5g技术如何融合应急广播5g对应急广播的影响

一、5G广播是广电产业的重要任务

现有的广播电视网络难以满足广大用户消费体验升级的需要,5G链路也将成为广播电视媒体的重要传播渠道。 4K/8K和VR/AR等高质量视听媒体内容消费需求快速增长,广播电视业务形态向多样化、精细化发展,现有广播电视网络难以满足需求。 进入5G时代,消费者对视听节目的需求急剧增加,高速的移动通信网络能够承载和发布更丰富的音视频内容。

国家广电总局发布《广播电视技术迭代实施方案2020-2022年)》,其中提出利用3年左右的时间,通过实施广播电视技术迭代,加快广电媒体新生态的重构,加快现代新格局的重构。 互联网层面的基本要求是“加快全国有线电视网络整合和广电5G建设一体化发展,开展5G广播技术应用、标准制定、试验验证和业务开发,推进广播电视终端通、移动通、人流量”,明确针对5G广播的7项措施许多委员会在2020年9月010-3010和2021年3月010-3010提到要推动5G广播的发展。

什么是二、5G广播

5G Broadcasting System是指采用符合3GPP制定的移动通信标准要求的广播传输技术构建的广播电视系统,相关技术的制定是在3GPP框架下进行的,满足3GPP的要求。

5G广播包括塔式广播和xddlm广播:

)1)大塔是指广播电视发射塔,具有高功率高站址)的特性,适合开展覆盖范围广的直播电视节目和大范围的数据推送,覆盖范围可达100公里以上。

大塔广播是指增强电视entv ),在2020年3月冻结的3GPP R16版本中完成了大部分标准制定工作。 但是,EnTV是基于LTE的,不是NR。 由于业界认为2018年3GPP R15及更高版本为5G,因此在R16上完成的EnTV也纳入了“5G广播”fzdhm。

)2) xddlm是指移动通信基站,具有低功率、低站地址的特性,适于小范围开展临时广播电视服务,具有较强的灵活特性。 xddlm广播又称混合广播Mixed Mode )即NR MBS,3GPP以R17版本进行技术研究和标准化制定。

3GPP今后还将研究基于NR的大塔广播技术,目前还没有明确立案。

三、五g广播三大业务形态

5G广播电视系统的业务形态聚焦视频和数据应用,不仅可以通过大塔广播提供公共内容和公共服务,还可以通过xddlm广播提供热点区域广播和增值业务,还可以根据用户喜好提供第三方服务同时,5G广播电视系统将纳入我国应急广播系统体系,推动各级党委政府应急管理能力和治理体系现代化,能够致力于政令传递、信息发布、舆论引导、人心稳定、指挥配合灾后重建等。

1、传统电视频道广播服务。 实现广域、传统电视频道在移动智能终端的基本单向线性广播,可以基于广播电视发射塔、5G蜂窝基站实现广域融合覆盖。

2、融合多媒体信息广播服务,具备较强的公共服务属性。 比如政务服务、医疗、应急广播、舆情处理、城市管理、V2X电信、物联网等新型多媒体信息类广播APP应用,将提高全网信息传输性能和应用服务能力,有效拓展新型广播业务。

3、新型的交互式视频广播服务,是最主要的业务形式,也是主要的商业应用场景。 对热点视频内容进行蜂窝广播服务,推出电视频道广播、游戏电竞/演唱会/明星带来等各类网络广播、音视频点播、4K/8K/AR/VR视频服务

四、五g广播技术发展

一) 3GPP下广播技术标准的发展

3GPR6首次提出基于3G的MBMS,支持在蜂窝系统中建立多播/广播网络,实现单个网络上的多播/广播和单播服务的同时提供。

• 3GPP R7还定义基于单波段操作模式MB sfn 多波段转换频率反馈)的MBMS,并在相同时间以相同频率在多个小区中执行同步传输。 MBSFN的引入解决了MBMS在小区边界的信号覆盖问题,提高了服务效率。

• 3GPP R9正式决定eMBMS 改进的MBMS )为4G广播技术,具有更快并且灵活的服务配置,例如面向更高分辨率的视频编码和帧速率的增加。 前向纠错FEC )技术新引入。

