5G 在應(yīng)急廣播中的應(yīng)用

胡岳華，徐兆丹，楊 健

（1.東明縣融媒體中心，山東 菏澤 274500；2.阜寧縣融媒體中心，江蘇 鹽城 224402；3.大理白族自治州蒼山電視轉(zhuǎn)播臺(tái)，云南 大理 671003）

0 引言

移動(dòng)通信領(lǐng)域不斷創(chuàng)新，引領(lǐng)了數(shù)字社會(huì)的發(fā)展，5G 是這一演進(jìn)的代表。本文旨在探討5G 在應(yīng)急廣播中的應(yīng)用，重點(diǎn)關(guān)注其對(duì)實(shí)時(shí)信息傳遞、多媒體支持、網(wǎng)絡(luò)切片、區(qū)域覆蓋、安全性和用戶設(shè)備的影響。5G 為應(yīng)急廣播提供了更快速、更可靠的通信方式，對(duì)于應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害、公共健康緊急情況等具有關(guān)鍵意義。

1 5G 概述

1.1 5G 的概念及應(yīng)用場景

5G 是第五代移動(dòng)通信技術(shù)的簡稱，代表著通信領(lǐng)域的一項(xiàng)重大進(jìn)步。5G 的概念涵蓋了更高的數(shù)據(jù)傳輸速度、更低的延遲、更大的網(wǎng)絡(luò)容量和更多設(shè)備之間的連接性。5G 的應(yīng)用場景廣泛，包括智能手機(jī)通信、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、自動(dòng)駕駛汽車、智能城市、工業(yè)自動(dòng)化以及虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）等多個(gè)領(lǐng)域。5G 的高速數(shù)據(jù)傳輸和低延遲使其成為高質(zhì)量多媒體流媒體傳輸、遠(yuǎn)程醫(yī)療保健、遠(yuǎn)程教育等應(yīng)用的理想選擇。此外，5G 還支持大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)，使得數(shù)十億個(gè)傳感器和設(shè)備能夠互相通信，從而促進(jìn)了智能城市和智能工廠等創(chuàng)新。

1.2 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5G 網(wǎng)絡(luò)是一種創(chuàng)新性的體系結(jié)構(gòu)，由用戶設(shè)備（User Equipment，UE），無線接入網(wǎng)絡(luò)（Radio Access Network，RAN）以及核心網(wǎng)絡(luò)（Core Network，CN）這3 個(gè)主要部分構(gòu)成。用戶設(shè)備包括智能手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等，RAN 負(fù)責(zé)提供連接，核心網(wǎng)絡(luò)用于處理數(shù)據(jù)和服務(wù)。5G 采用虛擬化和云計(jì)算技術(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)更靈活、可擴(kuò)展，并提供高效的資源管理。5G 網(wǎng)絡(luò)還支持網(wǎng)絡(luò)切片，可以為不同應(yīng)用分配自定義的網(wǎng)絡(luò)資源，從而滿足不同場景的需求。

1.3 5G 發(fā)展現(xiàn)狀

從產(chǎn)業(yè)鏈全景分析，5G 產(chǎn)業(yè)鏈整體涉及的范圍較廣，上游為系統(tǒng)建設(shè)環(huán)節(jié)，包括網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)、基站天線、光模塊以及光纖光纜等；中游為5G 運(yùn)營，包括系統(tǒng)集成、終端和運(yùn)營3 大組成部分；下游直接面向物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)和VR/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）等應(yīng)用行業(yè)。第52 次《中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告》顯示，截至2023 年6 月，我國累計(jì)建成開通5G 基站293.7 萬個(gè)，5G移動(dòng)電話用戶達(dá)6.76 億戶。

