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Conception d'un service video pour terminaux portables de type smatphone

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par Rodrigue MOUNJOUOPOU MONJOUO
Ecole supérieure multinationale des télécommunications de Dakar - Ingénieur  2009
  

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PARTIE 1 : Présentation Générale et Evaluation de l'Existant

Chapitre 1 : Etat de l'Art, le monde des services mobiles

I.1 Les Terminaux Portables : la diversité des périphériques et des réseaux

Le développement fulgurant de l'électronique a permis l'émergence de la miniaturisation et par suite une multiplication de terminaux dits portables. Fondamentalement, les terminaux sont classés portables si ils peuvent fonctionner en mobilité tout en interagissant avec un backbone réseau. La liste suivante démontre la variété des terminaux ciblés par notre service

· Téléphone cellulaire, Smartphone (Nokia, Ericsson, Alcatel, Siemens, ...)

· Assistant personnel, PDA (Palm Pilot, PocketPC, ...)

· Appareil d'imagerie numérique (Caméscope numérique, Appareils photo numérique, ...)

· Appareil automatique industriel (Robot dans une chaîne d'usinage, Affichage embarqué dans les automobiles,...)

· Appareil de paiement, Web Pad, Windows Thin Client,

Chaque appareil possède des spécificités qui obligent les applications à s'adapter à différentes caractéristiques d'affichage ou de pointage. Cependant les Smartphone sont, de manière général des téléphones portables capables de supporter des systèmes d'exploitation embarqués. Ils ne sont pas forcement munis d'écrans tactile, de taille relativement grands (240×170mm ou plus). Les terminaux de télécommunication portables se particularisent beaucoup plus par les technologies que nécessite leur fonctionnement que par autre chose. Ainsi un rapide tour du panorama des technologies actuellement utilisée dans le monde donnera un meilleur aperçu de ce qui se fait dans ce domaine.

Les différentes technologies de diffusion possibles pour fournir des services vidéos mobile sont les suivantes :

Technologies « terrestres » :

- DVB-T

- DVB-H

- ISDB-T

- T-DMB

- MédiaFLO

- MBMS sur UMTS

Technologies « satellite » :

- S-DMB

- DVB-H+

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Mémoire Ingénieur des Travaux des Télécommunications-ESMT-Monjouo M. Rodrigue

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I.1.1 La technologie DVB-T

Le DVB-T (Digital Video Broadcast-Terrestrial) est une norme de diffusion numérique de contenus télévisuels. Elle a été développée pour un usage domestique, avec une antenne de toit et une alimentation continue. Son intégration dans un équipement portable présente certaines difficultés techniques (autonomie des équipements, limitation de la vitesse de déplacement, etc..).

Les programmes sont diffusés dans les bandes de la télévision analogique en UHF, et, dans certains cas, en VHF.

I.1.2 La technologie DVB-H

Le DVB-H (Digital Video Broadcast-Handset) est une technologie de diffusion de contenus audiovisuels, conçue pour la réception sur des équipements portables et nomades (téléphones mobiles, PDA, ordinateurs portables, etc..).

Le standard DVB-H est actuellement en cours de développement. L'ETSI a sélectionné en novembre 2004 le DVB-H comme norme européenne pour la télévision mobile.

La mise sur le marché de terminaux compatibles a eu lieu en 2006 à la fois en Europe et aux Etats-Unis. Des projets pilotes d'implémentation de la DVB-H sont actuellement en cours en RSA, au Nigéria et en Côte d'Ivoire. En fonction des choix qui seront faits, les usagers pourront avoir accès à des chaînes de télévision gratuites et/ou payantes, interactives et au format adapté à la taille des écrans utilisés.

Les systèmes DVB-H mettent en oeuvre la répartition temporelle des données qui permet de réduire la puissance des récepteurs et rend possible le « hand over » lors de changement de station d'émission.

Le DVB-H permet la transmission haut débit (de l'ordre de 11 Mbit/s sur un canal de 8 MHz).

La taille des antennes utilisées est compatible pour une intégration dans des équipements mobiles.

La norme DVB-H est dérivée de la norme DVB-T. Ils peuvent utiliser notamment le même type de compression MPEG4. Cette « proximité » des deux normes présente de nombreux avantages:

Les mêmes modulateurs, émetteurs et antennes peuvent être utilisés pour diffuser à la fois des services à la norme DVB-T et des services à la norme DVB-H. Les mêmes infrastructures pourraient ainsi être utilisées, sous réserve que les canaux utilisés restent dans une gamme de fréquences voisine.

La fabrication de récepteurs DVB-H et DVB-T permettra de tirer parti de composants communs et d'atteindre ainsi des effets d'échelle rapidement.

