5G NR在國家應(yīng)急廣播體系中的應(yīng)用研究

陳鵬濤

國家廣播電視總局監(jiān)管中心 北京市 100866

引 言

應(yīng)急廣播是指利用廣播電視、網(wǎng)絡(luò)視聽等信息傳送方式，向公眾或特定區(qū)域、特定人群發(fā)布應(yīng)急信息的傳送播出系統(tǒng)，是國家應(yīng)急體系和國家公共服務(wù)體系的重要組成部分。2021年6月，國家廣播電視總局和應(yīng)急管理部聯(lián)合印發(fā)《應(yīng)急廣播管理暫行辦法》中有了明確定義。辦法中還指出，應(yīng)急廣播要堅持服務(wù)政策宣傳、服務(wù)應(yīng)急管理、服務(wù)社會治理、服務(wù)基層群眾的宗旨，按照國家基層公共服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)和地方實施標(biāo)準(zhǔn)，建立健全長效系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行保障機(jī)制，有效發(fā)揮應(yīng)急廣播“最后一公里”傳播優(yōu)勢，提升應(yīng)急廣播發(fā)布的科學(xué)性、精準(zhǔn)性、有效性，面向人民群眾提供應(yīng)急廣播公共服務(wù)。近年來，應(yīng)急廣播在應(yīng)對突發(fā)事件、提高突發(fā)事件響應(yīng)和處置能力、加強(qiáng)基層宣傳工作等方面具有重要作用，承擔(dān)著重要職責(zé)。

目前，各地應(yīng)急廣播多數(shù)基于傳統(tǒng)的廣播電視覆蓋網(wǎng)搭建，應(yīng)急信息終端喚醒依賴于機(jī)頂盒、收音機(jī)、大喇叭、戶外屏等終端系統(tǒng)，這些終端多集中在城市、鄉(xiāng)村等人口聚居區(qū)，覆蓋面有局限性。在遇到一些緊急、復(fù)雜和持續(xù)性的突發(fā)事件或面對復(fù)雜地形時，如何快速、準(zhǔn)確、靈活的將應(yīng)急信息傳遞到特定的區(qū)域和人群，亟需其他技術(shù)手段來擴(kuò)充。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，第五代通信技術(shù)即5G（5th Generation Mobile Communication Technology）也逐漸滲透到人們的日常生活中，應(yīng)急廣播作為5G應(yīng)用的重要應(yīng)用場景已經(jīng)成為應(yīng)急信息傳播的一種重要手段。

同時，利用5G提高災(zāi)害事故監(jiān)測感知能力，完善災(zāi)害事故監(jiān)測預(yù)警網(wǎng)絡(luò)也是完善國家應(yīng)急體系和國家公共服務(wù)體系的需要。2022年2月14日，國務(wù)院印發(fā)的《“十四五”國家應(yīng)急體系規(guī)劃》也為應(yīng)急廣播利用5G技術(shù)指明了方向。規(guī)劃中指出，在強(qiáng)化風(fēng)險監(jiān)測預(yù)警預(yù)報方面，充分利用物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、遙感、視頻識別、第五代移動通信（5G）等技術(shù)提高災(zāi)害事故監(jiān)測感知能力，優(yōu)化自然災(zāi)害監(jiān)測站網(wǎng)布局，完善應(yīng)急衛(wèi)星觀測星座，構(gòu)建空、天、地、海一體化全域覆蓋的災(zāi)害事故監(jiān)測預(yù)警網(wǎng)絡(luò)。在應(yīng)急通信和應(yīng)急管理信息化建設(shè)工作中，構(gòu)建基于天通、北斗、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的衛(wèi)星通信管理系統(tǒng)，實現(xiàn)應(yīng)急通信衛(wèi)星資源的統(tǒng)一調(diào)度和綜合應(yīng)用。采用5G和短波廣域分集等技術(shù)，完善應(yīng)急管理指揮寬帶無線專用通信網(wǎng)。推動應(yīng)急管理專用網(wǎng)、電子政務(wù)外網(wǎng)和外部互聯(lián)網(wǎng)融合試點。

