD is driving new functional requirements and a new generation of VoD systems is featuring the following functionalities: •

Access to deeper content libraries – expose all titles within the VoD library in order to enable users gain access to all available titles, be able to easily find and purchase/play them.

Handle content propagation delays throughout the network – this should shorten currently needed one to three hours to ingest and 11 to 15 hours to propagate content before it is made available to the users. Integrate VoD into the Electronic Program Guide (EPG) in order to make navigation through available video programming and selection of VOD titles a unified experience. Encrypt VoD streams on per session-basis. Manage availability of VoD titles in such way as to give preference to a specific type of content if certain conditions in terms of the resource availability are met.

The most critical parameter for the overall performance of a given VoD solution remains to be the download/ display delays. This is to some extent relieved by the continued fierce competition among service providers offering high-speed Internet: larger bandwidth reduces the delivery delay. IPTV and traditional VoD services are being blended together to combine their respective benefits. Infrastructure components that exclusively serve VoD are being swapped for common ICT platforms and related services can be offered at relatively small incremental cost over the current IPTV solutions.

4. CONTENT dELIvERy NETwORKS CDN nodes are normally deployed in multiple locations, linked into a virtual network by a web of different backbone connections. The control mechanisms provide logics for cooperation between


Content delivery Networks for video on demand and IPTv Services

servers to respond to the requests for content by end users, transparently moving content between the nodes to optimize the delivery process. Optimization can yield reduced bandwidth costs, shorter access/load times or improved global availability of content. The number of CDN nodes and servers varies, depending on the chosen topology; certain deployments number thousands of nodes with tens of thousands of servers in many remote Points of Presence (PoP), while others can build a global network with fewer geographical PoPs. The Edge Network is grown outward by further acquiring co-location facilities, bandwidth and servers. Most of current CDNs are built and operated on the Application Service Provider (ASP) business model. Nevertheless, an increasing number of Internet network operators/owners are building their own CDNs to improve on-net content delivery and to generate revenues from content customers.

4.1. Architecture As shown in Figure 1, a video server system cloud is crucial for the overall design. It is the configuration and topology of this cloud of video servers that form a CDN network that is in turn a critical component for IPTV/VoD solution. Network topology can come in many different flavors that can be classified into three basic categories: centralized, hierarchical decentralized and hybrid. In the centralized topology all requests will be sent to be processed at the same location, usually called Headend. The distributed server system distributes requests to many sites, located closer to the users, thus alleviating the congestion in the network and the bottleneck due to the central server.

Let us now briefly present the most common of CDN topologies based on the location where the VoD servers are placed. Traditional telecommunication networks, as depicted in Figure 2, are based on a hierarchical approach, consisting of three main components: core network, service routing level 1 (SR1) and service routing level 2 (SR2). Users access the services using different access technologies that are not the subject of study here. Centralized Architecture: Video servers are organized into a single cluster which is connected through the SR1 network and are distributed to the entire network through this unique location (the Headend). Video traffic will be concentrated near the Headend and so the solution will suffer from lack of scalability. Hierarchical architecture: This is basically a CDN play. Scalability can be improved by placing video servers in the SR1 region, or in SR1 and SR2 regions. Video servers are organized according to a tree structure having the Headend as root. When a customer wants to see a video, the request is processed by

the nearest video server and, if it fails, it is than sent to the server of the upper hierarchical level. Beside scalability performance, the CDN topology also shortens the content access times. Additionally, the use of several servers provides redundancy. Despite these advantages, the cost of deploying and maintaining additional servers is the main tradeoff relative to the performance improvements. The additional cost is dictated by the storage capacity of each server. It is why the amount of content needed to be stored on each location is very carefully selected, usually on the basis of the expected popularity index. The more popular content is expected to be, the closer to the user location it is stored. Servers of the lowest hierarchical level store only the most popular videos and the ones that are currently requested by customers. Popularity index of a given video increases each time a viewer requests it. The least popular videos are removed from the servers to make room for new content with higher popularity index. Hybrid architecture: Figure 3. depicts a CDN with hybrid architecture. In this topology, video servers are still placed in

Figure 2. Hierarchical Layered structure of a Traditional Communication Network

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

41


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

Figure 3. Hybrid CDN Architecture

SR1 and SR2 regions, as shown in Figure 2, but the servers of the SR2 region are organized, for instance, as a Chord ring, forming P2P groups. Spatial distribution of users is not uniform; for that reason, servers in the SR2 might have different capacities, depending on the number of customers they are responsible for. Sharing the identifier space according to these capacities enables proper resource assignment. Each SR2 server stores only a partial set of videos and, whenever a viewer requests a video from the assigned SR2 server, the server searches for the video on its peer group, instead of propagating the request up to any of the SR1 servers. This procedure is common across all SR2 servers and consequently reduces the load for SR1 servers. This CDN topology can be further subdivided according to the storage capacity management.

server is still responsible for each video; however, a requested video is sent to another serving server rather than to the consumer directly.

4.2. Performance Metrics Requests for content are typically algorithmically directed to nodes whose parameters such as location, bandwidth, and storage capacity are optimal for meeting the performance requirements. Performance can be measured in terms of the fewest hops, the shortest time the network takes to respond to the requesting client, or the highest availability in terms of server performance. Cost can be also included into the performance matrix, in which case the algorithm is to prefer PoPs with the lowest cost. Thus, the relevant service performance metrics are: •

42

Single video copy -There is only one copy of the video in the P2P group located at the responsible server. Should a request be issued by another server, the responsible server sends the video directly to the costumer. Multiple video copies - Multiple copies of the same video can be stored on the SR2 servers. A single

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

VoD Access Latency: It essentially models the VoD session set up time, and represents the elapsed time between the subscriber’s initial request and the start of the VoD on her/his TV. The fraction of VoD requests whose delays exceed a given threshold, derived from the VoD QoS, shall be small and bounded. It is worth noting that operators usually assign higher

priority to control packets (i.e., those carrying the network control messages) to reduce the VoD access latency. VoD Packet Loss Ratio: It is the measure of the video quality, as well as the key factor affecting a subscriber’s perception of its quality, and is equal to the fraction of video packets lost due to errors or congestion in the network. VoD Packet Delay: Along with the packet loss ratio, the VoD packet delay statistics are the key measures of the quality of VoD services, and the user’s perception of them. The packet delay in the network is defined as the traversal time of the packet across the end-to-end infrastructure from the VoD source network layer to the subscriber’s receiver network layer. Since the VoD session supports a real-time service, all packets of each frame shall arrive within a predetermined time in order to be used in reconstructing the video frame at the destination. Those frame packets that arrive too late will be left out and discarded. From the video application point of view, packets that arrive after their deadlines are considered lost in transport, even though the network has actually delivered them to the destination. VoD Blocking Probability: It models the service availability, as well as the network ability to deliver it when desired, and is equal to the fraction of VoD requests denied due to the lack of transport resources for delivering the content (more about this later).

Additionally, an operator would like to deliver as many VoD sessions as pos-


Content delivery Networks for video on demand and IPTv Services

sible, as long as his network resources (e.g., servers, links, etc.) are efficiently utilized, and the required QoS of VoD services is satisfied. Thus, the relevant network performance metrics are: • •

VoD Blocking Probability: As defined before; and Resources Utilization: It models the throughput of the network links, and the utilization of the network storage resources. The former represents a fraction of the network link capacity delivering the VoD services, and the latter is the fraction of network storage used/occupied.

Lastly, a VoD operator would like to optimize his storage capacity use. The cache hit rate ratio is the most prevalent metric for measuring and comparing the performance of different caching strategies in the literature. It is defined as follows: •

categories, false cache hits, and positive cache hits. A false cache hit is a hit whose server cannot serve the received VoD request, i.e., this hit is deemed null. A positive cache hit is a hit where there is at least one route between the cache server and the requestor with sufficient capacity to satisfy the QoS of the VoD service, as well as the operator’s resource management rules (e.g., load balancing, etc.). A positive cache hit results in the fulfillment of the request by the cache server. Thus, there is a need to modify the conventional cache hit ratio to define the positive cache hit ratio for VoD services as follows: •

Cache Hit Ratio: It represents the fraction of total requests that are served from caches.

Since VoD services have stringent QoS requirements, a VoD cache server that intercepts a request for a particular VoD content and has the requested content may decline to serve the request because there is no path between this cache server and the requester with sufficient bandwidth that satisfies all the resource management policies and rules of the network. In other words, all cache hits are not created equal; many cache hits may occur before one of them is able or permitted to deliver the requested content in accordance with the operator’s resource management policies. To reflect this phenomenon, the cache hits are classified into two

Positive Cache Hit Ratio: It represents the fraction of all VoD requests that are successfully served from VoD cache servers while satisfying the VoD service QoS requirements as well as the resource management rules and policies of the network. Simply put, it is the ratio between the number of positive cache hits and the total number of VoD requests.

Let us further examine the impact of the cache location placement algorithm, and/or the cache replacement rules on the preceding VoD service and network performance metrics, in order to arrive at a reasonable answer. In general, most of the preceding metrics depend on the cache location placement and/or cache replacement algorithms. Since a VoD session will not be set up unless its QoS requirements and the operator’s rules can be satisfied, these algorithms most particularly influence: – –

the VoD access latency, the closer to the requestor the better; the VoD blocking probability, be-

ing further away from the requestor, though having a route with sufficient bandwidth on the way to the requestor may be better than being nearby though facing a congested path to the requestor; and the resource utilization, through balancing the load across the network links, servers, etc.

The packet loss ratio and packet delay jitter reflect the inherent characteristics and requirements of the real-time VoD services. They shall not exceed the thresholds required for providing the service with acceptable quality to the viewers. From the operator’s perspective, it is reasonable to say that a VoD network that minimizes the VoD request blocking probability while satisfying the packet loss and maximum access latency constraints is optimum. Recalling the fact that positive cache hit ratio is the fraction of requests successfully served by caches, we reformulate this criterion for defining an “optimal” caching placement and replacement pair of algorithms as follows. An optimal VoD cache location placement and replacement strategy is the one that maximizes the fraction of VoD sessions served from caches while satisfying the packet loss and maximum access latency constraints. Let us define the metric, effective cache hit ratio, as the fraction of total requests for VoD sessions that are not blocked (for whatever reason) and are served from caches. Hence, we have Effective Cache Hit Ratio =Positive Cache Hit Ratio × (1.0 – VoD Blocking Probability) TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

43


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

Thus, an optimal caching strategy is the one that maximizes the effective cache hit ratio, while meeting the packet loss and maximum access latency constraints of VoD services. Thinking about it further, effective cache hit ratio is the fraction of the overall VoD network throughput served from the caches. So, we are back to the traditional packet network design optimization problem, i.e., maximizing the throughput of the cache network itself subject to the delay and loss constraints.

5. Conclusion Interactive Television over the Internet (IPTV) is happening at the intersection of television, IT and telephony convergence. Most interactive television systems nowadays are still videoon-demand oriented and the interaction is merely between the audiences and the content servers. Such services are used to deliver programs to the users on request and find many applications in education, entertainment and business. It is in this context that CDNs have emerged as a new technology to overcome the problems arising on the Internet due to the fast growth of the web related traffic, such as slow response times

and heavy server loads. CDN is a distributed video management and delivery system integrated within the data network. It is based on a system of servers with massive storage that places copies from the content library closer to the end user so as to maximize the available bandwidth, and consequently reduces the data access times. The effective cache hit ratio has been defined as a performance measure and combines the throughput of the VoD caches across the network together with the overall utilization of network resources to produce the overall throughput of a given VoD solution. One may define “cache power” as yet another metric for measuring the performance of the caching schemes. The “cache power” metric combines the effective cache hit ratio and the mean access latency of the VoD network into a single metric. It is analogous to the “power” metric in computer networks, and is defined as the ratio between the effective cache hit rate ratio and the mean access latency of a VoD network. Thus, besides the overall utilization of network resources which represents the overall throughput of the network, the effective cache hit ratio should be the prevalent metrics for the CDN performance in context of IPTV/VoD service offerings.

References [1] A. Duta, K. Dutta, H. Thomas, and D. VanderMeer: ”WorldWideWait: A Study of Internet Scalability and Cache-Based Approaches to Alleviate It”, Management Science, Vol. 49, No. 10, October 2003, pp. 1425-1444. [2] Y. N. Dogmata and A. N. Tantawi: “Making a cost-effective video server”, IEEE Multimedia, Winter 1994, pp. 22-30. [3] D. Deloddere, W. Verbiest, and H. Verhille: “Interactive video on demand”, IEEE Commun. Mag., May 1994, pp. 155-162. [4] Papadimitrious et al.: “Multimedia information caching for personalized video-on-demand”, Computer Commun., vol. 18, no. 3, Mar. 1995, pp. 204-216. [5] Paterson et al.: “Introduction to redundant arrays of inexpensive disks (RAID)” , in IEEE COMPCON’89, 1989. [6] Y. H. Chang et al.: “An open-systems approach to video on demand”, IEEE Commun. Mag., May 1994, pp. 68-80. [7] V. P. Rangan and H. M. Vin: “Designing a multiuser HDTV storage server”, IEEE J. Select. Areas Commun., Vol. 1, No. 11, 1993. [8] Victor K. Li, Wanjiun Lao, Xiaoxin Qiu, and Eric W. M. Wong: “Performance Model of Interactive Video-on-Demand Systems”, IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, Vol. 14, No. 6, August 1996. [9] Tolga Bektaş: “Discrete Location Models for Content Distribution”, Centre de recherche sur les transports, Universit´e de Montr´eal, Montr´eal, QC, Canada. [10] G. Peng: CDN: Content Distribution Network, State University of New York at Stony Brook, New York 2006. [11] S. Ratnasamy, P. Francis, M. Handley, R. Karp, and S. Shenker: “A scalable content addressable network”, Processings of the ACM SIGCOMM, 2001, pp. 161-172. [12] B. Pourebrahimi, K. Bertels, S. Vassiliadis: emphA survey of peer-to peer Networks, Computer Engineering Laboratory, ITS, TU Delft, The Netherlands 2002. [13] I. Stoica, R. Morris, D. Karger, M. F. Kaashoek, and H. Balakrishnan: “Chord: A scalable peer-to-peer lookup protocol for internet applications”, IEEE/ACM Transactions on Networking, vol. 11, no. 1, 2003, pp. 17-32.

44

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009


Content delivery Networks for video on demand and IPTv Services

Authors Dragan Bošković received his bachelor’s and master’s degrees from the University of Belgrade in Serbia and his doctorate degree from the University of Bath in the United Kingdom. He is currently Senior Director at the Motorola Inc. Wireless Systems and Networks Research Applied Research Center, where he envisions, develops and drives the convergence of wireless and wireline edge network solutions across Motorola’s businesses, leading a global team of researchers who identify opportunities for new products, systems and services. Prior to this role, Dr. Bošković served as director of Engineering and Technology for Motorola’s Strategic Growth Engine, where he developed technologies that enhanced consumer’s abilities to connect with multimedia and one another. He also worked within Motorola’s R&D sites in Europe for 12 years. Dr. Bošković has amassed 17 patents, with eight more pending, and has published several papers on topics including wireless technologies and cognitive networks. He is often called upon to share insights on wireless topics at industry events such as the International Consumer Electronic Show, Global Semiconductor Forum, AlwaysOn, Wireless World Initiative and Wireless World Research Forum. Faramak Vakil received the Ph.D. degree in Electrical Engineering from Columbia University in the City of New York in 1984. He is currently a Distinguished Member of Technical Staff in the Motorola Applied Research Center, working on network and service management. Prior to joining Motorola in 2006, he was a Senior Scientist in the Applied Research Area of Telcordia. Since 1998, Dr. Faramak has almost exclusively been focused on the architecture, design, control and management of mobile Internet. He has devised novel mobility, network self-organization and management, and service creation schemes for mobile Internet. Dr. Faramak is a member of ACM and IEEE. He has published numerous papers and standard contributions, and has several patents.

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

45


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

Nataša J. Nešković Aleksandar M. Nešković Mladen T. Koprivica Ðorđe S. Paunović

Eksperimentalnostatistička analiza nivoa elektromagnetne emisije u lokalnoj zoni antenskih stubova baznih stanica mobilne telefonije SADRŽAJ Intenzivan razvoj javnih mobilnih sistema, bez kojih je danas život nezamisliv, podrazumeva instaliranje velikog broja baznih stanica preko kojih ovi sistemi ostvaruju svoje funkcije. Kao posledica postavljanja baznih stanica, u našem životnom okruženju javlja se dodatno elektromagnetno zračenje. U cilju utvrđivanja nivoa RF (Radio Frequency) zračenja koji generišu bazne stanice, sprovedena su opsežna merenja. Analizirane su 643 lokacije baznih stanica koje su razvrstane u 3 karakteristične kategorije: indoor, stubovi i lokacije sa instalacijama na objektima (u zavisnosti od namene, poslednja kategorija klasifikovana je u dodatnih pet tipova). S obzirom na činjenicu da su antenski stubovi zastupljeni u velikom procentu (47%), izvršena je posebna analiza ovog tipa lokacija, i predstavljeni rezultati merenja dobijeni u okolini stubova. Zaključeno je da ni u jednom slučaju ukupni nivo električnog polja u okolini antenskih sistema baznih stanica instaliranih na stubovima ne prelazi vrednost od 10 V/m što je znatno ispod propisanih ICNIRP normi. Na rastojanjima većim od 50 m od podnožja antenskog stuba, medijanske i maksimalne vrednosti su ispod 1 V/m, odnosno 2 V/m, respektivno.

46

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009


Eksperimentalno-statistička analiza nivoa elektromagnetne emisije u lokalnoj zoni antenskih stubova baznih stanica mobilne telefonije

1. UvOd Prethodnu deceniju obeležio je intenzivan razvoj sistema i uređaja za bežične komunikacije. Zbog prostorne rasprostranjenosti naročito se ističu javni mobilni sistemi (GSM - Global System for Mobile Communications i UMTS Universal Mobile Telecommunication System). Kao i ostali bežični sistemi, ovi sistemi kao osnovu za međusobno povezivanje koriste emisiju elektromagnetnih talasa. Posledica toga je porast nivoa elektromagnetnog zračenja u životnom okruženju. Generalno, kod stanovništva postoji strah od efekata ove vrste zagađenja. Sa druge strane, mobilni sistemi su danas nezamenljiv deo savremenog života i ne mogu se jednostavno ukloniti ili zameniti. Iz tih razloga, od velike važnosti je potreba za objektivnim sagledavanjem nivoa elektromagnetnog zračenja u životnom okruženju. Ova potreba je sada jasno definisana i u odredbama nedavno usvojenog Zakona o nejonizujućem zračenju [1]. Elektromagnetno zračenje spada u grupu tzv. nejonizujućih zračenja (NIR – NonIonizing Radiation). Pored električnih i magnetnih polja, grupi nejonizujućih zračenja pripadaju i vidljiva, ultraljubičasta i infracrvena svetlost. Sa druge strane, grupi jonizujućih zračenja pripadaju Xzračenje i zračenje radioaktivnih materija. U okviru ovog rada analizira se samo uticaj nejonizujuće radijacije. Povećana koncentracija elektromagnetne energije u opsegu radio-frekvencija na ljudima izaziva efekte koji se grubo mogu klasifikovati u dve osnovne kategorije [2-16]: • •

toplotni efekti i stimulativni efekti.

Toplotni efekat se ogleda u promeni temperature dela tela izloženog povećanoj koncentraciji elektromagnetne emisije (tkivo se zagreva). Treba primetiti da je ovaj efekat izraženiji u onim delovima tela u kojima postoji manja gustina krvnih sudova. Razlog je vrlo jednostavan. Krvni sudovi su regulatori telesne temperature. Pri višoj spoljnoj temperaturi krvni sudovi se šire i na taj način predaju veću količinu toplote spoljašnjem okruženju. Sa druge strane, pri nižim spoljnim temperaturama krvni sudovi se skupljaju i na taj način se manja količina energije predaje spoljašnjem okruženju. Stimulativni efekat se ogleda u pojavi nadražaja nervnih i mišićnih ćelija, što u izvesnim situacijama može izazvati veću razdražljivost i umor, naročito pri dugoj ekspoziciji visokoj koncentraciji elektromagnetne energije. Intenzitet navedenih efekata raste sa povećanjem koncentracije elektromagnetne energije. Zbog toga su ovi efekti izraženiji u neposrednoj okolini izvora elektromagnetne emisije. Sa povećanjem rastojanja od izvora zračenja, smanjuje se nivo elektromagnetnog polja, pa je i uticaj na ljudski organizam manji. Takođe, uticaj elektromagnetnih talasa na ljudski organizam ima kumulativan karakter i direktno je srazmeran dužini neprekidne ekspozicije. Dozvoljene vrednosti elektromagnetnih emisija ustanovljene su na osnovu obimnih istraživanja sprovedenih poslednjih tridesetak godina. Ustanovljene granične vrednosti zasnovane su uglavnom na istraživanjima uticaja efekata zagrevanja i stimulativnih efekata na ljudsko telo. Treba primetiti da su postavljene granice ispod onih vrednosti

intenziteta električnog polja za koje su uočeni eventualni negativni efekti. Poslednjih godina se vodi veliki broj diskusija oko toga da li ima i drugih efekata koji mogu negativno uticati na ljudsko telo. Međutim, do danas nema pravih dokaza za takve stavove. Već više od deset godina sprovode se intenzivna teorijska i eksperimentalna istraživanja u kojima se analizira nivo elektromagnetne emisije koju izazivaju različiti tipovi radio sistema (najčešće javni mobilni sistemi) u neposrednom životnom okruženju [17-28] i definišu postupci merenja nivoa elektromagnetne emisije kroz standarde [29-31]. Elektrotehnički fakultet u Beogradu je u proteklih više od deset godina bio angažovan na poslovima analize uticaja baznih stanica (BS - Base Station) na životnu sredinu. Za te potrebe analizirano je preko 1500 lokacija baznih stanica javnih mobilnih operatora u Srbiji i Crnoj Gori (TELEKOM, TELENOR, VIP, PROMONTE, T-MOBILE). U sklopu ovih aktivnosti, u lokalnoj zoni 643 lokacije baznih stanica sprovedena su intenzivna merenja nivoa elektromagnetne emisije. U okviru ovog rada statistički su analizirani rezultati merenja za 302 lokacije baznih stanica u okviru kojih su antenski sistemi i prateća oprema bili instalirani na antenskim stubovima. Cilj ove analize je sticanje uvida u potencijalno svakodnevno izlaganje ljudi elektromagnetnom zračenju, kao i proveravanje usklađenosti sa postojećim standardima i normama. Rad je organizovan u 7 glava. U okviru druge glave uopšteno su razmotrene osnovne tehničke karakteristike aktuelnih javnih mobilnih sistema. Osnovni pregled postojećih standarda i normi dat je u okviru glave 3. Merna metodoTELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

47


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

logija i merni sistem opisani su u četvrtoj glavi. Analiza strukturnih karakteristika baznih stanica predstavljena je u glavi 5, dok su rezultati merenja dati u glavi 6. Sedma glava sadrži zaključak.

