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5G廣播的前世今生:真假5G廣播之謎

2023年4月28日 09:33  CCTIME飛象網(wǎng)  

移動通信網(wǎng)絡(luò)從3G時代就開始支持廣播技術(shù),3G/4G/5G均有針對廣播場景而開發(fā)的技術(shù)方案。與此同時,廣播電視大塔網(wǎng)絡(luò)則有一套自己的技術(shù)體系,以中國為例,DTMB是我國自主知識產(chǎn)權(quán)的廣播電視技術(shù),DTMB-A面向車載移動接收,目前已經(jīng)完成標(biāo)準(zhǔn)化但尚未在國內(nèi)商用。隨著5G的成功商用,5G手機(jī)走進(jìn)了千千萬萬家庭,進(jìn)一步方便了人們的溝通和生活。國內(nèi)廣播電視進(jìn)手機(jī)的呼聲日益高漲,原本不相交的移動通信和廣播電視開始有了交集,5G廣播登上舞臺。有趣的是,5G廣播有真假之說,真5G廣播和假5G廣播,要清楚這些故事,還要從5G廣播的前世今生開始說起。

話說3GPP當(dāng)年向ITU提交了兩套5G標(biāo)準(zhǔn),分別為eLTE和NR,都是Release 15版本。3GPP每逢代際演進(jìn),為了減少分歧和爭議,一般把老一代的技術(shù)改良和新一代的技術(shù)同時提交給ITU,做為新一代標(biāo)準(zhǔn)的候選。例如當(dāng)年4G剛出來的時候,有3.9G的說法,離3G有0.9G,距離4G只差0.1G。其實(shí)運(yùn)營商不會部署老一代技術(shù),國內(nèi)的運(yùn)營商就不再新增4G的基站了。即使3GPP把eLTE也提交到了ITU,大家心里仍然認(rèn)為只有NR是真的5G。3GPP R16 EnTV是eLTE技術(shù)的進(jìn)一步演進(jìn),連接4G核心網(wǎng)。3GPP R17 NR MBS是5G支持廣播場景的技術(shù),是5G NR技術(shù)的演進(jìn),連接5G核心網(wǎng)。讀到這里,讀者也許就會明白為什么會產(chǎn)生兩套5G廣播了,一套是eLTE的5G廣播,可謂“假5G廣播”,另外一套是NR的5G廣播,也即“真5G廣播”。下面按照真假5G廣播出現(xiàn)的時間順序分別介紹這兩套5G廣播。

假5G廣播:3GPP R16 LTE EnTV

3GPP R16 LTE EnTV發(fā)展歷史

2016年, 3GPP R14提出EnTV(Enhanced TV),意圖支持更大覆蓋范圍的大塔以及無SIM卡的單接收模式。為了滿足上述需求,3GPP物理層工作組對LTE空口做了巨大改動,把最基本的子載波間隔和CP長度等參數(shù)也改掉了,新增了7.5k/1.25kHz子載波間隔,支持最長200usCP長度。這樣的改動與原有的LTE技術(shù)完全不兼容,這也造成了R14 EnTV遲遲無法商用。為了實(shí)現(xiàn)R14 EnTV,無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商不得不重新做硬件,而終端芯片也無法與原有的LTE終端芯片兼容。R14 EnTV本質(zhì)是借了3GPP的殼,下了大塔廣播電視的蛋,既無法與移動通信體系兼容,也沒有得到移動通信產(chǎn)業(yè)陣營的支持。

R14 EnTV功能并不完善,但3GPP R15階段所有的公司都在忙著5G第一個版本的制定,沒有時間去完善R14,因此,R14的修補(bǔ)工作被拖延到了3GPP R16。3GPP R16 EnTV于2020年3月凍結(jié),技術(shù)上進(jìn)一步做了優(yōu)化,循環(huán)前綴CP長度進(jìn)一步擴(kuò)大到300μs,子載波間隔最小為0.37kHz。由于網(wǎng)絡(luò)部署時只能選擇一套參數(shù),因此,同一個網(wǎng)絡(luò)中,無法既支持固定接收(0.37kHz),又支持高速移動接收(15kHz)。