本文結(jié)合5G NR在國家應(yīng)急廣播調(diào)度控制先導(dǎo)項目的應(yīng)用情況及總局十四五應(yīng)急廣播項目進(jìn)展情況，對廣電5G NR在應(yīng)急廣播中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，以期在5G技術(shù)應(yīng)用時代下，提升應(yīng)急廣播預(yù)警能力，提高應(yīng)急廣播指揮調(diào)度水平，充分發(fā)揮國家應(yīng)急廣播的作用和優(yōu)勢。

1 5G NR概述

1.1 相關(guān)概念

5G：5th Generation Mobile Communication Technology，即第五代移動通信技術(shù)，它是在4G技術(shù)特點和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上不斷演進(jìn)成熟起來的新一代寬帶移動通信技術(shù)，具有高速率、低時延、低功耗和萬物互聯(lián)等特點，是實現(xiàn)人機(jī)物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

5G廣播：5G Broadcasting System，是指采用3GPP制定的符合移動通信標(biāo)準(zhǔn)要求的廣播傳輸技術(shù)而構(gòu)建的廣播電視系統(tǒng)，包括大塔廣播和小塔廣播，相關(guān)技術(shù)制定在3GPP框架下開展，符合3GPP要求。

3GPP：3rd Generation Partnership Project，即第三代合作伙伴計劃，成立于1998年12月，本質(zhì)上是一個行業(yè)協(xié)會，最初合作研究和制定3G（第三代移動通信技術(shù)）標(biāo)準(zhǔn)，后來制定4G標(biāo)準(zhǔn)，目前也是全球5G標(biāo)準(zhǔn)的唯一制定者。3GPP制定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以Release作為版本進(jìn)行管理，平均一到兩年就會完成一個版本的制定，從建立之初的R99，之后到R4，目前已經(jīng)演進(jìn)到R18。

5G NR：5G New Radio，5G新空口技術(shù)，是基于OFDM的一個新的無線接入技術(shù)，由3GPP開發(fā)制定標(biāo)準(zhǔn)，始于2015年，在R14中提出，一直在演進(jìn)中，是基于5G移動通信網(wǎng)，采用融合單播、組播、廣播方式，向各類5G移動智能終端提供新型交互化視頻廣播服務(wù)和融合信息服務(wù)的全新5G技術(shù)。

空口：Radio，即終端和基站之間的空中接口，它定義了終端和基站之間用于數(shù)據(jù)交換所遵循的無線信號傳輸規(guī)范，包括頻率、帶寬、編碼等內(nèi)容。

1.2 5G NR

移動通信系統(tǒng)主要由終端、基站、核心網(wǎng)三部分組成，其中終端和基站組成基站子系統(tǒng)，核心網(wǎng)內(nèi)部的各種網(wǎng)元組成網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)?？湛趯Ｓ糜诨咀酉到y(tǒng)內(nèi)部，跟核心網(wǎng)無直接聯(lián)系。到了5G時代，3GPP規(guī)定，基站和核心網(wǎng)子系統(tǒng)各自獨立演進(jìn)到5G，兩個子系統(tǒng)的獨立性進(jìn)一步增強(qiáng)。另外，由于5G組網(wǎng)方式靈活，既可以獨立組網(wǎng)，也可以非獨立組網(wǎng)。在獨立組網(wǎng)時，5G基站連接5G核心網(wǎng)；在非獨立組網(wǎng)時，5G基站和4G基站既可以連接4G核心網(wǎng)，又可以連接5G核心網(wǎng)。這樣，同一部手機(jī)與基站之間擁有兩路空口連接，為了區(qū)別終端和4G基站之間的空口，就把終端和5G基站之間的鏈路叫做“新空口”，即5G NR，而終端與4G基站之間的鏈路為“舊空口”。5G組網(wǎng)方式共有8個選項，此處以非獨立組網(wǎng)方式中的選項3和選項7示意一下“新空口”，如圖1所示。