2. JAVNI MOBILNI SISTEMI Prvi sistemi u okviru kojih se nudio javni mobilni telefonski servis (i to isključivo u automobilima) pojavili su se u Americi krajem četrdesetih, a u Evropi početkom pedesetih godina prošlog veka. Ove prve jednoćelijske sisteme karakterisala je ograničena pokretljivost korisnika, mali kapacitet, ograničeni broj servisa (isključivo prenos govora) i relativno slab kvalitet. Tehnološki napredak i uvođenje ćelijskog koncepta krajem '70-ih i početkom '80-ih doveli su do značajnog napretka u pogledu razvoja i primene mobilnih komunikacija. Ćelijski sistemi tzv. prve generacije (1G) prenosili su samo govorni signal u analognom obliku. Postojalo je više nekompatibilnih standarda 1G sistema. 1G sistemi se u svetu intenzivno gase, dok su u Srbiji deinstalirani još pre nekoliko godina. Razvoj druge generacije (2G) ćelijskih sistema vođen je potrebom da se poboljša kvalitet prenosa, kapacitet sistema i pokrivenost. Uveden je digitalni prenos, a po prvi put je definisan tzv. otvoreni standard podržan od većine proizvođača, ali i korisnika - GSM. GSM je postao dominantan na tlu Evrope, a i znatno šire. Kao tehnike pristupa koriste se TDMA (Time Division Multiple Access) i FDMA (Frequency Division Multiple Access). Na tlu Evrope, GSM sistemi po pravilu funkcionišu u frekvencijskim opsezima oko 900 MHz i 1800 MHz. Sa ciljem da omogući komunikacije velikih protoka sa multimedijalnim servisima visokog kvaliteta i globalnom roming podrškom, uveden je UMTS sistem, kao nadogradnja GSM standarda. 48

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009

UMTS pripada grupi tzv. 3G tehnologija u okviru koje se kao tehnika pristupa koristi CDMA (Code Division Multiple Access). UMTS mreža funkcioniše u frekvencijskom opsegu oko 2000 MHz. Bazne stanice GSM mreže mogu istovremeno da rade na nekoliko radio-kanala u opsegu oko 900 MHz ili 1800 MHz. Broj radio-kanala u okviru jednog sektora (ćelije, odnosno prostorno definisane servisne zone) jedne bazne stanice najčešće se kreće od 1 do 8, što zavisi od zahteva u pogledu kapaciteta saobraćaja koji bazna stanica treba da zadovolji. U proseku, izlazna snaga predajnika je reda 10 W/kanalu. Za potrebe ostvarivanja veze mobilni uređaj - bazna stanica koristi se jedan od radio-kanala, i to u približno 12,5% vremena. Sasvim je jasno da je bazna stanica najaktivnija u slučajevima kada istovremeno opslužuje 8 mobilnih uređaja po svakom radio-kanalu. Pri tome, treba primetiti da se u okviru savremenih baznih stanica primenjuju dve, sa stanovišta zračenja značajne tehnike: automatska kontrola snage (snaga predajnika bazne stanice se menja zavisno od propagacionih uslova u kojima se nalazi mobilni terminal) i emitovanje sa prekidima (predajnik bazne stanice se isključuje kada govornik zastane u konverzaciji). Dve navedene tehnike značajno smanjuju nivo elektromagnetne emisije. Bazne stanice UMTS mreže mogu istovremeno da rade na više radio-kanala u jednom sektoru (od minimalno 1 do maksimalno 2 kanala), što zavisi od zahteva u pogledu kapaciteta saobraćaja koji bazna stanica treba da zadovolji. Maksimalna izlazna snaga predajnika koji se koriste u okviru UMTS mreže je najčešće reda 40 W/kanalu. Pri tome, snaga predajnika bazne stanice zavisi od saobraćajnog opterećenja.

Prethodno navedeni podaci važe za bazne stanice makroćelija. U slučajevima kada treba implementirati mikroćeliju (dimenzije reda 100 m), pikoćeliju (dimenzije reda nekoliko desetina metara) ili indoor ćeliju (u zatvorenom prostoru), koriste se bazne stanice manjih snaga (pošto se zahteva znatno manji domet). Elektromagnetna emisija GSM i UMTS baznih stanica je po svojoj prirodi veoma slična elektromagnetnoj emisiji drugih radio, odnosno TV predajnika. Na ovom mestu treba istaći da snage TV predajnika mogu biti i više stotina puta veće od snaga predajnika u GSM ili UMTS mreži.

3. POSTOJEĆI STANDARDI I NORME U oblasti nejonizujućih zračenja postoji veći broj organizacija koje se bave donošenjem regulative, kao što su: ICNIRP [32], ARPANSA [33], FCC [34], IEEE [35-37]... Najveći broj zemalja EU prihvatio je preporuke ICNIRP. Pri tome, Svetska zdravstvena organizacija (WHO) [38] započela je proces harmonizacije nacionalnih standarda na globalnom nivou, koji za osnovu ima ICNIRP preporuke. Što se tiče naše zemlje, u novembru 2008. godine usvojeni su srpski standardi vezani za ovu problematiku, a od interesa za ovaj rad su SRPS EN 50384 i 50385 [39, 40]. Norme koje su propisane ovim standardima su u saglasnosti sa normama definisanim ICNIRP standardom [32]. U nastavku izlaganja dat je kraći pregled ICNIRP normi. Generalno, razlikuju se dve grupe normi: • norme za tehničko osoblje, • norme za opštu ljudsku populaciju.


Eksperimentalno-statistička analiza nivoa elektromagnetne emisije u lokalnoj zoni antenskih stubova baznih stanica mobilne telefonije

Norme za opštu ljudsku populaciju su znatno strože od normi za tehničko osoblje. Razlog ovome je činjenica da tehničko osoblje poznaje i mora da poštuje procedure kojima se vrši njihova dodatna zaštita.

Tabela 1. ICNIRP granične vrednosti intenziteta električnog polja (E), intenziteta magnetnog polja (H) i srednje gustine snage (S) za opštu ljudsku populaciju

Merenje nivoa električnog polja za potrebe ove analize vršeno je po pravilu u tzv. „dalekom polju”, pa su shodno tome, u nastavku teksta, istaknute granične vrednosti u pogledu intenziteta električnog polja. Naime, u slučaju dalekog polja intenzitet električnog polja, intenzitet magnetnog polja i gustina snage povezani su jednostavnim izrazom, dok se u bliskoj zoni uređaja na osnovu informacije o nivou električnog polja može steći samo uvid u nivo magnetnog polja. Dodatno, zbog ograničenog prostora, biće navedene samo norme za opštu ljudsku populaciju (Tabela 1. i Slika 1.).

frekvencija

E [v/m rms]

h [A/m rms]

S [w/m2]

do 1 hz

-

3,2×104

-

1-8 hz

10.000

3,2×104/ƒ2

-

8-25 hz

10.000

4000/ƒ

-

0.025-0.8 khz

250/ƒ

4/f

-

0.8-3 khz

250/ƒ

5

-

3-150 khz

87

5

-

0.15-1 Mhz

87

0,73/ƒ

-

1-10 Mhz

87/ƒ1/2

0,73/ƒ

-

10-400 Mhz

28

0,073

2

400-2000 Mhz 2-300 Ghz

1,375ƒ

1/2

61

0,0037ƒ 0,16

1/2

ƒ/200 10

4. MERNI SISTEM I MERNA METOdOLOGIJA Proces merenja nivoa elektromagnetne emisije u lokalnoj zoni baznih stanica sastojao se iz dve faze. U okviru prve faze, na mernoj lokaciji je analiziran frekvencijski opseg od 30 MHz do 3 GHz pomoću spektralnog analizatora Rohde&Schwarz FSH6. Na osnovu ove analize određene su sve komponente električnog polja koje značajnije utiču na ukupnu vrednost nivoa električnog polja. U drugoj fazi, vršena su detaljna merenja nivoa elektromagnetne emisije na velikom broju pozicija u okviru merne lokacije, sa ciljem da se utvrdi prostorna raspodela nivoa elektromagnetne emisije. Merenja nivoa elektromagnetne emisije su u određenim tačkama u okviru merne lokacije vršena na dva načina:

Slika 1. ICNIRP norme za opštu ljudsku populaciju u frekvencijskom opsegu 10 MHz – 3 GHz

• •

po principu „komponenta po komponenta” i/ili širokopojasnim mernim prijemnikom.

Prema postojećim standardima, obično se zahteva merenje srednje vrednosti intenziteta električnog polja. Bez obzira da li se mernim sistemom meri komponenta po komponenta električnog polja, ili trenutna

vrednost ukupnog intenziteta električnog polja, što je slučaj kada se primenjuje širokopojasni merni prijemnik, izabrano je, iz razloga veće sigurnosti ljudi, da se za svaku komponentu, odnosno, za svaku mernu poziciju, beleži maksimalna vrednost u vremenskom intervalu od 60 s. Na ovaj način dobijene su maksimalne vrednosti za ukupni intenzitet električnog polja koje su sigurno veće od srednjih vrednosti. TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

49


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

U cilju maksimalnog otklanjanja uticaja čovekovog tela (osobe koja sprovodi merenje), nivo električnog polja meren je na visini od približno 2,2 m. Treba primetiti da su na ovaj način dobijene veće vrednosti nivoa električnog polja od onih u kojima bi eventualno mogao da se nađe čovek na istoj poziciji.

4.1. Merenje po principu „komponenta po komponenta” Nakon određivanja svih značajnijih komponenti nivoa električnog polja u okviru prve faze, svaka komponenta električnog polja merena je ponaosob uskopojasnim mernim prijemnikom, i to na velikom broju tačaka u okviru merne lokacije. U cilju određivanja ukupnog intenziteta električnog polja pojedine komponente polja (koja potiče od jednog radio-predajnika), vršeno je merenje nivoa električnog polja u tri ortogonalne prostorne ravni, pri čemu su dobijene jedna vertikalna i dve ortogonalne horizontalne komponente. Na osnovu izmerenih pojedinih prostornih komponenti određivana je ukupna vrednost intenziteta električnog polja Etot-i jednog radio-predajnika (i-tog) i to prema sledećoj formuli:

Merenje nivoa električnog polja koje potiče od GSM bazne stanice vršeno je isključivo na kontrolnim kanalima koji su stalno aktivni. Kako saobraćajni kanali rade u režimu „emitovanja sa prekidima”, posledica eventualno izvršenih merenja na ovim kanalima bi bila velika nestabilnost dobijenih rezultata. Iz tog razloga su, prilikom izračunavanja ukupnog intenziteta električnog polja za slučaj kada bazna stanica radi u punom kapacitetu, saobraćajni kanali uračunavani tako što je pretpostavljeno da je vrednost intenziteta električnog polja koja potiče od saobraćajnog kanala, jednaka po vrednosti intenzitetu električnog polja koje potiče od kontrolnog kanala. Ovo odgovara najgorem slučaju, tj. pretpostavljeno je da je saobraćajni kanal stalno aktivan, što često nije slučaj u operativnom radu.

Merenja nivoa elektromagnetne emisije po principu komponenta po komponen" ta" vršena su korišćenjem dva merna sistema. Prvi merni sistem, prikazan na Slici 2, zasnovan je na mernim prijemnicima za precizno merenje nivoa električnog polja Anritsu ML521B (25-300 MHz) i ML522B (300-1000 MHz), kao i spektralnom analizatoru RF Field Analyzer Protek 3201 (0,12060 MHz). Prilikom merenja, za ovaj merni sistem, korišćene su posebno kalibrisane merne antene u formi dipola: Anritsu MP663a (200-500 MHz), MP524A (25-250 MHz), MP524B (200-500 MHz) i MP524C (520-1000 MHz). Drugi merni sistem (Slika 3.) sastoji se od mernog prijemnika Rohde&Schwarz FSH6 (0,1-6000 MHz) i posebno kalibrisane merne antene Rohde&Schwarz

(1) gde je Ev1-i - vertikalna komponenta, a Eh1-i i Eh2-i - horizontalne ortogonalne komponente električnog polja. Polazeći od prethodno određenih ukupnih vrednosti intenziteta električnog polja pojedinačnih radio-predajnika (Etot-i), ukupni intenzitet električnog polja u nekoj tački Etot određen je na osnovu relacije: (2)

50

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

Slika 2. Merni sistem realizovan korišćenjem nekog od mernih uređaja Anritsu ML521B, Anritsu ML522B ili Protek 3201


Eksperimentalno-statistička analiza nivoa elektromagnetne emisije u lokalnoj zoni antenskih stubova baznih stanica mobilne telefonije

TS-EMF, u formi izotropnog radijatora, namenjene za merenje nivoa električnog polja u opsegu frekvencija od 30 MHz do 3 GHz. Ovaj merni sistem može da meri nivo električnog polja pojedinačnih komponenti frekvencijskog spektra, kao i da odredi ukupan nivo električnog polja u zadatom opsegu učestanosti. Slika 3. Merni prijemnik Rohde&Schwarz FSH6 sa antenom Rohde&Schwarz TS-EMF

Za oba merna sistema namenski su razvijeni softverski paketi koji automatski prikupljaju, obrađuju i grafički prikazuju rezultate merenja [41, 42].

4.2. Merenje „širokopojasnim” mernim prijemnikom Merenjem nivoa elektromagnetne emisije širokopojasnim mernim prijemnikom Narda EMR300 (Slika 4.) dobija se ukupni nivo elektromagnetne emisije u opsegu rada mernog prijemnika. Prilikom merenja koriste se posebno kalibrisane merne sonde E-field probe type 18c (namenjena za merenje ukupnog nivoa električnog polja u opsegu frekvencija od 100 kHz do 3 GHz) i E-field probe type 9c (namenjena za merenje ukupnog nivoa električnog polja u opsegu frekvencija od 3 MHz do 18 GHz).

5. KATEGORIZACIJA LOKACIJA U zavisnosti od načina instalacije antenskog sistema, lokacije baznih stanica razvrstane su u tri osnovne kategorije: indoor, stubovi i lokacije sa instalacijama na objektima. U indoor lokacije svrstane su sve one lokacije na kojima je antenski sistem bazne stanice smešten unutar zatvorenog prostora. Ovakve instalacije su česte u slučaju da je potrebno obezbediti pokrivanje u objektima namenjenim velikom broju korisnika, u kojima se zbog toga očekuje

Slika 4. Merni prijemnik Narda EMR300 i sonde E-field probe type 18c i E-field probe type 9c

veliki saobraćaj. Primer za to su tržni centri ili velike poslovne zgrade. S obzirom na to da pokrivaju ograničen prostor, ove bazne stanice obično emituju manjom snagom nego bazne stanice koje pokrivaju makroćelije. Ove bazne stanice obično rade na manjem broju kanala (jedan do dva), a antene su omnidirekcione. Ipak, iz razloga što u ovom slučaju čovek može da se nađe u neposrednoj blizini antenskog sistema, zračenje baznih stanica na indoor lokacijama se svakako mora razmatrati (primer instalacije antenskog sistema dat je na Slici 5.).

nalazi na stubu, bilo da je on namenski izgrađen za potrebe GSM/UMTS ili ne. Dodatno, stubovi su razvrstani po visinama. U javnim mobilnim sistemima obično se koriste stubovi visina od 18 m do 50 m. Treba napomenuti da su u kategoriju stubova svrstane i one lokacije na kojima je antenski sistem instaliran na objektima čija osnovna namena nije da budu stubovi, ali po svojim osobinama odgovaraju ovom tipu instalacija. Tako su dimnjaci toplana ili vodotornjevi svrstani u ovu kategoriju. Tipični predstavnici kategorije stubova prikazani su na Slikama 6-8.

U stubove su svrstane sve one lokacije na kojima se antenski sistem bazne stanice

U treću kategoriju ubrojane su sve one lokacije na kojima je antenski siTELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

51


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

52

Slika 5. Indoor lokacija

Slika 6. Rešetkasti stub

Slika 7. Cevasti stub

Slika 8. Dimnjak toplane iskorišćen kao stub

Slika 9. Bočno postavljen antenski sistem

Slika 10. Antenski sistem na ivici krova

Slika 11. Antenski sistem na stubu na krovu

Slika 12. Prizemni objekat

Slika 13. Antena na nivou prizemlja

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009


Eksperimentalno-statistička analiza nivoa elektromagnetne emisije u lokalnoj zoni antenskih stubova baznih stanica mobilne telefonije

stem bazne stanice instaliran spolja na objektu, bilo da je u pitanju bočni zid ili krov zgrade. Tako se razlikuju antene postavljene bočno na objektu, antene na ivici krova i antene na stubu na krovu. Za razmatranje ovakvih lokacija vrlo je bitno utvrditi namenu objekta, kako bi se znalo koliko vremena ljudi provode u njemu. Zavisno od namene, objekti su razvrstani u više grupa: stambeni, industrijski, kancelarijski i zdravstveni objekti. Primeri različitih tipova ovih instalacija antenskog sistema dati su na Slikama 9-11. Pošto je na izvesnom broju objekata antenski sistem postavljen na nivou prvog sprata ili prizemlja, što je nepovoljnije sa stanovišta nivoa elektromagnetne emisije na tlu u odnosu na slučaj antenskog sistema na krovu, ove instalacije svrstane su u posebnu kategoriju - niski objekti. Na Slikama 12. i 13. prikazane su dve varijante lokacija svrstanih u niske objekte. Na Slici 12. je u pitanju objekat koji ima samo prizemlje, dok je na Slici 13. objekat kod koga je antenski sistem postavljen na nivou plafona u prizemlju. Ukupan skup od 643 lokacije baznih stanica razvrstan je u skladu sa prethodno navedenom kategorizacijom (Slika 14.). Antenski stubovi su zastupljeni u velikom procentu (47%), što odgovara ukupnom broju od 302 stuba. Zbog toga je u okviru rada izvršena posebna analiza ovog tipa lokacija i dati rezultati merenja dobijeni na ovim lokacijama. Zastupljenost određenog tipa radiosistema po lokacijama baznih stanica određivana je na dva načina. Prvo je određena preraspodela određenog tipa sistema zavisno od tipa lokacije bazne

Slika 14. Procenat lokacija baznih stanica zavisno od tipa lokacije

stanice (Tabela 2.). Potom je u okviru jednog tipa lokacije određena raspodela zastupljenosti određenog tipa sistema (Tabela 3.). Slučajevi kada su na lokacijama izmereni uticaji više sistema istog tipa (npr., različiti GSM operatori ili različite TV i FM radio stanice) svrstani su u posebne kategorije.

Kao što se i očekivalo, sistemi GSM 900 sreću se na svim tipovima lokacija. Od toga je najveća zastupljenost tipa GSM 900 na lokacijama sa stubovima (48,8%). Pri tome, na približno dve trećine stubova uočen je samo jedan GSM 900 sistem, dok je na jednoj trećini bilo po dva GSM

Tabela 2. Procentualna zastupljenost određenog tipa sistema na lokaciji bazne stanice određenog tipa (A - indoor, B - stubovi, C - stambeni, D - industrijski, E - kancelarijski, F - zdravstveni, G - niski)

Sistem

A

B

C

D

E

f

G

GSM 900

8,37

48,38

11,63

10,23

17,67

1,2

2,56

2xGSM 900

8,81

47,14

9,69

14,98

17,62

GSM 1800

13

24

23

7

32

2xGSM 1800 UMTS

30 4,35

8,70

2,17

43,48

Tv

41,17

23,53

17,65

17,65

2xTv

88,89

11,11

3xTv

87,50

12,50

4xTv

100*

2,17

100*

fM

30,77

30,77

23,08

11,53

2xfM

38,46

38,46

15,39

7,69

3xfM

66,67

4xfM

3,85

33,33 100*

Tetra funkcionalni sistemi

1

70

39,13

6xTv

1,76

100* 50

50

* mali uzorak – samo jedan slučaj

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

53


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

Tabela 3. Procentualna zastupljenost tipa sistema u okviru jednog tipa lokacije baznih stanica (A - indoor, B - stubovi, C - stambeni, D - industrijski, E kancelarijski, F - zdravstveni, G - niski)

Sistem

A

B

C

D

E

f

G

50

65,41

68,49

75,86

62,30

100

73,33

2xGSM 900

27,78

33,65

30,14

58,62

32,79

GSM 1800

18,06

7,55

31,51

12,07

26,23

GSM 900

2xGSM 1800 UMTS

4,11 2,78

5,66

5,48

1,72

16,39

2,20

5,48

5,17

2,46

2xTv

2,52

1,72

3xTv

2,20

1,72

4xTv

0,31

2,52

10,96

10,34

2,46

2xfM

1,57

6,85

3,45

0,82

3xfM

0,63

4xfM

1,72 1,72

Tetra

2,46 1,39

0,31

Slika 15. Procentualna zastupljenost određenog tipa sistema na lokacijama sa stubovima

54

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

6,67

1,37

fM

funkcionalni sistemi

20

5,74

Tv

6xTv

26,67

6,67


Eksperimentalno-statistička analiza nivoa elektromagnetne emisije u lokalnoj zoni antenskih stubova baznih stanica mobilne telefonije

900 sistema. U jednom broju slučajeva su uz GSM 900 sisteme na stubovima bili instalirani i GSM 1800 (7,55%) i UMTS (5,66%) sistemi. Kolociranje GSM 900, GSM 1800 i UMTS opreme se moglo i očekivati s obzirom na činjenicu da sva tri tipa sistema učestvuju u formiranju ukupnog javnog mobilnog sistema jednog operatora. Takođe, interesantno je uočiti da su u izvesnom broju slučajeva bazne stanice bile kolocirane sa TV (7,23%) i FM (4,72%) radio-predajnicima. Razlog za relativno skroman procenat kolociranja baznih stanica sa predajnicima TV i FM radio-stanica leži u činjenici da

je za potrebe realizacije javne mobilne mreže neophodan znatno veći broj instalacija koje po pravilu, u prostornom smislu, moraju biti bliže korisnicima. Procentualna zastupljenost određenog tipa sistema na lokacijama sa stubovima data je na Slici 15.

