II .3 Các tiêu chuẩn mới cho truyềnhình di động
5.1. Giới thiệu
Dược bất dầu với mạng 2,5G như GPRS, EDGE và cđma One vào cuối những năm 1990 với dịch vụ luồng truyền tài Clip ngẳn. Các nhà khai thác đã nâng cấp các mạng thuần thoại trở thành có khá năng truyền dừ liệu. Người sử dụng có thể thiết lập các cuộc gọi dừ liệu sử dụng các kết nối chuyển mạch kênh hoặc các kết nối GPRS thuần chuyển mạch gói. Người sừ dụuìg cdma One \ à CìPRS luôn luôn kết nối sử dụng các kết nối chuyển mạch gói. Giao thức ứng dụng khòng dây (WAP) dà được chuấn hoá và dược chi dịnh làm giao thức lựa chọn dé truy cập các ứng dụng khòng dây qua không khí. Tuy nhiên, trong thời kỳ đầu tiên này, việc sử dụng dừ liệu trong các mạng còn nhiều hạn chế. Truy cập Internet, tuy cỏ thể thực hiện dược nhưne sự hấp dẫn bị hạn chế bời màn hinh nhỏ xíu và sự hạn chế của bàn phím. Các nhà khai thác dễ nhận ra lợi ích rất lớn từ những mạng tiến hành song song với Internet. Điều này cho phép các dịch vụ video sưeaming (luổnị video) thực sự phát triến lan rộng như cuộc gọi thấy hình, sử dụnị giao thức H.261 trong các mạng viễn thông cố định.
Độ khả dụng của các video clip có độ nén cao dưứi thuật t)án nén mới như Windows mcdia hay MPEG-4 \ à chúng không ngmg được chuẩn hoá bài tổ chức 3GPP cũng như i ril- I' và các lồ ckức khác tạo ra thuận lợi cho các nhà khai thác các mạng di dộng 2G và 2,5G như tác dụng của đòn bẩy về khả năng về dữ liệu trong mxng và việc cung cấp các video clip. Rất nhiều mạng GSM, GP^S, CDMA đã bất đẩu đưa ra các dịch vụ tải các clip như video streaming có giới hạn. Đáy là một biện pháp không nhỏ lạo đều kiện thuận lợi cho sự gia tảng các ứng dụng da phương tiện chu :ác máy cầm tay di động về nội dung nghe nhìn. Sự khới đầu cùa dch vụ video sb^aming được giới hạn với các video clip ngẳn. với 30s và tốc độ khung thấp tầm 15khung/s. Với sự sẵn sàng cùa máy dện thoại cầm tay và sự sừ dụng gia tăng trên mạng 2,5G đâ tới rr.ức giới hạn khả năng cùa mạng dưới dạng luồng truyền hay tải các video tới lượng lớn người sử dụng. Sự giới hạn này là điều hcàn toàn thấy được các khung rồng và các hình ánh bị ngát quãng. :ổc độ trung bình ưên kết nối 2/2,5G trung binh là 40-50kbiưs. Đây cũng là tiêu điểm chinh cùa mạng 3G, mạng được thiết kế để tăng hom nừa khả năng về dừ liệu. Khi nói về dịch vụ truyền hinh di động được triển khai qua mạiig 3G, điều đỏ cỏ nghĩa mạng 3G là các phát triển nâng cao như Multimedia Đroadcast and Multicast Services (MBMS), IX Evolution Data Optimized (IXEV-DO: Phát triển tổi ưu dừ liệu) và truy cập dữ liệu gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA). Những sự phát triển này được thúc đẩy bởi nhu cẩu sẵn sàng các dịch vụ truyền hình di động cho sổ lượng người sử dụng ngày càng tiừig trong củng mạng tể bào.
