Quoi de neuf dans les technologies satellitaires avancées

Alberto Morello, directeur du Centre de recherche de la RAI et président du groupe de travail DVB TM-S, chargé au sein de la DVB des normes spécifiques à la diffusion par satellite, a pris le pouls lors de la dernière conférence UER Forecast 2017 sur le satellite.

Dans la précédente publication sur la conférence Forecast 2017 de l'Union européenne de radiodiffusion, tenue à Genève les 23 et 24 novembre de l'année dernière, nous avions commenté l'évolution des technologies TNT et des technologies de diffusion mobile à haut débit.

Aujourd'hui, il est temps de résumer la présentation Quoi de neuf sur les technologies satellitaires avancées réalisé lors de Forecast 2017 par Alberto Morello, directeur du Centre de recherche RAI et président du groupe de travail DVB TM-S, chargé des normes spécifiques pour la diffusion par satellite au sein de la DVB.

La présentation s'est concentrée sur l'état des technologies et des services de radiodiffusion, le DVB est un satellite, les prévisions à long terme, les études « inédites » de TM et les tendances et évolutions de la radiodiffusion par satellite, du haut débit et du VSAT.

Développement du DVB-S

En 1993, le consortium DVB a commencé à développer le DVB-S et en 1996, le premier service commercial a été lancé. Si l'on analyse les marchés, en considérant la décennie 2010-2020, on s'attend à une croissance de la position globale de la réception de télévision dans les foyers, tant à travers la plate-forme satellite que la plate-forme satellite IPTV, jusqu'à atteindre : 142% en réception Free To Air et 178% en IPTV par satellite.

La tendance à la croissance est plus saturée dans les marchés matures, tandis que la tendance est plus forte dans les marchés émergents, comme dans le cas de l'Inde où cette prévision de croissance est supérieure à 400 %.

État des technologies

En codage vidéo, une génération plus efficace est normalisée environ tous les 10 ans. A chaque nouvelle génération, le débit requis pour les mêmes dimensions et pour la même résolution d'écran est typiquement divisé par 2.

Après l'encodage vidéo MPEG2, est venu le MPEG4 AVC et aujourd'hui nous avons HEVC, dont les encodages permettent d'exprimer les caractéristiques suivantes :

L'objectif principal de ces encodages est que chaque nouvelle famille tente d'obtenir une meilleure résolution, en multipliant par 4 le nombre de pixels sur l'écran.

En raison de l'efficacité de codage obtenue avec chaque nouvelle famille, le débit requis est divisé par 2, mais le but est d'obtenir une meilleure résolution en multipliant le nombre de pixels nécessaire par 4, donc le bilan final est que chaque famille multiplie généralement par 2 la capacité dont nous avons besoin pour transmettre le signal codé.

Si nous regardons la troisième famille avec UHD, nous avons besoin de 8 fois plus de capacité que celle dont nous avions besoin pour SD avec MPEG2, la conclusion est que finalement pour obtenir de meilleures résolutions, nous avons besoin de plus en plus de capacité dans le satellite. Cependant, l'évolution des technologies de modulation : la seule migration du DVB-S vers le DVB-S2 n'a apporté qu'un gain de 30 % en capacité satellite.

Situation actuelle

La situation actuelle, en prenant comme exemple la flotte d'Eutelsat Hot Bird et de SES Astra, est que la norme SD est toujours utilisée pour la plupart des chaînes, que la HD s'est développée ces dernières années et que l'UHD décolle lentement.

Au niveau mondial, le MPEG-4 est le système de compression le plus utilisé : 53,4 % des chaînes, tandis que le MPEG-2 est encore utilisé pour 46,1 % des chaînes. HEVC est adopté pour les chaînes UltraHD et représente 0,5%.

Il existe actuellement 83 chaînes UHD dans le monde, dont 33 en Europe, dont la moitié sont des chaînes de test commerciales et l'autre moitié en test. En 2019, les ventes de téléviseurs UHD devraient dépasser celles de la HD. Par conséquent, nous pouvons dire que c’est l’industrie grand public qui dirige l’évolution de l’UHD et du contenu nécessaire.

Concernant l'adoption de la technologie de modulation, 41,79 % des opérateurs d'Eutelsat utilisent le DVB-S et les 58,21 % restants utilisent le DVB-S2, par conséquent, le système de modulation DVB-S2 est le plus utilisé actuellement par Eutelsat.

La norme DVB-S transporte SD et HD, en utilisant MPEG2 et MPEG4, tandis que la modulation DVB-S2 transporte principalement MPEG4 et HEVC. Il existe donc un mélange entre les différentes couches physiques et les nouveaux schémas de modulation, qui coexistent ensemble.

La NHK prévoit que la prochaine génération d'UHD sera en 8K. La première démonstration satellite en direct a eu lieu lors de l'IBC en 2008, avec une diffusion en direct impliquant la NHK, la Rai, la BBC et Eutelsat. Des tests de transmission ont ensuite été réalisés en 2016 et des tests de diffusion en 2016 lors des Jeux Olympiques de Rio. Les tests commerciaux débuteront en 2018 lors de la Coupe du Monde de la FIFA qui se tiendra en Russie en 2018, et il est prévu que les services commerciaux à grande échelle deviendront une réalité à partir de 2020 avec les Jeux Olympiques de Tokyo.

