自适应广播系统——余少波

背景


　　稀缺的地面频谱是无线通信发展的重要因素。现今，广播服务在(例如，UHF或VHF)广播频带中占用大部分频率，这对室内接收来说是理想的。由于数字化，广播服务的频谱利用率与模拟时代相比大幅提高。然而，网络操作仍然还是静态的，即，传输参数是固定不变的，发射器功率保持不变，并在预定信道中传送服务。此传统广播网络对接收器的要求极低。既不需要反馈信道也不需要内容存储设备，并且通常只在终端设备首次接通时才需要进行信道扫描处理，原因是将对每个电视(TV)信道的传输参数进行存储以供以后收听(调入)。



　　消费电子行业快速发展，用户终端正变得越来越强大。近来，消费电视领域的发展趋势是开发“混合用户终端”，这些混合用户终端除传统广播网络之外，还可以经由宽带网络，比如xDSL、DOCSIS或卫星通信链路，最终甚至经由无线互联网(例如， LTE网络)或其他无线数据网络获取媒体内容。虽然此等接收器允许对互联网和广播内容进行无缝访问，但两个传输装置之间几乎没有互联互通特征。另一点值得注意的是，越来越多的电视和机顶盒(STB)配备有巨大的存储设备并且这对时移消费媒体内容来说是必不可少的。内容存储通常可由用户或安排程序控制以便构建个人电视信道，但既不受网络控制，也不会对网络中发生的事情产生影响。在某些情况下，付费电视的提供商已经开始将内容预下载到存储设备以便为观看者提供更多的节目选择。


　　用户终端的这些新功能，即，可用宽带网络接入及容量合理的存储设备，不仅可以用于增强用户体验，而且还可以用于降低电视节目播出成本并提升频谱使用效率及整个系统的能源效益。


　　首先，利用第二传输装置(宽带网络)的存在，根深蒂固的电视观看习惯可以被利用来最优化电视内容分配。由于网络操作成本对于指定覆盖区域来说几乎与观看者人数无关，因此广播对广大观看者来说是最佳选择，这表明它为越多的用户提供服务，单个用户的成本就越低。相反，宽带传输的成本通常随观看者数量增多而增加，并且就单播而言，几乎呈线性关系。这意味着对观看者人数较少的事件来说，经由宽带网络的传输可能更节省成本。

图1-1 16个频道在48小时的播出情况

　　此外，在用户终端的管理下，存储设备能够存储计划由广播公司在接下来的14天左右重复播出并预测用户有强烈的兴趣观看的内容。通过这种方式，重复播出的电视内容的实况转播观看者数量可能会明显减少并且信道流行度分布的偏斜度大大增强。假设实况转播观看者的剩余数量降至预定义阈值以下，然后应将内容重新分配给宽带信道，从而释放广播信道的容量或甚至频谱。


　　进一步地，由于电视观看者的数量在一天内有很大不同，释放的容量时效性同样较强。在黄金时段，释放的数据速率将比夜晚少得多。为了充分利用频谱而定义了一种新的传输策略，使用夜间广播容量来向用户终端预传输一部分电视内容。在预发信广播时间，这些终端可以直接从存储设备播放内容。因此，必须接收现场直播的终端的数量将降低，最终，同样可以将现场直播的内容移至宽带信道。类似地，预传输在低流量时间过程中也可以置于宽带信道中，因此可以减少宽带网络在白天的负载。图1-1是典型的48小时内16个频道的壁橱情况 [11]。

从图1-1中可以看出：

　　1、        只有极少的直播节目。

　　2、        大多数的节目都是可以在事前共享的。

　　3、        大部分的节目都是重新播出的或是在不同的频道播出的。

图1-2 可以滤除至少21%的储存空间

　　释放容量对广播公司和其他无线通信网络运营商来说是极有价值的。可以考虑以下可能的用途，例如:提供更多广播服务；将传输参数调整为更强健的模式，为的是可以降低发射器的功耗；暂时关闭某些广播信道并使频率在一段时间内可用于次要无线服务提供商。


　　新的无线通信系统的发展往往因缺乏可用频谱而受到限制。另一方面，分配给专用技术的多个频带往往没有得到充分利用。电视空白频段(TVWS)是分配给地面广播系统，但因干扰计划或缺失广播基础设施而不能被广播网络运营商本地使用的频带。监管当局、标准化机构及研究机构以及工厂正在寻找可以利用次要无线通信(次要用户、通常称之为空白频段设备WSD)的这些有价值的频率资源的方式。


