5G廣播（FeMBMS）技術(shù)廣電發(fā)展新引擎

牟德志 殷式海 劉連合

【摘要】5G廣播的特性和700MHz頻段信號覆蓋廣、穿透力強、適合連續(xù)大范圍網(wǎng)絡(luò)覆蓋的特點，使廣電能夠極大降低建網(wǎng)和運營成本， HPHT的快速發(fā)展將使廣電迅速占領(lǐng)5G音視頻制高點。5G廣播能充分發(fā)揮700MHz頻譜優(yōu)勢和廣電內(nèi)容優(yōu)勢，打造差異化音視頻服務(wù)，賦能全新視聽應用。本文將簡要解析3GPP 5G廣播（FeMBMS）技術(shù)演進和特性，研究分析了5G廣播場景下廣播電視的行業(yè)優(yōu)勢及其發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】5G廣播特性;HPHT;新動力

中圖分類號：TN94? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1673-0348（2020）018-042-03

Abstract： The characteristics of 5G broadcasting and 700MHz band signal coverage， strong penetration， suitable for continuous large-scale network coverage， so that radio and television can greatly reduce network construction and operating costs， the rapid development of HPHT will enable radio and television to quickly occupy 5G audio Video commanding heights. 5G broadcasting can give full play to the advantages of 700MHz spectrum and radio and television content， create differentiated audio and video services， and empower new audiovisual applications. This article will briefly analyze 3GPP The evolution and characteristics of 5G broadcasting （FeMBMS） technology， research and analysis of the industry advantages and development prospects of radio and television in the 5G broadcasting scenario.

Keywords： 5G broadcast characteristics， HPHT， new power

1. 引言

2019年6月工信部給中國電信、中國聯(lián)通、中國移動、中國廣電正式發(fā)放5G商用牌照。近期，中國國際經(jīng)濟交流中心和中國信息通信研究院聯(lián)合推出的《中國5G經(jīng)濟報告2020》指出，5G商用過程中面臨的主要困難，一是建網(wǎng)成本高，5G要保證高速率、高帶寬、低時延的通信必須要密集部署微基站，從而導致基站數(shù)量激增。在同等覆蓋情況下，5G中頻段基站數(shù)量將是4G的1.5倍左右。5G初期設(shè)備投資成本較高。二是運維成本高，5G新基站功耗高，初期單基站用電量是4G的3至4倍，而且2G/3G/4G/5G網(wǎng)絡(luò)共存帶來異廠設(shè)備互通難題。三是基站密度大、網(wǎng)絡(luò)使用頻譜高、選址和配套建設(shè)難等實際困難。運營商鑒于高昂的組網(wǎng)成本，難以推出低價無限量套餐，作為5G視頻領(lǐng)域的C端消費者也難以為5G高昂的流量費用買單。

3GPP組織在Rel 14中提出了Further evolved Multimedia Broadcast Multicast Service， （FeMBMS，演進增強型多媒體廣播服務(wù)），F(xiàn)eMBMS提供了HPHT（High Power High Tower）廣播模式。HPHT具有低成本、廣覆蓋、大屏小屏的強兼容性。廣電利用既有發(fā)射塔和有線光節(jié)點，可以低成本實現(xiàn)5G廣覆蓋，可以快速的占領(lǐng)以固定電視為代表的5G大屏市場和以手機為代表的5G小屏市場，這給以音視頻傳播為代表的傳統(tǒng)廣電行業(yè)發(fā)展帶來新的發(fā)展機會，注入新的澎湃動力。