3GPP R16 LTE EnTV技術(shù)簡介

技術(shù)架構(gòu)上EnTV與eMBMS相似,采用LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),需要連接4G核心網(wǎng),新增BM-SC、MBMS GW、MCE功能或?qū)嶓w。EnTV的技術(shù)特性如下:

第一,EnTV定義了全新接口,支持更大覆蓋范圍。CP長度最高可達(dá)300us,最大覆蓋范圍可達(dá)100km。不過,這套參數(shù)集由于子載波間隔太小,無法支持移動接收。空口協(xié)議的巨大改動帶來了好處的同時,也有副作用:與原有LTE協(xié)議不兼容,因此,EnTV無法復(fù)用原有LTE終端芯片,手機(jī)終端必須添加額外一個獨(dú)立的芯片,這有點(diǎn)類似當(dāng)年的CMMB,增加了EnTV產(chǎn)業(yè)推廣的難度。

第二,EnTV支持無SIM卡接收。終端無需插入SIM卡,即可接收廣播電視。

到目前為止,國內(nèi)尚未有公開的3GPP R16 EnTV網(wǎng)絡(luò)的測試報告。

真5G廣播:3GPP R17 NR MBS

5G NR廣播技術(shù)(也稱為5G NR MBS組播廣播技術(shù))是3GPP R17版本5G國際標(biāo)準(zhǔn)的重要功能特性,由中國廣電聯(lián)合全球行業(yè)伙伴支持完成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng),并牽頭完成廣播應(yīng)用場景設(shè)計(jì)、5G NR組播廣播網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)架構(gòu)等相關(guān)重要標(biāo)準(zhǔn)制定工作,完成3GPP數(shù)十項(xiàng)重要技術(shù)文稿和標(biāo)準(zhǔn)提案。

NR MBS的發(fā)展歷史

● 2019年12月結(jié)束的3GPP #86全會,中國廣電推動R-17 NR MBS技術(shù)的提案立項(xiàng)并獲得通過。

● 2020年9月召開的第89次RAN(無線接入網(wǎng))及SA(系統(tǒng)和服務(wù))全會電子會議,中國廣電分別提交了支持5G NR MBS 的議案(RP-201765、SP-200814)。

● 2020年12月,3GPP決定,5G最新演進(jìn)版本R17于2022年6月完成版本協(xié)議代碼凍結(jié)。

NR MBS主要技術(shù)特點(diǎn)

第一,NR MBS可以支持無卡接收和跨運(yùn)營商接收。NR MBS終端無需安裝SIM卡,無需接入運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò),就可以接收廣播電視。3GPP 24.575協(xié)議詳細(xì)定義了終端預(yù)先配置的信息,只要按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn),NR MBS終端就可以實(shí)現(xiàn)無SIM卡接收廣播電視。

第二,除了廣播之外,5G NR MBS還可以支持組播。廣播技術(shù)既可用于傳統(tǒng)電視廣播業(yè)務(wù),也可以用于應(yīng)急廣播以及移動通信網(wǎng)絡(luò)的流量卸載。組播技術(shù)主要面向移動通信場景,用于場館直播、多視角觀賽,AR/VR/4k/8k, 演唱會、賽事直播、移動視頻直播、點(diǎn)播和新型交互式視頻服務(wù)等服務(wù)。NR MBS的上述特點(diǎn),使得移動通信終端(手機(jī))天然支持廣播電視接收,極大降低了廣播電視的終端產(chǎn)業(yè)推廣難度和成本。

第三,NR MBS不設(shè)計(jì)專用的物理信道及幀結(jié)構(gòu),不引入新的物理信道,完全復(fù)用PDCCH/PDSCH。無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不需要額外的硬件升級,空口資源利用效率更高。這一特點(diǎn)使得廣播電視大塔可以使用移動通信的基站,從而分享移動通信網(wǎng)絡(luò)成熟的網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)自動化運(yùn)維等經(jīng)驗(yàn)。此外,由于不涉及物理層改動,現(xiàn)有的手機(jī)終端通過空口升級支持NR MBS成為可能。