　　对TVWS频谱的有效使用具有一定限制。一方面，必须保护主要频谱用户(主要用户、主要地面广播网络)免受以相同频带操作的次要用户的有害干扰。另一方面，过于严格的(保守的)TVffS使用许可可能显著降低TVWS可用性。此外，TVffS可用性可能因位置不同而不同，典型地为高人口密度区域提供较少容量。


　　管理TVWS频谱接入的已知技术，如ECC报告159中所陈述的，是使用地理定位数据库(或空白频段数据库)。包括主要发射器定位、地形和传播特征及传输功率的所有相关频谱使用信息必须存储在这些数据库中。在WSD投入运行之前，WSD必须了解它们的位置且必须咨询空白频段数据库。通过询问，WSD可找出可用的频带及在这个位置上允许的最大传输功率。然而，空白频段数据库无法克服TVWS频谱在某个位置不可用的问题，也无法处理对广播接收器产生的潜在干扰。

应用于地面数字电视的前景

　　现在广电受到空前的挑战，电信的IPTV和互联网电视，给用户有记号的体验。电视用户的开机率只有40%左右。为此，广电通过DVB+OTT来对应。但是，仅仅是DVB+OTT或者是HbbTV，有一个基本的问题。还不是真正的三网融合。只是在DVB和OTT之间切换。没有按照用户需求来定制频道。简单的做法就是尽可能多的节目套数，不是为每个客户事实节目定制。


　　在有线电视中，由于可以使用的频点比较多，可以上200-300套节目，以非常粗的方式来满足用户需求。但在地面数字电视中，由于频点的缺乏，无法使用这种方式来满足客户需求。因此，需要一种虚拟的直播方法，来满足客户的个性化需求。


　　稀缺的地面频谱是地面数字电视发展的重要因素。为了在频点不够，节目套数较少的地面数字电视环境中为用户定制电视服务。我们创新性地提出了自适应广播技术。其基础是DTMB+WiFi+3G/4G+Push VoD。DTMB+WiFi+3G/4G +Push VoD 就是无线三网融合。无线三网融合是一种利用无线数字电视网和无线通信网建设农村信息高速公路的解决方案，利用该网络，人们不仅能清楚收看到中央和省、市、县的各类电视节目，还可根据自己对农技信息的需求，通过交互式的操作得到个性化服务，从“看电视”过渡到“用电视”时代。


       由于数字化，广播服务的频谱利用率与模拟时代相比大幅提高。然而，网络操作仍然还是静态的，即，传输参数是固定不变的，发射器功率保持不变，并在预定信道中传送服务。此传统广播网络对接收器的要求极低。既不需要反馈信道也不需要内容存储设备，并且通常只在终端设备首次接通时才需要进行信道扫描处理，原因是将对每个电视信道的传输参数进行存储以供以后收听。


       在自适应广播的概念中，电视节目可以通过电视网络进行传输，也可以通过IP网络进行传输，这点与HbbTV和DVB+OTT是类似的，关键的不同点是，从效率和资源利用上考虑，将热门的节目，喜欢看的人数比较多的直播节目，采用电视广播的方式进行传输。将少数人喜欢的直播节目，采用IP网络的方式进行传输，甚至是个别人喜欢的直播节目也可以定制传输。在地面数字电视的早期，实际上是通过Push VoD下发的。


　　与以前不一样，自适应广播不是预先将电视节目固定在一定的频道上，而是根据用户的喜爱将直播节目或频道进行调整，决定是用电视广播方式传输还是使用IP网络进行传输。从而达到既满足大众的需求，也满足个人的定制。将大众化和个性化完美结合起来。


       然而，要实现自适应广播，就需要相应的智能终端。这个自适应广播的智能终端将地面数字电视的广播和宽带网络（无线网络）有机地融合在一起，形成个人定制的电视服务，既能够节省地面数字电视使用的频谱，也能够有效地满足用户的个性化、定制化需求。


       节省下来的地面数字电视频谱，可以用于地面无线通信网络的建设，形成广播和宽带融合的新的数字电视业态。


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