• 3GPP R10-R11不断改进eMBMS,提供新的计数功能对MBSFN区域中对某个MBMS业务感兴趣的UE的数量进行计数)和

接纳控制功能(根据当前无线资源情况、eMBMS业务之间的优先级、计数结果等因素,由MCE决定是否建立新的eMBMS业务,或抢占现有的eMBMS业务的资源)、引入了传统地面数字电视广播技术中的循环前缀(CP,Cyclic Prefix)技术以支持更大范围的MBSFN。

• 3GPP R14,提出EnTV(Enhanced TV),也称为FeMBMS(Forward eMBMS,即演进后的eMBMS)。支持更大覆盖范围的大塔(循环前缀CP长度进一步扩大到200μs);支持无SIM卡的单接收模式(ROM,Receive-Only Mode;也称FTA,Free-To-Air);支持高清、超高清业务的传输,自带系统信息和同步信号,同时引入了多种传统的地面数字电视广播技术,频率使用效率进一步提升,能够更好满足MBMS业务的应用需求。

• 3GPP R15,2018年6月冻结,未考虑广播相关内容。

• 3GPP R16,2020年3月冻结,正式完成EnTV大塔广播标准。R16中进一步优化EnTV,支持120-250km/h高速移动;支持100km覆盖范围(循环前缀CP长度进一步扩大到300μs)。

• 3GPP R17,立项研究NR MBSxddlm广播标准,预计2022年3月冻结。

(二)技术方案分析

截止目前,3GPP定义的广播技术标准主要有4G eMBMS、EnTV、NR MBS。三者详细方案和对比分析主要如下。

(1)eMBMS:适用于蜂窝基站(xddlm),在4G LTE框架下的广播技术。

技术架构方面:eMBMS基于LTE网络通用架构,但需新增BM-SC、MBMS GW、MCE三个网元以支持eMBMS业务,如下图。

• BM-SC Broadcast Multicast Service Center,广播多播业务中心)负责提供用户管理、会话传输、业务声明、安全管理和内容同步等功能;

• MBMS GWeMBMS网关)负责将用户面的数据以IP组播流的形式传送到基站,同时通过MME处理接入网中MBMS业务的会话控制信令;

• MCEMulti-cell/multicast Coordination Entity,组播协调实体)负责为eMBMS分配时域和频域资源,并确定无线信道的编码和调制方式,MCE既可以是独立实体,也可以作为逻辑实体实现在基站中。

组网方式上:支持单频网组网方式(MBSFN),使多个小区组成更大范围的单频网;也可以支持单小区广播(SC-PTM)的组网方式,仅在单小区范围内进行广播。

由于应用场景少、技术复杂和受限、端到端实现成本高,eMBMS仅在全球少数运营商开展试点,尚无成功商用案例。

第一,应用场景少,无法建立有效的商业模式和生态。4G初期,多视角场馆观看比赛、高清视频直播等场景没有得到足够重视,通过APP观看电视内容也不是主流场景。eMBMS的发展需内容提供商、终端侧、网络侧相互配合,由于没有有效的商用模式和驱动力,产业并不积极。

第二,技术复杂,端网实现成本高。为了支持eMBMS,运营商需增加部署BM-SC、MBMS GW等,在无线侧单独提供广播信道。终端和芯片同样需做一系列改造支持eMBMS相关交互流程,同时还需增加一个“中间件”来支持eMBMS业务,而提供“中间件”的厂商较少,同时涉及到专利等问题。

第三,技术方案有约束。eMBMS支持的覆盖范围有限,全网覆盖成本高,同时支持的移动速率有限,仅支持60%载波资源用于广播,并不能很好的适合广播电视诉求。

(2)EnTV:eMBMS演进,但应用于广播电视大塔的技术。

由于EnTV是从eMBMS一路演进而来,在方案设计上借鉴eMBMS的设计思路,因此在技术架构上EnTV与eMBMS相似,采用LTE网络架构,需新增BM-SC、MBMS GW、MCE功能或实体;终端实现上也与eMBMS类似。

但由于潜在运营主体不同,两者技术细节上有较大区别。EnTV更多面向广播电视运营商而设计,在高功率高站址大塔上进行广播业务,只是底层承载技术由传统数字电视技术转向3GPP LTE承载;eMBMS仅支持在蜂窝基站上进行广播,潜在运营主体为移动通信运营商。EnTV相比eMBMS主要区别如下:

第一,支持更大覆盖范围。取消了eMBMS广播业务保护间隔(CP)最多只有33us的限制,支持最高300us;单站发送功率增大,一般可达到1000W,覆盖范围最斯文的小松鼠达近100km。

第二,支持更高速率。定义全新的帧结构,突破eMBMS只能使用60%载波资源的限制,支持MBSFN的近100%(97.5%)效率单向广播方式传输。

第三,支持无SIM卡接收。终端无需插入SIM卡,即可进行相应的接入鉴权,进入单接收模式。

第四,可使用广播技术的专属频谱。

(3)NR MBS:用于蜂窝基站(xddlm),基于NR框架下的广播技术。

NR MBS与eMBMS一样,是用于蜂窝基站(xddlm)的技术;但NR MBS与eMBMS、EnTV不一样的是(1)NR MBS是基于5G NR的技术(eMBMS与EnTV均是基于LTE);(2)NR MBS在设计上尽量简化、尽量复用现有NR设计,不增加专用设计,以此达到端到端实现上尽量简单、低成本,扩大产业基础,这是MBS与eMBMS、EnTV的最大不同点。

NR MBS主要技术点如下,目前仍在具体讨论中:

第一,简化核心网流程和设计。为支持5G MBS,需要在5G SA网络架构基础上,新增和改造几类网元,包括(1)应用层网元,用于鉴权及计费,涉及MBSF-C和MBSF-U;(2)业务控制及业务传输方面,涉及MB-SMF(控制面)和MB-UPF(业务面)。

第二,不设计专用的物理信道及帧结构,业务调度同单播方式。eMBMS为支持空口广播,设计PMCH物理信道和MBSFN子帧,使用空口的专用资源,5G MBS不引入新的物理信道,完全复用PDCCH/PDSCH,与单播采用相同的动态调度方式,空口资源利用效率更高,并便于PTM与PTP的转换。

第三,广播发送的颗粒度更精细。eMBMS仅支持多个基站宏分集的广播发送方式。5G MBS支持每个小区范围内的广播,广播发送粒度进一步减小。

第四,对组播引入PTM<->PTP的转换。对组播业务,引入了HARQ反馈,增强链路可靠性。对组播业务,基于上行反馈结果,支持PTM与PTP的转换。

五、广电行业对5G广播规划

(一)工作体系

2018年,广电总局科技司牵头,所属广播电视科学研究院(广科院)发起成立无线交互广播电视工作组(AIB,Advanced Interactive Broadcasting,http://www.aib.ac.cn),主要进行5G广播等系列标准研究和制定,提出既满足5G场景、又契合我国无线交互广播电视网发展需求的技术方案,开展试验验证和产业化推进,推进广播电视主流媒体进入手机,占领小屏。中国广电(CBN)、高通、华为、中兴,以及部分广电行业厂商均是成员单位。

(二)目标和愿景

通过大塔和xddlm相结合,单播/组播/广播方式动态智能切换,支持无卡接收,(1)可盘活全国7000余座广播电视无线发射大塔资源,结合蜂窝基站,既可以实现偏远地区信号覆盖,也能够满足热点区域室内室外和移动状态下的深度覆盖;(2)可应用在电视等大尺寸固定终端,也支持手机、平板、穿戴设备、汽车中控台等各种形态移动终端,全面实现广播电视终端通、人人通;(3)最终实现电视节目,以及视频/数据/公共安全/物联网/车联网等全业务内容,能够通过广播方式传送到手机等终端,用户可随时随地观看节目或接收数据推送服务,进行个性化交互,不消耗通信流量,也没有网络拥堵。

(三)规划时间

广电计划在2022年初冬奥会进行演示,2020年已进行多次演示,9月与华为演示了首个基于700MHz网络的5G NR广播业务,通过10部华为Mate30 pro 5G智能手机同时接收5G NR广播高清视频数据流并实时播放,端到端实现5G NR广播业务的视频服务。

2020中国5G+工业互联网大会上,中国广电现场展示了多部5G智能手机同时接收5G NR广播高清视频数据流并实时播放

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风君子

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