6. REZULTATI MERENJA

prikupljeno po oko 1200 maksimalnih vrednosti intenziteta električnog polja. Intenziteti su određeni u periodima od po 60 s na relativno velikom broju mernih pozicija (prosečno 100). Dobijene vrednosti intenziteta električnog polja su u okviru namenski razvijenog mernog softvera [41, 42] direktno prikazivane grafički na situacionom planu lokacije (primer je dat na Slici 16.).

U okviru mernog procesa na svakoj pojedinačnoj lokaciji meren je intenzitet električnog polja na otvorenom (outdoor). Na svakoj lokaciji baznih stanica, za grupu uočenih predajnika, u proseku je

Uzimajući u obzir ukupan broj analiziranih lokacija baznih stanica (instalacija na stubovima), na raspolaganju je bilo preko 360000 izmerenih vrednosti električnog polja. U cilju lakše analize

Slika 16. Primer rezultata merenja intenziteta električnog polja u lokalnoj zoni bazne stanice

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

55


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

dobijenih rezultata sprovedena je statistička obrada i to na sledeći način: zona oko stuba je podeljena na koncentrične kružnice poluprečnika 5m, 10m, 15m... Unutar definisanih prstenova širine 5m

uočavane su i beležene u tabele maksimalne vrednosti izmerenog ukupnog intenziteta električnog polja. Dobijene vrednosti su grupisane u zavisnosti od visine antenskog stuba. Pri tome, visin-

ski razmeštaj antena različitih tipova sistema nije posebno analiziran. Potom su, u okviru svake grupe, za svaki definisani prsten širine 5 m, određivani minimum, maksimum i medijana. Dobijeni

Slika 17. Izmereni intenziteti električnog polja za slučajeve kada se antenski sistemi baznih stanica instaliraju na antenskim stubovima (obrada rezultata uzimajući u obzir visine antenskih stubova)

56

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009


Eksperimentalno-statistička analiza nivoa elektromagnetne emisije u lokalnoj zoni antenskih stubova baznih stanica mobilne telefonije

rezultati prikazani su na Slici 17. (a-f). Polazeći od dobijenih grafika može se izvesti nekoliko jasnih zaključaka: •

Ni u jednom slučaju ukupni nivo električnog polja ne prelazi vrednost od 10 V/m, što je znatno ispod propisanih ICNIRP normi, odnosno normi propisanih srpskim standardom. Na rastojanjima od podnožja stuba većim od 50 m medijanska i maksimalna vrednost padaju ispod 1 V/m, odnosno 2 V/m, respektivno. Za isto referentno rastojanje, medijanska i minimalna vrednost evidentno opadaju sa povećanjem visine stuba. Uočena pojava je direktna posledica činjenice da je sa povećanjem visine stuba antenski sistem relativno dalje od korisnika, što zbog prirode prostiranja elektromagnetnih talasa utiče na opadanje vrednosti izmerenog intenziteta električnog polja. Sa druge strane, ovakav zaključak ne važi za maksimalne vrednosti. To je posledica činjenice da, u slučaju velike visine stuba, operatori po pravilu u većoj meri povijaju antenske dijagrame (engl. downtilting) kako bi signalom pokrili blisku zonu bazne stanice. Zbog toga se prvi bočni lobovi vertikalnog antenskog dijagrama približavaju stubu i pri tome uzrokuju veće maksimalne vrednosti u blizini antenskog stuba. Evidentno je da se maksimumi za medijanske vrednosti ne nalaze u zonama neposredno uz stub, već na nešto većim rastojanjima. To je direktna posledica vertikalnog dijagrama zračenja antene koji za velike vertikalne uglove (zona uz stub) ima relativno male dobitke antene. Slična pojava se može uo-

čiti i u slučaju maksimalnih vrednosti za visine stuba do 30 m, samo što su u ovom slučaju relativne promene veće. Za veće visine stuba (36 m i preko 36 m) uočena pravilnost ne važi. Ovo je posledica efekta intenzivnijeg usmeravanja antenskog dijagrama prema zemlji opisanog u prethodnoj tački.

nja stuba. Naime, u sklopu mernih aktivnosti, kad god je to bilo moguće vršeno je merenje intenziteta električnog polja i u indoor uslovima i to uglavnom uz prozor ili zid objekta na strani prema analiziranom stubu (na različitim visinama u odnosu na tlo zavisno od objekta). Dobijeni rezultati prikazani su na Slici 19.

Zbirni rezultat za sve stubove, nezavisno od njihove visine, prikazan je na Slici 18. Dobijeni grafik je u potpunoj saglasnosti sa prethodno izvedenim zaključcima za stubove definisanih visina.

Na osnovu Slike 19. može se zaključiti da je u uslovima outdoor merenja apsolutni maksimum na lokaciji u granicama 1-2 V/m ostvaren u preko 40% slučajeva, dok je u oko 90% slučajeva njegova vrednost manja od 4 V/m. Sa druge strane, u indoor uslovima, u najvećem broju slučajeva apsolutni maksimum na lokaciji je manji od 1 V/m, dok njegova vrednost ni u jednom slučaju nije prešla 4 V/m. Pri tome, treba naglasiti da su apsolutni maksimumi za indoor uslove po pravilu odgovarali mernoj poziciji u neposrednoj blizini prozora objekta na strani prema stubu. Ovakav rezultat je logičan, s obzirom na činjenicu da su građevinski objekti gotovo uvek prostorno razdvojeni od antenskog stuba za više desetina metara.

Da bi se stekao potpuniji uvid u nivo elektromagnetnog zračenja baznih stanica instaliranih na stubovima, dodatno je statistički određena raspodela broja lokacija u zavisnosti od dobijenih apsolutnih maksimalnih vrednosti (maksimalna vrednost ukupnog intenziteta električnog polja za celu lokaciju). Pri tome, za razliku od prethodne diskusije, u okviru ove analize razmotrene su i vrednosti izmerene u zatvorenom prostoru (indoor merenje) u objektima iz neposrednog okruže-

Slika 18. Intenzitet električnog polja za slučaj kada se antenski sistem BS instalira na stubu (ukupno, za sve visine stubova)

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

57


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

Slika 19. Raspodela broja lokacija u zavisnosti od izmerene apsolutne maksimalne vrednosti intenziteta električnog polja na lokaciji

7. ZAKLJUČAK Izbor stuba kao pogodnog rešenja za instaliranje antenskog sistema bazne stanice je sa stanovišta mobilnih operatora najzastupljenije rešenje. Na to ukazuje veliki procenat lokacija (u odnosu na ukupan broj) koje su analizirane i u čijoj okolini je meren nivo električnog polja od strane ekipa sa Elektrotehničkog fakulteta u Beogradu. Merenjima je pokazano da u neposrednoj blizini antenskih sistema baznih stanica instaliranih na stubovima, intenzitet elektromagnetnog zračenja ne prevazilazi norme koje propisuje ICNIRP, odnosno koje definišu srpski standardi [32, 39, 40]. U konkretnom slučaju intenzitet elektromagnetnog zračenja, sa maksimalnom vrednošću nižom od 10 V/m, je znatno ispod dozvoljene granice. Na rastojanjima većim od 50 m od podnožja stuba,

58

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

medijanska i maksimalna vrednost nivoa električnog polja su ispod 1 V/m, odnosno 2 V/m, respektivno. Rezultati merenja su obrađeni imajući u vidu različite visine antenskih stubova, i u tom smislu je zaključeno da medijanska i minimalna vrednost nivoa električnog polja, za isto referentno rastojanje od podnožja stuba, evidentno opadaju kako se povećava visina stuba. Sa druge strane, ovakav zaključak ne važi za maksimalne vrednosti, koje su, bez obzira na visinu stuba, približno istih vrednosti, što je uglavnom posledica namernog povijanja antenskih dijagrama u vertikalnoj ravni ka zemlji. Pored merenja u outdoor uslovima oko lokacija baznih stanica, merene su i vrednosti nivoa električnog polja u zatvorenom prostoru (indoor merenja) u objektima koji su u neposrednom okruženju antenskog stuba. Na osnovu dobijenih rezultata izvršena je raspode-

la broja lokacija u zavisnosti od dobijenih apsolutnih maksimalnih vrednosti (maksimalna vrednost ukupnog intenziteta električnog polja za celu lokaciju), za oba slučaja. U outdoor uslovima apsolutni maksimum je, na preko 40% lokacija, u granicama 1-2 V/m, dok je u oko 90% slučajeva njegova vrednost manja od 4 V/m. Sa druge strane, u indoor uslovima, u najvećem broju slučajeva apsolutni maksimum na lokaciji je manji od 1 V/m, dok njegova vrednost ni u jednom slučaju nije prešla 4 V/m. U sklopu mernih kampanja izvršena su merenja nivoa električnog polja na velikom broju lokacija baznih stanica čiji su antenski sistemi instalirani unutar objekata (indoor lokacije) ili na objektima. Imajući u vidu specifičnost ovih lokacija, u nekim budućim radovima biće sprovedena statistička analiza nivoa elektromagnetne emisije u lokalnoj zoni ovih tipova baznih stanica.


Eksperimentalno-statistička analiza nivoa elektromagnetne emisije u lokalnoj zoni antenskih stubova baznih stanica mobilne telefonije

References [1] Zakon o zaštiti od nejonizujućih zračenja, Službeni glasnik Republike Srbije broj 36/2009, od 15. maja 2009. [2] Marvin C. Ziskin: “Electromagnetic Hypersensitivity – A COMAR Technical Information Statement“, IEEE Engineering in Medicine and Biology, September/October 2002, pp. 173-175. [3] Akimasa Hirata: “Temperature Increase in Human Eyes Due to Near-Field and Far-Field Exposures at 900 MHz, 1.5 GHz, and 1.9 GHz”, IEEE Trans. on Electromagnetic Compatibility, Vol. 47, No. 1, February 2005, pp. 68-76. [4] Quirino Balzano, Oscar Garay, and Thomas J. Manning, Jr.: “Electromagnetic Energy Exposure of Simulated Users of Portable Cellular Telephones”, IEEE Trans. on Vehicular Techn., Vol. 44, No. 3, August 1995, pp. 390-403. [5] Antonio Sarolic, Borivoj Modlic, Gordan Sisult and Mario Cvitkovic: “Human EMF Exposure Health Hazard Range Modeling”, presented at the International Symposium on Communications and Information Technologies (ISCIT 2008). [6] Bela Szentpali: “Human Exposure to Electromagnetic Fields from Mobile Phones”, presented at the TELSIKS, 1999. [7] Stefano Pisa, Marta Cavagnaro,Vanni Lopresto, Emanuele Piuzzi, Giorgio A. Lovisolo, and Paolo Bernardi: “A Procedure to Develop Realistic Numerical Models of Cellular Phones for an Accurate Evaluation of SAR Distribution in the Human Head”, IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, Vol. 53, No. 4, April 2005, pp. 1256-1265. [8] Sami Ilvonen, Jukka Sarvas: “Magnetic-Field-Induced ELF Currents in a Human Body by the Use of a GSM Phone”, IEEE Trans. on Electromagnetic Compatibility, Vol. 49, No. 2, May 2007, pp. 294-301. [9] Qing-Xiang Li and Om P. Gandhi: “Thermal Implications of the New Relaxed IEEE RF Safety Standard for Head Exposures to Cellular Telephones at 835 and 1900 MHz”, IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, Vol. 54, No. 7, July 2006, pp. 3146-3154. [10] Akimasa Hirata and Toshiyuki Shiozawa: “Correlation of Maximum Temperature Increase and Peak SAR in the Human Head Due to Handset Antennas”, IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, Vol. 51, No. 7, July 2003, pp. 1834-1841. [11] Rakhesh Singh Kshetrimayum: “Mobile phones: Bad for your health?”, IEEE POTENTIALS, March/April 2008, pp.18-20. [12] James C. Lin: “Bioelectromagnetics Research Activities in Europe”, IEEE Microwave Magazine, February 2007, pp. 36-38. [13] Quirino Balzano, Oscar Garay, Frances Steel: “Heating of Biological Tissue in the Induction Field of VHF Portable Radio Transmitters”, IEEE Trans. on Vehicular Techn., Vol. VT-27, No. 2, May 1978, pp. 51-55. [14] Kjell Hansson Mild: “Occupational Exposure to Radio-Frequency Electromagnetic Fields”, PROCEEDINGS of the IEEE, Vol. 68, No. 1, January 1980, pp. 12-17. [15] M. Francavilla, A. Schiavoni, P. Bertotto and G. Richiardi: “Effect of the hand on cellular phone radiation”, IEE Proc.-Microw. Antennas Propag., Vol. 148, No. 4, August 2001, pp. 247-253. [16] Marie-Christine Gosselin, Andreas Christ, Sven Kuhn, and Niels Kuster: “Dependence of the Occupational Exposure to Mobile Phone Base Stations on the Properties of the Antenna and the Human Body”, IEEE Trans. on Electromagnetic Compatibility, Vol. 51, No. 2, May. 2009, pp. 227-235. [17] James C. Lin: “Microwave Exposure and Safety Associated with Personal Wireless Telecommunication Base Stations”, IEEE Microwave Magazine, September 2002, pp. 28-32. [18] Renato Cicchetti and Antonio Faraone: “Estimation of the Peak Power Density in the Vicinity of Cellular and Radio Base Station Antennas”, IEEE Trans. on Electromagnetic Compatibility, Vol. 46, No. 2, May 2004, pp. 275-290. [19] E. Nicolas, D. Lautru, F. Jacquin, M. F. Wong, and J. Wiart: “Specific Absorption Rate Assessments Based on a Selective Isotropic Measuring System for Electromagnetic Fields”, IEEE Trans. on Instrumentation and Measurements, Vol. 50, No. 2, April 2001, pp. 397-401. [20] Fernando Las-Heras, Marcos Rodríguez Pino, Susana Loredo, Yuri Alvarez and Tapan K. Sarkar: “Evaluating Near-Field Radiation Patterns of Commercial Antennas”, IEEE Trans. on Antennas and Propagation, Vol. 54, No. 8, August 2006, pp. 2198-2207. [21] Christof Olivier and Luc Martens: “Optimal Settings for Narrow-Band Signal Measurements Used for Exposure Assessment Around GSM Base Stations”, IEEE Trans. on Instrumentation and Measurements, Vol. 54, No. 1, February 2005, pp. 311-317. [22] Zwi Altman, Brigitte Begasse, Christian Dale, Andrzej Karwowski, Joe Wiart, Man-Fai Wong, and Laroussi Gattoufi: “Efficient Models for Base Station Antennas for Human Exposure Assessment”, IEEE Trans. on Electromagnetic Compatibility, Vol. 44, No. 4, November 2002, pp. 588-592. [23] C. Petersen: “Electromagnetic Radiation from Selected Telecommunications Systems”, PROCEEDINGS of the IEEE, Vol. 68, No. 1, January 1980, pp. 21-24. [24] John N. Sahalos, Elias E. Vafiadis, Theodore S. Samaras, Dimitrios G. Babas, and Sotirios S. Koukourlis: “EM Field Measurements in the Vicinity of an Antenna Park for Radiation Hazard Purposes”, IEEE Trans. on Broadcasting, Vol. 41, No. 4, December 1995, pp. 130-135. [25] Klaus Meier, Michael Burkhardt, Thomas Schmid, and Niels Kuster: “Broadband Calibration of E-Field Probes in Lossy Media”, IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, Vol. 44, No. 10, October 1996, pp. 1954-1962. [26] Sebastian Blanch, Jordi Romeu, and Angel Cardama: “Near Field in the Vicinity of Wireless Base-Station Antennas: An Exposure Compliance Approach”, IEEE Trans. on Antennas and Propagation, Vol. 50, No. 5, May 2002, pp. 685-692. [27] M. Garcıa Sanchez, I. Cuinas and A. Vazquez Alejos: “Electromagnetic field level temporal variation in urban areas”, Electronics Letters, Vol. 41, No. 5, March 2005. [28] Dimitrios I. Stratakis, Andreas I. Miaoudakis, Thomas D. Xenos, and Vassilios G. Zacharopoulos: “Overall Uncertainty Estimation in Multiple NarrowBand In Situ Electromagnetic Field Measurements”, IEEE Trans. on Instrumentation and Measurements, Vol. Vol. 58, No. 8, August 2009, pp. 2767-2779. [29] Radiofrequency radiation, Principles and Methods of Measurements – 300 kHz to 100 GHz, Australian standard AS 2772.2, The Standards Association of Australia, North Sydney, 1988.

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

59


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

[30] IEEE Recommended Practice for the Measurement of Potentially Hazardous Electromagnetic Fields—RF and Microwave, Recognized as an American National Standard (ANSI), IEEE Std C95.3-1991. [31] Osnovni standard za izračunavanje i merenje jačine elektromagnetskog polja i SAR-a u odnosu na izlaganje ljudi elektromagnetskom polju u radio-stanicama i fiksnim priključnim stanicama za bežične telekomunikacione sisteme (od 110 MHz do 40 GHz), Srpski standard, SRPS EN 50383, Institut za standardizaciju Srbije, oktobar 2008. [32] International Commission on Nonionizing Radiation Protection, http://www.icnirp.de [33] Radiation Protection Standard: Maximum exposure levels to radiofrequency fields – 3 kHz to 300 GHz, Australian Radiation Protection and Nuclear Safety Agency, 2002, http://www.arpansa.gov.au [34] Radiofrequency Radiation Exposure Limits, U.S. Federal Communications Commission, http://www.fcc.gov/oet/rfsafety [35] IEEE Standard for Safety Levels with Respect to Human Exposure to Radio Frequency Electromagnetic Fields, 3 kHz to 300 GHz, IEEE C95.1-1991. [36] IEEE Standard for Safety Levels with Respect to Human Exposure to Radio Frequency Electromagnetic Fields, 3 kHz to 300 GHz, IEEE Std C95.1, 1999 Edition. [37] IEEE Standard for Radio-Frequency Energy and Current-Flow Symbols, IEEE Std C95.2-1999. [38] WHO. International EMF Project: http://www.who.int/emf [39] Standard za proizvode za pokazivanje usaglašenosti radio-stanica i fiksnih priključnih stanica za bežične telekomunikacione sisteme sa osnovnim ograničenjima ili referentnim nivoima koji se odnose na izlaganje ljudi radiofrekvencijskim elektromagnetskim poljima (od 110 MHz do 40 GHz) - profesionalna upotreba, Srpski standard, SRPS EN 50384, Institut za standardizaciju Srbije, oktobar 2008. [40] Standard za proizvode za pokazivanje usaglašenosti radio-stanica i fiksnih priključnih stanica za bežične telekomunikacione sisteme sa osnovnim ograničenjima ili referentnim nivoima koji se odnose na izlaganje ljudi radiofrekvencijskim elektromagnetskim poljima (od 110 MHz do 40 GHz) - Opšta upotreba, Srpski standard, SRPS EN 50385, Institut za standardizaciju Srbije, oktobar 2008. [41] Mirjana Simić, Mladen Koprivica, Aleksandar Nešković, Nataša Nešković, Đorđe Paunović: “Sistem za automatsko merenje nivoa elektromagnetne emisije u lokalnoj zoni radio predajnika” TELFOR 2003, Beograd. [42] Miroslav Petković, Mirjana Simić, Mladen Koprivica, Nataša Nešković, Aleksandar Nešković, Đorđe Paunović: “Sistem za automatsko merenje intenziteta električnog polja realizovan korišćenjem spektralnog analizatora Protek 3201”, ETRAN 2005, Budva.

Autori Nataša Nešković diplomirala je, magistrirala i doktorirala na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu 1993, 1997. i 2003, respektivno. 2004. godine izabrana je u zvanje docenta na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu. Na Katedri za telekomunikacije drži predavanja iz Radio-tehnike, Usmerenih radio-veza i Bežičnih mreža. Kao ovlašćeni projektant sa licencom, docent dr Nataša Nešković je, u prethodnih 15 godina, bila uključena u nekoliko stotina projekata iz oblasti mobilnih radio-sistema, sistema prenosa, telekomunikacionih mreža i radio-difuzije. Potpredsednik je IEEE sekcije Srbija i Crna Gora. Aleksandar Nešković diplomirao je, magistrirao i doktorirao na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu 1993, 1997. i 2002, respektivno. 2003. godine izabran je u zvanje docenta na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu. Na Katedri za telekomunikacije drži predavanja iz Radio-komunikacija, Radio-sistema i Javnih mobilnih sistema. Kao ovlašćeni projektant sa licencom, docent dr Aleksandar Nešković je, u prethodnih 15 godina, bio uključen u nekoliko stotina projekata iz oblasti mobilnih radio-sistema, sistema prenosa, telekomunikacionih mreža i radio-difuzije. Mladen Koprivica diplomirao je na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu 2001. godine, od kada je zaposlen kao stručni saradnik - laboratorijski inženjer na Katedri za telekomunikacije. Kao ovlašćeni projektant, Mladen Koprivica je, u prethodnih 7 godina, bio uključen u nekoliko desetina projekata iz oblasti telekomunikacionih mreža i radio-sistema, kao i u nekoliko stotina merenja i studija iz oblasti zaštite životne sredine. Mladen Koprivica je instruktor i curriculum lead na Cisco networking akademiji ETF-a. Član je IEEE udruženja i blagajnik IEEE sekcije Srbija i Crna Gora. Đorđe Paunović diplomirao je 1962. godine na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu. Magistrirao je 1973. godine na Polytechnic Institute of Brooklyn, New York, USA. Doktorirao je 1978. na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu. Profesor dr Đorđe Paunović je ceo svoj radni vek proveo na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu, gde je bio biran u sva univerzitetska zvanja. Predavao je više predmeta iz oblasti radio-tehnike, radio-sistema i računarskog projektovanja na ETF u Beogradu i na više drugih univerziteta. U toku svoje akademske karijere bio je šef Katedre za telekomunikacije, šef Odseka za elektroniku i telekomunikacije, prodekan i dekan Elektrotehničkog fakulteta i prorektor Univerziteta u Beogradu. Profesor Paunović je svoje najznačajnije naučne i inženjerske doprinose ostvario u oblastima modeliranja i predikcije nivoa električnog polja. Đorđe Paunović je bio rukovodilac i projektant u više stotina realizovanih značajnih projekata u zemlji i regionu, iz oblasti mobilnih radio-sistema, telekomunikacionih mreža, radio-difuzije, satelitskih i radarskih sistema. Profesor Paunović je Senior Member IEEE, gde je imao više značajnih izbornih funkcija. Predsednik je Društva za telekomunikacije i Telekomunikacionog foruma TELFOR i član Akademije inženjerskih nauka Srbije.