D’ici là, nous aurons sûrement toutes les fonctionnalités du 8K, ce qui signifie principalement High Frame Rate (HFR) et High Dynamic Rate (HDR) et toutes les autres fonctionnalités que le 8K inclura.
La diffusion commerciale par satellite 8K débutera au Japon le 1er décembre 2018, avec un programme 8K à la position orbitale 110ºE.

Les détails techniques de ladite diffusion sont les suivants :

Vision à long terme

Le Module Technique DVB (TM) a créé un groupe ad hoc pour analyser le long terme de la diffusion par satellite, incluant principalement à la fois les nouvelles technologies et les habitudes de consommation de contenu. Le rapport se concentre sur la diffusion vidéo unidirectionnelle, mais prend également en compte l'évolution de la 5G et une éventuelle convergence future entre les réseaux de radiodiffusion et les réseaux à large bande. Le rapport devrait être disponible à l’été 2018.

En DVB, il existe également une activité satellitaire et terrestre appelée Éclairage unique de la TNT par satellite (Eclairage TNT unique par satellite). sur des cas d'utilisation utilisant le satellite pour acheminer le signal vers les récepteurs satellite des foyers, mais aussi et en même temps alimenter le réseau numérique terrestre. Le cahier des charges sera finalisé au printemps 2018.

Il existe également une activité appelée Système d'alerte précoce (Sistema de alerta temprana) (DVB-T, DVB-S, DVB-C), une classe d'alarme et une couche physique sont nécessaires pour « réveiller » les récepteurs en veille, afin d'alerter la population en cas de catastrophe. Cette activité aura lieu courant 2018.

De même, il existe une activité importante dans le DVB liée à la convergence pour l'IP total dans la radiodiffusion, SAT-IP, et une activité appelée CM-I pour apporter aux réseaux à large bande la même expérience utilisateur que celle disponible dans les réseaux de radiodiffusion avec un zapping rapide, un faible délai...

Le groupe DVB TM-S, présidé par Alberto Morelo, auteur de la présentation que nous commentons, travaille sur les spécifications techniques liées à la transmission par satellite et suit actuellement les avancées technologiques de la couche physique.

Nouveaux codes : LDPC avec une longueur de bloc plus courte (proposé par la 5G)
Nouvelles constellations, optimisées pour le canal linéaire.
- Cas typique des configurations de satellites multifaisceaux.
Nouvelles formes d'onde :
- Plus rapide que Nyquist, réponse partielle, SC-OFDM.
- Techniques de compensation avancées pour atténuer la distorsion linéaire et non linéaire. Pré-distorsion adaptative dans la liaison montante et décodage Turbo-Volterra dans le récepteur.

La norme DVB-S2 se rapproche de la limite de capacité théorique de Shanon car, selon le canal et l'efficacité spectrale requise, nous sommes dans une marge de 0,5 dB à 1,5 dB de ladite limite, donc le gain potentiel pour un nouveau standard de couche physique ne sera pas supérieur à ladite marge, cela signifie seulement une amélioration entre 5% et 10% d'augmentation de capacité dans le même transpondeur, ce qui ne veut pas dire grand-chose.

Tendances de la diffusion par satellite

La tendance future du point de vue des services sur le marché des pays développés :

Dans l'espace de vie principal, nous verrons du contenu haute et ultra haute définition sur de grands écrans de télévision (4K) dotés d'une connectivité multi-appareils/multi-pièces. De plus, cette consommation s'appuiera sur un concept TV Anytime (enregistrement intelligent et guides de programmes).

On s’attend à ce que les réseaux à large bande utilisant la fibre optique se généralisent d’ici dix ans. Il y aura donc une forte concurrence avec le satellite dans la fourniture de services à large bande, et il y aura également des synergies car le satellite peut transporter des services de haute qualité, tandis que le haut débit peut assurer l’interactivité.

Evolution des plateformes satellite DTH

Compte tenu des incertitudes du marché, nous pouvons prévoir une flexibilité pour la radiodiffusion et le haut débit par satellite après 2023. Les répéteurs continueront à être « bent-pipe » (transparents) comme ceux dont nous disposons actuellement, il y aura une couverture flexible avec des faisceaux plus spécifiques au lieu de faisceaux globaux et, en outre, il sera possible d'améliorer la flexibilité de leur puissance et de leur spectre, y compris même en incluant des faisceaux nationaux ou linguistiques.

Les faisceaux mondiaux, par exemple paneuropéens, entraînent une inefficacité dans l'utilisation de l'énergie lorsque l'objectif est uniquement d'atteindre une couverture nationale, comme l'Italie, par exemple. Il est possible d'avoir un gain de puissance compris entre 6 et 10 dB pour un faisceau ponctuel à couverture nationale par rapport à un faisceau à couverture européenne globale, limitant ainsi le coût du service. Cette puissance disponible pourrait être utilisée pour augmenter la puissance d’autres transpondeurs qui en ont besoin sur le même satellite.