圖1 5G NR示意圖

1.3 廣電5G頻譜資源

2019年6月，工信部正式為中國移動、中國聯(lián)通、中國電信和中國廣電四家企業(yè)發(fā)放5G牌照，我國正式進(jìn)入5G時代。2020年3月，工信部發(fā)布了《關(guān)于調(diào)整700MHz頻段頻率使用規(guī)劃的通知》，中國廣電正式獲得準(zhǔn)許使用700MHz頻段搭建5G移動通信網(wǎng)，中國廣電攜700MHz正式入局，成為了名副其實的第四家移動運(yùn)營商。四大運(yùn)營商5G頻譜分布情況，如圖2所示。

從圖2中，可知中國廣電擁有700MHz頻段60MHz、4.9GHZ頻段60MHz，合計120MHz的5G頻譜資源，相比其他三家運(yùn)營商略少，但由于700MHz頻段的特殊性又使得中國廣電占到了先天頻率優(yōu)勢。這與700MHz作為5G“黃金頻段”的優(yōu)勢是分不開的。中國移動和中國廣電先后于2020年和2021年簽訂相關(guān)合作框架協(xié)議，宣布共享2.6GHz頻段，共同建設(shè)此頻段的5G網(wǎng)絡(luò)，中國廣電在頻譜資源上的缺失已不重要。

圖2 四大運(yùn)營商5G頻譜分布情況

700MHz頻譜具有自身優(yōu)勢，按照電磁波頻率和波長的關(guān)系λ=C/f（λ為波長，f為頻率，C為光速）公式可知，電磁波頻率越高，波長越短，越傾向于直線傳輸，繞射能力越低。700MHz頻段比5G中高頻段頻率低，波長更長，傳輸損耗低，穿透能力和繞射能力更強(qiáng)。相同條件下，所需基站數(shù)量大大減少，可縮減建站成本以及后期運(yùn)維成本。700MHz相較于5G的中高頻段，覆蓋力更強(qiáng)，可實現(xiàn)普通樓宇的深度覆蓋和地理廣域覆蓋，在光纖基礎(chǔ)設(shè)施不完善的環(huán)境下代替光纖接入，實現(xiàn)5G信號全覆蓋。另外，由于700MHz頻段采用頻分雙工FDD（Frequency Division Duplexing）模式，而中高頻段均采用時分雙工TDD（Time Division Duplexing）模式，F(xiàn)DD相較于TDD，天然具有網(wǎng)絡(luò)低延遲的優(yōu)勢，更有助于開展低延時、高可靠業(yè)務(wù)。

2 國家應(yīng)急廣播體系建設(shè)

應(yīng)急廣播體系是國家應(yīng)急體系和國家公共服務(wù)體系的重要組成部分?！吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中提出，要完善應(yīng)急廣播體系，實施智慧廣電固邊工程和鄉(xiāng)村工程。2021年發(fā)布的《國家基本公共服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)（2021年版）》中提出，要為城鄉(xiāng)居民提供廣播節(jié)目和突發(fā)事件應(yīng)急廣播服務(wù)。2021年發(fā)布的《“十四五”公共服務(wù)規(guī)劃》中提出，要推動應(yīng)急廣播體系建設(shè)和有線高清交互數(shù)字電視機(jī)頂盒推廣普及。2022年中央一號文件中提出，要統(tǒng)籌推進(jìn)應(yīng)急管理與鄉(xiāng)村治理資源整合，加快推進(jìn)農(nóng)村應(yīng)急廣播主動發(fā)布終端建設(shè)，指導(dǎo)做好人員緊急轉(zhuǎn)移避險工作。這些都與國家應(yīng)急廣播體系建設(shè)息息相關(guān)。