2. 5G廣播（FeMBMS）將會引領(lǐng)廣電5G發(fā)展

根據(jù)三大運營商最新公布的5G套餐，5G時代的流量價格并不便宜。如果我們用5G來看視頻直播，必然要耗費巨大流量。受限于5G基礎(chǔ)設(shè)施的巨大投資和密集基站的布設(shè)困難，短期內(nèi)很難降低套餐價格，而5G廣播或能化解這一難題。坐擁5G牌照和700MHz黃金頻段的廣電，給廣電的5G廣播（FeMBMS）發(fā)展帶來新的思路。700MHz頻段具有損耗低、強穿透力、廣覆蓋等特點，非常適合5G底層網(wǎng)絡(luò)布局。廣電5G除了使用700 MHz頻率進行組網(wǎng)，還可以采用600 MHz的無線通信技術(shù)，進行廣播發(fā)射技術(shù)調(diào)整，已適應5G廣播傳輸需要。

在德國巴伐利亞州廣播公司Bayerischer Rundfunk（BR）Wendelstein發(fā)射臺進行的5G廣播測試運營，兩臺高性能基于5G廣播模式的R&S公司發(fā)射機，以每臺100 kW的有效輸出功率運行，借助高傳輸塔和高功率發(fā)射機（HPHT），信號覆蓋半徑高達60 km以上，實現(xiàn)了大區(qū)域范圍內(nèi)的覆蓋，對傳統(tǒng)廣播電視節(jié)目進行5G廣播傳輸，移動終端可以廉價地接收廣播電視節(jié)目內(nèi)容。

5G Gbps級的高速率的實現(xiàn)，首先為視頻信號的傳輸提供了新的有力通道。廣電作為視頻行業(yè)的代表，將引領(lǐng)5G視頻行業(yè)發(fā)展，視頻流量的大幅度增長，預計在明后年將會達到全網(wǎng)流量的8成以上，5G網(wǎng)絡(luò)的FeMBMS廣播功能，在5G視頻傳播中能夠得到更好的應用，廣播自身的傳輸優(yōu)勢，就是不會因為用戶的增加而造成流量瓶頸，通過5G廣播的形式對于熱門的視頻進行傳送，既可以地給用戶帶來更好地視聽體驗，也不會給移動核心網(wǎng)絡(luò)造成很大的壓力。

3. 5G廣播（FeMBMS）技術(shù)演進

3GPP組織在Rel 6中提出了Multimedia Broadcast Multicast Services（MBMS），實現(xiàn)了同時點到多點的數(shù)據(jù)傳輸。3GPP組織在Rel 14中提出了Further evolved Multimedia Broadcast Multicast Service （FeMBMS演進增強型多媒體廣播服務(wù)）。Rel 14以前版本稱為evolved Multimedia Broadcast Multicast Service （eMBMS，增強型多媒體廣播多播服務(wù)）， Rel14 FeMBMS相較之前的eMBMS版本提供了HPHT廣播，將eMBMS廣播業(yè)務(wù)載波效率提高到接近100，取消了60%的載波資源的限制。3GPP Rel14還基于廣播行業(yè)的場景和需求對eMBMS進行了功能擴展，體現(xiàn)在對系統(tǒng)架構(gòu)和界面的簡化，以及對LTE物理層的擴展。包括用于V2X（車聯(lián)網(wǎng)）通信的MBSFN（多播組播單頻網(wǎng)）和SC PTM（單小區(qū)點到多點傳輸），以及用于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的SC PTM解決方案

FeMBMS5G廣播標準，改進了空口和系統(tǒng)架構(gòu)方面的特性，提供了標準化接口，實現(xiàn)了廣覆蓋和協(xié)同組網(wǎng)，可以在接收端形成針對大屏和小屏多種終端的良好覆蓋，適合媒體傳送和控制，廣播的性能與體現(xiàn)得到明顯加強。3GPP Rel 14 FeMBMS提供了移動網(wǎng)絡(luò)運營商和內(nèi)容服務(wù)商的接口標準，用于多媒體的傳輸，支持廣播的無線電傳輸和免費接收服務(wù)系統(tǒng)，可以同時對移動設(shè)備和固定電視機的廣播服務(wù)提供支持。FeMBMS也稱為5G廣播，在3GPP Rel 14版本支持向LTE的移動用戶設(shè)備（例如智能手機和平板電腦）進行廣播服務(wù)，允許在高塔高功率（HPHT）僅下行鏈路模式下利用全信號帶寬用的廣播應用。此外，3GPPRel 14定義了擴展循環(huán)前綴（保護間隔）和模式，使手機等移動用戶設(shè)備無需插卡就可以接收信號，這充分與傳統(tǒng)廣播電視應用相匹配，這也是5G廣播應用的必要條件。