60

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009


Miroslav Stanković Borislav Odadžić Velizar Marković

Standardizacija kablovskih distribucionih mreža na globalnom i nacionalnom nivou SADRŽAJ U Republici Srbiji se na kablovske distribucione i zajedničke antenske sisteme još uvek primenjuju standardi SRPS N.N.6.160 – 192, koji su doneti na osnovu prevaziđenih i odavno povučenih standarda IEC-a. U IEC-u i CENELEC-u, kao institucijama za standardizaciju na globalnom, odnosno evropskom nivou, u okviru zajedničkog rada doneti su brojni novi standardi u oblasti kablovskih distribucionih mreža (KDM), koji su u skladu sa napretkom i promenama u tehnologiji i regulativi. U ovom radu se daje prikaz aktuelne situacije u delu standarda za kablovske distribucione mreže u Evropskoj uniji i kod nas. TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009

61


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

1. AKTUELNA SITUACIJA U STANdARdIZACIJI Kd MREžA Sa stanovišta kablovske distribucione mreže kao multimedijalne platforme, tema standardizacije se može posmatrati u dva najvažnija segmenta: -

standardizaciona okosnica za KD mreže i standardizaciona platforma za prenos podataka

2. STANdARdIZACIONA OKOSNICA ZA Kd MREžE Što se tiče domaće regulative koja specifično pokriva oblast kablovskih distribucionih sistema, još uvek su važeći standardi SRPS N.N.6. 160 – 192, Radio-komunikacije, Kablovski distribucioni i zajednički antenski sistemi, koji su izdati u periodu od 1978. do 1989. godine [1]. Od vremena od kada su u Republici Srbiji usvojeni standardi za kablovske distribucione i zajedničke antenske sisteme, dogodile su se mnoge značajne promene u standardizaciji predmetnih sistema kako na evropskom, tako i na svetskom nivou. Svi standardi na kojima se zasnivaju domaći SRPS standardi za KDS su davno povučeni i doneti su novi, koji su u međuvremenu više puta ažurirani, a mnogi od njih čak povučeni i zamenjeni još novijim. Na osnovu toga se može konstatovati da su domaći standardi za kablovske distribucione sisteme zasnovani na prevaziđenim inostranim standardima, koji u institucijama koje su ih donosile imaju samo istorijski značaj. Osim toga, brojni segmenti kablovskih distribucionih siste62

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

ma nisu ni pokriveni, posebno povratni smer i optički prenos.

su svi ostali standardi preuzeti od IEC-a i označeni kao EN 60728.

Na svetskom nivou, rad na standardizaciji se odvija u okviru IEC-a, u skladu sa zajedničkim dogovorom između IEC-a i CENELEC-a, kroz serije IEC 60728, koje su zamenile većinu evropskih standarda serije EN 50083. U evropskim okvirima, iz serije EN 50083 su kao važeći ostali samo standardi koji se odnose na elektromagnetsku kompatibilnost mreža i sastavnih delova (EN 50083-2 i EN 50083-8), kao i za prenos MPEG signala preko KDS-a (EN 50083-9), dok

U komitetima CENELEC-a i IEC-a, TC 209 odnosno TC 100/TA5, koji su zaduženi za krovne standarde u KDS-u, odvijaju se veoma dinamične aktivnosti – stari ili prevaziđeni standardi se povlače i zamenjuju novim, otvaraju se nove teme i sprovodi procedura izrade, usaglašavanja, glasanja i usvajanja. Na osnovu informacija koje su danas na raspolaganju, postoji određen broj novopublikovanih standarda u standardizacionoj okosnici KD mreža (pripadaju seriji EN 60728),

Tabela 1. Standardizacioni slojevi

Sloj

Sloj signala

Sloj sastavnih delova

Sloj uređaja

Sloj sistema

Međusekcijski sloj

Predmet standarda

Oznaka standarda

Standardi širokopojasnog prenosa

ETSI EN 300 429 (dvBC)

Standardi prenosa podataka (docsis/eurodOCSIS)

ETSI ES 202 488

Koaksijalni kablovi i konektori

EN 50117EN 60966EN 61169-

Optička vlakna, optički kablovi i konektori

EN 60793fN 60794fN 50377-

Aktivna oprema

EN 60728-3

Pasivna oprema

EN 60728-4

Optička oprema

EN 60728-6

Oprema u glavnoj stanici

EN 60728-5

Sistemske karakteristike direktnog smera

EN 60728-1

Sistemske karakteristike povratnog smera

EN 60728-10

Standardi elektromagnetske kompatibilnosti

EN 50083-2 EN 50083-8

Standardi bezbednosti

EN 60728-11

Nadležna institucija

EBU/CENELEC/ ETSI JTC Broadcast

CENELEC SC 46XA, TC 86...

CENELEC TC209

CENELEC TC209

CENELEC TC209


Standardizacija kablovskih distribucionih mreža na globalnom i nacionalnom nivou

koji su zbog svog značaja i aktuelnosti skrenuli pažnju stručne javnosti. U narednom delu teksta dat je pregled aktuelnih standarda, kao i aktivnosti ažuriranja i inoviranja standarda za KD sisteme koje obavljaju nadležni komiteti u CENELEC-u i IEC-u [2]. Krovnim standardima za KD mreže pokrivene su sledeće oblasti: -

Bezbednost; Elektromagnetska kompatibilnost; Sistemske karakteristike; Oprema; Monitoring.

Pri izradi standarda koji čine okosnicu standardizacije u KDS-u, koriste se rezultati drugih standarda, na primer DVB-a. Takođe, osnovni standardi za KD mreže predstavljaju normativne reference za druge standarde, na primer, za standarde za koaksijalne kablove. Sistem za standardizaciju u oblasti KD mreža se bazira na različitim slojevima, počev od komponenata, preko opreme i sistema, do samog signala, kao što je prikazano u Tabeli 1. U Tabeli 2. je dat pregled aktuelnih evropskih i međunarodnih standarda za KD mreže.

2.1. Novi standardi – publikovani posle 2006. godine Među standardima za KD mreže koji su publikovani posle 2006. godine, izdvajaju se sledeći:

2.1.1. IEC 60728-1:2007/EN 607281:2008, "System performance of forward paths" Jedan od najznačajnijih novih standarda je EN 60728-1:2008 ("System performance of forward paths", sistemske performanse direktnog smera), koji se odnosi na sistemske karakteristike direktnog smera u KD mrežama. Usvajanjem tog standarda, zamenjen je standard EN 50083-7:2000, sistemske karakteristike.

Tabela 2. Aktuelna situacija u evropskim i međunarodnim standardima serija EN 50083 i IEC / EN 60728

Evropski standardi Serija EN 50083

Međunarodni standardi Serija IEC 60728

Evropski standardi Serija IEC 60728

Naziv evropskog standarda "Cable networks for television signals, sound signals and interactive services"

(EN 50083-7:2000)

IEC 60728-1:2007

EN 60728-1:2008

Part 1: "System performance of forward paths"

EN 50083-2:2006

IEC 60728-2:2002

---

Part 2: "Electromagnetic compatibility for equipment"

povučen

IEC 60728-3:2005

EN 60728-3:2006

Part 3: "Active wideband equipment for coaxial cable networks"

(EN 50083-4:1998)

IEC 60728-4:2007

EN 60728-4:2008

Part 4: "Passive wideband equipment for coaxial cable networks"

(EN 50083-5:2001)

IEC 60728-5:2007

EN 60728-5:2008

Part 5: "headend equipment"

povučen

IEC 60728-6:2003

EN 60728-6:2003

Part 6: "Optical equipment"

---

IEC 60728-7-1:2003

EN 60728-7-1:2005

Part 7-1: "hybrid fibre Coax Outside Plant Status Monitoring - Physical (Phy) Layer Specification"

---

IEC 60728-7-2:2003

EN 60728-7-2:2005

Part 7-2: "hybrid fibre Coax Outside Plant Status Monitoring - Media access Control (MAC) Layer Specification"

---

IEC 60728-7-3:2003

EN 60728-7-3:2005

Part 7-3: "hybrid fibre Coax Outside Plant Status Monitoring - Power supply to Transponder Interface Bus Spec."

EN 50083-8:2002

IEC 60728-12:2001

---

Part 8: "Electromagnetic compatibility for networks"

EN 50083-9:2002

IEC 60728-9:2000 IEC 60728-9-am1

---

Part 9: "Interfaces for CATv/SMATv headends and similar professional equipment for dvB/MPEG-2 transport streams"

povučen

IEC 60728-10:2005

EN 60728-10:2006

Part 10: "System performance for return paths"

povučen

IEC 60728-11:2005

EN 60728-11:2005

Part 11: "Safety"

CLC/ TR 50460:2005

IEC/TR 60728-6-1:2006

---

"System guidelines for analogue optical transmission systems"

važeći evropski standardi

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

63


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

Pregled kućnih mreža i kućnih interfejsa, prema standardu EN 60728-1:2008, "System performance of forward paths", dat je na Slici 1.

forward paths", unete su sledeće značajne izmene:

U odnosu na standard EN 500837:2000, novousvojenim standardom EN 60728-1:2008, "System performance of

-

-

-

Nov set mernih metoda za digitalno modulisane TV signale; Tehničke karakteristike za digitalno modulisane TV signale; Sistemske karakteristike signala

-

u skladu sa HDTV, DVB-S2 i 256 QAM standardima; Proširivanje obima standarda sa izlazne priključnice na ulaz terminala; Prenos multimedijalnih signala preko simetričnih parica; Novi član 6: „Tehnički zahtevi za prijemne antene“;

Slika 1. Tipovi kućnih mreža i interfejsa, prema standardu EN 60728-1:2008, "System performance of forward paths" Izvor: Standard EN 60728-1:2008 (direktno preuzeto)

64

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009


Standardizacija kablovskih distribucionih mreža na globalnom i nacionalnom nivou

-

Novi član 7: „Tehnički zahtevi za interfejse kućne mreže KDS-a“; Novi Anex K: „Primeri implementacija kućnih mreža“.

U delu metoda merenja digitalno modulisanih signala (DVB-S, DVB-S2, DVB-C, DVB-T): -

Nivo signala; Odnos RF signal/šum SD,RF/N; Stepen bitske greške (BER); Margina šuma; Stepen modulacione greške (MER); Fazni džiter; Fazni šum RF nosioca.

opreme u domaćinstvu; Zahteva za multimedijalnim servisima u svim prostorijama; • Potrebe za povezivanjem multimedijalne opreme. Neophodnost obezbeđivanja kvaliteta signala na svim izlaznim priključnicama, uključujući i velike kućne mreže.

-

Zbog uvođenja novog interfejsa HNI, potrebno je definisati sve relevantne parametre kvaliteta signala uzimajući u obzir: • •

U novom članu 6: „Tehnički zahtevi za prijemne antene“, izdvajaju se sledeće teme:

-

Zahtevane karakteristike signala na ulazu terminala (TI); Pogoršanje karakateristika signala vezano za izabrani tip kućne mreže (HNI).

2.1.3. IEC 60728-5:2007/EN 607285:2008 "headend equipment" Ovim standardom su uvedene značajne izmene u odnosu na standard EN 50083-5:2001: -

-

-

Metode merenja jačine polja na strani prijemne antene; Tehnički zahtevi za minimalnom jačinom polja na prijemnoj anteni za: • Analogne radiodifuzne signale; • Digitalne radiodifuzne signale; • Analogne i digitalne signale satelitske radiodifuzije. Kvalitet primljenih signala za sve vrste radiodifuznih signala: • Nivo signala; • Minimum vrednosti za odnos signal/smetnje; • Minimum vrednosti za odnos signal/odjek; • Tehnički zahtevi za BER/PER digitalnih signala; • Granične karakteristike digitalnih TV signala.

U ovom standardu je uveden nov interfejs - HNI (Home Network Interface) na ulazu u domaćinstvo. Osnovni razlozi za uvođenje novog interfejsa su: - Sve veći značaj kućnih mreža zbog: • Porasta broja multimedijalne

Kao što je u prethodnom delu teksta naznačeno, nov standard EN 60728-1:2008 je uveo mnoge bitne izmene i dopune, a jedna od najbitnijih je sigurno uvođenje kućnog interfejsa HNI, što potvrđuju dalje aktivnosti u CENELEC-u i IEC-u na ekstenziji standarda EN 60728-1:2008. Aktivnosti se odvijaju na izradi standarda EN/IEC 60728-1-1, Part 1-1: "RF cabling for two way home networks", kao i EN/ IEC 60728-1-2, Part 1-2: "Performance requirements for signals delivered at the system outlet in operation", o čemu je dat prikaz u narednom delu teksta.

2.1.2. IEC 60728-4:2007/EN 607284:2008 "Passive wideband equipment for coaxial cable networks" Ovim standardom su uvedene izmene u odnosu na standard EN 50083-4:1998, Pasivna širokopojasna oprema: - Više novih ili modifikovanih termina i definicija; - Ažurirane zahtevane karakteristike i dodate nove;

Dodate metode merenja za • Slabljenje; • Izolaciju; • Slabljenje u propusnom smeru; • Varijacije grupnog kašnjenja; • Amplitudske frekvencijske karakteristike i • Merenja intermodulacije sa dva nosioca za izobličenja drugog i trećeg reda.

-

-

-

Dodato je više novih termina i definicija; Dodat je kompletan set mernih metoda za digitalno modulisane TV signale i to: • Odnos RF signal/šum (SD,RF/N) za digitalno modulisane signale; • Varijacije grupnog kašnjenja na konvertorima DVB kanala; • Fazni šum RF nosioca. Dodate su karakteristike na izlazu iz glavne stanice za digitalno modulisane TV signale; Dodate su sistemske karakteristike signala u skladu sa standardima HDTV, DVB-S2 i 256 QAM; Uvedeni su novi ili ažurirani dosadašnji aneksi za: • Faktore korekcije šuma; • Propusni opseg i nivo digitalnog signala; • Minimalni frekvencijski razmak konvertovanih satelitskih signala u međufrekvencijskom opsegu; • Greške pri merenju koje nastaju kao posledica neusaglašenosti impedansi opreme; • Korekcione faktore analizatora spektra. TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

65


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

2.2. Aktivnosti na održavanju postojećih serija standarda za KdS - EN/IEC 60728 U Tabeli 3. dat je pregled održavanja postojećih standarda za KDS – IEC/ EN 60728.

2.3. Aktivnosti na uvođenju novih projekata CLC/TR 50083 i novih dokumenata serija standarda za KdS - EN/IEC 60728 U Tabeli 4. dat je pregled uvođenja novih projekata CLC/TR 50083 i novih dokumenata serija standarda za KDS EN/IEC 60728.

3. STANdARdIZACIONA PLATfORMA ZA PRENOS POdATAKA PREKO Kd MREžA Da bi svi uređaji u sistemu prenosa podataka kroz kablovsku mrežu mogli uspešno da komuniciraju međusobno, čak iako su od različitih proizvođača, bilo je neophodno standardizovati kablovski sistem za prenos podataka. Osnovni standardi pomoću kojih je ostvarena interoperabilnost opreme različitih proizvođača i istovremeno stvoreni uslovi za brojne multimedijalne servise su DOCSIS i PacketCable.

Tabela 3. Pregled održavanja postojećih standarda za KDS – IEC/EN 60728

Međunarodni standardi Serija IEC 60728

Evropski standardi Serija EN 60728

Naziv evropskog standarda "Cable networks for television signals, sound signals and interactive services"

IEC 60728-3:2005 Status: CCdv, 21.08. 2009.

EN 60728-3:2006

Part 3: "Active wideband equipment for coaxial cable networks"

IEC 60728-6:2003 Status: ACdv, 12.06.2009.

EN 60728-6:2003

Part 6: "Optical equipment"

IEC 60728-7-3:2003 Status: dEC, 20.08.2009.

EN 60728-7-3:2005

Part 7-3: "hybrid fibre Coax Outside Plant Status Monitoring - Power supply to Transponder Interface Bus (PSTIB) Specification"

IEC 60728-11:2005 Status: AdIS, 12.06.2009.

EN 60728-11:2005

Part 11: "Safety"

Skraćenice za status (prema IEC-u): CCdv - Draft circulated as Committee Draft with Vote dEC - Draft at Editing Check AdIS - Approved for FDIS circulation

Tabela 4. Pregled uvođenja novih projekata CLC/TR 50083 i novih dokumenata serija standarda za KDS - EN/IEC 60728

Evropski standardizacioni dokumenti Serija EN 50083

Evropski/međunarodni standardi Serije EN/IEC 60728

Naziv evropskog standarda "Cable networks for television signals, sound signals and interactive services"

---

EN/IEC 60728-1-1 Status – RdIS, 25.08.2009.

Part 1-1: "Rf cabling for two way home networks"

---

EN/IEC 60728-1-2 usvojen 16.06.2009.

Part 1-2: "Performance requirements for signals delivered at the system outlet in operation"

---

EN/IEC 60728-13 Status – RdIS, 25.08.2009.

Part 13: "Optical systems for broadcast signal transmissions"

CLC/TR 50083-5-1 usvojen 12.06.2009.

---

Technical Report, Part 5-1: "IP gateways and interfaces for headends"

CLC/TR 50083-10-1 usvojen 01.02.2009.

---

Technical Report, Part 10-1: "Guidelines for the implementation of return paths in cable networks"

3.1. dOCSIS/EurodOCSIS standardi [3] Prvi standard grupacije kablovskih TV operatora (Multimedia Cable Network System Ltd. - MCNS), proistekao pod rukovodstvom Cable Television Laboratories (CableLabs), nazvan je Data over Cable Service Interface Specifications (DOCSIS 1.0) i odobren od strane ITU-a marta 1998. godine, kao međunarodni standard za prenos podataka kroz kablovsku mrežu pod imenom ITU J.112. 66

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

Skraćenica za status (prema IEC-u): RdIS - Text for FDIS received and registered


Standardizacija kablovskih distribucionih mreža na globalnom i nacionalnom nivou

Da bi se ostvarila kompatibilnost sa evropskim sistemima, CableLabs je posebnim aneksima DOCSIS specifikacije, koja se izvorno odnosi na sistem NTSC (National Television Systems Comittee), izvršio odgovarajuće izmene za evropsko područje, gde se koriste sistemi PAL (Phase Alternating Line) i SECAM (Sequential Couleur Avec Memoire). DOCSIS standard, preuređen za evropsko područje, često se označava kao EuroDOCSIS. Osnovne razlike između ova dva sistema su u fizičkom sloju. EuroDOCSIS za prenos koristi kanale širine 7/8 MHz za razliku od DOCSIS-a, koji koristi kanale širine 6 MHz. U dokumentaciji DOCSISa se nigde eksplicitno ne navodi ime standarda EuroDOCSIS, već se kaže da, za Evropu, određene sekcije dokumenta treba zameniti odgovarajućim sekcijama iz aneksa u istom dokumentu, s tim da se ne moraju ispoštovati obe specifikacije, niti je potrebno da one međusobno budu kompatibilne. Dakle, CableLabs, kao telo koje kreira DOCSIS, ne razdvaja ovaj standard na DOCSIS i EuroDOCSIS, već podrazumeva da je to jedan standard, koji pod imenom DOCSIS pokriva i evropsko i američko tržište.

3.1.1. dOCSIS/EurodOCSIS 1.0 Primenom standarda DOCSIS 1.0 u kablovskim mrežama za prenos podataka i Internet servis, korisnicima je mogao biti obezbeđen servis sa kvalitetom besteffort, što je nedovoljno za servise koji se odvijaju u realnom vremenu, a posebno za paketizovan govor. To je motivisalo arhitekte DOCSIS-a, da realizuju novu specifikaciju sa brojnim unapređenjima DOCSIS/EuroDOCSIS 1.1.

3.1.2. dOCSIS/EurodOCSIS 1.1 Najveći deo alata ugrađenih u specifikaciju DOCSIS/EuroDOCSIS 1.1 namenjen je manipulaciji servisnim tokovima,

1

odnosno povorkama paketa podataka, govora i videa, koje istovremeno prolaze kroz isti CMTS, odnosno isti kablovski modem. Pod servisnim tokom se podrazumeva set paketa koji prolazi kroz CMTS ili kablovski modem i ima iste klasifikatore (parametre, kao što su ista izvorišna i odredišna tačka na Internetu). Najznačajnije razlike koje je verzija standarda DOCSIS/EuroDOCSIS 1.1 donela u odnosu na prethodnu verziju standarda (DOCSIS/ EuroDOCSIS 1.0) su u domenu kvaliteta servisa. Kvalitet servisa, prema DOCSIS/EuroDOCSIS 1.1 standardu, primenjuje se na oba toka saobraćaja u HFC mreži – direktni i povratni smer prenosa. Da bi se obezbedila kontrola kvaliteta saobraćaja, paketi se prvo klasifikuju prema definisanim pravilima u određene servisne tokove (service flows), a zatim se pravila kvaliteta usluga primenjuju na svaki pojedinačni servisni tok. Klasifikacija paketa obavlja se na RF MAC interfejsu i to na strani CMTSa za direktni i na strani kablovskog modema za povratni saobraćaj. Kod povratnog saobraćaja, klasifikacija se može primeniti i na strani CMTS-a. Standardom DOCSIS/EuroDOCSIS 1.1 su definisane karakteristike fizičkog, MAC i viših slojeva prenosa, kao i način komunikacije između kablovskog modema i CMTS-a.

3.1.3. dOCSIS/EurodOCSIS 2.0 Krajem 2001. godine, usvojena je nova verzija standarda DOCSIS – DOCSIS/ EuroDOCSIS 2.0. Najveća unapređenja u ovoj verziji standarda se odnose na povratni smer. Povećana je maksimalna širina propusnog opsega na 6400 kHz, uvedeni novi modulacioni formati 8-QAM, 32QAM, 64-QAM, potpuno nova modulaciona šema S-CDMA i unapređena korek-

cija RS FEC, čime je maksimalni protok u povratnom smeru povećan tri puta. Time su kablovske distributivne mreže osposobljene za simetrične servise. Specifikacija DOCSIS 2.0 je kreirana kao odgovor na rastuće zahteve naprednih servisa u povratnom smeru. Tu se pre svega misli na tzv. peer-topeer aplikacije, kakve su interaktivne igrice, razmena MP3 fajlova, VoIP, itd, ali i tzv. business-to-business aplikacije (kao što su alternative za E-1 servis, kakav kod nas pruža Telekom Srbija). Ove nove aplikacije su zahtevale mnogo simetričniji transport podataka od uobičaje asimetrične aplikacije (veb surfovanje), koja je dominirala Internetom u prošlosti. U DOCSIS 2.0 su uvedene dve nove modulacione tehnike, kao unapređenje u odnosu na raniju TDMA tehniku. Ove nove tehnike su poznate kao Advanced Time-Division Multiple Access (ATDMA) i Synchronous Code-Division Multiple Access (SCDMA). Prema specifikaciji DOCSIS 2.0, neophodno je da se podrže sve tri modulacione tehnike (TDMA, ATDMA i SCDMA).