在國家應(yīng)急發(fā)布的整個體系中，國家應(yīng)急信息可通過廣播電視傳輸覆蓋網(wǎng)、地震氣象自建渠道、電信網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商、地方特色預(yù)警等多種渠道進(jìn)行綜合發(fā)布。廣電應(yīng)急廣播系統(tǒng)是國家應(yīng)急信息傳送通道的重要組成部分和最佳途徑。2018年，國家廣播電視總局出臺了《應(yīng)急廣播系統(tǒng)資源分類及編碼規(guī)范》《應(yīng)急廣播系統(tǒng)總體技術(shù)規(guī)范》《應(yīng)急廣播平臺接口規(guī)范》等11個技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；2020年，廣電總局發(fā)布了《應(yīng)急廣播系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)白皮書（2020版）》；2021年，廣電總局制定了《應(yīng)急廣播技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系》，涉及系統(tǒng)通用、傳輸覆蓋、安全運(yùn)行、效果監(jiān)測等四大類共28項標(biāo)準(zhǔn)；2022年又對2018年發(fā)布的《應(yīng)急廣播消息格式規(guī)范》《應(yīng)急廣播安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范數(shù)字簽名》等多項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂審定，作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)備進(jìn)行發(fā)布，進(jìn)一步完善規(guī)范體系，指導(dǎo)應(yīng)急廣播工作發(fā)展。截至2022年6月，全國已建成應(yīng)急廣播平臺國家級1個、省級13個、市級97個、縣級1219個，鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）級前端1.9萬套，村（社區(qū)）級前端22.4萬套，覆蓋應(yīng)急廣播終端3791萬個，全國應(yīng)急廣播體系建設(shè)取得重要階段性成果。已建設(shè)的各級應(yīng)急廣播平臺在應(yīng)急響應(yīng)、信息發(fā)布、政策宣講、心理疏導(dǎo)以及黨史學(xué)習(xí)、基層黨建等方面發(fā)揮了獨特作用。

2018年規(guī)劃的全國應(yīng)急廣播技術(shù)系統(tǒng)由國家、省、市、縣四級組成，各級系統(tǒng)包括應(yīng)急廣播平臺、廣播電視頻率頻道播出系統(tǒng)、傳輸覆蓋網(wǎng)、接收終端和效果監(jiān)測評估系統(tǒng)五部分。應(yīng)急廣播平臺由制作播發(fā)、調(diào)度控制和基礎(chǔ)服務(wù)等部分組成。應(yīng)急廣播平臺接收本級應(yīng)急信息源的應(yīng)急信息，及上下級應(yīng)急廣播平臺的應(yīng)急廣播消息，快速處理并制作相應(yīng)的應(yīng)急廣播節(jié)目，結(jié)合本級應(yīng)急廣播資源情況生成應(yīng)急廣播消息，通過廣播電視頻率頻道播出系統(tǒng)或傳輸覆蓋網(wǎng)進(jìn)行播發(fā)。接收終端接收響應(yīng)來自傳輸覆蓋網(wǎng)的應(yīng)急廣播節(jié)目實現(xiàn)最終播發(fā)。應(yīng)急廣播效果監(jiān)測評估系統(tǒng)對應(yīng)急廣播播發(fā)狀態(tài)、發(fā)布效果等進(jìn)行監(jiān)測，并將本級監(jiān)管信息報至上級應(yīng)急廣播效果監(jiān)測評估系統(tǒng)。國家級應(yīng)急廣播平臺實現(xiàn)對全國應(yīng)急廣播系統(tǒng)的信息搜集、整理、監(jiān)測等功能，為上級領(lǐng)導(dǎo)提供決策依據(jù)，如圖3所示。

圖3 應(yīng)急廣播技術(shù)系統(tǒng)總體架構(gòu)