4. Rel′14 5G廣播主要技術(shù)特點

相對于基于蜂窩基站廣播的eMBMS技術(shù)， Rel′14 FeMBMS支持的站點間距更大，能實現(xiàn)像地面數(shù)字電視一樣的廣域覆蓋。在3GPP Rel′14中，CP（循環(huán)前綴）可以配置成具有16.7μs、33.3μs和200μs的長度，而CP的長度確定了發(fā)射機之間的最大間隔或站點間距離，200μs的循環(huán)前綴能夠?qū)崿F(xiàn)15 km站間距覆蓋， 200μs的循環(huán)前綴長度使廣播的覆蓋和性能得到提升。FeMBMS未來會繼續(xù)向更長CP演進，以有效地支持HPHT部署，支持廣播網(wǎng)絡(luò)共享，允許運營商集中MBMS廣播資源，建立網(wǎng)絡(luò)聚合到共享的MBMS內(nèi)容分發(fā)平臺，用戶無論使用哪個運營商的服務(wù)，都可以通過這個平臺同時接收分發(fā)的廣播內(nèi)容，有效利了帶寬，擴大了廣播的覆蓋范圍。通過MBMS提供的廣播服務(wù)可以包含免費節(jié)目和收費的節(jié)目。所有接收者都可以接收免費節(jié)目，不管是否是MNO（移動運營商）綁定的用戶，觀眾都可以通過獨立的MBMS網(wǎng)絡(luò)無限制地接收線性廣播電視節(jié)目。

僅接收模式（Receive Only Mode， ROM）類似于傳統(tǒng)的廣播電視服務(wù)，沒有上行傳輸，無需插卡就可以用傳統(tǒng)電視接收器接收。僅接收模式的一個特定應用是通過eMBMS設(shè)備實現(xiàn)在當前電視接收機上接收免費廣播電視和付費電視服務(wù)，支持所有終端都可以接收廣播服務(wù)，包括公共廣播和應急廣播，為移動電視提供更高效的數(shù)據(jù)傳輸方案，這是FeMBMS廣播的一項重大改進。正在開發(fā)的基于SDR（軟件定義無線電）的FeMBMS接收器，可以集成到任何需要接收5G廣播的終端設(shè)備中。

僅傳輸模式是一種全新的3GPP媒體層服務(wù)，僅傳輸模式提供傳遞MBMS承載服務(wù)公共交付平臺，使廣播電視臺能夠通過MBMS以原生格式提供內(nèi)容，而無需進行轉(zhuǎn)碼，融合多媒體的現(xiàn)場直播內(nèi)容可以不經(jīng)過編碼等一系列的操作，直接傳輸?shù)饺诿襟w中心。

5. 5G廣播廣電發(fā)展新動力

網(wǎng)絡(luò)視頻和音頻的用戶爆發(fā)性發(fā)展，給廣播電視的發(fā)展帶來嚴峻挑戰(zhàn)，主要是因為廣播電視內(nèi)容和網(wǎng)絡(luò)電視的內(nèi)容相比，網(wǎng)絡(luò)電視的內(nèi)容豐富，大大地超過了廣播電視的內(nèi)容，并且不能夠給用戶帶來互動化、移動式的服務(wù)。而5G廣播將會重新體現(xiàn)電視屏幕的價值，真正實現(xiàn)從看電視到用智慧電視轉(zhuǎn)化。未來電視不僅僅能播放視聽內(nèi)容，還能夠傳播更強大資訊信息，會展現(xiàn)4K、8K、AR、VR等高新視頻內(nèi)容，用創(chuàng)新的思想發(fā)展5G在廣電技術(shù)中的應用，將使廣電的發(fā)展呈現(xiàn)出新的優(yōu)勢。