2 應(yīng)急廣播概述

2.1 應(yīng)急廣播的概念

應(yīng)急廣播是指在緊急情況下（如自然災(zāi)害、公共健康緊急情況等）向公眾傳遞緊急信息和指導(dǎo)的廣播系統(tǒng)。其主要目標(biāo)是快速、有效地傳達(dá)關(guān)鍵信息，以保護(hù)人們的生命和財(cái)產(chǎn)。應(yīng)急廣播可以使用各種媒體，包括廣播電臺(tái)、電視、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，以覆蓋廣泛的受眾。

2.2 應(yīng)急廣播的發(fā)展歷程

2008 年，我國南方地區(qū)受雨雪冰凍災(zāi)害影響，國家廣播電視總局啟動(dòng)應(yīng)急廣播體系建設(shè)的前期準(zhǔn)備工作。2013 年，國家廣播電視總局發(fā)布了《推進(jìn)國家應(yīng)急廣播體系建設(shè)工作方案》。四川省率先開展了應(yīng)急廣播村村響試點(diǎn)，之后應(yīng)急廣播體系建設(shè)工作在全國范圍內(nèi)因地制宜展開。2016 年，應(yīng)急廣播體系建設(shè)被列入國家“十三五”規(guī)劃、國家突發(fā)事件應(yīng)急體系建設(shè)“十三五”規(guī)劃。2017 年9 月，國家廣播電視總局發(fā)布《全國應(yīng)急廣播體系建設(shè)總體規(guī)劃》[1]。2023 年4 月6 日，國家廣播電視總局發(fā)布《全國應(yīng)急廣播發(fā)展實(shí)踐綜述》，全國應(yīng)急廣播體系已初具規(guī)模，應(yīng)急廣播國家級(jí)平臺(tái)已經(jīng)投入試運(yùn)行，并與已建設(shè)的省級(jí)平臺(tái)完成對(duì)接，市縣平臺(tái)已經(jīng)超過1 300 個(gè)。目前，國家級(jí)平臺(tái)完成標(biāo)準(zhǔn)化改造擴(kuò)容，實(shí)現(xiàn)了與12 個(gè)省級(jí)平臺(tái)、1 個(gè)應(yīng)急廣播試驗(yàn)平臺(tái)（內(nèi)蒙古）之間的對(duì)接[2]。

2.3 應(yīng)急廣播的標(biāo)準(zhǔn)體系

應(yīng)急廣播的標(biāo)準(zhǔn)體系覆蓋應(yīng)急信息制作播發(fā)、調(diào)度控制、傳輸覆蓋及終端呈現(xiàn)等全過程，按標(biāo)準(zhǔn)類型劃分，包括系統(tǒng)通用類標(biāo)準(zhǔn)、傳輸覆蓋類標(biāo)準(zhǔn)、安全運(yùn)行類標(biāo)準(zhǔn)以及效果監(jiān)測類標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)通用類標(biāo)準(zhǔn)涵蓋應(yīng)急廣播基本術(shù)語、概念、總體框架及總體技術(shù)要求等。傳輸覆蓋類標(biāo)準(zhǔn)包括傳輸衛(wèi)星、數(shù)字電視中波調(diào)幅及應(yīng)急廣播大喇叭等各種傳輸覆蓋通道的應(yīng)急廣播信息傳輸技術(shù)要求。安全運(yùn)行類標(biāo)準(zhǔn)包括簽名保護(hù)、密碼應(yīng)用、運(yùn)行維護(hù)及網(wǎng)絡(luò)安全等。效果監(jiān)測類標(biāo)準(zhǔn)包括效果監(jiān)測、平臺(tái)軟件、適配器及終端等[3]。

2.4 5G 在應(yīng)急廣播領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢

5G 在應(yīng)急廣播領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和多媒體支持。5G 提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速度和更低的延遲，使得應(yīng)急廣播可以以更高質(zhì)量的方式傳遞多媒體內(nèi)容，如高清視頻、圖像和音頻。

（2）網(wǎng)絡(luò)切片和資源分配。5G 具有網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，可以將網(wǎng)絡(luò)資源劃分為多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，以滿足不同應(yīng)急情境的需求。