Ngày nay, các dịch vụ video clip streaming cùng như hình ảnh trực tiếp phát ưìển mạnh cả về nội dung, như tin tức cập nhật.
thòi tiét, các chương trình tin nhanh thé thao ưa thích và phim hoạt liinh. Các phiên bàn chư(Tng trinh phồ thông cho di động dã được lựa chọn đầu tiên như vậy. cùng vỡi nội dung và chương trình được thiết kế đặc biệt dành cho truyền hình di động;
- Mobile ESPN - một dịch vụ vô tuyến đâ được khởi phát cho các cò động viên thể thao.
- Mạng GoTV với nhừng nội dung cung cấp từ đài ABC và Fox sports, giống như dựng chương trinh gốc.
- Verizon V CAST là dịch vụ tải các video-clip được cung cấp qua các mạng Verizon's EV-DO và cdma 2000.
- Sprint TV Live! được cung cấp bởi Sprint qua mạng PCS Vision cung cấp một số kênh có nội dung liên tục, hầu hết là truyền hình trực tiếp.
Tất cá các nhà khai thác ở châu Âu. cháu Á, châu Mỹ La - tinh đều đưa ra các dịch vụ như vậy. Reliance Infocom ở Ấn Độ cung cấp dịch các dịch vụ truyền hình gần như trực tuyến bao gồm các kênh thời sự qua mạng cdma 2000. Kênh HBO được phát qua mạng Cingular hoặc một số mạng khác ớ nước Mỹ.
Mạng hệ thống viền thông di động chung (UMTS) dưới nền tàng 1MT2000 được thiét kế chù yếu để cung cấp tốc độ bit cao cho người dùng. 3G UMTS cung cấp các kết nổi chuyển mạch kênh lên tới 384kbiưs và 2Mbiưs với các kểt nối chuyển mạch gói. Điều này đạt đuợc bởi sừ dụng các sóng mang 5MHz, đồng thời cải tiến giao diện vô tuyến và kiến trúc mạng lồi.
IMT2000 được chuấn hoá vào những năm 1990, nó không phái là giải pháp cuổi cùng cung cấp các ứng dụng kiểu truyền hình
trực luyến cho số người dùng không hạn ché do lài nguvên và nhửng ràng buộc bén trong mạng.
5.2 CẢC DỊCH VỤ TRƯVỀN HÌNH QUA MẠNG DI ĐỘNG
Dịch vụ video qua mạng di động (bao gồm cá truyền hinh trực tuyến) được cung cấp bới các luồng hình ảnh và àm ihanh qua mạng với cách thức giống với các luồng chuyển động qua mạng Internet. Tuy nhiên cũng cỏ những sự khác nhau nhất định, trong cách mà luồng video được truyền qua mạng di động (đối lập với Internet), nó mang nhừng dặc trưng cùa mạng di động.
Phân luồng là một phương thức Iruyền tải hinh ánh. âni thanh hay dữ liệu trực tuyến có lợi ích là người sử dụng không cần phái đợi cho đến khi tải về toàn bộ tập tin dừ liệu mà có thẻ xem ngay phần nội dung vừa tải về được. Tuy nhiên, kinh nghiệm của luồng hình ảnh qua mạng Internet cho thấy chất lượng dịch vụ luồng ưuyền tài phụ thuộc vào tổc độ dữ liệu duy trì được khi truyền qua mạng. Từ đây cho thấy chất lượng truyền luồng hinh ảnh và sổ lượng người sừ dụng có thể sừ dụng dịch vụ phụ thuộc vào mạng di động. Đây là một vấn đề quan trọng cần phái hiểu dược là từ sự hạn chế của truyền hình trực tiếp phát riêng dần đến sự phát triển công nghệ quảng bá và da hướng MBMS.
Dịch vụ truyền hình di động (MobiTV) có nhiều thuận lợi bởi việc sử dụng chuẩn chung cho mã hoá vả định dạng tệp tn âm thanh và hinh ảnh, chúng được chuẩn hoá bởi tổ chức 3GP? (3G Partnership Prọịect: dự án chung thế hệ thứ 3) và 3GPP-PSS (3GPP Packet Sừeaming Standards: Các tiêu chuẩn phân luồng đóng gỏi).