La norme DVB-H se développera plus facilement dans les régions où la technologie DVB-T existe déjà ou existera prochainement. Aux Etats-Unis, certains opérateurs mobiles utilisent un diffuseur DVB-H depuis 2006

Les industriels pourront ainsi développer des équipements permettant d'adresser un marché quasi-mondial. Enfin, la norme DVB-H a été conçue pour des opérations dans les bandes UHF IV et V. Son adéquation à une autre plage de fréquences (par exemple en bande L T-DAB) est à étudier.

Conception d'un service vidéo pour terminaux portables de type Smartphones

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Projet CLIPCLAP -Monjouo M. Rodrigue Ing. Télécom

I.1.3 La technologie ISDB-T

L'ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial) est une norme de télévision numérique terrestre permettant la diffusion vers divers types de récepteurs (télévision standard, TVHD, télévision mobile, etc..) grâce à la découpe du signal en 13 segments. Cette norme n'est actuellement utilisée qu'au Japon, où le service à destination des téléviseurs « haute définition » et standards a été lancé en 2004 sur les villes de Tokyo, Kobe, Osaka et Nagoya.

Des expérimentations sont actuellement en cours à Nagoya pour tester la réception sur des téléphones mobiles. Dans ce cas, un segment est dédié à la réception mobile tandis que les 12 autres segments sont utilisés pour la TVHD. Un service commercial de télévision mobile a été lancé fin 2005 au Japon.

Les programmes sont diffusés dans les bandes de la télévision analogique en UHF, principalement en bande IV.

I.1.4 La technologie MediaFLO

Media FLO (Forward Link Only) est une technologie propriétaire développée par Qualcomm. Cette technologie est assez similaire au système DVB-H en mettant en oeuvre la répartition temporelle des données afin de limiter la consommation des terminaux. L'utilisation de turbo codes permet d'améliorer le bilan de liaison et donc de diminuer le nombre de sites.

Une modulation hiérarchique est utilisée. Le contenu de chacun des programmes est découpé en deux couches, la première couche (base layer) plus robuste peut être reçue dans des conditions difficiles, la deuxième couche (enhanced layer) permet d'améliorer la qualité et la fluidité des images quand les conditions de réception sont bonnes.

MediaFLO va être déployée dans un premier temps aux Etats-Unis sur une fréquence nationale de télévision (720 MHz - canal 55) que Qualcomm a acquise en 2004. Le réseau sera déployé dans un deuxième temps sur d'autres fréquences dès qu'elles seront libérées par les télévisions analogiques qui les utilisent actuellement.

I.1.5 La technologie T-DMB

T-DMB (Terrestrial-Digital Multimedia Broadcast) est une évolution de la norme radio T-DAB permettant la diffusion de contenus télévisuels à destination des mobiles (télévision mobile, téléphones mobiles, véhicules, etc..). Ce système va être déployé en Corée en complément de la TNT basée sur la norme américaine ATSC qui est inadaptée à la réception sur les mobiles.

Cette norme va être utilisée pour diffuser gratuitement des programmes de télévision. Cependant, des discussions sont en cours afin de financer, par un abonnement mensuel, l'amélioration de la couverture dans les zones d'ombre, telles que le métro ou à l'intérieur des bâtiments. Le coût des récepteurs-émetteurs est estimé à environ 40 million d'Euros pour la seule agglomération de Séoul. Le système est prévu pour diffuser un maximum de 12 programmes de télévision (ou 6 programmes de télévision et 18 programmes radio), avec la possibilité de diffuser des programmes locaux. Les premiers terminaux mobiles (à la norme CDMA) permettant de recevoir ces programmes commencent à être commercialisés. La KBC

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(Korean Broadcasting Commission) a offert 3 licences T-DMB aux diffuseurs actuels et 3 autres licences à de nouveaux entrants, chaque licence permettant de diffuser 2 canaux de télévision ou un canal de télévision et 3 canaux radio. L'ensemble des licences sont actuellement octroyées dans la bande III du T-DAB.

Il est à noter que le système terrestre T-DMB est indépendant et n'a pas de rapport avec le système satellite S-DMB décrit ci-après.

I.1.6 La technologie S-DMB

Le 12 mars 2004, TU Media, filiale de SK Telecom et du consortium japonais Mobile Broadcasting Corp, a lancé avec succès le satellite « MB Sat » dont la finalité est de permettre la diffusion de services multimédia (audio, vidéo, données) en Corée et au Japon en utilisant un standard propriétaire enregistré à l'ITU et popularisé sous le sigle « S-DMB » (Satellite Digital Multimedia Broadcasting).