第四,簡化核心網(wǎng)流程和設(shè)計(jì)。為支持NR MBS,需要在5G SA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)上,新增和改造幾類網(wǎng)元,包括引入MBSF(用于業(yè)務(wù)處理)、MB-SMF(用于業(yè)務(wù)控制)和MB-UPF(用于業(yè)務(wù)傳輸)等,基于5G核心網(wǎng)現(xiàn)有架構(gòu)升級上述網(wǎng)元,升級擴(kuò)容簡單、業(yè)務(wù)上線速度快。

NR MBS實(shí)際網(wǎng)絡(luò)能力測試

中國廣電與行業(yè)合作伙伴合作,利用商用的5G NR網(wǎng)絡(luò)平臺和支持5G的智能手機(jī),開發(fā)了5G NR MBS端到端原型驗(yàn)證系統(tǒng),在北京、南京、上海對移動和固定接收進(jìn)行了高塔部署的現(xiàn)場試測。

基站部署在北京中央廣播電視塔,距離地面207米。使用定向天線,一個指向東方,另一個指向南方。

圖  高塔部署測試場景

設(shè)備安裝在一輛沿著不同路線移動的汽車的頂部。下表的測試結(jié)果表明,在密集城區(qū)場景下,在車速高達(dá)70km/小時條件下,5G NR廣播電視的最遠(yuǎn)傳輸距離超過12km。考慮到安裝在大塔上的基站設(shè)備功率較小,進(jìn)一步增大發(fā)射臺的功率,最遠(yuǎn)傳輸距離還可以進(jìn)一步增加。

 

表  北京城區(qū)NR MBS高塔廣播移動性&覆蓋距離測試

南京、上海也進(jìn)行了NR MBS大塔廣播測試。上海的測試結(jié)果表明:測試設(shè)備可以在距離東方明珠電視塔29.7公里以外的地方接收到高質(zhì)量的視頻廣播服務(wù)。

圖  高塔部署遠(yuǎn)距離摸測結(jié)果

綜上測試結(jié)論證明,NR R17廣播支持蜂窩及大塔部署,大塔部署下可覆蓋~30km,移動速度支持>70km/h。

最后,綜合上面的描述,下表給出了“假5G廣播”- R16和“真5G廣播”- R17的比較。

ITU標(biāo)準(zhǔn)情況

2022年9月30日,國際電聯(lián)ITU-R 負(fù)責(zé)廣播業(yè)務(wù)的第六研究組(SG6)會議批準(zhǔn)了由中國提交的5G NR廣播。本次會議中國總共提交了六篇提案:5G NR廣播標(biāo)準(zhǔn)、5G NR廣播南京技術(shù)試驗(yàn)、在ITU-R建議書《VHF/UHF頻段內(nèi)用手持接收機(jī)移動接收的地面多媒體廣播的糾錯、數(shù)據(jù)成幀、調(diào)制和發(fā)射方法》和ITU-R報告書《數(shù)字地面廣播系統(tǒng)》《廣播多媒體和數(shù)據(jù)應(yīng)用的移動接收》中增加獨(dú)立的5G NR廣播作為無線移動電視系統(tǒng)等等。ITU SG6小組將R17 NR MBS定義為System N,自此,NR MBS正式被ITU接納,成為與DVB-T, DTMB等并列的廣播電視技術(shù)。與此同時,R16 EnTV也被ITU SG6接納為System L,也成為與NR MBS并列的廣播電視技術(shù)。

結(jié)束語

最近廣播界出現(xiàn)了真假李逵事件,著實(shí)是個好消息,說明產(chǎn)業(yè)熱度逐漸升溫。一句話,真假5G廣播,熱熱鬧鬧,歡歡笑笑。

參考文獻(xiàn)

1. 曾慶軍,Overview of the 5G NR Broadcast trial based on TV tower and cellular tower,https://www.itu.int/en/ITU-T/Workshops-and-Seminars/202004/Documents/Zeng%20Qingjun.pptx.pdf?csf=1&e=3cIP67,2021

2. 曾慶軍等,F(xiàn)ield Test for 5G NR Multicast and Broadcast Services,https://ieeexplore.ieee.org/document/9614727,2021

編 輯:孫秀杰
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