Để có thề chuyến đi hinh ảnh và âm thanh trinh diễn các tệp tin da phưcTiig tiện hay các luồng truyền hình trực tiếp theo những yêu eầu thi cần phái thích ứng vái các mạng di dộng tế bào.
«
Các mạng di động phải có khã năng thiết lập các cuộc gọi, nhận dạng các cuộc gọi thấy hình, trong đó truyền hình trực tiếp (live \ ideo) cũa người gọi có quan hệ với cuộc gụi và ngược lại. Khi các luồng hình ánh trực tiếp được vận chuyẻn bời dịch vụ chuyén mạch gói. thì ở đó cẩn có một giao thức được định nghĩa tốl để có thé nhận dạng cuộc gọi bất kỳ. Do đó yêu cầu đầu tiên là cẩn phải có chuẩn các giao thức hiểu đuợc việc gọi, trả lởi và thiết lập được một cuộc gọi thấy hình hay luồng hình ành. Các giao thức này cần được sẳp dặt một cách đồng nhất trên toàn mạng, vì thế
cuộc gọi CJ thề dược thiết lập giữa những người sử dụng ở các
mạng khác nhau. Có bộ giao thức tốt cũng giúp các nhà sản xuất máy điện thoại nhó có tiêu thụ các điện thoại có thể làm việc như nhau trên nhiều mạng. Các thù tục thiết lập cuộc gọi cũng như các luồng chuyển mạch gói được tạo ra trong các khuyến nghị 3G-324M cho các cuộc gọi thấy hình và 3GPP-PSS cho video streaming.
Các mạng cũng phải có chuẩn để mà hoá âm thanh và hình ảnh cùa các ứng dụng khác nhau như cuộc gọi thấy hình hay video streaming. Các giao thức lý tưởng sừ dụng thuật toán nén hiệu suất cao như MPEG-4 hay H.264 đề giảm bớt băng tần yêu cẩu cho hình ảnh và âm thanh đằ được mã hoá. Kích thước màn hình nhó cũng cho phép sử dụng các thông số dom gián cho hình ảnh, nhờ vậy cho phép không phải mà hoá một lượng lớn các đối tượng.
170 Truyển hình số di động
--- - ■ . ■ mt < . - . — --- — ---
Việc lựa chọn các thông so đơn giản cho liinh anh cũng dirợc 3GPP chuẩn hoá.
Các mạng cũng phải có một tốc dộ truyền dĩr liệu thích hợp dế truyền các khung hình ảnh không bị gián đoạn. 'I rong thực tể, tốc độ dừ liệu lưu lượng hình ánh đuợc cung cấp bởi các kết nổi có thể Uiay đổi, nhưng tốc dộ trung bình cần phai giữ trên mức tốc độ tối thiểu dựa trên các tham sổ hình ảnh (Ví dụ 64kbit/s hay tốc độ cao hơn cho cuộc gọi thấy hình sử dụng mà hoá QCIF). Các mạng 2G, 2,5G, 3G có ửiể ưuyền hình ảnh vì các mạng này có thê cung cấp và duy tri tốc độ dừ liệu tối thiểu. Nhưng thực tế, các mạng 2,5G chi cỏ ý nghĩa có thể cung cấp đường truyền hình ánh và phải cần tới mạng 3G để cung cấp thoà màn các dịch vụ.
Trong phẩn này chủng ta sẽ xem xét các giao thức dùng đế thiết lập và khởi đầu cho truyền dừ liệu video và giải phóng các cuộc gọi như vậy. Chúng ta cũng xem xét các giao thức chuyển mạch gói 3GPP - các giao thức dùng irong truyền dừ liệu đa phương tiện và các tiêu chuẩn 3GPP để xử lý âm thanh và hinh ảnh. Các mạng di động được đặc tnmg bỡi các khá năng phát dom hướng hay phát đa hướng cho chuyến tải hình ảnh vá chúng ta sẽ xem xét các chế độ chuyển tải hình ánh này.