Le S-DMB développé en Corée et au Japon est une technologie dérivée de la technologie à étalement de spectre « CDMA », utilisant la bande de fréquences KU (12,21412,239 GHz) en flux montant et la bande S (2,630-2,655 GHz) en flux descendant vers les mobiles. Basé sur un concept d'architecture hybride, le système se compose d'un satellite et d'un réseau de relais terrestres (« gap fillers » ou « répéteurs »). Ce réseau terrestre, nécessitant plusieurs milliers de répéteurs (de l'ordre de 15 000 pour la Corée), permet de résoudre le problème des zones d'ombre du signal satellite (immeubles, tunnels, galeries commerciales) en zone urbaine.

L'utilisation d'une modulation de type CDMA permet, comme l'OFDM, de déployer des configurations SFN (Single Frequency Network), où satellite et répéteurs terrestres peuvent émettre le signal SDMB sur la même fréquence avec des niveaux négligeables d'interférences. Offrant des débits élevés (7Mb/s), cette technologie autorise une réception en situation de grande mobilité (150 km/h).

Cette technologie présente une problématique majeure pour se déployer en dehors de son marché actuel. Les bandes BSS à 2,6 GHz ne sont en effet plus disponibles pour des systèmes satellites en Europe et aux Etats-Unis, et la Chine est en passe de les réallouer définitivement au terrestre. De plus, le signal S-DMB Coréen nécessite l'utilisation d'une porteuse de largeur spectrale (25 MHz) incompatible avec les fréquences actuellement disponibles en Europe.

I.1.7 La technologie DVB-H+

Le système DVB-H+ est une technologie développée pour la diffusion par satellite. S'appuyant sur la spécification de la technologie DVB-H, la technologie DVB-H+ utilise la forme d'onde OFDM utilisé par le DVB-H. Cependant, afin d'améliorer le bilan de liaison et donc d'augmenter le débit offert, des turbo codes7 sont utilisés en remplacement de la technique de correction d'erreurs de Reed Salomon utilisé par DVB-T et DVB-H.

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La technologie DVB-H+ utilise:

· Les bandes satellite de l'IMT2000 (2170-2200 MHz), adjacentes aux bandes de l'UMTS terrestre.

· Des technologies spatiales adaptées (satellites à grandes antennes, plate-formes de forte puissance, etc..) permettent une capacité de 2.3 Mbit/s (soit 9 canaux à 256 kbit/s) par pays et une réception directe du satellite en zones rurales,

· Des ré-amplificateurs/réémetteurs dans les zones urbaines. Ces répéteurs émettant sur la fréquence de la porteuse satellite sans engendrer d'interférences pour le récepteur et sans perturber le fonctionnement du réseau terrestre adjacent.

Afin de compléter l'offre de programmes dans les zones urbaines, des émetteurs terrestres peuvent compléter l'offre satellite permettant d'offrir jusqu'à 27 canaux à 256 kbit/s. Ces émetteurs diffusant sur les fréquences utilisées par le satellite pour desservir les pays voisins. La compatibilité envisagée avec le standard DVB-H permet de faciliter le développement et de minimiser les coûts des terminaux. Il est à noter que cette technologie est également à l'étude pour le système satellitaire de radiodiffusion pan-européen (E-SDR) prévu en bande L S-DAB, fournissant un service similaire aux systèmes américains XM Radio et Sirius.

Des actions sont en cours auprès des organismes de standardisation afin de faire reconnaître le concept DVH+ comme une évolution du standard DVB-H.

I.1.8 La technologie MBMS sur UMTS

MBMS (Multimedia Broadcast / Multicast Service) est une amélioration de la technologie UMTS permettant la diffusion en utilisant l'infrastructure radio 3G. Actuellement en cours de standardisation (R6), les premiers déploiements sont prévus depuis 2007.

MBMS permettra d'offrir jusqu'à 3 canaux à 256 kbit/s avec un granularité très fine allant jusqu'au niveau de la cellule (le programme diffusé pourra être différent, par exemple d'un quartier à l'autre, dans un centre commercial, etc..). L'introduction du HSDPA permettra d'augmenter considérablement les débits.

Les terminaux mobiles UMTS pourront recevoir des contenus multimédias moyennant une simple adaptation logicielle.

Aucune nouvelle fréquence n'est nécessaire, la même fréquence UMTS pouvant être utilisée, selon le besoin, pour un service de diffusion vers l'ensemble des utilisateurs, vers un groupe d'utilisateur ou vers un seul utilisateur (utilisation actuelle).

Par ailleurs, la technologie MBMS pourrait également être utilisée pour diffuser, de manière locale, des alertes spécifiques (catastrophe naturelle, accident, etc..).

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"L'imagination est plus importante que le savoir"   Albert Einstein