隨著機(jī)構(gòu)改革不斷深入，國家廣播電視總局單位設(shè)置也有所變化。2021年國家廣播電視總局和應(yīng)急部聯(lián)合印發(fā)的《應(yīng)急廣播管理暫行辦法》中，指出應(yīng)急廣播系統(tǒng)由應(yīng)急廣播平臺、傳輸覆蓋網(wǎng)、快速傳送通道、應(yīng)急廣播終端和效果監(jiān)測評估系統(tǒng)等組成，應(yīng)急廣播平臺包括應(yīng)急廣播制作播發(fā)平臺和調(diào)度控制平臺。應(yīng)急廣播制作播發(fā)平臺承擔(dān)本級政府或應(yīng)急信息發(fā)布部門發(fā)布的緊急類應(yīng)急信息的接收、制作、處理、播發(fā)任務(wù)，確保信息內(nèi)容安全和播出秩序安全。應(yīng)急廣播調(diào)度控制平臺主要承擔(dān)的任務(wù)有：接收本級政府或應(yīng)急信息發(fā)布部門發(fā)布的緊急類應(yīng)急信息，適配處理為應(yīng)急廣播消息后，傳輸分發(fā)到快速傳送通道；接收本級應(yīng)急廣播制作播發(fā)平臺發(fā)送的應(yīng)急信息，適配處理為應(yīng)急廣播消息后，傳輸分發(fā)至傳輸覆蓋網(wǎng)；處理上級、下級應(yīng)急廣播調(diào)度控制平臺發(fā)送的應(yīng)急廣播消息；監(jiān)測、匯總上報信息播發(fā)和系統(tǒng)運(yùn)行等情況。辦法第十六還指出，“在確保安全可控情況下，應(yīng)急廣播調(diào)度控制平臺可以單獨設(shè)立，也可以與應(yīng)急廣播制作播發(fā)平臺、傳輸覆蓋網(wǎng)合并設(shè)立”。這樣各級應(yīng)急廣播系統(tǒng)建設(shè)有了更大的靈活度，職能得到明確劃分。國家廣播電視總局也先后不斷加大投入建設(shè)應(yīng)急廣播系統(tǒng)，目前建設(shè)在總局監(jiān)管中心的應(yīng)急廣播預(yù)警信息調(diào)度控制自動適配系統(tǒng)以試驗的方式連通了黑龍江、江蘇、安徽、山東、四川、新疆、內(nèi)蒙古、廣西等12個省的應(yīng)急廣播平臺。廣電總局還承擔(dān)了國家應(yīng)急廣播調(diào)度控制平臺的建設(shè)任務(wù)，2022年該項目初步設(shè)計已經(jīng)獲得國家發(fā)改委批準(zhǔn)，目前項目正在加快實施當(dāng)中。

由調(diào)度控制平臺邏輯架構(gòu)圖，如圖4所示，可知2021年頒布的辦法中，全國應(yīng)急廣播技術(shù)系統(tǒng)相比2018年的總體規(guī)劃有了變化。辦法中全國應(yīng)急廣播技術(shù)系統(tǒng)由信息源、調(diào)度控制平臺、傳輸覆蓋網(wǎng)、應(yīng)急廣播終端和效果監(jiān)測評估系統(tǒng)等組成。調(diào)度控制平臺分國家、省、市、縣四級建設(shè)運(yùn)行，負(fù)責(zé)接收各部門應(yīng)急信息，調(diào)度所屬傳輸覆蓋資源進(jìn)行播發(fā)，同時通過與上下級平臺互聯(lián)互通，實現(xiàn)對傳輸覆蓋網(wǎng)和終端的監(jiān)測評估和綜合管理，是每一級應(yīng)急廣播系統(tǒng)的核心樞紐。

圖4 調(diào)度控制平臺邏輯架構(gòu)圖

3 5G NR在國家應(yīng)急廣播中的應(yīng)用

應(yīng)急廣播主要利用廣播電視向公眾通告緊急事件，但其覆蓋面有限。為了擴(kuò)大廣播覆蓋面，5G NR為應(yīng)急廣播提供了新技術(shù)手段。利用新技術(shù)將手機(jī)等智能終端與廣播電視相結(jié)合，共同向公眾通告緊急事件，既能提高時效性，又能擴(kuò)大覆蓋面。