（3）區(qū)域覆蓋和容量擴(kuò)展。5G 的高頻段和毫米波技術(shù)支持更廣范圍的覆蓋，尤其適用于城市和人口密集區(qū)域。

（4）安全性和可靠性。5G 網(wǎng)絡(luò)提供更強(qiáng)大的加密和認(rèn)證機(jī)制，以確保信息傳輸?shù)陌踩浴?G 還具備更高的網(wǎng)絡(luò)可靠性，即使在緊急情況下，網(wǎng)絡(luò)仍能保持穩(wěn)定運(yùn)行，確保信息傳遞不中斷。

（5）用戶設(shè)備和感知技術(shù)。5G 支持大量的智能設(shè)備和感知技術(shù)，如傳感器和攝像頭。這些設(shè)備可以用于監(jiān)測和采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，有助于提供更準(zhǔn)確的情況分析，以支持應(yīng)急決策制定。

3 5G 在應(yīng)急廣播中的應(yīng)用

3.1 LTE 5G 廣播在應(yīng)急廣播中的應(yīng)用

長期演進(jìn)（Long-Term Evolution，LTE）5G 廣播即基于大塔的5G 廣播。2019 年，我國進(jìn)行大塔廣播測試。2023 年7 月，在由國家廣播電視總局廣播電視科學(xué)研究院聯(lián)合四川省廣播電視局主辦的5G 廣播電視試驗(yàn)網(wǎng)啟動(dòng)會(huì)上，我國首張“5G 廣播電視試驗(yàn)網(wǎng)”正式宣告啟動(dòng)。5G 廣播電視技術(shù)試驗(yàn)旨在通過廣播電視大塔進(jìn)行廣播，支持電視和手機(jī)終端接收，并提供多項(xiàng)公共服務(wù)，包括固定/移動(dòng)電視、應(yīng)急廣播和數(shù)據(jù)傳輸?shù)取＿@代表了新一代無線廣播電視，符合堅(jiān)持移動(dòng)優(yōu)先策略、發(fā)展智慧廣電網(wǎng)絡(luò)以及構(gòu)建全媒體傳播體系等要求。此舉旨在推動(dòng)廣播電視實(shí)現(xiàn)“人人通、終端通、移動(dòng)通”，將信息、娛樂和緊急信息傳遞變得更加高效和智能。

3.2 5G NR 廣播在應(yīng)急廣播中的應(yīng)用

5G 新空口（New Radio，NR）是基于正交頻分復(fù) 用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）的新無線接入技術(shù)，由第三代合作伙伴計(jì)劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP）開發(fā)、制定標(biāo)準(zhǔn)。2019 年12 月，3GPP 第86 次無線接入網(wǎng)全會(huì)上，中國廣電推動(dòng)3GPP R17 版本的多播廣播服務(wù)（Multimedia Broadcast Service，MBS）成功通過并立項(xiàng)。2022 年10 月，5G NR 廣播由3GPP 標(biāo)準(zhǔn)成為國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）無線移動(dòng)電視標(biāo)準(zhǔn)，為應(yīng)急廣播進(jìn)入手機(jī)創(chuàng)造了條件，開啟了5G NR 廣播的標(biāo)準(zhǔn)化和商業(yè)化進(jìn)程。中國廣電提出了5G NR MBS 應(yīng)用場景提案，MBS 在災(zāi)難預(yù)警、安全及疫情控制等應(yīng)急廣播場景的應(yīng)用得以拓展[4]。