3.1.4. dOCSIS/EurodOCSIS 3.0 U beskompromisnoj borbi na zahtevnom tržištu sa telekomunikacionim operatorima koji su unapredili xDSL tehnologiju i povećali protok do korisnika, kablovski operatori su kao odgovor pripremili rešenja koja se zasnivaju na standardu DOCSIS 3.01 (08.04.2006. su usvojene tri specifikacije za DOCSIS/euroDOCSIS 3.0: SP-SECv3.0, SP-PHYv3.0 i SP-MULPIv3.0). U ovom novom rešenju za kablovske operatore primenjuje se tehnika poznata kao Channel Bonding. Ova tehnika se sastoji u tome da se, umesto jednog RF kanala, korisniku (ili grupi korisnika) paralelno šalje više kanala, najmanje 4 (u

CableLabs je u 2006. godini objavio nove specifikacije za standard dOCSIS/eurodOCSIS 3.0: SP-SECv3.0 (Security Specification), SP-Phyv3.0 (Physical Layer Specification), SP-MULPIv3.0 (MAC and Upper Layer Protocols Interface Specification) i CM-SP-OSSIv3.0 (Operations Support System Interface Specification).

67


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

skladu sa specifikacijom CableLabs-a). Tehnika se primenjuje kako za direktni, tako i za povratni smer.

u povratnom smeru opseg od 5-65 MHz, može teorijski koristiti do 10 kanala.

3.2. Platforma PacketCable [4] Suštinska razlika između kablovskih modema koji su u verzijama DOCSIS 1.x i DOCSIS 2.0 u odnosu na DOCSIS 3.0 se sastoji u tome što se kablovski modemi u verzijama DOCSIS 1.x i DOCSIS 2.0 mogu povezati samo na jedan kanal u direktnom i jedan kanal u povratnom smeru. Na osnovu toga, maksimalni protok u direktnom smeru po jednom kablovskom modemu uz modulacioni format QAM 256 (za kanale širine 8 MHz) iznosi 55,616 Mbit/s (raw bandwidth, to jest zajedno sa overheadom). U povratnom smeru, uz modulacioni format od QAM 64 i širinu kanala od 6,4 MHz (DOCSIS 2.0), maksimalni protok (raw bandwidth, to jest zajedno sa overhead-om) iznosi 30,72 Mbit/s. Prema standardu DOCSIS 3.0, modem je osposobljen da istovremeno prima informacije iz više kanala (najmanje četiri). Na osnovu te osobine, povećava se protok u direktnom i povratnom smeru, u zavisnosti od broja kanala koje modem istovremeno procesira. Da bi mogli da se ostvare značajno veći protoci nego ranije, osim usklađenosti sa standardom DOCSIS 3.0, potrebno je da u HFC mreži bude na raspolaganju dovoljno propusnog opsega (kanala). Očigledno je da se u direktnom smeru, racionalnim korišćenjem kablovskog RF spektra, može odvojiti relativno veliki broj kanala (posebno u slučajevima digitalizovanja sadržaja koji se šalje), ali se u povratnom smeru postavlja kao limitirajući faktor uzan raspoloživ opseg, naročito u mrežama koje u povratnom smeru koriste opseg od 5-42 MHz. U tom opsegu se teorijski može koristiti do 5 kanala širine 6,4 MHz, dok se u evropskim mrežama koje koriste 68

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009

Na standardu DOCSIS 1.1, kao osnovi, CableLabs je specificirao PacketCableTM, koji definiše različite delove IP mreže, kao i način na koji će ti delovi međusobno komunicirati. Prema izvornoj definiciji, PacketCable je „namenjen razvoju specifikacija interoperabilnih interfejsa, koji obezbeđuju pružanje naprednih multimedijalnih servisa u realnom vremenu preko dvosmernih kablovskih mreža“. PacketCablTM tretira kao servis ne samo IP telefoniju, već i ostale napredne IP servise za koje je neophodno obezbediti kvalitet servisa, kao što su multimedijalna konferencija, interaktivne igre, itd. CableLabs je u radu na specifikaciji PacketCablTM analizirao brojne postojeće protokole, koji su razvijeni da bi se razrešili problemi u tzv. end-to-end arhitekturi IP telefonije. Pored ostalih, predmet analize su bili H.323, Session Initiation Protocol (SIP), Simple Gateway Control Protocol (SGCP), Internet Protocol for Device Control (IPDC), i Media Gateway Control Protocol (MGCP). Iako je od svih ovih protokola H.323 bio u najširoj primeni, CableLabs je odlučio da, zbog kompleksnosti i sveobuhvatnosti ovog protokola, koji prevazilaze potrebe kablovske IP telefonije, preporuči da ga proizvođači ne primenjuju u širem obimu. Istovremeno, obezbeđena je podrška za interkonekciju sa ovim protokolom. PacketCablTM je troslojni protokol. Najniži sloj je lokalna pristupna mreža DOCSIS 1.1 vezana na kontrolisanu IP okosnicu i on obezbeđuje transportni mehanizam za IP telefoniju. Drugi sloj je namenjen osnovnim servisima, uključujući bezbednost, kvalitet servisa, naplatu, upravljanje mrežom i realizaciju servisa. Ovi servisi

podržavaju treći sloj, koji se stara o aplikacijama u realnom vremenu, uključujući i IP telefoniju. U aplikacionom sloju su kodeci, pozivna signalizacija i PSTN interkonekcija. Pozivna signalizacija je specificirana na osnovama MGCP-a kao mrežni signalizacioni protokol NCS 1.0 (Network-based Call Signaling Protocol), dok je distributivni pristup baziran na protokolu SIP i naziva se DCS (Distributed Call Signaling). Specifikacija PacketCable za VoIP opisuje osnovne funkcije koje su u tradicionalnoj PSTN arhitekturi obično konsolidovane u okviru jedne pretplatničke centrale (centrala klase 5). Ove funkcije se mogu implementirati na više elemenata, ali isto tako mogu biti implemetirane u jednom jedinom elementu. Zahvaljujući tome, koncept donosi visoku fleksibilnost i skalabilnu distribuiranu arhitekturu uz niže troškove. Kablovske mreže izgrađene na osnovama specifikacija DOCSIS i PacketCable sposobne su da podrže napredne servise u realnom vremenu. Projekat PacketCable je realizovao svoju prvu specifikaciju krajem 1999. godine. Nešto pre toga, mnogi proizvođači (čiji su predstavnici imali aktivno učešće u definisanju specifikacije za PacketCable) su startovali sa implementacijom ove specifikacije u svoje proizvode. U svom prvom izdanju specifikacije za PacketCable (1.0), CableLabs je ustanovio fundamentalne parametre, koji su bili neophodni da se obezbede osnovni rezidencijalni IP govorni servisi. Sadržao je 11 specifikacija i više tehničkih izveštaja, uključujući i NCS 1.0 specifikaciju. Iako je mrežna struktura definisana u ovoj verziji specifikacije bila sposobna da obezbedi telefonski servis, pokazalo se da takav servis nije bio do-


Standardizacija kablovskih distribucionih mreža na globalnom i nacionalnom nivou

voljno robustan kao tradicionalni PSTN telefonski servis, pa se i nije mogao nazvati pravim primarnim telefonskim servisom. Zato su određeni specifični parametri neophodni za masovnu primenu i postizanje telefonskog servisa koji po kvalitetu odgovara PSTN-u, preostali za kasnija izdanja specifikacije. Verzija 1.1 je kroz dodatne specifikacije, kao što su pouzdanost, raspoloživost, pristup urgentnim servisima, podrška za CALEA (Communications Assistance for Law Enforcement Act), itd., definisala karakteristike servisa, koje su ranije bile ostvarive samo preko PSTN-a. Verzija 1.2 razrešila je međuzonsku komunikaciju više jedinica CMS-a (Call Management Server) i interdomensku komunikaciju među kablovskim provajderima servisa, čime je obezbeđen servis telefonije i bez posredovanja PSTN-a. Verzija 1.3 je definisala specifikaciju za samostalni multimedijalni SMTA (stand-alone MTA). To je donelo veliko olakšanje provajderima kablovskih servisa koji su nameravali da implementiraju kablovsku telefoniju u svoje mreže, a već su instalirali značajan broj kablovskih modema u verziji DOCSIS 1.1. Unapređenjima koja su kasnije doneta, verzije 1.1, 1.2 i 1.3 su zamenjene verzijom 1.5. Posebna specifikacija PacketCable Multimedia namenjena je razrešavanju multimedijalnih aplikacija preko DOCSIS mreže. Primarni cilj specifikacije PacketCable Multimedia je definisanje osnovnog arhitektonskog okvira koji je neophodan za obezbeđenje kvaliteta servisa u mutimedijalnim aplikacijama. U središtu ovog okvira su mehanizmi definisani kroz specifikacije DOCSIS

1.1 i PacketCable DqoS (mehanizmi za dinamičko obezbeđivanje kvaliteta servisa, koji, pored ostalog, omogućavaju da govorne aplikacije na zahtev dobijaju propusne opsege za sloj linka podataka po standardu DOCSIS 1.1, ali su isto tako u stanju da podrže i druge aplikacije i servise). Najnovija specifikacija PacketCable 2 se zasniva na IMS-u (IP Multimedia Subsystem) koji je razvijen od strane 3GPP-a (3rd Generation Partnership Project). IMS predstavlja arhitekturu baziranu na SIP protokolu za obezbeđivanje multimedijalnih servisa. PacketCable u svom delu definiše određena unapređenja IMS-a, kako bi se razrešili pojedini zahtevi specifični za PacketCable, koji nisu predviđeni u izvornoj varijanti IMS-a. PacketCable definiše arhitekturu i set otvorenih interfejsa koji koriste napredne komunikacione tehnologije i protokole, kakav je i IETF-ov SIP (Session Initiation Protocol), kao podršku za široko uvođenje novih servisa u kablovske distributivne mreže, baziranih na Internet protokolu. Zahvaljujući modularnom pristupu, operatori mogu fleksibilno da uvode karakteristike koje se zahtevaju specifičnom servisnom ponudom, obezbeđujući istovremeno interoperabilnost opreme brojnih različitih isporučioca.

4. ZAKLJUČAK S obzirom na činjenicu da su usvajanjem Nacionalnog programa za integraciju Srbije u Evropsku uniju [5], kao i dono-

šenjem novog Zakona o standardizaciji [6], Zakona o tehničkim zahtevima za proizvode i ocenjivanju usaglašenosti [7], kao i drugih zakonskih i normativnih dokumenata, ustanovljene potrebne zakonske i institucionalne pretpostavke, neophodno je da se odgovarajuća pažnja posveti i segmentu KD mreža, koje su već dugi niz godina zapostavljene u zakonodavno-regulatornom smislu. Kao što je u ovom tekstu već rečeno, u Republici Srbiji još uvek važe standardi za kablovske distribucione i zajedničke antenske sisteme SRPS N.N.6.160 – 192, koji su u tehnološkom i regulatornom smislu odavno prevaziđeni. Od vremena kada su usvojeni, dogodile su se mnoge značajne promene u standardizaciji predmetnih sistema i na evropskom i svetskom nivou. Svi međunarodni standardi na kojima se zasnivaju naši domaći SRPS standardi za KDS su davno povučeni i doneti su novi. Osim toga, neki segmenti kablovskih distribucionih sistema starim standardima nisu bili ni pokriveni, posebno povratni smer i optički prenos. Imajući to u vidu, predlaže se povlačenje domaćih standarda SRPS N.N.6.160 – 192 i usvajanje novih aktuelnih evropskih standarda sadržanih u serijama – EN 50083/60728, u skladu sa pregledom koji je napravljen u ovom tekstu. Uz povlačenje nerelevantnih i prevaziđenih standarda i usvajanje novih, trebalo bi preduzeti mere za izradu odgovarajućih tehničkih propisa u oblasti kablovskih distribucionih mreža, koji bi kao osnovne reference koristili novousvojene standarde, istovremeno uvažavajući i suštinske zahteve vezane za zaštitu zdravlja, bezbednost, zaštitu potrošača i zaštitu životne sredine.

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

69


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

Literatura [1] Pregled srpskih standarda, 33 Telekomunikacije/33.060 Radio-komunikacije, Institut za standardizaciju Srbije, (04.09.2009.): http://www.jus.org.yu/katalog-2009/I%20PregledSrpskihStandarda-2009/33-2009.pdf [2] Eberhard Gauger: “Actual standardization activities for coaxial cable networks“, ANACOM Workshop, Carnaxide – Portugal, 29 October 2008. [3] CableLabs Specifications – DOCSIS, (18.09.2009.): http://www.cablelabs.com/specifications/docsis.html [4] CableLabs Specifications – PacketCable, (18.09.2009.): http://www.cablelabs.com/specifications/packetcable.html [5] Vlada Republike Srbije, Nacionalni program za integraciju Srbije u Evropsku uniju, oktobar 2008. [6] Zakon o standardizaciji, Službeni glasnik RS, broj 36/09. [7] Zakon o tehničkim zahtevima za proizvode i ocenjivanju usaglašenosti, Službeni glasnik RS, broj 36/09.

Autori Miroslav Stanković je rođen 1948. godine u Leskovcu. Diplomirao je na Elektrotehničkom fakultetu Univerziteta u Beogradu, odsek za telekomunikacije i elektroniku. Radio je na poslovima planiranja, razvoja i projektovanja telekomunikacionih mreža. Trenutno je zaposlen u privrednom društvu Teleprojekt, kao rukovodilac novih tehnologija. Borislav Odadžić je rođen 1946. godine u Kumanu. Elektrotehnički fakultet u Beogradu, odsek za elektroniku i telekomunikacije, završio je 1971. godine. Magistrirao je 1983. godine na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu, na odseku za telekomunikacije. Na Tehničkom fakultetu „Mihajlo Pupin“ u Zrenjaninu, na odseku za informatiku doktorirao je 1996. godine. Prof. dr Odadžić je redovni profesor na Katedri za informatiku i računarske nauke Tehničkog fakulteta „Mihajlo Pupin“ u Zrenjaninu, Univerziteta u Novom Sadu i direktor Sektora za standarde, sertifikate i kontrolu kvaliteta u RATEL-u. Velizar Marković je rođen 1946. godine u Brzoj Palanci. Diplomirao je na Elektrotehničkom fakultetu Univerziteta u Beogradu, odsek za telekomunikacije i elektroniku. Radio je na poslovima planiranja, razvoja i projektovanja telekomunikacionih mreža. Trenutno je zaposlen u privrednom društvu Teleprojekt, kao rukovodilac projektovanja.

70

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009


Milan Bjelica

PROTOKOLI U PASIVNIM OPTIČKIM MREŽAMA ZA PRISTUP SADRŽAJ U radu je dat pregled najznačajnijih protokola koji se koriste u savremenim pasivnim optičkim mrežama za pristup. Sistemi zasnovani na vremenskom multipleksiranju odlikuju se velikom protokolskom složenošću, dok je kod onih koji se zasnivaju na multipleksiranju talasnih dužina problem složenost hardvera. Zbog toga se intenzivno razvijaju hibridne arhitekture, koje bi trebalo da objedine najbolje osobine ovih dvaju sistema.

1. UVOD Kada se posmatra razvoj kablovskih mreža za pristup u poslednjih desetak godina, mogu se uočiti dve komplementarne tendencije. S jedne strane, razvijene su tehnike za što efikasnije korišćenje kapaciteta postojećih kablova s bakarnim provodnicima, npr. putem tehnika digitalne pretplatničke linije (xDSL), dok se, s druge strane, razvijaju nove tehnike koje koriste optička vlakna [1]. Imajući u vidu neprekidan porast zahteva za propusnim opsegom od strane korisnika, može se očekivati da je, dugoročno gledano, opravdan potonji pristup; hibridne tehnike, poput HFC, predstavljaće međukorak ka potpunoj dominaciji optike u svim segmentima pristupne infrastrukture. TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009

71


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

Kao naročito pogodna tehnologija za realizaciju koncepta FITL ili FTTx, izdvajaju se pasivne optičke mreže, PON. Naziv su dobile po tome što ne koriste aktivne komponente, kao što su npr. pojačavači ili obnavljači, već samo pasivne – filtre, multipleksere, demultipleksere, sprežnjake, razdelnike, snage itd. Ovo za rezultat ima smanjenje troškova postavljanja i održavanja mreže. Prema principu višestrukog pristupa, postojeće PON mogu se podeliti na mreže s vremenskim multipleksom (TDM-PON), mreže s multipleksom po talasnim dužinama (WDM-PON) i hibridne, TDM-WDM-PON. Tehnologije poput kodnog multipleksa još uvek nemaju širu primenu.

Istorijski gledano, prva TDM pasivna optička mreža zasnivala se na korišćenju asinhronog transfer moda (ATM); otuda i potiče njen naziv, APON. Raspoloživi protok prvobitno je iznosio 155,52 Mb/s, u oba smera. Prema preporuci ITU-T G.983.1 [2], za smer ka korisniku, koristi se talasna dužina od 1530 nm, dok se u suprotnom smeru (ka centru) koristi talasna dužina od 1310 nm.

U nastavku ovoga rada, dat je prikaz najznačajnijih protokola koji se koriste u savremenim pasivnim optičkim mrežama za pristup.

Struktura toka podataka prikazana je na Slici 1. Prenos u smeru ka korisniku zasniva se na okviru koji čine 54 ATM ćelije sa korisničkim podacima i dve OAM ćelije fizičkog sloja (PLOAM), koje korisniku nose dozvole da šalje svoje podatke. Jedna PLOAM ćelija nalazi se na početku okvira, a druga na njegovoj sredini. Ka centru se prenose ili ATM ćelije s korisničkim podacima, na koje su nadovezana tri dodatna bajta, ili PLOAM ćelije.

2. TdM-PON

Zanimljivo je i da se u ovim mrežama ne koristi FEC, već AES enkripcija.

Za TDM-PON je zajedničko da se za svaki smer prenosa koristi po jedna talasna dužina. Korisnici dele ove talasne dužine po principu vremenske raspodele. Ove mreže po pravilu imaju topologiju stabla (tačka – više tačaka).

APON mreže su kasnije unapređene u širokopojasne pasivne optičke mreže, BPON. Preporukom G.983.3, promenjen je frekvencijski plan, tako da se za smer ka korisniku koristi opseg oko 1490 nm, dok je oslobođen opseg oko

Slika 1. Tok podataka u APON u smeru ka korisniku (a) i ka centru (b)

72

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

1550 nm, koji se sada koristi za prenos analognog TV signala, pri čemu je multipleksiranje po principu CWDM [3]. Na taj način, BPON omogućavaju „triple play” servise – telefon, internet i televiziju. Povećan je i protok u smeru ka korisniku i iznosi 622,08 Mb/s. Maksimalan broj korisnika u sistemu je 32, što svakom od njih omogućava protok od oko 20 Mb/s. Zbog toga što koriste ATM, APON i BPON direktno preuzimaju sve njegove dobre i loše osobine. S jedne strane, ove mreže su zaista multiservisne, nude veliki broj OAM funkcionalnosti, podržavaju koncept kvaliteta servisa itd. S druge strane, neophodno je da se podaci mapiraju u ATM ćelije; u slučaju IP, problem može predstavljati segmentacija i objedinjavanje paketa (SAR). Nezavisno od ITU, IEEE je otpočeo rad na standardizaciji PON koje se zasnivaju na korišćenju Etherneta. Ethernet PON, ili EPON, koriste iskustva gigabit Etherneta i opisane su standardom IEEE 802.3ah [4]. Protok na fizičkom sloju iznosi 1,25 Gb/s, dok je raspoloživi protok 1 Gb/s, jer se koristi kôd 8b/10b. Maksimalan broj korisnika u sistemu je 16. Zbog karakteristika upotrebljenih hardverskih komponenti, u EPON


Protokoli u pasivnim optičkim mrežama za pristup

nije moguće direktno primeniti standardne Ethernet procedure, poput CSMA/CD. Za signalizaciju između optičkog linijskog terminala (OLT) na strani mreže i optičkih mrežnih jedinica (ONU) na lokaciji korisnika, ili u njenoj blizini, koristi se kontrolni protokol za više tačaka, MPCP. On obavlja tri funkcije:

za slanje, zajedno s okvirima koji sadrže korisne podatke. Poruke REPORT sadrže podatak o željenom trajanju narednog intervala za slanje, kao i vremenski pečat. Generišu se periodično, čak i onda kada ONU nema podataka za slanje. Time se sprečava da OLT deregistruje posmatranu ONU, ali se i uzrokuje loše iskorišćenje linka.

1. Detektuje nove ONU i registruje ih na mrežu. 2. Obrađuje poruke REPORT, koje ONU šalju ka OLT. Ove poruke sadrže zahteve za dodeljivanje propusnog opsega. Na osnovu rezultata obrade, OLT alocira vremenske intervale1 za ONU. 3. Putem poruka GATE, koje OLT šalje ka ONU, izdaje dozvole za emitovanje podataka.

