Mobile Television

Contexto e objectivos

A 3GPP, 3rd Generation Partnership Project, é uma associação criada pelas diversas organizações de standards no mundo com o intuito de definir um sistema celular global. Desta associação resultou o UMTS, Universal Mobile Telecommunications System, que se assume como um padrão universal para as comunicações pessoais. UMTS é uma evolução do GSM, Global System for Mobile Commmunications, com vista a garantir os débitos apresentados na tabela 1.

MBMS, Multimedia Broadcast Multicast Service

O MBMS é um serviço que, como dito anteriormente, visa garantir conteúdos multimédia a uma grande quantidade de utilizadores em simultâneo. Para isso, o MBMS possui dois modos de transmissão, broadcast e multicast. O modo de broadcast refere-se a uma transmissão multimédia unidireccional ponto-multiponto, utilizando os recursos rádio de forma eficiente porque a informação é transmitida sobre um canal de rádio comum. Se necessário o débito do MBMS pode variar de forma a optimizar os recursos do espectro eletromagnético disponíveis (Figura 6).

No modo multicast os recursos podem ser contratualizados separadamente, dando suporte à subscrição individual de conteúdos. O MBMS pretende ser usado para uma vasta variedade de serviços, independentemente do seu conteúdo. O MBMS se comparado com os sistemas existentes, proporciona um débito superior, ainda que escasso, podendo não ser a tão ambicionada solução para a transmissão de conteúdos de televisão com a qualidade actualmente exigida (Figura 7).

Arquitectura

A arquitectura da rede UMTS é constituída por três domínios principais, que são: CN (Core Network), UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access Network) e UE (User Equipment). A core network disponibiliza as funcionalidades de switching, routing e gestão de tráfego do utilizador. Para além disto, contém as bases de dados e as funções de gestão da rede UMTS (Figura 8).
A core network do UMTS, é baseada na rede GSM (Global System for Mobile Communications) com a adição do GPRS (General packet radio service). Todos os equipamentos e serviços tiveram de ser modificados para puderem operar nesta rede.
O UTRAN disponibiliza a interface de rádio necessária aos UE para comunicarem com a core network, sendo composto pelo Node-B e pelo RNC (Radio Network Control).

Codificação de áudio e vídeo

A introdução do MBMS implicou modificações mínimas na arquitectura do UMTS. A maior modificação foi a introdução do BM-SC (Broadcast Multicast Service Center), através do qual são processados os conteúdos provenientes dos fornecedores.
A codificação de vídeo no UMTS pode ser realizada utilizando dois codecs, o H.263 profile 0 level 10 e o MPEG-4 Visual Simple Profile Level 0. Recomendado pelo ITU-T, o H.263 profile 0 level 10 é o principal codec para a codificação da maioria dos serviços de multimédia em dispositivos móveis. O H.263 usa Discrete Cosine Transform (DCT) de forma a reduzir a redundância espacial. A transformada converte um bloco de pixéis em coeficientes que representam a frequência espacial do bloco. Apenas as frequências presentes no bloco possuem valores elevados de coeficiente. Por exemplo, um bloco com a mesma cor e intensidade (mesma frequência de coloração), corresponde a apenas um coeficiente DCT não nulo. Os coeficientes DCT são posteriormente quantificados. Este processo garante elevados ganhos de compressão. Quanto menos níveis de quantificação existirem menos bits serão necessários para representar a informação. No entanto quanto menos bits se gastarem na codificação de cada bloco menos qualidade terá a imagem reconstruída no receptor através da Inverse Discrete Cosine Transform (DCTI).
Esta determinação do ITU-T pretende garantir alguma interoperabilidade pois o bitstream H.263 pode ser descodificado por descodificadores MPEG-4 e H.263. Além deste codec pode ainda ser utilizado o MPEG-4 Visual Simple  Profile Level 0, que é destinado a transmissões de baixo débito e baixa latência, sendo apenas utilizadas as tramas I (Intra Frame) e P (Predicted Frame) para a codificação de vídeo. Possui ferramentas que conseguem garantir resistência a erros e implementa compensação de movimento de meio pixel. Trata-se de um open standard.
A codificação de áudio é implementada pelo codec MPEG-4 AAC Low Complexity Object. Possui o nome formal de ISO/IEC 14496:2001. Trata-se de um tipo específico de Advanced Audio Conding (AAC). A norma define que este codec tem por base o MPEG-2 AAC Low Complexity Profile com alguns ajustamentos. Assim este codec proíbe a utilização de predição e da ferramenta de controlo de ganho. Limita ainda a utilização do Temporal Noise Shaping (TNS, mecanismo que, através de predição na frequência adapta o valor de ruído quantizado, colmatando o problema da variação drástica do sinal no tempo). Possui ainda a ferramenta Percentual Noise Substitution (PNS) que optimiza a eficiência do bitrate do AAC a baixos débitos. Utilizado nas comunicações UMTS, está limitado a um ritmo de amostragem máximo de 48 kHz. As configurações do canal pretendem suportar mono ou estéreo. A tecnologia UMTS pode ainda suportar o MPEG-4 AAC Long Term Prediction.

Transmissão

O acesso rádio é garantido através de FDD (Frequency Division Duplex, utiliza duas bandas de frequência separadas para o uplink e downlink), e TDD (Time Division Duplex, o uplink e downlink, usam a mesma largura de banda, sendo apenas separados no tempo). Estas variantes de transmissão associadas à tecnologia de interface rádio W-CDMA (Wide-Band Code-Division Multiple Access), conseguem oferecer aos utilizadores um serviço de elevada qualidade. O W-CDMA é uma técnica de modulação e espalhamento espectral, que codifica cada sinal usando um código único. Esta tecnologia de transmissão permite um uso mais eficiente do espectro de rádio sendo ainda mais robusta às interferências e ao ruído do meio de transmissão. Garante assim taxas de transmissão muito mais elevadas.

Recepção e dispositivos

O receptor apenas precisa de conhecer o código, usado na transmissão, para descodificar o sinal. Esta técnica permite que no mesmo canal possam ser transmitidos diversos fluxos de dados separados por códigos ortogonais.
O terminal UMTS pode operar no modo PS/CS, em que o terminal deve conseguir usar simultaneamente os domínios do CS (Circuit Switching) e do PS (Packet Switching). Além disso, pode operar de forma individual no PS ou no CS. O dispositivo deve-se reger pelas entidades definidas pela norma, muitas delas herdadas do GSM.

Evolução, HSDPA

A tecnologia HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) veio trazer uma melhoria muito significativa em termos de performance às redes UMTS, permitindo alcançar débitos na ordem dos 1.8, 3.6, 7.2 e 14.4 Mbps. Devido aos débitos alcançados por esta tecnologia, tornou-se possível aos operadores móveis oferecerem serviços de banda larga aos seus clientes.
Estes débitos foram alcançados devido à utilização de modulação adaptativa, que consiste em optimizar o Baud-Rate, o esquema de modulação, o número de símbolos usados e a potência de transmissão de cada símbolo. Esta optimização é realizada baseando-se na informação sobre a qualidade do canal reportada pelo UE (User Equipment).
O HSDPA usa a modulação 16 QAM, ao contrário do W-CDMA que utiliza QPSK. A utilização desta modulação permite uma melhor gestão da largura de banda disponível, à custa duma maior potência de recepção por bit.
Devido aos seus elevados débitos de transmissão, esta tecnologia permitiu a introdução dos mais diversos conteúdos multimédia sobre as redes móveis actuais. Para além disto, esta tecnologia permite aos operadores uma melhor performance da rede quando em condições de elevada carga.