5G NR 在應(yīng)急廣播中的應(yīng)用體現(xiàn)在為5G 天地一體化提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐，為應(yīng)急通信保障提供解決方案，提升應(yīng)急廣播效能。5G NR 廣播將成為應(yīng)急信息發(fā)布的重要手段。中國廣電積極探索實(shí)踐，如在北京、上海、南京等地，基于廣播電視發(fā)射塔開展了5G NR 廣播測試驗(yàn)證，將5G 蜂窩基站通過廣播電視大塔實(shí)現(xiàn)高功率的信號(hào)發(fā)送，以提供廣播電視及融合信息傳輸服務(wù)。中國廣電在北京完成了全球首次基于蜂窩基站和廣播電視發(fā)射塔的5G NR廣播融合方案部署、方案驗(yàn)證、外場覆蓋測試及視頻服務(wù)移動(dòng)性交互測試，還在2022 年“相約北京”冰球場地測試賽、北京冬奧會(huì)等活動(dòng)中完成了多視角直播、全景VR 視頻直播等新型廣播服務(wù)驗(yàn)證。5G NR MBS 在應(yīng)急廣播場景中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了向通用手機(jī)終端以視頻、文字、圖片等方式廣播發(fā)布應(yīng)急信息。這表明中國廣電已經(jīng)積極推動(dòng)5G NR 廣播技術(shù)在應(yīng)急廣播領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了與國家級(jí)應(yīng)急廣播平臺(tái)系統(tǒng)的對(duì)接，從而實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急信息向通用手機(jī)終端的廣播發(fā)布。

3.3 高塔高功率5G 廣播在應(yīng)急廣播的應(yīng)用

高塔高功率廣播是一種基本的地面無線廣播方式，即3GPP 廣播組播服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)中的HPHT（High Power High Tower）。這種廣播方法被全球廣泛采用，適用于DTMB、DVB-T、ATSC 等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。高塔高功率廣播具有大功率發(fā)射、ROM 線性廣播、低頻段覆蓋與單頻網(wǎng)部署等特點(diǎn)[5]。

以中國傳媒大學(xué)媒體融合與傳播國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與廣西廣播電視技術(shù)中心設(shè)計(jì)并開發(fā)的高塔高功率5G 應(yīng)急廣播原型系統(tǒng)為例，其設(shè)計(jì)原則包括：調(diào)度控制接口擴(kuò)展，確保發(fā)射機(jī)支持應(yīng)急廣播平臺(tái)的調(diào)度控制接口擴(kuò)展，以允許傳輸多種應(yīng)急消息類型，包括音頻、視頻和數(shù)據(jù)；3GPP 標(biāo)準(zhǔn)LTE 或NR空口物理層，采用3GPP 標(biāo)準(zhǔn)的LTE 或NR 物理層設(shè)計(jì)，并優(yōu)化以滿足應(yīng)急廣播需求，保證傳輸?shù)母咝院涂煽啃?；落地試?yàn)?zāi)芰Γ紤]方案的實(shí)際應(yīng)用，提前考慮5G 終端產(chǎn)業(yè)化的成熟度，以確保系統(tǒng)可以快速接入現(xiàn)有應(yīng)急廣播系統(tǒng)并進(jìn)行部署試驗(yàn)；尋址能力增強(qiáng)，增強(qiáng)廣播系統(tǒng)的尋址能力，確保消息能夠準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)終端。該系統(tǒng)的功能模塊包括：業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)控制終端數(shù)據(jù)流程和外部接口；通信模塊，用于接收和解析廣播下行鏈路信號(hào)，將解析出的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸給網(wǎng)關(guān)；射頻單元，支持500 ～800 MHz 的射頻接收；北斗定位單元，提供北斗定位功能，用于獲取終端位置信息；Wi-Fi 接入單元，為手機(jī)終端提供Wi-Fi 接入功能；屏幕顯示單元，提供設(shè)備配置交互和必要的顯示功能[6]。

4 結(jié)語

本文深入研究了5G 在應(yīng)急廣播領(lǐng)域的應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)了其在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)切片、區(qū)域覆蓋、安全性及用戶設(shè)備方面的優(yōu)勢。高塔高功率廣播技術(shù)以及LTE 和NR 的應(yīng)用為應(yīng)急廣播提供了新的可能性。隨著5G 的不斷演進(jìn)，應(yīng)急廣播將更高效地傳遞緊急信息，促使人們更好地準(zhǔn)備和應(yīng)對(duì)各種緊急情況。