Porukom GATE, OLT šalje ONU podatke o otpočinjanju i trajanju odobrenog intervala slanja. Po prijemu poruke GATE koja ima njen LLID, ONU će podesiti registre koji sadrže podatke o trenucima početka i završetka dodeljenog vremenskog slota, a takođe će proveriti i da li je razlika vremena lokalnog časovnika i vremenskog pečata iz primljene poruke manja od postavljanog praga. Ukoliko to nije slučaj, ONU će zaključiti da je došlo do

greške u sinhronizaciji, preći će u stanje offline i ponovo će se registrovati u prvom narednom prozoru pronalaženja. Razmotrimo sada alokaciju resursa u EPON. Na putanji naniže, od OLT ka ONU, EPON funkcioniše po principu višedifuzije: OLT šalje pakete, a posmatrana ONU „bira” one koji imaju njenu MAC adresu. Na putanji naviše, ONU dele zajednički medijum (i ostale resurse). Pošto ONU ne mogu da uzajamno komuniciraju, neophodno je da im OLT dodeli intervale vremena u kojima će moći emitovati svoje podatke. Statičko vremensko multipleksiranje (TDMA) pojednostavilo bi signalizaciju, ali ne bi bilo pogodno za sporadičan saobraćaj; stoga se u EPON, po pravilu, koriste algoritmi za dinamičko dodeljivanje propusnog opsega, DBA. Tipičan predstavnik je IPACT [5]. Početak

Proces pronalaženja i registrovanja ONU prikazan je na Slici 2. OLT povremeno otvara tzv. prozor pronalaženja. Neregistrovane ONU se prijavljuju slanjem poruke REGISTER_REQ. Da bi se izbegli sudari, svaka neregistrovana ONU čeka slučajan interval vremena po otpočinjanju prozora pronalaženja, pa tek onda šalje zahtev za registraciju. OLT svakoj novoj ONU dodeljuje identifikator logičkog linka i dostavlja ga putem poruke REGISTER. Posle toga, šalje poruku GATE, s podatkom o vremenskom slotu unutar koga posmatrana ONU može slati podatke. ONU odgovara porukom REGISTER_ACK u slotu koji joj je dodeljen, čime se završava proces registracije. Ukoliko se u bilo kom od prethodnih koraka naruši propisani tajming, OLU izdaje poruku DEREGISTER, po čijem prijemu ONU započinje proces registracije ispočetka. Poruke REPORT šalju ONU, tokom trajanja dodeljenog vremenskog intervala

1

Slika 2. Pronalaženje i registrovanje nove optičke mrežne jedinice u EPON

U literaturi se koristi i izraz vremenski slot, što bi (pogrešno) impliciralo da su ovi intervali jednakog trajanja.

73


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

slanja se ONU koja ga je tražila odobrava odmah po isticanju zaštitnog intervala nakon završetka poslednjeg dodeljenog intervala za slanje, čime se maksimizira iskorišćenost linka. Trajanje intervala za slanje se određuje kao manja od vrednosti koju je ONU zahtevala u poruci REPORT i prethodno definisane granice. Ova granica može biti fiksno postavljena, npr. na osnovu dogovora o nivou servisa (SLA), ili se može dinamički menjati, u skladu sa stanjem u mreži. Dobre strane EPON slede iz činjenice da se koristi isprobana, jednostavna i jeftina tehnologija, proistekla iz iskustava sa IP mrežama. Loše strane uzrokovane su činjenicom da je Ethernet razvijen za prenos sporadičnog saobraćaja, pa nije pogodan za CBR ili TDM servise; takođe se postavlja i pitanje podrške QoS. Standardizacija EPON još uvek nije završena, pa se javlja problem nedefinisanog upravljanja mrežom i interoperabilnosti s protokolima viših slojeva. Treću vrstu TDM-PON čine GPON, gigabitske pasivne optičke mreže. Opisane su preporukama ITU-T G.984.1-6. Nude protok do 2,488 Gb/s u smeru ka korisnicima i dvostruko manji u smeru ka centru. Maksimalan broj korisnika je 64. Od APON/BPON su preuzeti OAM (putem PLOAM ćelija) i DBA (putem statističkog multipleksiranja), dok je nova procedura za formiranje okvira – GEM (Gigabit Encapsulation Method), opisana preporukom G.984.3 [6], a koja se zasniva na generičkoj proceduri uokviravanja, opisanoj u preporuci G.7041. Alociranje propusnog opsega na putanji od korisnika ka centru vrši se dodeljivanjem vremenskih slotova, putem pointera. Format okvira na putanji ka korisnicima prikazan je na Slici 3, dok je format okvira na putanji ka centru dat na Slici 4. 74

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

Slika 3. Format okvira u GPON, na putanji od centra ka korisnicima

Slika 4. Struktura toka podataka u GPON, na putanji od korisnika ka centru: (a) podela virtuelnog okvira na slotove, (b) format okvira za različite režime rada


Protokoli u pasivnim optičkim mrežama za pristup

Pored velikog protoka i velikog broja korisnika, dobre strane GPON su i veliki domet (do 20 km [7]), kao i podrška za različite vrste servisa; loša strana im je složenost. U Tabeli 1. upoređene su iskorišćenosti linka (odnos efektivno ostvarenog protoka i nominalnog) u BPON, EPON i GPON. Vidi se da GPON upečatljivo ostvaruje najbolji rezultat.

3. wdM-PON Pasivne optičke mreže s multipleksiranjem po talasnim dužinama razvijene su s ciljem povećavanja raspoloživog protoka. U suštini, radi se o mrežama tipa „tačka-tačka”, jer se komunikacija između centra (OLT) i svakog korisnika (ONU) odvija po posebnoj talasnoj dužini. Principska arhitektura WDM-PON prikazana je na Slici 5. U zavisnosti od toga koji je pasivni uređaj primenjen, ove mreže mogu biti emisiono-selektivne (koriste se sprežnjaci ili razdelnici/sabirači snage), ili s rutiranjem po talasnim dužinama (koriste se pasivni ruteri); opisane su i hibridne arhitekture, kao npr. u [9]. Kada bi se raspoloživi kanali koristili nezavisno jedni od drugih, ne bi bilo

Tabela 1. Iskorišćenosti linka u TDM-PON [8]

Mreža

BPON

EPON

GPON

Iskorišćenost linka

> 70%

< 50%

> 90%

potrebno koristiti MAC protokole. Ovo predstavlja važnu prednost WDMPON. Uočeno je, međutim, da bi se značajno povećanje kapaciteta moglo ostvariti kada bi se omogućilo deljenje talasnih dužina između korisnika. Stoga je u WDM-PON poželjno korišćenje mehanizama za dinamičko alociranje talasnih dužina i preraspodeljivanje saobraćaja po raspoloživim kapacitetima mreže. Nažalost, ovi protokoli i mehanizmi zavise od primenjene mrežne arhitekture, pa još uvek nisu uzajamno kompatibilni. U nastavku ćemo ukratko opisati dva tipična rešenja. McGarry i dr. su predložili unapređenje protokola MPCP, koji je korišten u EPON, tako da omogući dodeljivanje talasnih dužina [10]. OLT prati iskorišćenost raspoloživih talasnih dužina i dodeljuje ih ONU, tako da se ova iskorišćenost maksimizira. Predložena je i ekstenzija protokola IPACT, pod nazivom WDM-IPACT. An i dr. su predložili protokol WDMPON DBA, koji klasifikuje dolazni saobraćaj u redove visokog (HP) i niskog propriteta (BE) [11]. HP saobraćaj ima prioritet u opsluživanju i odmah se pro-

sleđuje na raspoređivač talasnih dužina, dok BE saobraćaj čeka u baferu, dok se ne budu oslobodili podešljivi laseri koji će ga emitovati. Na današnjem stepenu tehnološkog razvoja, mana WDM-PON je visoka cena komponenti (podešljivih lasera i prijemnika), što predstavlja i najveću prepreku njihovoj masovnijoj upotrebi [12].

4. hIBRIdNE TdM-wdM-PON Hibridne TDM-WDM pasivne optičke mreže razvijene su s ciljem da od obaju koncepata preuzmu dobre osobine. Ne postoji jedinstven standard za njih, već se radi o pojedinačno predloženim arhitekturama, koje još uvek spadaju u domen eksperimentalnih mreža. Najjednostavnija varijanta hibridne PON bila bi ona u kojoj je na smeru ka korisnicima primenjen WDM, dok se na smeru ka centru koristi jedna talasna dužina, koja se deli po principu TDM. Arhitektura ovakve kompozitne PON (CPON) prikazana je na Slici 6 [13]. Za ovakve mreže se kaže da koriste ping-pong ili TCM protokol.

Slika 5. Arhitektura WDM-PON

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

75


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

Slika 6.Arhitektura CPON

5. ZAKLJUČAK

Mreža SUCCESS-HPON predstavlja drugačiji pristup problemu. Njena prva osobenost je kombinovana topologija, kolektorski prsten (s jednim vlaknom) – zvezda. Druga osobenost je u tome što se zasniva na koegzistenciji TDM i WDM podmreža – pojedini udaljeni čvorovi koriste TDM, dok drugi koriste WDM. Ovakva koncepcija motivisana je

Tržište i operatori još uvek favorizuju TDM-PON, dok istraživačka zajednica polaže nade u WDM tehnologije, koje omogućavaju daleko veće protoke. Kao racionalno međurešenje, nameću se hibridne TDM-WDM arhitekture, koje bi trebalo da pruže dobar kompromis između protokolske složenosti TDM i hardverske složenosti WDM pasivnih optičkih mreža.

Spisak skraćenica

76

težnjom da se razvije arhitektura koja će predstavljati prelazno rešenje ka potpuno WDM mrežama [16].

U brojnim rešenjima, na putanji od korisnika ka mreži koristi se Ethernet. Han i dr. su direktno primenili MPCP kao MAC protokol [14]. Jung i dr. su za WE-PON predložili modifikaciju MPCP, u kojoj se adaptivno podešava vrednost praga za odlučivanje o trajanju dodeljenog intervala za slanje [15].

AES

Advanced Encryption Standard

APON

ATM-Based PON

ATM

Asynchronous Transfer Mode

BE

Best Effort

BPON

Broadband PON

CBR

Constant Bit Rate

CPON

Composite PON

CSMA/Cd

Carrier Sense Multiple Access with Collision detection

CwdM

Coarse wdM

dBA

dynamic Bandwidth Allocation

EPON

Ethernet-Based PON

fEC

forward Error Correction

fITL

fiber in the Loop

fTTx

fiber to the ...

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009


Protokoli u pasivnim optičkim mrežama za pristup

GEM

Gigabit Encapsulation Method

GfP

Generic framing Procedure

GPON

Gigabit-Enabled PON

hfC

hybrid fiber Coax

hP

high Priority

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers

IP

Internet Protocol

IPACT

Interleaved Polling with Adapatative Cycle Time

ITU

International Telecommunications Union

LLId

Logical Link Identification

MAC

Medium Access Control

MPCP

Multi-Point Control Protocol

OAM

Operation, Administration and Monitoring

OLT

Optical Line Terminal

ONU

Optical Network Unit

PLOAM

Physical Layer OAM

PON

Passive Optical Network

QoS

Quality of Service

SAR

Segmentation and Reassembly

SLA

Service Level Agreement

TCM

Time Compression Multiplexing

TdM

Time division Multiplexing

TdMA

Time division Multiple Access

wdM

wavelength division Multiplexing

wE-PON

wdM-Ethernet PON

xdSL

digital Subscriber Line

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

77


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

Literatura [1] M. Janković, Z. Petrović: „Širokopojasne digitalne mreže integrisanih servisa: mreže za pristup”, poglavlje 4, Akademska misao, Beograd, 2007. [2] ITU-T Recommendation G.983.1: “Broadband optical access systems based on Passive Optical Networks (PON)”, ITU-T, 01/2005. [3] ITU-T Recommendation G.983.3: “A broadband optical access system with increased service capability by wavelength allocation”, ITU-T, 03/2001. [4] “IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements. Part 3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications. Amendment: Media Access Control Parameters, Physical Layers, and Management Parameters for Subscriber Access Networks”, IEEE Computer Society, 2004. [5] G. Kramer, B. Mukherjee, and G. Pesavento: “IPACT: A dynamic protocol for an Ethernet PON”, IEEE Communications Magazine, Vol. 40, No. 2, Feb. 2002, pp. 74-80. [6] ITU-T Recommendation G.984.3: “Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON): Transmission convergence layer specification”, ITU-T, 03/2008. [7] E. Trojer, S. Dahlfort, D. Hood, and H. Mickelsson: “Current and next-generation PONs: A technical overview of present and future PON technology”, Ericsson Review, No. 2, Feb. 2008, pp. 64-69. [8] “GPON – The next big thing in optical access networks”, www.flexlight-networks.com [9] B. Mukherjee: “Optical WDM networks”, Ch. 5., Springer Science + Business Media, New York, USA, 2006. [10] M. McGarry, M. Maier, and M. Reisslein: “An evolutionary WDM upgrade for EPONs”, Technical report, Arizona State University, 2005. [11] F. An, K. S. Kim, D. Guttierez, S. Yam, E. Hu, K. Shrikhande, and L. G. Kazovski: “SUCCESS: a next-generation hybrid WDM/TDM optical access network arhitecture”, Journal of Lightwave Technology, Vol. 22, 2004, pp. 2557-2569. [12] A. Banerjee, Y. Park, F. Clarke, H. Song, S. Yang, G. Kramer, K. Kim, and B. Mukherjee: “Wavelength-division-multiplexed passive optical network (WDMPON) technologies for broadband access: a review”, Journal of Optical Networking, Vol. 4, No. 11, November 2005, pp. 737-758. [13] R. Zheng and D. Habibi: “Emerging architectures for optical broadband access networks”, Journal of Optical Networking, Vol. 4, No. 11, November 2005, pp. 737-758. [14] K. E. Han, Y. He, S. H. Lee, B. Mukherjee, and Y. C. Kim: “Design and performance evaluation of WDM/TDMA-based MAC protocol in AWG-based WDM-PON”, Lecture Notes in Computer Science, No. 3462, 2005, pp. 1426-1429. [15] B. Jung, H. Yun, J. Kim, M. Kim, and M. Kang: “Performance evaluation of novel MAC protocol for WDM/Ethernet-PON”, Lecture Notes in Computer Science, No. 3994, 2006, pp. 152-155. [16] K. S. Kim, D. Gutierrez, F. T. An, and L. G. Kazovsky: “Design and performance analysis of scheduling algorithms for WDM-PON under SUCCESSHPON architecture”, Journal of Lightwave Technology, Vol. 23, 2005, pp. 3716-3731.

Autor Milan Bjelica je diplomirao 2000, magistrirao 2003. i doktorirao 2009. godine, na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu, gde je i zaposlen. Bavi se telekomunikacionim mrežama i protokolima. Dr Bjelica je autor i koautor više naučnih i stručnih radova, kao i univerzitetskih udžbenika.

78

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009


gordana gardašević milojko jevtović philip constantinou

Optimization of Application QoS Protocols for 3G/4G Mobile Networks Abstract The importance of Quality of Service (QoS) provisioning has become one of the central issues of 3G/4G mobile network design and analysis. Mobile multimedia applications have high demands in terms of available network resources, equipment design and QoS performances. The challenging task for research activities is the creation of adaptive application QoS protocol suite in order to obtain optimal QoS performance. In this paper we identify key adaptation issues and propose the architectural framework for application level QoS adaptation.

Key Words

Mobile Networks, Quality of Service, Application, Protocols, Performance evaluation, Optimization

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009

79


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

1. Introduction The importance of Quality of Service (QoS) provisioning has become one of the central issues of 3G/4G mobile network design and analysis. The implementation of QoS in the actual network must be established on the "end-to-end" basis and must provide the service performance levels necessary for obtaining required Quality of Experience (QoE) for the end-user. Mobile multimedia applications have high demands in terms of available network resources, equipment design and QoS performances. The efficient employment of real-time applications in resource-constrained cellular environment remains an open field for research and analysis. Thus, the creation of an adaptive protocol suite with the possibility to adapt to dynamic network changes and diverse user requirements represents a challenging task.

2. Problem Formulation The variety of new applications (high definition video telephony, TV program distribution, tele-engineering, medical applications, location-based services, etc.) deployed in modern mobile networks implies the necessity for precise and consistent analysis. Each of these particular applications has its specific protocol stack with different parameter and attribute settings. Based on these settings, the QoS profile needs to be established and transmitted. Diverse applications share the same network resources and accordingly each service should be represented by properly chosen performance metrics. The common set of QoS parameters involved in the proc80

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009

ess of adaptation includes bandwidth, throughput, packet delay variation (jitter) and packet loss/error rate. Most of the research activities have been oriented to the areas of system, network, transport and middleware support for QoS. The QoS mechanisms of the network and transport layer have been studied in depth, as well as resource reservation, admission control, routing, handoff procedures, service disciplines and traffic models. Traditional transport protocols like TCP and UDP cannot support in entirety the QoS requirements of new mobile multimedia applications. Besides the effort to adapt and extent the usage of these protocols in cellular environment, other protocols have also been considered, such as DCCP (Datagram Congestion Control Protocol), SCTP (Stream Control Transport Protocol), etc. The proposed architectures with adaptive mechanisms are provided mainly at the level of QoS signaling [1]. On the other side, there is a lack of proposed architectures and protocols for implementing an overall adaptive application QoS support. There are several ongoing research activities, but a common standard has not been adopted yet.

3. Related Research Work The research in this area is trying to address the key requirements needed for support of coordinated activities between application and critical system elements and resources.The general framework for QoS adaptation can be divided into two broad groups: network level and application level QoS adapta-

tion. In both cases, the adaptation process follows the principle of formal control theory [2]. This approach has been used as a framework for the concept of "network-aware" applications [3]. The application has to adapt to changes in the available QoS while the network has to adapt to the alternations made to the QoS requirements of the supported applications. As a direction for further research, some general recommendations related to QoS parameterization are emphasized. One approach for QoS provisioning is based on a combination of converters and description syntax that specifies QoS at the end-user, network and application level [5]. An adaptive QoS framework for integrated cellular and WLAN networks was proposed by [6]. The model supports the delivery of adaptive realtime flows using the QoS reservationbased approach. The document 3GPP TS 23.802 "Architectural Enhancements for End-to-End QoS" considers possible solutions to enhance the "end-to-end" QoS architecture and to enable improved "endto-end" QoS in the case of interworking with IP network domains [4]. The general "end-to-end" reference model for QoS interworking is shown in Figure 1. This model gives a brief overview of some application-related tasks in a heterogeneous network infrastructure. Application nodes represent the interface between the domain specific nodes and backbone network. SIP (Session Initiation Protocol) has been chosen as the application control protocol. The EU QoS project has the objective to explore QoS technologies for the ad-


Optimization of Application QoS Protocols for 3G/4G Mobile Networks

Figure 1. General end-to-end reference model for QoS interworking (TR 23.802) [4]

vanced QoS-aware applications (voice, video-conferencing, video-streaming, educational, tele-engineering and medical applications) over various network infrastructures and domains [7].

studies have been performed addressing the following methods: layered and multiple encoding, payload compression, correction, buffering, etc. [9].

In order to support QoS requirements for multimedia group communications in B3G networks, the QoS Architecture for Mobile Multicast Multimedia Services (Q3M) has been developed [8]. This architecture is oriented towards the establishment of adaptive multicast in DiffServ (Differentiated Services) mobile environments, with the seamless mobility support for streaming multimedia applications.

4. APPLICATION LEvEL QOS

The rate adjusting and adaptation process at the application level incorporate several mechanisms: controlled quality degradation, adaptation of data format, implementation of seamless handoff procedures, as well as high QoS performances with low jitter, delay, low packet loss and guaranteed bandwidth. To achieve these requirements, different

One of the key requirements for establishing the architecture of particular service is the creation of adequate framework for QoS performance analysis. The selection of appropriate application QoS protocol as well as mechanisms for its adaptation and optimization represents a broad field for research in today's mobile networks. The optimization process at the application level should be applied on media components, because of aggregation of heterogeneous traffic types. It is very important to select an adequate performance metrics for particular application [10]. Applications can differ to a great extent when comparing the metrics for performance evaluation. For ex-

ample, the performance metrics for real time video sharing application are the set-up delay for establishing connection and the delay experienced during the period of recording video on the transmitting side until receiving the content on the other end. For a similar application, video streaming, the low delay is not of vital importance, but the high bit rate available for transmission. The adaptation approach for streaming multimedia services is oriented towards using buffering and transcoding proxies. The implementation of adaptation module at the application level has important advantages in comparison to implementation on lower layers. The lower levels are already involved in numerous system tasks and perform many functions. As a general rule, the adaptation procedures on lower layers are implemented in hardware elements. The adaptation at the application layer can be implemented as a software module which makes it easier for TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

81


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

changes and restructuring. Moreover, the question is how many functions and processes can be performed at the application level, so the lower levels may perform other tasks. In that way the overall processing performances can be improved.

5. PROPOSEd fRAMEwORK fOR QOS AdAPTATION The idea behind the proposed adaptation framework is the creation of QoS profile transparent to lower layers, particularly the network layer. This profile is established as a set of entities, where each of them performs specific tasks, as shown in Figure 2.

5.1. Traffic characterization entity The aggregation of different traffic types makes the problem of creating platform for QoS adaptation even more complex. Traffic modeling has great impact on obtaining optimal QoS performances. These profile information will be mapped onto the set of traffic rep-

resentatives. The example of QoS test/ reference profile is shown in Table 1. Applications with similar requirements can be aggregated to form one profile, where different traffic classes are based on the representative QoS attributes set. For example, videoconferencing is one of the most challenging applications to support since it requires high bandwidth, low latency and low jitter. Depending on chosen video format (frame rate, frame size, color depth, etc.), codec type (H.263, MPEG-4, H.264, etc.) and traffic distribution parameters, the QoS requirements may differ significantly. The video traffic shows long-range dependency effects, and it is of significant importance to employ high quality traffic model, especially for simulation purposes.

5.1.1. Simulation results for videoconference application For obtaining some QoS performances based on simulation of the videoconferencing application, we used the industry-standard network simulation tool,

Figure 2. Application-layer QoS adaptation framework

82

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

Table 1. An example of test profile

Test profile traffic class codec type max bit rate for uplink max bit rate for downlink max SdU size delivery of erroneous SdUs transmission delay jitter residual bit error ratio frame error rate traffic priority traffic distribution parameters operating environment (indoor, outdoor, vehicular, pedestrian) aggregation impact factor

OPNET Modeler [11]. Our goal was to illustrate the complexity in modelling real-time application such as videoconferencing, and to show the necessity for including adaptation mechanisms. The simulation setup is shown in Figure 3.


Optimization of Application QoS Protocols for 3G/4G Mobile Networks

adaptation of the traffic characterization profile, as well as the correct system behavior prediction are of vital importance in order to obtain optimal QoS performances. Different traďŹ&#x192;c profiles have different QoS performance results. The proper selection of application parameters is in close relation to the efficient use of network and system parameters.

5.2. Estimation entity

Figure 3. Simulation setup for videoconference performance testing

Figure 4. "End-to-end" delay for three different scenarios

The videoconference traffic is transmitted between two nodes inside the UMTS network. We measured QoS performances by varying specific system and application parameters. The system parameters we included in our observation were background system utilization, throughput-based admission control, etc. For application parameters, we measured "end-to-end" videoconference delay and video jitter, by changing pay-

load size, QoS class, distribution parameters, max available bit rate on uplink and downlink, etc. We were testing the OPNET built-in video conferencing model, but we also imported H.263 video trace from [12]. The ToS (Type of Service) chosen for simulation purpose was interactive multimedia and background.