5 .3 TỔNG QUAN VỀ KHẢ NĂNG CỦA MẠNG TẾ BÀO TRONG VIỆC TRUYỀN TẢI TRUYỀN rtN H DI ĐỘNG
Chủng ta bắt dầu xem xét các khả năng dừ liệu của các mạng 2G, 2.5G, 3G và lần lượt xem khả năng cúa chủng với các ứng dụng da phương tiện và truyền hinh di dộng.
5.3.1 Dịch vụ d ử liệu trong m ạng 2G và 2,5G
Cãc dịch vụ dữ liệu trong mạng GSM dược cung cấp bàng một dịch vụ dừ liệu chuyén mạch kênh. Máy di động cần thiết lập két nối dừ liệu và sau khi cuộc gọi dừ liệu được thiết lập, người sử dụng có thể sử dụng độc quyền khe dữ liệu với tốc độ 9,6kbiưs.
rốc độ’ dừ liệu có thể dạt được cao hom nếu sử dụng thêm công
nghệ mà hoá, khi đó có thể nâng tốc độ dừ liệu lên tới
14.4kbiưs/một khe. cỏ thế sử dụng kết hợp nhiều khe, khi đỏ tốc
độ cho phép có thế lên đến 38,4kbit/s khi sừ dvuig bốn khe (57,6kbiưs nếu sử dụng thêm mà hoá). Việc sử dụng dừ liệu chuyển mạch kênh cho dịch vụ kiểu Internet như là ư-ình duyệt không phải là một chế độ sử dụng lý tưởng vi băng thông của một kct nối đồnỵ bộ được dành riêng cho người sử dụng (người đâ yêu cầu thiết lập cuộc gọi dừ liệu) và không cỏ cơ chế chia sẻ kết nổi này với người sử dụng khác.
Dịch vụ vô tuyén gói chung (GPRS) là một đặc tính được lảng cường cho mạng GSM hiện tại, nó cung cấp phương tiện để thiết lập và chuyển đổi chuyển mạch gói dừ liệu sang chế độ chia sè giừa tất cá nhừng người sử dụng qua một mạng IP chuyển mạch gói lốc độ cao. Chức năng tăng cường GPRS đạt được nhờ sử dụng nút hồ trợ cổng PGRS (GGSN) và nút hồ trợ dịch vụ GPRS (SGSN).
Trong GPRS có bốn phưomg thức mâ hoá khác nhau, được gọi là CS-1 cho đến CS-4, chúng được sử dụng tuỳ thuộc vào điều kiện vô tuyến.
172 Truyền hinh sổ di dỌng
#
BanỊị 5. ì: Các tôc độ dữ liệu chuyên mạch kênh ironịĩ mạriỊỊ GSM
Khe thòi gian 1 TS 2TS 3TS 4TS 5TS 6TS 7TS 8TS CS-1 9.05 18,10 27.14 36,20 45.25 54.3 63,35 72.4 CS-2 13.4 26,8 40.20 53,60 67 80,4 93,8 107.2 CS-3 15,60 31.20 46,80 62.40 78 93.6 109,2 124.8 CS-4 21,60 42.80 64,20 85,60 107 128,4 149,8 171.2
Phương thức mã hoá CS-1 cung cấp lốc độ bit là 9.05kbitys và được sừ dụng dưới điều kiện vô tuyến cực xấu. Phương thức mã hoá cao nhất, CS-4 cỏ thể cung cấp tốc độ dữ liệu là 21,6kbit/s cho một khe thời gian, nhưng phải ở điều kiện vô tuyến tốt nhất, vì phưcmg thức này không có bất kỳ một phương tiện sửa lồi nào. Phương thức được sử dụng nhiều nhất là CS-2, tốc độ dữ liệu có thể đạt tới 53,6kbit/s khi sử dụng bốn khe thời gian.