通過5G NR應(yīng)急廣播發(fā)布流程圖，如圖5所示，可知由國家級應(yīng)急信息發(fā)布部門發(fā)布的或者由省級應(yīng)急信息發(fā)布部門發(fā)布應(yīng)急信息，需要經(jīng)國家應(yīng)急廣播調(diào)度控制平臺按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定格式進(jìn)行封裝，經(jīng)專線或電子政務(wù)外網(wǎng)傳輸至國家應(yīng)急廣播調(diào)度控制平臺，經(jīng)國家應(yīng)急廣播調(diào)度控制平臺數(shù)字簽名系統(tǒng)驗簽通過后統(tǒng)一簽名，通過播發(fā)策略判斷調(diào)度傳輸至5G運(yùn)營商廣播內(nèi)容平臺。5G運(yùn)營商廣播內(nèi)容平臺接收到信息后，由國家應(yīng)急廣播調(diào)度控制平臺部署在5G運(yùn)營商廣播內(nèi)容平臺的數(shù)字簽名系統(tǒng)驗簽后，送入加密與適配系統(tǒng)，加密適配系統(tǒng)將應(yīng)急廣播消息適配成規(guī)定格式的數(shù)據(jù)流，以相關(guān)API接口交接，接入5G運(yùn)營商核心網(wǎng)，5G核心網(wǎng)通過內(nèi)容分發(fā)將應(yīng)急廣播消息傳輸至基站，最后由基站向5G終端和5G監(jiān)測終端傳送應(yīng)急廣播消息，終端接收到應(yīng)急廣播消息后，5G終端解碼后由終端中的相關(guān)應(yīng)用或操作系統(tǒng)以不同的方式呈現(xiàn)，5G監(jiān)測終端將監(jiān)測到效果和數(shù)據(jù)再傳送給國家應(yīng)急廣播調(diào)度控制平臺的效果監(jiān)測系統(tǒng)，效果監(jiān)測系統(tǒng)對監(jiān)測到數(shù)據(jù)匯總分析。

圖5 5G NR應(yīng)急廣播發(fā)布流程圖

5G終端呈現(xiàn)應(yīng)急廣播信息有兩種方式：文字信息、音視頻信息。文字信息呈現(xiàn)相對簡單，以短信、滾動字幕、操作系統(tǒng)底層彈窗信息的方式來實現(xiàn)。音視頻的呈現(xiàn)方式則相對復(fù)雜，可分為以下幾種情況：

1.使用專門的應(yīng)用呈現(xiàn)；

2.如果用戶正在使用視頻應(yīng)用，則直接使用當(dāng)前正在使用的視頻應(yīng)用呈現(xiàn)；

3.如果用戶沒有使用視頻應(yīng)用，則選自帶的視頻播放器。

第一種方式，需要專門應(yīng)用常駐終端操作系統(tǒng)后臺，比較容易實現(xiàn)。第二種方式較為復(fù)雜，需要跟開發(fā)視頻應(yīng)用的廠商進(jìn)行對接，技術(shù)難度較低，但協(xié)調(diào)比較困難。第三種方式同第一種類似，需要終端操作系統(tǒng)支持。目前，中國廣電已實現(xiàn)第一種方式和第三種方式，但第三種方式只在某些特殊的終端上可以實現(xiàn)。第二種方式還未開展。如圖6所示，為第一種形式的實現(xiàn)結(jié)果。

圖6 5G NR應(yīng)急廣播播發(fā)覆蓋效果圖

結(jié) 論

應(yīng)急廣播的發(fā)展和國家應(yīng)急廣播體系建設(shè)離不開新技術(shù)的應(yīng)用，應(yīng)急廣播急需在發(fā)布渠道、覆蓋范圍及效果監(jiān)測等方面取得突破，隨著5G、AI、互聯(lián)網(wǎng)、信息安全等技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，這些問題將會有一個全面的解決方案。我們相信，在不久的將來，新技術(shù)在提升應(yīng)急廣播預(yù)警能力，提高應(yīng)急廣播指揮調(diào)度水平，助力國家應(yīng)急廣播建設(shè)，充分發(fā)揮應(yīng)急廣播的服務(wù)廣大人民群眾方面發(fā)揮更大的作用和優(yōu)勢，我們也會持續(xù)不斷的關(guān)注5G NR技術(shù)的發(fā)展，探討在業(yè)務(wù)上的應(yīng)用。