NAB Show 2023 Rückblick Teil 1: ATSC 3.0 Beyond TV

Doug Lung teilt seine Erkenntnisse über ATSC 3.0-Innovationen vom Treffen im April in Las Vegas

Die Ausstellungen und Sitzungen der NAB Show 2023 zeigten, dass die Zukunft von ATSC 3.0 über die traditionelle drahtlose Fernsehübertragung hinausgehen kann. Ich werde mich auf drei ATSC 3.0-Innovationen konzentrieren: Verwendung von ATSC 3.0 zur Bereitstellung präziser Zeit- und Ortungsdienste; effiziente Datenübertragung für Funk über ATSC 3.0; und Teilen eines ATSC 3.0-Kanals mit einem 5G-Signal.

Broadcast-PositionierungssystemDas Thema der Verwendung von ATSC 3.0 als Backup für GPS wurde in der Sitzung „Delivering Traceable Reference Time for ATSC 3.0-based Broadcast Positioning System (BPS)“ von Patrick Diamond von Diamond Consulting diskutiert und gemeinsam mit Tariq Mondal und Robert Weller verfasst von NAB und Andrew Hansen im Volpe Center.

Während der Sitzung listeten sie einige der kritischen Dienste auf, die auf präzise GPS-Zeitmessungen angewiesen sind, darunter Mobilfunknetze, Aktienhandelssysteme und Stromnetzsynchronisierung sowie mehrere Dienste, die genaue Positionsinformationen erfordern. Der Verlust der GPS-Zeitmessung, sei es aufgrund eines Ausfalls oder einer absichtlichen Störung, wird erhebliche Auswirkungen auf die Systeme haben, auf die wir angewiesen sind – hochpräzise Positions-, Navigations- und Zeitmessungen (PNT) gelten tatsächlich als nationales Sicherheitsrisiko.

Das Konzept, ATSC 3.0 zur Bereitstellung präziser Zeit- und Positionierungsdaten zu verwenden, ist nicht neu. Eine meiner Fragen zum Präzisionstiming war, wie die Unterschiede im Timing in der Übertragungskette berücksichtigt werden. Beispielsweise ändert sich die Länge der Übertragungsleitung auf einem 2.000 Fuß hohen Turm mit der Temperatur, und auch die Zeitsteuerung auf dem Weg von der ATSC 3.0-Zeiterzeugung zum Senderstandort kann sich ändern.

Das vorgestellte System verwendet Daten von einem Avateq-Empfänger, um das Timing des empfangenen Signals mit einer Präzisionsreferenz zu vergleichen – GPS, falls verfügbar, eine lokale Cäsium- oder Rubidiumuhr oder eine andere ATSC 3.0-Station mit einer Präzisionsreferenz sind mögliche Optionen – und sendet diese Informationen an die Triveni Digital Broadcast Gateway, das ATSC 3.0-Uhren auf eine Genauigkeit von 200 Nanosekunden anpasst, die für kritische Anwendungen erforderlich ist. Durch die Platzierung der Timing-Daten auf einem robusten Physical Layer Pipe (PLP) sollte der Empfang bei Signal-Rausch-Verhältnissen unter null dB möglich sein, sodass das BPS in Innenräumen arbeiten kann, wo keine GPS-Signale verfügbar sind.

Diese Präsentation und eine weitere mit Details zum verwendeten System, „BPS ATSC 3.0 Broadcast Emission Time Stabilization System Proof-of-Concept“ von Mark Coril von Triveni, Vladimir Anishchenko von Avateq und Tariq Mondal, sind in den NAB BEIT Conference Proceedings verfügbar. Die Präsentation „Broadcast Positioning System (BPS) Using ATSC 3.0“ von Tariq Mondal, Robert D. Weller und Sam Matheny von NAB, die kürzlich auf einer Sitzung des National Space-Based Positioning, Navigation, and Timing Advisory Board vorgestellt wurde, ist online verfügbar bei gps.gov. Abb. 1 aus der Präsentation zeigt die Systemkonfiguration.

Radio über ATSC 3.0 Die Idee, Audiosendungen (Radio) über ATSC 3.0 zu senden, klingt zunächst einfach. Der ATSC 3.0-Standard umfasst Optionen für Dolby AC-4 und MPEG-H Mehrkanal-Audio.

Wie Liam Power von ONE Media jedoch in dem Artikel „Audio Services Over ATSC 3.0: A Proof of Concept“ betonte, ist die bandbreiteneffiziente Übertragung von Audio an Empfänger in Fahrzeugen nicht so einfach. Um ein effizientes ATSC 3.0-Funksystem zu entwerfen, muss ein Audio-Codec ausgewählt werden, der mit einer Vielzahl von Clients kompatibel ist und bei geringster Bandbreite eine ausreichende Qualität liefert. Außerdem muss eine Methode zur Übertragung des Audios im ATSC 3.0-Signal mit dem geringsten Overhead und der geringsten Komplexität gefunden werden auf der Empfängerseite und Auswahl der Parameter der physikalischen Schicht, die in einer mobilen Umgebung ein zuverlässiges Signal liefern.