The generated test profile represents the input for the estimation entity. The main task of this entity is to estimate attributes critical for particular bearer service. The general bearer performance attributes are "end-toend" packet transfer delay, "end-toend" delay variation, throughput, and packet loss/error rate. Based on test profile generated in previous entity, estimation entity provides minimum QoS requirements extracted from raw data describing transmission environment. These requirements represent some form of preliminary profile recommendation. For example, the recommendation may suggest the use of DCH (Dedicated Channel) for realtime video transmission channel, as well as it may suggest the codec replacement, header compression or the introduction of new QoS parameters. Additionally, the recommendation may include the suggestion for suitable application-level control protocol and transport protocol. The estimation entity output is the preliminary profile that will be used for the adoption of appropriate application policy.

5.3. Application policy entity The results obtained from Figure 4. and 5. show clearly that the possibility for

This entity is in charge of establishing adaptation rules that will be used for the TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

83


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

Figure 5. Video conferencing packet delay variation for three different scenarios

correction of initial test profile attributes. Mechanisms involved in this entity provide policies to dynamically regulate the behavior of system components involved in obtaining the adaptation profile. Based on this, adaptation rules are selected. The policy entity should establish appropriate performance metrics for the application QoS profile evaluation. The complexity factor can be added to the preliminary profile to indicate the "QoS-aware" status of the particular profile or specific QoS mode that can be attached to the particular profile. The profile with this status will have higher priority in further processing.

5.4. QoS syntax entity QoS syntax entity implements the profile description in specification language that enables dynamic and transparent correspondence with user and network requirements. The policy represents the

84

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

specification of method or action that meets service requirements. This entity should enable the decomposition of protocol functionality into components in a way that they can be reassembled dynamically.

6. CONCLUSION With the introduction of the new packet-optimized radio technologies (High Speed Downlink/Uplink Packet Access - HSDPA, HSUPA), as well as new radio access network architecture (3GPP Long Term Evolution) in mobile networks, the variety of multimedia applications become available. The "end-to-end" QoS support has been recognized as one of the key requirements for successful employment of modern mobile networks. Based on the above-mentioned facts and the reviewed literature and pub-

lished scientific papers, it can be concluded that there is a need for an indepth study of application level QoS protocols and mechanisms. The challenging research task is the creation of an adaptive application QoS protocol suit for obtaining optimal QoS performance. Particularly, the main issues are: -

-

how to create an adaptive application-level QoS set of parameters and attributes; how to achieve the optimal mapping between application QoS parameters and system components.

In this paper, we identify the key adaptation issues and propose the architectural framework for the application level QoS adaptation. The next step will be the implementation and simulation verification of the proposed framework.


Optimization of Application QoS Protocols for 3G/4G Mobile Networks

Acknowledgements This work has been supported by the Laboratory of Mobile Radio Communications, School of Electrical and Computer Engineering, National Technical University of Athens, Greece.

References [1] T. Guenkova-Luy, A. Kassler, and D. Mandato: "End-to-End Quality of Service Coordination for Mobile Multimedia Applications", IEEE Journal of Selected Areas in Communications (JSAC), Vol. 22, No. 5, June 2004. [2] J. Bolliger, and T. Gross: "A Framework-Based Approach to the Development of Network- Aware Applications", IEEE Transactions on Software Engineering, Vol. 24, 1998. [3] J. Cao, K.M. McNeill, D. Zhang, and J.F. Nunamaker, Jr.: "An overview of network-aware applications for mobile multimedia delivery", Proceedings of the 37th Annual Hawaii International Conference on System Sciences, Track 9 , Jan. 2004. [4] 3rd Generation Partnership Project: Technical Report 23.802, V1.2.0, "Architectural Enhancements for End-to-End QoS", Sept. 2005, http://www.3gpp. org/ftp/Specs/html-info/23802.htm [5] A. Thomas: "Supplying legacy applications with QoS: a description syntax at application, end-user and network level", Proceedings of the Software Engineering and Applications, Track 374-059, 2002. [6] X. G. Wang, G. Min, J. E. Mellor, K. Al-Begain, and L. Gua: "An adaptive QoS framework for integrated cellular and WLAN networks", Computer Networks, Vol. 47, No. 2, Feb. 2005, pp. 167-183. [7] http://www.euqos.eu/ [8] Project: "Q3M - QoS Architecture for Mobile Multicast Multimedia Services", http://www.workingonweb.com/q3m/ [9] F. Houéto and S. Pierre: "Quality of service and performance issues in multiservice networks subject to voice and video traffics", Journal of Computer Communications, Vol. 28, No. 4, March 2005, pp. 393–404. [10] D. Soldani and M. Li, R. Cuny: "QoS and QoE Management in UMTS Cellular Systems", John Wiley & Sons, Ltd, 2006. [11] http://www.opnet.com, OPNET Technologies homepage. [12] www.tkn.tu-berlin.de/research/trace/ltvt.html

Authors Gordana Gardašević is currently Assistant Professor at the Department of Telecommunications of the Faculty of Electrical Engineering in Banja Luka, Bosnia and Herzegovina. She holds a PhD degree in electrical engineering obtained from this Faculty in 2008. Professor Gardašević has published 36 papers in scientific journals, national and international symposia. Her research interests include distributed multimedia systems and applications, quality of service in 3G/4G mobile networks, cross-layer design and next generation networks architectures and applications. Milojko Jevtović graduated and obtained a Master of Science degree in electrical engineering from the Faculty of Electrical Engineering in Belgrade, Serbia, and a PhD degree in electrical engineering from the Faculty of Electrical Engineering in Zagreb, Croatia. Professor Jevtović has published 9 books and more than 160 papers in scientific journals, national and international symposia. He received several awards for his scientific work and contribution. Professor Jevtović is a member of Yugoslav Engineering Academy (JINA), Belgrade, Serbia. Philip Constantinou graduated in physics from the National University of Athens, Greece, in 1972, he became a Master of Applied Science in electrical engineering at the University of Ottawa, Ontario, Canada, in 1976, and he obtained a PhD degree in electrical engineering from the Carleton University, Ottawa, Ontario, Canada, in 1983. From 1976 to 1979 he was with Telesat Canada. In 1980, he joined the Ministry of Communications in Ottawa, Canada. From 1984 to 1989 he was with the National Research Centre Demokritos in Athens, Greece, where he was involved in several research projects in the area of Mobile Communications. In 1989, he joined the National Technical University of Athens where he is currently a professor. Prof. Constantinou is also the Director of Mobile Radio Communications Laboratory. His current research interests include personal communications, mobile satellite communications, and interference problems on digital communications systems.

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

85


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

Vladimir D. Orlić Radoslav K. Simić

Sinhronizacija u SFN mrežama Sadržaj Od krucijalne važnosti za uspešno funkcionisanje SFN mreža je istovremeno postizanje sinhronizacije na više nivoa, u unapred zadatim granicama tolerancije. U ovom tekstu je dat generalni prikaz sinhronizacije u SFN mrežama, uz osvrt na klasični DVB-T i savremeni DVB-T2 standard. Izvršeno je istraživanje na bazi računarskih simulacija, sa ciljem određivanja kritične vrednosti relativnog međusobnog kašnjenja signala prilikom emisije na predajnicima u okviru iste SFN ćelije, i dobijeni rezultati su prikazani i diskutovani. Predložena su rešenja za poboljšanje performansi SFN mreža, sa aspekta neidealne sinhronizacije predajnika prilikom emisije.

Ključne reči

SFN, sinhronizacija, DVB-T, interferencija, ćelijski sistemi

1. UVOD DVB (Digital Video Broadcasting) predstavlja efikasno rešenje u pogledu optimizacije zauzeća spektra i ostvarenja zadovoljavajućeg protoka u DVB-T (Terrestrial) i DVB-H (Handheld) sistemima. Pomenutu optimizaciju omogućava upotreba modulacione tehnike COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing), na kojoj je zasnovan 86

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009


Sinhronizacija u SfN mrežama

rad DVB sistema koji operišu u tzv. SFN (Single Frequency Network) konfiguracijama. Topologija SFN mreže se suštinski razlikuje od tradicionalnih MFN (Multiple Frequency Network) mreža, u okviru kojih svi predajnici vrše emisiju na različitim frekvencijama. Sa druge strane, u SFN mrežama u okviru bilo koje SFN ćelije, svi predajnici vrše emisiju na identičnoj frekvenciji, što direktno omogućava da optimalna vrednost zauzetog spektra / propusnog opsega bude postignuta. Primeri topologija MFN i SFN mreža prikazani su na Slici 1: u slučaju MFN mreža koriste se tri različite frekvencije za emitovanje, pri čemu je zauzeto 24 MHz propusnog opsega, dok se u slučaju SFN mreža koristi samo jedna frekvencija, uz ukupno zauzeće od samo 8 MHz propusnog opsega. SFN mreže omogućavaju izuzetno efikasnu distribuciju digitalnih sadržaja na širokim geografskim područjima. Ova tehnologija je specificirana u DVB-T i DVB-H standardima ([1]-[5]). S obzirom na to da koriste usklađene radiopredajnike, pogodnosti SFN mreža leže u tome što one mogu jednostavnije i jeftinije da opslužuju određena geografska područja nego mreže sa metalnim i optičkim kablovima. Uspešno pokrivanje koje se postiže rezultat je istovremenog

rada više predajnika koji šalju identične digitalne informacije na identičnoj frekvenciji, i to u identičnim vremenskim trenucima, posmatrano sa stanovišta prijemnika.Visok stepen sinhronizacije treba da bude istovremeno zadovoljen na više nivoa: u tekstu koji sledi biće dat generalni prikaz problema sinhronizacije u SFN mrežama, čije uspešno rešavanje predstavlja fundamentalni preduslov za svaku praktičnu implementaciju sistema ovog tipa.

2. SINhRONIZACIJA U SfN MREžAMA 2.1. Potrebe za sinhronizacijom Sinhronizacija koju u isto vreme karakterišu visok stepen preciznosti i visoka pouzdanost, je neophodan element za funkcionisanje SFN mreža. Ovo važi iz razloga što korisnik tokom redovnog rada prima signale sa više predajnika u isto vreme. Ukoliko primljeni signali nisu sinhronizovani, moguća je pojava destruktivne interferencije – ovaj efekat je poznat kao feding, i pri njemu se amplitude radio-talasa međusobno različitih faza oduzimaju jedne od drugih u tački prijema. Mogući su i drugi problemi, na primer – podaci koji dolaze iz jednog predajnika mogu imati vre-

mensko kašnjenje u odnosu na podatke koji dolaze iz drugog predajnika, iako su sami nosioci međusobno sinhronizovani, pa da signal koji korisnik prima bude skremblovan. Ukoliko vrednosti dodeljenih frekvencija nisu korektne, signali sa susednih frekvencija se međusobno preklapaju, što takođe rezultuje pojavom interferencije. Pomenute pojave mogu se izbeći samo ukoliko su svi postupci, uključujući kodiranje, modulaciju i transmisiju, međusobno sinhronizovani do nivoa jedne mikrosekunde u svim uređajima koji se nalaze u Glavnoj stanici (Head End), kao i duž svih predajnih stanica. Put svakog pojedinačnog paketa podataka od pošiljaoca do primaoca je stoga u ovakvom sistemu preciziran skupom pravila, i odvija se na osnovu niza događaja koji su međusobno povezani i odigravaju se po istom obrascu tokom vremena. Dakle, generalno posmatrano, da bi SFN mreža mogla ispravno da funkcioniše neophodno je da budu zadovoljena tri uslova [6]; DVB-T/H predajnici koji pripadaju istoj ćeliji treba da vrše emisiju: 1) na istoj frekvenciji, 2) u istim trenucima vremena, 3) sa identičnim OFDM simbolima. Prvi uslov je u osnovi lako ispuniti, jednostavnim podešavanjem svih predajnika na identičnu predajnu frekvenciju (na nivou modulatora). Drugi i treći uslov implicira potrebu za prosleđivanjem dodatnih informacija predajnicima: tzv. signala za sinhronizaciju i transmisionih parametara.

Slika 1. Topologije MFN i SFN ćelija

Distribucija transmisionih parametara je zadatak namenjen SFN adapteru – uređaju koji se nalazi u Glavnoj stanici SFN mreže (Slika 2.) i do kog se dovodi odgoTELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

87


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

varajući TS (MPEG2 Transport Stream) signal, tj. kodirani multipleks audio, video i signala podataka na više različitih kanala istovremeno, a ovaj signal SFN adapter dodatno proširuje informacijama neophodnim za sinhronizovani rad predajnika. Signali formirani od strane SFN adaptera se prosleđuju predajnicima u SFN ćeliji putem tzv. mreže za distribuciju.

2.2. Sinhronizacija emisije radio-talasa Slanje podataka se u SFN mreži putem radio-talasa standardno obavlja korišćenjem COFDM modulacione tehnike. COFDM predstavlja glavni razlog zašto susedni predajnici koji funkcionišu sa istom predajnom frekvencijom ne interferiraju međusobno: različiti delovi istog signala se dodeljuju različitim podkanalima, u okviru istog segmenta propusnog opsega. Svaki podkanal je razdvojen od ostalih frekvencijskim džepom koji štiti kanale od uzajamne interferencije. Dodatno, svaki bit podataka koji pripadaju istom podkanalu je razdvojen od susednih bita vremenskim džepom, tj. zaštitnim intervalom. Ovaj interval omogućava da svaki eho određenog bita stigne u prijemnik pre nego što usledi naredni bit korisne informacije. Pomenuti eho signali mogu biti poslati od strane drugih predajnika u okviru SFN mreže, ili biti posledica pojave višestruke propagacije. Teorijski, COFDM sistemi su dizajnirani tako da imaju koristi od eho signala, sve dok se oni pojavljuju u okvirima zaštitnog intervala. Ovaj uslov zahteva vremensku sinhronizaciju različitih predajnika, jer simbol mora biti emitovan u istom trenutku sa različitih lokacija, bez obzira koliko je vreme propagacije kroz mrežu za distribuciju. Zahtevani nivo preciznosti u vremenu je ograničen, zbog tolerancije koju omogućava pri88

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009

sustvo zaštitnog intervala. Maksimalna vrednost širine zaštitnog intervala u SFN mrežama jednaka je jednoj četvrtini trajanja korisnog simbola. Primera radi, u mrežama za pokrivanje velikih površina sa 8K podkanala i zaštitnim intervalom vrednosti 1/4 (tj. četiri puta kraćem od trajanja korisnog signala – 224 µs), praksa je pokazala da do degradacije performansi ne bi trebalo da dođe pri vremenskoj toleranciji od ±5 µs, što potvrđuje opravdanost uzimanja polazne vrednosti tolerancije od ±1 µs prilikom projektovanja (standardna vrednost tolerancije prilikom analiza i proračuna u procesu planiranja SFN mreža) [3]. Da bi se ispunio uslov u pogledu tačnosti frekvencija nosilaca, potrebno je da svaki predajnik emituje k-ti nosilac na frekvenciji ƒk±(∆ƒ/1000), gde je sa ∆ƒ označeno rastojanje između susednih nosilaca a sa ƒk idealna RF pozicija k-tog nosioca [3]. Ukoliko se postavljene granice koje se odnose na vreme i frekvenciju ne poštuju sa dovoljnom tačnošću, dolazi do degradacije kvaliteta signala. Za uniformno raspoređivanje podkanala duž odgovarajućeg opsega, i to na više predajnika pozicioniranih istovremeno na različitim lokacijama u okviru SFN mreže, potreban je adekvatan izvor signala željene frekvencije. Takođe, neophodan je adekvatan izvor takt signala kako bi svi predajnici znali tačno u kom trenutku treba da nastupi emisija bita, a u kom odabiranje.

2.3. Sinhronizacija u mreži za distribuciju Mreža za distribuciju podrazumeva kompletnu infrastrukturu koja povezuje SFN adapter sa predajnicima koji se nalaze u okviru SFN mreže. Vreme potrebno da TS signal upućen od strane SFN adaptera stigne do pojedinačnih predajnika zavisi od udaljenosti izvora

i odredišta signala: uvodi se tzv. maksimalno kašnjenje u mreži za distribuciju koje predstavlja razliku u vremenima putovanja od multipleksera u Glavnoj stanici, kroz mrežu za distribuciju, do najbližeg predajnika sa jedne, i vremena putovanja signala kroz istu mrežu za distribuciju, do najudaljenijeg predajnika, sa druge strane. Smatra se da ova veličina u praksi nije veća od jedne sekunde. S obzirom na to da u SFN mrežama podaci od multipleksera do modulatora dolaze putem mreže za distribuciju sa različitim kašnjenjima, vremenska referenca koja će se koristiti u modulatorima se ne može zadavati od strane multipleksera. Neophodno je koristiti neku eksternu vremensku referencu, koja će biti globalnog karaktera, tj. dostupna svim predajnicima, i koja zadovoljava zahtev za tačnošću boljom od ±1µs.

2.4. Globalna vremenska referenca - GPS Upotreba GPS-a (Global Positioning System) kao globalne reference u SFN mrežama deluje kao odličan izbor: prikladni GPS sistemi danas predstavljaju standardno rešenje u pomenutim aplikacijama, budući da istovremeno obezbeđuju i frekvencijsku referencu (u vidu takt-signala frekvencije 10 MHz) i referencu apsolutnog vremena. Izuzetna tačnost prilikom merenja vremena jedna je od osnovnih karakteristika GPS sistema: ispod 50 ns u odnosu na međunarodni standard UTC (Coordinated Universal Time) [7]. GPS se koristi u svim tačkama SFN mreže kao globalni izvor takt-signala i referentne frekvencije, koji obezbeđuje potpunu sinhronizovanost ovih referenci u svim pojedinačnim uređajima, videti Sliku 2. [2]. Alternativno upotrebi GPS-a, podsistem za formiranje globalnog takta se


Sinhronizacija u SfN mrežama

Slika 2. Struktura SFN predajničke mreže

može realizovati u vidu posebne mreže za podršku (backhaul) između predajnika. Klasična TDM (PDH ili SDH) mreža se može upotrebiti u te svrhe. Interesantan apsekt predstavlja mogućnost upotrebe paketske mreže u pomenute svrhe, pre svega iz razloga značajno niže cene instaliranja i održavanja [8]. U IEEE standardu 1588 specificiran je otvoreni protokol za prenos informacija za sinhronizaciju posredstvom paketskih mreža. U zavisnosti od implementacije, postignuta tačnost u mrežama po standardu 1588 može se kretati između one koja karakteriše GPS sistem, i već pomenute granice tačnosti od 1µs.

2.5. Sinhronizacija predajnika Kao što je već rečeno, informacije za sinhronizaciju predajnika koji operišu u okviru iste SFN mreže obezbeđuje SFN adapter, koji formira megafrejm na osnovu pristiglih TS paketa. SFN

Slika 3. MIP paket u okviru megafrejma

adapter smešta podatke vezane za sinhronizaciju i transmisiju upućene predajnicima u TS paket pod nazivom MIP paket (Megaframe Initialization Packet), ili MIP tabela. Svaki megafrejm sadrži tačno jedan MIP paket. Pozicija ovog paketa može varirati od megafrejma do megafrejma. Na Slici 3. je prikazana struktura megafrejma, koji uključuje i MIP paket [2]. Početak megafrejma je definisan tako da se poklopi sa početkom DVB-T superfrejma, odnosno početkom sinhro bajta na startu superfrejma, u sklopu adaptacija multipleksa koji se prenosi. Pozicioniran bilo gde u okviru megafrejma sa indeksom M, MIP tog megafrejma, MIPM, ima ulogu da na jedinstven način identifikuje početak (tj. poziciju prvog paketa) megafrejma M+1. Ovo se postiže pomoću pokazivača koji je sadržan u okviru samog MIPM, i čija je vrednost relativna u odnosu na početak tekućeg megafrejma. Vremen-

ska razlika između poslednjeg impulsa u okviru tzv. 1pps (1 pulse per second) referentnog signala koji se formira na osnovu stanja GPS generatora takta (u modernim GPS prijemnicima namenjenim za rad u SFN mrežama sam GPS prijemnik formira 1pps signal) koji prethodi početku M+1 megafrejma, i stvarnog početka (tj. prvog bita prvog paketa) megafrejma M+1, se smešta u MIPM. Ovaj parametar se naziva sinhroni zapis vremena ili STS (Synchronous Time Stamp) zapis, i služi za opisivanje početka narednog megafrejma u odnosu na globalnu referencu. Na Slici 2. su, pored SFN adaptera, odvojeno prikazani Tx/Rx adapteri, čija je uloga da obezbede konekciju MPEG-2 TS signala na fizičkom nivou. Maksimalno kašnjenje signala kroz mrežu koje podsistem za sinhronizaciju (SYNC) može da kompenzuje iznosi 1s. Ovaj podsistem upoređuje utisnuti STS zapis sa lokalnom vremenskom referencom i izračunava dodatno kašnjenje neophodno za sinhronizaciju SFN predajnika. Procedura uspostavljanja sinhronizacije prilikom emisije signala na predajnicima u okviru SFN mreže prikazana je na Slici 4. [6]: u predajnicima se iz MIP paketa izdvajaju vrednosti STS zapisa i maksimalnog kašnjenja signala kroz mrežu za distribuciju (maximum network delay, koji je, za razliku od STS zapisa, statična promenljiva i treba da bude veoma pažljivo određena, na osnovu tehnologije primenjene u mreži za distribuciju), izražene u jediničnim intervalima od 100ns. U svakom od predajnika se vreme transmisije Ttrans određuje po sledećoj relaciji: Ttrans = (STS + maximum_network_ delay) mod 107 (1) TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

89


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

Vreme se računa po modulu 107 iz razloga što je osnova referentnog vremenskog signala 1s. Kao što se može uočiti sa Slike 4, kašnjenje signala kroz mrežu za distribuciju za svaki prijemnik ima drugačiju vrednost, ali ona ne može nadmašiti poznatu vrednost maksimalnog kašnjenja, što je elementarni uslov za ispravan rad SFN mreže. Globalni takt signal frekvencije 10 MHz se koristi u svakom od predajnika za

formiranje odgovarajućih frekvencija podnosilaca, čime se postiže i globalna sinhronizacija po frekvencijama, uporedo sa vremenskom.