A part toi et toi

Quant à la bande Ku, on trouverait des transpondeurs transparents à très faible coût et de faible consommation, comme nous en avons déjà aujourd'hui, avec une seule porteuse de 36 MHz. Parallèlement, des transpondeurs transparents à faible coût et à large bande passante seront proposés, utilisant des multiporteuses et des tubes de puissance plus élevée (ce qui implique moins de tubes) avec éventuellement un faisceau de couverture linguistique régionale.

Une charge utile reconfigurable basée sur une antenne active avec une couverture multifaisceau complète et une flexibilité de puissance, une prise en charge possible également du trafic à large bande et la réutilisation de l'emplacement orbital principal pour la convergence DTH et unicast seront également des aspects clés à envisager pour l'utilisation de la bande Ku.

En ce qui concerne la bande Ka, la tendance est au haut débit multifaisceau avec une couverture complète et une flexibilité de puissance (antenne active). La convergence vers la propriété intellectuelle totale est un point clé pour l'avenir. Par exemple, il existe une initiative appelée Faisceau intelligent d'Eutelsat avec transmission en DVB-S2 avec le Transport Stream (TS) encapsulé en multicast IP, où la transmission se fait entièrement en IP et cette transmission est transmise à la maison à son tour via la norme Wi-Fi vers des ordinateurs portables ou des smartphones.

Au Japon, il existe déjà un nouveau système de diffusion par satellite qui utilise le système MMT : MPEG Media Transport, qui est totalement IP au lieu de Transport Stream, qui permet aux programmes qui arrivent par satellite d'être synchronisés avec les programmes qui proviennent du réseau haut débit, pour transmettre les signaux aux écrans grands, petits et multi-écrans de la maison, avec synchronisation et IP totale.

Haut débit et VSAT

Dans le scénario haut débit, le satellite peut rivaliser avec les réseaux haut débit terrestres, grâce à ses particularités.

La tendance principale est une couverture aisée des zones critiques, dans lesquelles le satellite est compétitif par rapport au haut débit. Il existe des zones rurales où la fibre optique ne pourra jamais atteindre, et il existe aujourd’hui de nombreuses zones rurales où le satellite est compétitif. En déplacement, les navires, les bateaux de croisière et les avions vont accroître l’utilisation d’Internet.

Pour les données, il existe des satellites à haute capacité (HTS), multifaisceaux. Aux États-Unis d'Amérique, ils ont lancé une grande plate-forme pour les données en bande Ka, avec une configuration multifaisceau et une suppression des interférences. La flexibilité est obtenue par saut de faisceau.

Activités DVB dans le haut débit

La DVB a développé la norme DVB-S2X, elle introduit de nombreuses nouvelles fonctionnalités très importantes dans la liaison descendante haut débit, adaptées aux services interactifs haut débit VSAT :
• Nouveaux schémas de modulation MODCOD (de 28 à 116, y compris les canaux linéaires).
• Des baisses plus marquées (jusqu'à 5 %).
• Possibilité de transporter des services audiovisuels et de données au format full IP, en utilisant la couche protocolaire d'adaptation GSE ou GSE-lite.
• Modes SNR très faible pour la mobilité et modes SNR très élevé pour DSNG, Internet Trunking.
• Liaison transpondeur et mode haut débit
Superframe : transmissions multiformats pour permettre le saut de faisceau et l'annulation des interférences grâce au précodage.

Conclusions

Le satellite est, et restera au cours de la prochaine décennie, le système le moins cher pour diffuser des vidéos en direct de haute qualité dans les foyers, car le coût d'utilisation du transpondeur est extrêmement bon marché, comparé au haut débit, à la diffusion terrestre et au câble.

La pénétration des services par satellite dépendra, pays par pays, de la place actuelle de la TNT et de la télévision par câble, ainsi que du développement de nouveaux réseaux haut débit en fibre optique dans chaque pays. Il y a des pays où le satellite est plus important et d’autres où le satellite est moins pertinent.

La diffusion par satellite est souvent utilisée en synergie avec la TNT pour atteindre une couverture à 100 %. Par exemple, en Italie, la couverture terrestre de la télévision numérique est assez élevée, mais le satellite est essentiel pour atteindre une couverture à 100 %.

Les tendances futures en matière de radiodiffusion sont dues à l'évolution de la qualité HD vers l'UHD et de la modulation DVB-S vers DVB-S2 ; l'utilisation de plates-formes satellitaires flexibles, en termes de configuration des faisceaux, de spectre et de puissance ; l'intégration de services utilisant l'IP pour la diffusion et le haut débit (multi-réseaux comme la fibre optique, la SAT ou la TNT, et multi-supports comme la télévision, l'ordinateur, le smartphone).

A noter enfin que selon Alberto Morelo une nouvelle norme DVB-S3 mettra deux ou trois ans à arriver.