„Um ein effizientes ATSC 3.0-Funksystem zu entwerfen, muss ein Audio-Codec ausgewählt werden, der mit einer Vielzahl von Clients kompatibel ist und bei geringster Bandbreite ausreichende Qualität liefert.“

ONE Media stellte fest, dass der xHE-AAC-Codec die Audioanforderungen bei Bitraten von nur 24 kbps erfüllt. Dolby AC-4 schnitt bei 48 kbps gut ab, konnte aber aufgrund von Encoder-Einschränkungen nicht mit weniger als 48 kbps getestet werden. Auch die Unterstützung von Dolby AC-4 ist auf Client-Geräten, insbesondere auf Computern und Mobilgeräten, im Vergleich zur HE-AAC-Codec-Familie eingeschränkt. Für den Proof-of-Concept wurde HE-AACv2 verwendet, da es derzeit eine breitere Unterstützung als xHE-AAC bietet.

Der Proof-of-Concept nutzte die „UserDefined“-Tabelle im ATSC 3.0-Standard, um Signalisierungsinformationen für das als Transportstrom übertragene Audio bereitzustellen, eingebettet in RTP-UDP-Daten.

Bei der Demonstration wurden 16,66 % der gesamten ATSC 3.0-Signalkapazität genutzt, um 15 Funkdienste mit jeweils 45 Kbit/s (insgesamt 675 Kbit/s) bereitzustellen. Für Audio wurde eine QPSK 11/16 Modcod Physical Layer Pipe (PLP) mit einer berechneten SNR-Anforderung von 6,3 dB verwendet. Bei Testfahrten zeigte sich ein vergleichbarer (oder besserer) Empfang als bei lokalen UKW-Radiosendern. Weitere Informationen zur Auswahl der Parameter und zu möglichen Verbesserungen bei zukünftigen Designs finden Sie im Dokument in den BEIT Proceedings.

ATSC 3.0 und 5G MIMS In meiner letzten Kolumne habe ich Zweifel an der Unterstützung der Kombination von ATSC 3.0 und 5G in einem Fernsehsender geäußert. Auf der diesjährigen NAB Show wurde deutlich, dass sich die Technologie zur gemeinsamen Nutzung eines TV-Kanals mit ATSC 3.0 und einem 5G-kompatiblen Signal noch in der aktiven Entwicklung befindet.

Im NAB Futures Park zeigte das koreanische ETRI ein ATSC 3.0- und 5G-MBMS-Signal, das sich einen einzigen 6-MHz-TV-Kanal in einem Zeitmultiplex (TDM) teilt. Die ATSC 3.0- und 5G-Signale wurden mit unterschiedlichen Leistungspegeln erzeugt, um die Anzeige der Umschaltung auf einem Spektrumanalysator zu ermöglichen (Abb. 2).

Das 5G-Signal beanspruchte 50 % der Übertragungszeit. Für die Demonstration wurde auf jedem Signal ein einzelner Stream mit 5,77 Mbit/s für ATSC 3.0 und 5,21 Mbit/s für 5G-MBMS übertragen. Das ATSC 3.0-Signal verwendete eine ungleichmäßige 64-QAM-Konstellation mit 8K FFT, während das 5G-Signal 64-QAM und 12K FFT verwendete. Die Coderaten waren ähnlich, daher würde ich davon ausgehen, dass beide Signale hinsichtlich der Robustheit ähnlich sind, wobei der ATSC 3.0-Stream einen leichten Vorteil hat.

Rohde und Schwarz hatten keine Live-Demonstration der 5G/ATSC 3.0-Kanalfreigabe, zeigten aber ihre Arbeit mit TDM zur gemeinsamen Nutzung eines Fernsehkanals mit 5G. Rohde und Schwarz verfügt über Erfahrung mit 5G-Übertragungssystemen und zeigte auf der NAB Show 2022 einen leistungsstarken UHF-5G-MBMS-Sender.

(Lesen Sie auch: Was können Rundfunkveranstalter mit 5G tun?)

Warum sollten Rundfunkveranstalter daran interessiert sein, ihren Kanal mit einem 5G-kompatiblen Signal zu teilen? Wenn es den Rundfunkanstalten gelingt, Mobiltelefonhersteller und Mobilfunkunternehmen davon zu überzeugen, die ATSC 3.0-Fähigkeit in ihre Telefone zu integrieren, hätte die doppelte Übertragung von Inhalten kaum Vorteile.