2.6. Sinhronizacija u prijemnicima U okviru prijemnika je neophodno izvršiti precizno lociranje primljenog signala i po vremenu i po frekvenciji, kako bi dalja ekstrakcija poslatih informacija bila moguća. Nakon što se inicijalno

Slika 4. Sinhronizacija predajnika u SFN mreži

Slika 5. Struktura simbola P1

90

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

uspostavi, ostvarena sinhronizacija se kontinualno prati i održava tokom rada prijemnika. DVB-T2 signali su formirani tako da ovaj proces bude maksimalno efikasan. Sinhronizacija DVB-T2 signala se u okviru prijemnika ostvaruje na osnovu specifičnih segmenata signala: simbola P1 i P2, rasprostranjenih (scattered) i kontinualnih pilot signala [5]. Po jedan P1 simbol se nalazi u svakom T2 frejmu, kao marker početka samog frejma. P1 signal je formiran tako da se može detektovati uprkos eventualnom prisustvu frekvencijskog ofseta (pomaka); ova mogućnost postoji zahvaljujući delovima P1 signala koji predstavljaju frekvencijski pomerene replike „glavnog” dela P1 (koji predstavlja 1k OFDM simbol), što je prikazano na Slici 5. [5]. Kod simbola P1 ukupno 384 podnosilaca se koristi za transmisiju u okviru nominalnog opsega (od ukupno 853), dok se ostali postavljaju na vrednost nula. Nosioci se popunjavaju nulama po unapred definisanom rasporedu, što može biti od koristi za grubu sinhronizaciju po frekvenciji. Svih 384 „korisnih” nosilaca se moduliše u skladu sa DBPSK tehnikom uz skremblovanje – što omogućava uspešnu ekstrakciju sadržanih informacija čak i u slučaju interferencije (niskog odnosa signal-šum). Prisustvo replika C i B povećava robustnost sistema na pojavu pogrešne detekcije simbola P1, kao i na potencijalni gubitak uspostavljene sinhronizacije. Detekcija P1 signala se obavlja u vidu korelacije dva segmenta dodata na krajeve »glavnog« signala. Uz odgovarajuće adaptacije prozora korelacije i iznosa ofseta, ove korelacije daju maksimalnu vrednost pika ukoliko je signal P1 detektovan. Pored potvrde da signal u okviru prijemnika zaista odgovara simbolu P1, ovim procesom se postavlja referenca


Sinhronizacija u SfN mrežama

za vremensku sinhronizaciju i ispravlja frekvencijski ofset sa tačnošću od ±0,5 MHz razmaka između kanala. Po obavljenom procesu validacije se pristupa dekodovanju sadržaja signala P1, koji prijemniku pruža informaciju o FFT modu prenosa koji se koristi. Samo dekodovanje se obavlja na bazi detekcije (korelacije) poznatih sekvenci upotrebljenih za kodovanje sadržaja signala P1.

Za početak regularnog rada (ekstrakciju informacionog sadržaja) nakon inicijalnog uspostavljanja sinhronizacije u prijemniku, neophodno je još i poznavanje parametara sadržanih u okviru simbola P2: tzv. signalizacije L1 u signalu DVBT2. Signalizacijom L1 se prijemniku dostavljaju preostale informacije potrebne za kompletno opisivanje radnog režima.

Kao dodatak (ili alternativa) proceduri sinhronizacije po vremenu i frekvenciji pomoću simbola P1, i za postizanje robusnije sinhronizacije, dodaje se sekvenca PN na pseudo-slučajnu sekvencu (PRBS) rasprostranjenih pilot signala. Pilot signali su modulisani tzv. referentnom sekvencom. Ova sekvenca se formira iz PRBS na nivou simbola i PN-sekvence na nivou rama. Referentna sekvenca se primenjuje na pilot signale. Sinhronizacija se u okviru prijemnika obavlja unakrsnom korelacijom primljenog signala i talasnog oblika sekvence rasprostranjenih pilot signala. Ukoliko se prethodno ne obavlja sinhronizacija po simbolima P1, neophodno je na alternativni način obezbediti informaciju o FFT modu koji se koristi. Rezultati kompleksne korelacije se koriste za uspostavljanje sinhronizacije takta odabiranja, zatim sinhronizacije simbola, potom sinhronizacije po frekvenciji i, na kraju, sinhronizacije rama. Zahvaljujući primenjenom algoritmu, maksimalno vreme akvizicije pri najlošijim uslovima prostiranja je veoma kratko (ispod 0,2 sekunde), prag ispravne detekcije ide do C/N=2 dB u SFN kanalu (-12 dB u AWGN kanalu), frekvencijski ofset koji se može kompenzovati iznosi 500 kHz u kanalu opsega 8 MHz, i nema gubitka sinhronizacije rama u slučaju promene dominantne putanje signala u uslovima višestruke propagacije.

3. ISTRAžIvANJE: UTICAJ NEIdEALNE SINhRONIZACIJE PREdAJNIKA U SfN ćELIJI NA PERfORMANSE SISTEMA Za potrebe istraživanja simuliran je rad jedne hipotetičke SFN ćelije sa 3 predajnika, u različitim konfiguracijama. Cilj istraživanja je bio: pronaći kritične vrednosti ukupnog međusobnog kašnjenja predajnika tokom emisije pri kojima se prelazi definisani funkcioni prag (usled odstupanja globalnih vremenskih referenci, kao i usled neadekvatnog određivanja vremena emisije u pojedinačnim predajnicima), za različite konfiguracije SFN ćelije. Kao kriterijum za ocenu napred pomenutog usvojen je odnos C/I u osnovnim jedinicama površine terena: zahteva se vrednost C/I veća od minimuma propisanog standardom za različite konfiguracije sistema, u najmanje 95% površine zone od interesa (ZOI). Iz razloga jednostavnosti tokom simulacija nije uziman u obzir profil terena, već se nivo signala u pojedinačnim tačkama (osnovnim jedinicama površine) određuje na osnovu aproksimativnog izraza za propagaciju signala u slobodnom prostoru [9]. U svakoj pojedinačnoj tački oblasti koja je obuhvaćena simulacijom određuje se snaga signala koji potiču od pojedinačnih predajnika, a zatim se određuje vreme propagacije

od predajnika do tačke koja se analizira. Ukoliko je izračunato vreme propagacije kraće od širine zaštitnog intervala Tg, signal se smatra korisnim, dok se u suprotnom slučaju smatra izvorom interferencije. Potom se pristupa formiranju ukupnih veličina korisnog i interferirajućeg signala u vidu proste sume snaga odgovarajućih komponenti, i izračunati odnos C/I poredi sa preciziranom vrednošću praga odlučivanja.

3.1. Scenario 1: standard dvB-T , ZOI oblika trougla, Tg=56µs (2k 1/4 mod, ili 8k 1/16 mod) U prvom posmatranom scenariju analizira se oblast dimenzija 78 km x 78 km, sa rezolucijom 1 km x 1 km. Predajnici su postavljeni na fiksnim koordinatama (u km): (30, 30), (41, 30) i (35,5, 39,515). Zona od interesa (ZOI) definisana je temenima trougla: (26, 26), (45, 26), (35,5, 44,515). U svakoj tački teritorije se računa odnos C/I. Međusobno rastojanje predajnika d=11 km određeno je kao maksimalno rastojanje pri kom je pokrivenost ZOI 100% za maksimalnu vrednost C/I od interesa u okviru simulacije (39,9 dB za 64-QAM 7/8 po DVBT, za 95% pokrivanja), u slučaju bez međusobnog kašnjenja na predajnicima tokom emisije signala. Za različite odnose praga C/I (koji odgovaraju različitim konstelacijama i kodnim količnicima) ispituje se vrednost unetog relativnog međusobnog kašnjenja predajnika τ pri kojoj dolazi do pada pokrivenosti ZOI na 95%. Vrednosti C/I su propisane standardom, korigovane za preporučenu vrednost margine prilikom projektovanja od 3 dB i dodatno za još 9 dB (korekcija za 95% pokrivanja) [10]. Ispitivani su različiti uslovi propagacije (propagacionog kanala), a dobijeni rezultati su prikazani u Tabeli 1. TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

91


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

Za izabrani oblik ZOI i dato rastojanje između predajnika, maksimalno kašnjenje u slučaju najrobustnije konstelacije pri

kom su parametri kvaliteta zadovoljeni ide do 17 µs. Povećanjem kompleksnosti konstelacije (tj. vrednosti praga C/I) vred-

Tabela 1. Rezultati simulacija u Scenariju 1

Kostelacija

Kod. količnik

QPSK

Gausov kanal

Rajsov kanal

Rejlijev kanal

prag C/I [dB]

τ max [µs]

prag C/I [dB]

τ max [µs]

prag C/I [dB]

τ max

1/2

15,1

17

15,6

13,9

17,4

13,9

QPSK

2/3

16,9

13,9

17,7

11,6

20,4

10,2

QPSK

3/4

17,9

11,6

18,8

10,7

22,7

9,5

QPSK

5/6

18,9

10,7

20

10,2

25,1

6,1

QPSK

7/8

19,7

10,7

20,7

10,2

28,3

6,1

16-QAM

1/2

20,8

10,2

21,6

9,6

23,2

8,6

16-QAM

2/3

23,1

8,6

23,6

6,1

26,2

6,1

16-QAM

3/4

24,5

6,1

25

6,1

28,7

6,1

OSTALO

6,1

6,1

[µs]

6,1

Tabela 2. Rezultati simulacija u Scenariju 2

Kostelacija

Kod. količnik

QPSK

Gausov kanal

Rejlijev kanal

prag C/I [dB]

τ max [µs]

prag C/I [dB]

τ max [µs]

prag C/I [dB]

τ max

1/2

12,8

27,6

13

27,6

13,8

24,4

QPSK

3/5

14,1

24,4

14,4

20,1

15,4

17

QPSK

2/3

14,9

17

15,3

17

16,6

13,9

QPSK

3/4

15,9

13,9

16,3

13,9

17,9

11,6

QPSK

4/5

16,5

13,9

17

13,9

18,8

10,7

QPSK

5/6

17

13,9

17,6

11,6

19,2

10,7

16-QAM

1/2

17,7

11,6

18,1

11

19,3

10,7

16-QAM

3/5

19,4

10,7

19,7

10,7

21,1

10,2

16-QAM

2/3

20,6

10,2

20,9

10,2

22,5

9,5

16-QAM

3/4

21,8

9,6

22,3

9,6

24,2

6,1

16-QAM

4/5

22,6

9,5

23,1

8,6

25,4

6,1

16-QAM

5/6

23,2

8,6

23,8

6,1

26,4

6,1

64-QAM

1/2

21,6

9,6

22

9,6

23,7

6,1

OSTALO

92

Rajsov kanal

TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

6,1

6,1

[µs]

6,1

nost maksimalnog kašnjenja koju sistem može da kompenzuje se smanjuje, sve do vrednosti 6,1 µs, koja predstavlja graničnu vrednost – pri ovoj vrednosti oblast „bez interferencije“ (u koju svi signali sa predajnika stižu za vreme kraće od Tg) zauzima tačno 95% ZOI. Granice ove zone, a samim tim ni granična vrednost kašnjenja, ne zavise od vrednosti C/I.

3.2. Scenario 2: standard dvB-T2, ZOI oblika trougla, Tg=56 µs (2k 1/4, 8k 1/16) U ovom scenariju analizirana je ZOI oblika i dimenzija istih kao u Scenariju 1, ovaj put pri vrednostima praga C/I propisanim za različite konstelacije/kodne količnike po standardu DVB-T2. Dobijeni rezultati su prikazani u Tabeli 2. Rezultati simulacija pokazuju da su sistemi DVB-T2 osetno otporniji na pojave interferencije usled kašnjenja signala u poređenju sa klasičnim sistemima DVBT. Uz širi opseg maksimalnih vrednosti τ koje se mogu kompenzovati, karakteristično je da i složenije konstelacije tolerišu odstupanja veća od granične vrednosti τ (zaključno sa 64-QAM). Granična vrednost je, očekivano, ista kao u prethodnom scenariju: τ=6,1 µs.

3.3. Scenario 3: standard dvB-T2, ZOI oblika šestougla, Tg=56 µs (2k 1/4, 8k 1/16) Sa ciljem da se analizira uticaj oblika ZOI na rezultate dobijene simulacijom, u ovom scenariju se testovi ponavljaju sa ZOI u obliku šestougla (koji odgovara obliku ćelije kakav se koristi prilikom planiranja ćelijskih sistema u praksi). Zona od interesa definisana je temenima šestougla, odabranim tako da rastojanje od temena do centra opisanog kruga ZOI bude isto kao u slučaju Scenarija 1. Međusobno rastojanje predajnika d=10 km određeno


Sinhronizacija u SfN mrežama

Tabela 3. Rezultati simulacija u Scenariju 3

Kostelacija

Kod. količnik

QPSK

Gausov kanal

Rajsov kanal

Rejlijev kanal

prag C/I [dB]

τ max [µs]

prag C/I [dB]

τ max [µs]

prag C/I [dB]

τ max

1/2

12,8

15,8

13

15,8

13,8

14,8

QPSK

3/5

14,1

14,8

14,4

14,8

15,4

14,3

QPSK

2/3

14,9

14,3

15,3

14,3

16,6

12,6

QPSK

3/4

15,9

14,3

16,3

14,3

17,9

3,9

QPSK

4/5

16,5

14,1

17

11,6

18,8

3,3

QPSK

5/6

17

11,6

17,6

5,2

19,2

3,3

16-QAM

1/2

17,7

4

18,1

3,9

19,3

3,3

OSTALO

3,3

je po istom kriterijumu kao u Scenariju 1. Testovi se ponavljaju za vrednosti C/I formirane u skladu sa standardom DVB-T2, kao u Scenariju 2, i dobijeni rezultati su prikazani u Tabeli 3. U slučaju kada se ZOI SFN ćelije modeluje u formi šestougla, vrednosti maksimalnog kašnjenja koje sistem može da kompenzuje opadaju. Takođe, smanjuje se i granična vrednost maksimalnog kašnjenja, koja sada iznosi τ=3,3 µs i dostiže se još za QPSK signale u slučaju kanala sa Rejlijevim fedingom. Analizirani slučaj verodostojnije oslikava situaciju u praksi nego Scenario 1, i pokazuje da postoji jaka zavisnost između odabrane forme ZOI i vrednosti kašnjenja koje se mogu tolerisati.

3.4. Scenario 4: varijacije parametara sa ciljem poboljšanja performansi U završnom setu simulacija razmatrane su mogućnosti manipulacije globalnim parametrima koje vode povećanju tolerancije sistema na pojave interferencije usled kašnjenja signala. Simulacije su izvedene pod istim uslovima kao u Scenariju 3. Konstatovano

3,3

[µs]

3,3

je da postoje najmanje dva pristupa koji mogu dovesti do poboljšanja performansi sistema: 1) korekcije fizičkih pozicija (prostorni raspored predajnika), i 2) korekcije međusobnog odnosa snaga predajnika. Korigovanjem prostornog rasporeda predajnika moguće je direktno uticati na snagu kako korisnog signala, tako i interferirajućih komponenti u pojedinim segmentima ZOI. Pri tom, konstatovano je da izvesne korekcije vode povećanju maksimalne vrednosti kašnjenja za robustnije modulacione postupke, ali istovremeno vode i smanjenju granične vrednosti kašnjenja za složenije modulacije, što u nekim slučajevima ne predstavlja zadovoljavajuće rešenje. Izvesne korekcije vode ka istovremenom poboljšanju obe ove veličine, pa se može zaključiti da je pozitivan efekat moguće postići pomenutim pristupom, ali mu treba prići sa oprezom i uz detaljne analize. Ovakav pristup karakteriše jedna bitna odlika: promene fizičkih pozicija predajnika su najčešće u praksi vrlo teško izvodljive, tj. predajnici se mon-

tiraju na statičnim lokacijama, prema rasporedu koji je unapred definisan projektom. Stoga opisani pristup ima punu upotrebnu vrednost samo tokom procedure planiranja sistema, dok je za korekcije pri uslovima formirane infrastrukture SFN ćelije neophodno razmotriti neke fleksibilnije metode za poboljšanje performansi sistema. Ukoliko bi se emisija vršila različitim snagama sa pojedinačnih predajnika, rezultujući odnos C/I ne bi zavisio samo od rastojanja između posmatrane lokacije i pojedinačnih predajnika [11], već bi i međusobni odnosi snaga predajnika predstavljali bitan faktor prilikom proračuna odnosa C/I. Samim tim, korekcije snaga predajnika mogu poslužiti kao sredstvo za manipulaciju vrednostima veličine C/I u pojedinim oblastima ZOI. Izvedeni su eksperimenti sa korekcijama međusobnih odnosa snaga predajnika pod uslovima kao u Scenariju 3: zaključeno je da je manipulacijama međusobnih odnosa snaga predajnika u ćeliji moguće postići kako poboljšanja maksimalne vrednosti kašnjenja koje sistem može da kompenzuje pri određenim radnim parametrima, tako i do istovremenog povećanja granične vrednosti kašnjenja, definisane granicama zone bez interferencije. Korekcije snaga predajnika po svojoj prirodi predstavljaju jednostavan, fleksibilan proces, bez fizičkih ograničenja koja karakterišu proceduru promene lokacija predajnika u ćeliji. Dalje, sva uočena poboljšanja mogu biti rezultat smanjenja predajnih snaga u odnosu na projektovane vrednosti, pa je moguće predvideti ih prilikom projektovanja u vidu ostavljanja određene „rezerve“ u snazi predajnika. TELEKOMUNIKACIJE | NOvEMBAR 2009

93


STRUČNO - NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA TELEKOMUNIKACIJE | 04 |

Sve korekcije snage, koje eventualno slede, tada rezultuju čistom uštedom u potrošnji. Na kraju, simulacije pokazuju da je nivo performansi sistema, u smislu vrednosti relativnog kašnjenja između predajnika koje se mogu tolerisati tokom emisije, ovakvim pristupom moguće višestruko poboljšati.

4. ZAKLJUČAK Opisani aspekti problema sinhronizacije SFN mreža rešavani su kroz odgovarajuće studije, standardi su propisani preporukama regulacionih tela, a neka pitanja su i danas interesantna za naučna razmatranja. Usvojena rešenja za postizanje neophodne sinhronizacije danas su sastavni deo koncepta SFN mreža koje uspešno funkcionišu u praksi, čime se ideja o mrežama za radio emitovanje signala na identičnoj frekvenciji

za potrebe difuzije potvrđuje na najdirektniji mogući način. Neposredna veza problematike SFN mreža sa pitanjem digitalnog emitovanja TV signala u sistemima DVB-T i DVB-H čini SFN mreže veoma aktuelnim, pre svega u svetlu tekućih aktivnosti globalne translacije difuznih sistema u sferu digitalnih telekomunikacija. Metod korišćen prilikom simulacija opisanih u ovom tekstu se može koristiti kao idealistički metod, čiji rezultati predstavljaju minimum zahteva koje treba zadovoljiti prilikom planiranja i projektovanja sistema. Red veličine maksimalnih vrednosti kašnjenja koje sistem može da kompenzuje, dobijenih u simulacijama, u potpunosti odgovara realnim vrednostima ovih veličina (±1 µs tolerancije prilikom projektovanja, ±5 µs po rezultatima u praksi). Navedeni podaci u potpunosti potvrđuju validnost optimističkog modela primenjenog u opisanom istraživanju, i upućuju na korektnost predloženih mehanizama za poboljšanje performansi sistema.

Literatura [1] Rec. ETSI EN 300 744 V1.4.1, January 2001. [2] Rec. ETSI TS 101 191 V1.4.1, June 2004. [3] Rec. ETSI TR 101 190 V1.2.1, July 2004. [4] Rec. ETSI EN 302 304 V1.1.1, November 2004. [5] Implementation guidelines for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2), DVB Document A133, February 2009. [6] Technical Overview of Single Frequency Network, White paper, Enensys Technologies, www.enensis.com (23.09.2009.). [7] D. Lovrie and R. Cronk: “Single Frequency Networks Require Robust Time and Frequency Synchronization”, White paper, Symmetricom Inc., May 2007. [8] SFN Synchronization over a Packet Backhaul Network, White paper, Channelot Ltd. [9] M.P. Clark: Networks and Telecommunications, John Wiley, 1997. [10] ECC REP004 Annex – Criteria for planning DVB-T, 2002. [11] T.S. Rappaport: Wireless communications: Principles & Practice, Prentice-Hall Inc., 2002.

Autori Vladimir D. Orlić je diplomirao 2007. godine na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu, Odsek za elektroniku, telekomunikacije i automatiku, smer Telekomunikacije. Tokom 2007. zaposlen je u IMTEL Mikro-opt D.D, a od 2008. u preduzeću IMTEL Komunikacije A.D, na poziciji inženjera za istraživanja i razvoj. Trenutno obavlja dužnost rukovodioca Odeljenja za digitalnu obradu signala preduzeća IMTEL Komunikacije A.D. Orlić je autor više radova objavljenih u domaćim i međunarodnim časopisima i na konferencijama. Član je IEEE Communications Society, IEEE Circuits and Systems Society i IEEE Instrumentation and Measurement Society. Dobitnik je nagrade Blažo Mirčevski" za najbolji rad mladog autora na konferenciji TELFOR 2007. " Radoslav K. Simić je diplomirao 1979. godine na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu. Magistrirao je na istom fakultetu 2001. godine sa radom na temu Sinhronizacija IDN mreža. Od 1979. do 2006. godine bio je zaposlen u Zajednici JPTT, gde je od prvog dana radio na problemima vezanim za digitalizaciju i modernizaciju nacionalne telekomunikacione mreže. Pripremio je brojne tehničke propise iz različitih oblasti telekomunikacija. Dao je koncept digitalizacije magistralne telekomunikacione mreže, autor je Generalnog plana telefonske mreže i knjige Digitalne telekomunikacione mreže", kao i brojnih stručnih i " naučnih radova koji su objavljeni u domaćim i inostranim časopisima. Mr Simić je više puta bio predavač na domaćim i međunarodnim konferencijama, kao i na seminarima ITU-T. Od 2006. godine zaposlen je u RATEL-u, gde radi na problemima koji se odnose na javne telekomunikacione mreže. Od 2006. godine aktivni je učesnik u radu Studijske grupe XV ITU-T, po pitanju Q.13, koje se odnosi na sinhronizaciju digitalnih mreža sa komutacijom paketa. Profesionalni interes mu je sinhronizacija digitalnih telekomunikacionih mreža.

94

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2009



Telekomunikacije broj 4