5G技術(shù)在安徽廣電的測試與應(yīng)用

吳玉友

安徽廣播電視臺 安徽省 合肥市 230071

概 述

視頻畫質(zhì)的提升、大體積視頻素材的快速回傳與在線流暢播放是廣播電視工作者永恒的追求，由于制作超高清視頻的分辨率、采樣率以及幀率具有很大幅度的增加，因此，不論是在線播放超高清流媒體的碼率或視頻文件的存儲空間，均大幅度提升。例如，對于3840×2160 分辨率運營級4K 視頻，流暢直播的帶寬需求為45.5Mbps，而當前4G 的接入速率僅為8～60Mbps 之間，而且上傳速率通常限制在20Mbps 以內(nèi)，因此，以4G直播傳輸4K 視頻是不可靠的。從廣電戰(zhàn)略布局而言，發(fā)展超高清是廣電單位（企業(yè)）至關(guān)重要的一步，根據(jù)Conviva 的報告顯示，有35%的用戶將視頻服務(wù)體驗作為選擇視頻服務(wù)商的首要條件，內(nèi)容數(shù)量、內(nèi)容價格等因素位列其后，可見，大力發(fā)展超高清視頻技術(shù)是廣電行業(yè)重大的機遇。

第五代移動通信即5G 以高帶寬、低延時、海量接入為新的特點，其峰值速率為10Gbps，端到端時延達到ms 級，設(shè)備連接密度增加10～100倍，頻譜效率提升5～10 倍，能夠在500km/h 的速度下保證用戶體驗，同時結(jié)合MEC、網(wǎng)絡(luò)切片等特性，為4/8K 超高清視頻、虛擬現(xiàn)實（VR）等視頻業(yè)務(wù)提供強有力的傳輸技術(shù)支持。

2019年初，安徽廣播電視臺聯(lián)合安徽某通信運營商和華為公司對在5G 通信環(huán)境下就大文件的下載和超高清直播應(yīng)用進行了測試，建立了安徽省第一個5G 超高清視頻站點，并成功應(yīng)用于2019年全國兩會安徽廣播電視臺在北京的新聞報道工作中。本文以此項目為依托，給出了項目中的測試技術(shù)過程及測試結(jié)果，努力為我臺今后的5G+廣電工作開展積累經(jīng)驗。

1 測試技術(shù)方案

1.1 全國兩會北京至合肥5G鏈路技術(shù)框圖

安徽廣播電視臺2019 全國兩會用于新聞報道工作的5G 通信鏈路，如圖1 所示。

圖1 全國兩會北京至合肥5G鏈路技術(shù)框圖

位于北京室外的攝像機或單兵設(shè)備通過CPE提供的有線網(wǎng)口或WIFI 接口連接至5G 網(wǎng)絡(luò)，CPE（Customer Premise Equipment）為客戶前置設(shè)備，負責5G 宏站（宏站一般用于室外空曠場所5G 信號覆蓋）移動信號與無線WIFI 或有線網(wǎng)口信號互相轉(zhuǎn)換的移動接入設(shè)備，CPE 上聯(lián)至周邊的通信基站中的5G 射頻模塊，信號通過北京本地數(shù)據(jù)核心網(wǎng)，送至全國5G 骨干網(wǎng)，最后路由交換到安徽合肥的5G 天鵝湖基站的BBU 中。由于要在安徽省廣電大樓內(nèi)部署5G 信號，所以采用了室內(nèi)分布系統(tǒng)，采用3 層架構(gòu)：基帶單元（BBU）、遠端匯聚單元（RHub）和遠端射頻單元（p RRU）。如圖2所示。

其中，BBU 設(shè)備具有擴容便利、支持小區(qū)分裂及合并、集中管理等特點；RHub 為pRRU 提供 PoE 供電，最大支持8 路，RHub 之間支持級聯(lián)，采用光纜連接。pRRU 內(nèi)置天線，支持2×20MHz 載波及2×2MIMO，采用吊頂、壁掛等方式安裝。Rhub 遠端匯聚單元與pRRU 設(shè)備之間采用光電復合纜或網(wǎng)線連接，現(xiàn)階段單BBU 設(shè)備最多支持 96 臺 pRRU 射頻單元，支持 12 臺 RHub 遠端匯聚單元。pRRU 射頻單元總功率為2×100mW，并發(fā)用戶數(shù)在40 個左右，覆蓋半徑在7.5～30m 之間。

圖2 5G 室內(nèi)分布系統(tǒng)

考慮到本次測試的緊迫性與跨區(qū)域需求一定協(xié)調(diào)時間的困難，故在本文闡述的測試內(nèi)容中，北京信號源（遠端）由位于合肥的通信運營商省公司承擔。

1.2 測試過程

根據(jù)圖2 的室內(nèi)分布系統(tǒng)，在安徽廣電新中心全媒體中心吸頂安裝了一臺pRRP，形成了一個局部的室內(nèi)5G 覆蓋環(huán)境，測試組制定了測試方案，對5G 網(wǎng)速、文件下上載業(yè)務(wù)、4K 超高清直播業(yè)務(wù)進行了測試。其中，5G 網(wǎng)絡(luò)速率測試分為使用TUE 和CPE 兩種情況，詳情如下。

1.2.1 5G 網(wǎng)絡(luò)速率測試一：使用TUE

TUE 是Test User Equipment 縮寫，是一款專門測試5G 帶寬的多接收天線測試設(shè)備。由于5G信號采用了多天線發(fā)射，因此，必須采用多接收天線的接收設(shè)備才能真實測試出實際的帶寬數(shù)值。如圖3 所示。