Die Schwierigkeit, UKW-Radio auf Mobiltelefonen zu aktivieren – selbst wenn ein Gerät über die entsprechenden Schaltkreise verfügt, um es zu empfangen – zeigt jedoch, dass Rundfunkveranstalter wahrscheinlich Schwierigkeiten haben werden, ATSC 3.0 auf Mobilgeräten zu erhalten. Die Übertragung eines Signals in einem kompatiblen Physical-Layer-Format würde es den Geräteherstellern erleichtern. Qualcomm, ein großer Chiplieferant für Mobilgeräte, hat angekündigt, dass er in seinen neuen Modemchips 5G über UHF-TV-Kanäle unterstützen wird.

Die Übertragung eines 5G-Physical-Layer-Signals zusammen mit einem kompatiblen ATSC 3.0-Signal ist möglicherweise nach den aktuellen FCC-Regeln zulässig, und nach dem, was ich auf der Messe gesehen habe, wird die entsprechende Ausrüstung verfügbar sein, wenn Kunden dies wünschen. Das wird nicht passieren, es sei denn, es werden Geräte verfügbar, die 5G auf UHF-TV-Kanälen unterstützen und Mobilfunkunternehmen dies auf ihren Geräten zulassen. Bis der Übergang zu ATSC 3.0 abgeschlossen ist, wird die ATSC 3.0-Kapazität voraussichtlich knapp bleiben. Wie viele Sender werden bereit sein, Kanalkapazität aufzugeben, um ein 5G-Signal hinzuzufügen?

Diese Technologien zeigen, dass ATSC 3.0 bereit ist, Dienste anzubieten, die über die Bereitstellung von Fernsehen auf Bildschirmen hinausgehen. Das Hinzufügen von Broadcast Positioning Service-Funktionen erfordert wenig zusätzliche Kapazität, insbesondere wenn LDM für die robuste Schicht verwendet wird, und das Hinzufügen von mehr als einem Dutzend Radiodiensten über ATSC 3.0 kann effektiv mit viel weniger Bandbreite als bei einem 1080P HD-Signal durchgeführt werden, wie ONE Media gezeigt hat.

Weitere hier nicht erwähnte Arbeiten werden durchgeführt, um die Datenbereitstellung über ATSC 3.0 zu optimieren. Wenn man über die Rolle nachdenkt, die diese „jenseits des Fernsehens“-Dienste in der Zukunft des Rundfunkfernsehens spielen könnten, muss man beachten, wie sich Kabelfernsehen von einem Dienst, der Fernsehen für Verbraucher bereitstellt, die über eine Antenne kein Fernsehen empfangen könnten, zu einem Dienst entwickelt hat, auf den die meisten Kunden für Breitband-Internet angewiesen sind . l

In Teil 2 meiner Berichterstattung über die NAB Show 2023 werde ich mir einige der interessanten Produkte ansehen, die ich für HF-Übertragung, -Empfang und -Messung gesehen habe. Ich freue mich über Ihre Kommentare, Fragen und Beobachtungen zur Zukunft des Rundfunkfernsehens. Schicken Sie mir eine E-Mail an [email protected].

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Doug Lung ist einer der führenden amerikanischen Experten für Rundfunk-HF-Technologie. Als Vizepräsident für Rundfunktechnologie bei NBCUniversal Local leitet H. Douglas Lung die HF- und Übertragungsangelegenheiten der NBC- und Telemundo-eigenen Sender, einschließlich Mikrowellen, Radargeräte, Satelliten-Uplinks und technische Unterlagen der FCC. Lung begann seine Karriere 1976 bei KSCI in Los Angeles und verfügt über fast 50 Jahre Erfahrung in der Rundfunk- und Fernsehtechnik. Ab 1985 leitete er die technische Abteilung der späteren Telemundo-Netzwerk- und Sendergruppe und half bei der Planung, dem Bau und der Installation der Rundfunk- und Kabelanlagen des Unternehmens. Zu den weiteren Projekten zählen die Arbeit am Start von Hawaiis erstem UHF-TV-Sender, die Einführung und Erprobung des ATSC-Handheld-Standards sowie die Softwareentwicklung im Zusammenhang mit der Incentive-Auktion des TV-Spektrums-Repacks. Doug, ein langjähriger Kolumnist für TV Technology, ist ebenfalls Stammgast Mitwirkender bei IEEE Broadcast Technology. Er ist Träger des NAB Television Engineering Award 2023. Außerdem erhielt er 2021 einen Tech Leadership Award vom TV-Tech-Verlag Future plc und ist Mitglied der IEEE Broadcast Technology Society und der Society of Broadcast Engineers.

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