EDGE (Enhancing Speed Data to Global Expanding: Các tốc độ dữ liệu tăng cưòmg cho phát triển toàn cẩu) lả một sự cải liến qua mạng GSM, sự cải tiến ở đây là tinh lọc giao diện vô tuyến giữa máy di động và trạm gốc. EDGE sử dụng điều chế GMSK hoặc 8 PSK, phụ thuộc vào điều kiện vô tuyến. Qua EDGE có thể đạt được tốc độ tổng lớn nhất là 473kbiưs khi sừ dụng 8 khe thời gian.
5.3.2 Khả năng của mạng 3G
Mạng 2,5G; 2,75G như GPRS, CDMA Ix và EDGE đều được sinh ra từ hệ thống 2G để thêm các ứng dụng như dữ liệu di động, streaming video/audio qua mạng. Tuy nhiên do sử dụng dữ
Chương 5. Truyền hình di động sử dụng cõng nghệ 3G 173
liệu rộng răi và các dịch vụ khác mà tốc dộ tải xuống cao nhất trên theo lý thuyết hiếm khi dạt được. Thay vào đó lưu lượng trung bình của người sử dụng là 20kbiưs trên mạng GPRS và từ 40-50kbiưs với mạng EDGE. Lưu lượng này có thé còn giảm xuống tại nhừng giờ cao điém. Điều đó có nghĩa là bất kỳ video nào có lưu lượng dài khoảng 30-60 giây đều quá nặng với điều kiện lải về binh thường.
2Mbit/s 1,25Mbiưs o INDMDUAL USER POOL GSM CDMA
Hình 5. ỉ: Sự phái iriến của tốc độ dữ liệu của mạng di động lên mức cao hơn (hệ thồrìỊỉ 3G)
Chuyến tài vidco trực tuyến yêu cẩu tối thiểu là 100-128kbiưs với 15khung/s và độ phân giải QCIF với mâ hoá MPHG-4. Điều này rõ ràng không ihc xày ra ở mạng 2,5G và mạng 3G đã trớ thành môi trường cung cấp các dịch vụ như vậy.
5 3 3 Phân lớp mạng 3G
Mạng phát triển theo hướng từ mạng thoại như 2G (GSM hay cdmaOnc) lên mạng 3G phân làm hai nhánh, ví dụ như các mạng CDMA phát triển từ mạng GSM. Mạng GSM phát trién lẽn
GPRS/EDGE và gọi lá công nghệ 2,5G và cuối cùng phái Iriển lên 3G như khung UMTS. Các khung UMTS chi định các chuàn giao điện vô tuyến của WCDMA cho các dịch vụ 3G. Mạng CDMA theo cách khác phát triến từ IS95A (tốc dộ dừ liệu từ 14.4kbiưs) sang IS95B (64kbiưs) và cuối cùng phát trién lên cdma2000. Đây cũng ià một chuẩn 3G. Sự phát triển cao hơn nữa theo cách kết hợp nhiều sóng mang l,25MHz như cdma 2000 Ix. cdma 2000 3x và cdma 2000 6x để cỏ thể đạt nhừng yêu cầu thời gian thực cùa truyền hinh di động cũng như các ứng dụng khác. Cá hai công nghệ này đều thuộc khung IMT - 2000. Tuy nhiên trong khi WCDMA dùng công nghệ trài phổ trực tiếp thì chuấn cdma 2000 phát triển sử dụng công nghệ đa sóng mang (cdma 2000) hoặc ghép kênh phân chia theo thời gian TDD (Ulra TDD và TD-SCDMA) (hinh 5.2).
Các cõng nghệ CDMA (cdma 2000)
- 2G: CDMA (IS-95A. IS-95B)
-2,5G : 1_RTT - 3G: 3_RTT - 3G: EV-DO
- 3G mờ rộng: EV-DO và EV-DO revisions A và B
Củc cóng nghệ dựa trên GSM - 2G: GSM - 2,5G/“2.5G J ’: GSM/GPRS/EDGE - 3G: WCDMA (UMTS) - 3G MBMS - Mở rộng 3G (3,5G): HSDPA 174 Truyèn hinh sổ di động..
Chuxyng 5 Truyền hình di động sử dụng cõng nghệ 3G 175