使用TUE 測試5G 帶寬的峰值速率為1.73Gbps，平均速率為1.55Gbps，速度為4G 的10 倍以上，這個數(shù)值反映了本次5G 的真實傳輸能力。

1.2.2 5G 網(wǎng)絡(luò)速率測試二：使用CPE

雖然TUE 可以充分獲得5G 的帶寬，但是使用卻不如CPE 方便，CPE 便于攜帶，可以將5G 信號轉(zhuǎn)換為wifi 和有線以太網(wǎng)口信號，供移動終端及固定終端使用。在當前5G 手機沒有大規(guī)模商用時，CPE （Customer Premise Equipment） 是使用5G 良好的過渡方案。

圖3 使用TUE 測試5G 帶寬

為了充分了解CPE 提供5G 的能力，我們采取了CPE+有線網(wǎng)卡+PC（如圖四）和CPE+WIFI+手機（如圖五）兩種方式進行。

在使用CPE+有線網(wǎng)卡+PC 情況下，測試5G 帶寬的峰值速率為630Mbps，平均速率為560Mbps。

在使用CPE+WIFI+手機情況下，使用speedtest APP 測試5G 帶寬的速率為下載314Mbps，上傳為62.5Mbps。

圖4 使用CPE+有線網(wǎng)卡+PC 測試5G 帶寬

圖5 使用CPE+WIFI+手機測試5G 帶寬

表1 大文件下載和上傳測試數(shù)據(jù)

1.2.3 業(yè)務(wù)測試一：大文件下載和上傳

我們在通信運營商省公司的機房內(nèi)設(shè)置了一臺FTP 服務(wù)器，在安徽廣電全媒體中心通過5G 下載上傳大文件，以測試文件傳輸業(yè)務(wù)的性能，并與4G 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的業(yè)務(wù)進行了對比，采用的測試條件為CPE+有線網(wǎng)卡+PC，使用DU METER 軟件監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量，測試數(shù)據(jù)見表1。

1.2.4 業(yè)務(wù)測試二：4K 直播回傳

為了模擬北京直播信號回傳至合肥的安徽廣電新中心，測試組在位于合肥的通信運營商省公司院內(nèi)使用攜帶一臺CPE 和360 度VR 攝像頭的無人機進行直播測試。視頻采集設(shè)置為4K，測試人員在全媒體指揮中心觀察無人機在飛行爬升、下降、旋轉(zhuǎn)時的畫面流暢程度，測試系統(tǒng)如圖6 所示。

整個直播效果令人滿意，畫面流暢清晰，特別是在有較多運動畫面時，畫面仍然保持流暢，未見馬賽克出現(xiàn)，測試現(xiàn)場畫面如圖7 所示。

2 測試結(jié)論與存在問題

本次測試數(shù)據(jù)總體達到了應(yīng)用的要求。表2摘自中國通信標準化協(xié)會《4k 視頻傳輸需求研究》，給出了傳輸4K 和8K 所需帶寬的理論值，對于運營級4K，帶寬需求為45.5Mbps。即便采用本次測試速率較低的CPE+WIFI+手機情形中的上傳速率62.5Mbps，也大于45.5Mpbs 帶寬要求，即本次部署的5G 網(wǎng)絡(luò)，理論上是滿足4K 直播需求的。

在實踐上，通過持續(xù)觀察無人機直播回傳的4K 視音頻信號的流暢程度，可以認定本次部署的5G 信號也是能夠?qū)崿F(xiàn)4K 直播的。

圖6 無人機4K+5G 直播測試圖

圖7 無人機測試現(xiàn)場

但是，測試中也反映出一些問題，比如更好地安排5G 上載和下載的帶寬配比，以便滿足廣電行業(yè)對4K/8K 超高清直播時特殊的信號上載需求；在本次測試中，缺乏5G 手機終端，只能采用價格昂貴的CPE 設(shè)備中轉(zhuǎn)過渡；此外，在文件傳輸中，嘗試采用常用的免費的傳輸軟件，但由于軟件本身做了限速，無法體現(xiàn)出5G 的帶寬優(yōu)勢?？梢?，一項新技術(shù)應(yīng)用，只有充分做好網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、周邊配套、上下游、人才知識儲備等眾多工作，才能發(fā)揮其最大的價值。

表2 4K 視頻質(zhì)量屬性對比表

3 展 望

從2018年到2019年，5G 和超高清的重大新聞事件不斷：2018年12月28日，我國第一個基于5G 的國家級新媒體平臺在中央廣播電視總臺開建，旨在推動5G+4K 超高清節(jié)目傳輸測試和應(yīng)用驗證等工作；2019年1月，中央廣播電視總臺聯(lián)合中國移動、華為公司在深圳成功開展了5G 網(wǎng)絡(luò)4K 電視傳輸測試，成功實現(xiàn)了央視春晚深圳分會場4K 超高清信號回傳至中央廣播電視總臺北京機房。

5G 技術(shù)應(yīng)用廣泛，定位于萬物互聯(lián)，必定影響整個社會，給各行各業(yè)帶來了新的機會和挑戰(zhàn)。對于廣電行業(yè)而言，應(yīng)將自身視音頻文化產(chǎn)品創(chuàng)意、制作優(yōu)勢與超高清視頻、5G 深度結(jié)合，深耕自己的行業(yè)領(lǐng)域，做好媒體融合，成為新時代具有更大影響力的全媒體機構(gòu)。