5G廣播（FeMBMS）場景下的廣電，將會以2C業(yè)務(wù)作為基礎(chǔ)，推進傳統(tǒng)廣播電視用戶轉(zhuǎn)化成移動交互的廣播電視用戶，這樣就可以實現(xiàn)廣電全媒體融合，實現(xiàn)移動TV視頻和網(wǎng)絡(luò)視頻一體化，構(gòu)建智能的多生態(tài)層面的廣電構(gòu)架。建立立體式的傳播途徑，應用云平臺作為服務(wù)的基礎(chǔ)，采集大數(shù)據(jù)的信息，通過固定或移動智能終端作為業(yè)務(wù)的承載，實現(xiàn)服務(wù)模式多功能化、多內(nèi)容化、多業(yè)務(wù)化。以5G網(wǎng)絡(luò)支撐，通過廣播電視把網(wǎng)絡(luò)媒體的優(yōu)勢發(fā)揮出來，推動媒體內(nèi)容創(chuàng)意的發(fā)揮，融合的業(yè)務(wù)服務(wù)機制，打造智慧廣電新的應用模式。通過5G高新視頻的發(fā)展促進廣播電視業(yè)態(tài)的動能轉(zhuǎn)化發(fā)展。

5G廣播FeMBMS標準下的廣電技術(shù)，能讓移動設(shè)備可以直接接收廣播電視發(fā)射塔（大塔）的信號，或者接收移動通信基站（小塔）的音視頻信號。在5G廣播網(wǎng)絡(luò)下，收看移動電視不耗費任何流量，手機就相當于一臺掌上電視，電視機也可以成為“大號手機”。5G廣播能讓用戶隨時隨地都能接收到大塔和小塔發(fā)出的信號，特別是在移動狀態(tài)下，無論使用大屏還是小屏?；诖耍瑖覠o線交互廣播工作組積極推動5G廣播3GPP進一步演進標準的制定，無線交互廣播工作組的提案通過3GPP全會后，將使之成為國際電聯(lián)標準。這將為5G廣播產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展打下基礎(chǔ)，會極大推動產(chǎn)業(yè)的形成。前端，芯片制造商就可以把廣播模式和其他通訊模式統(tǒng)一設(shè)計到芯片中，并有力促進FeMBMS接收機的研發(fā)。

6. 結(jié)束語

5G廣播的發(fā)展，將傳統(tǒng)廣播電視傳播方式與移動通信傳輸方式以及互聯(lián)網(wǎng)進行了融合，形成一個維護、費用上都很低的大眾化多媒體平臺。在保證廣播電視多媒體節(jié)目安全播出的前提下，結(jié)合廣電自身的內(nèi)容優(yōu)勢以及傳播方式實現(xiàn)的特點，充分發(fā)揮自身的資源渠道優(yōu)勢，整合分散資源，融合用戶需求，挖掘內(nèi)容深度和廣度，使內(nèi)容、文化的傳播更為精致和優(yōu)質(zhì)，進一步完善業(yè)務(wù)創(chuàng)新變革，在全媒體覆蓋上牢牢把握廣電的話語權(quán)主控權(quán)，抓住5G視頻經(jīng)濟大爆發(fā)的機遇，經(jīng)濟效益和社會效益必將得到大幅提升，為廣電的發(fā)展帶來新的巨大空間。

參考文獻：

[1]5G移動無線通信技術(shù).陳明 繆慶育 劉愔譯.人民郵電出版社， 2017年.

[2]5G系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)詳解. 張鴻濤譯.人民郵電出版社， 2018年.

[3]加速700M產(chǎn)業(yè)成熟，廣電5G要差異化. 趙妍 通信產(chǎn)業(yè)報， 2019年.

[4]5G頻道”技術(shù)實現(xiàn)模式分析.劉兵;郗望 廣播電視網(wǎng)絡(luò)，? 2020年.