5G NR 廣播技術(shù)及應(yīng)用

張 齊

（內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射中心寧城725 臺，內(nèi)蒙古 赤峰 024200）

0 引言

在當(dāng)今數(shù)字化時代，通信技術(shù)的飛速發(fā)展正引領(lǐng)全球社會向著互聯(lián)和智能的未來邁進(jìn)。其中，第五代移動通信技術(shù)（5G）作為一項革命性的技術(shù)創(chuàng)新，正在以其強(qiáng)大的潛能改變著人們的日常生活和商業(yè)模式。在5G 的眾多關(guān)鍵技術(shù)中，5G 新無線（New Radio，NR）廣播技術(shù)更是備受矚目，因其在傳播效率、速度和連接性方面的顯著優(yōu)勢而備受期待[1]。因此，本文探討了5G NR 廣播技術(shù)及應(yīng)用。

1 5G NR 廣播技術(shù)概述

1.1 5G NR 廣播技術(shù)概念

5G NR 廣播技術(shù)是一種基于5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)的全新廣播組播技術(shù)，利用5G 網(wǎng)絡(luò)的高速率、低時延、大連接等優(yōu)勢，為各種5G 通用終端（如手機(jī)、平板電腦、電視、穿戴設(shè)備及汽車中控臺等）提供了先進(jìn)的交互式視頻廣播服務(wù)和融合信息服務(wù)[2]。該技術(shù)采用了單播、組播、廣播的靈活切換模式，通過高質(zhì)量、高碼率、高并發(fā)量的多媒體內(nèi)容傳輸，滿足了多樣化的業(yè)務(wù)場景需求。無論是融媒體新聞傳播、直播賽事、應(yīng)急廣播，還是空中下載升級等，5G NR廣播技術(shù)都表現(xiàn)出了強(qiáng)大的適應(yīng)能力。值得注意的是，該技術(shù)不僅支持基于位置的定向廣播和組播服務(wù)，還能為用戶提供個性化和智能化的廣播體驗。該技術(shù)已經(jīng)在第三代合作伙伴計劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP）5G 國際標(biāo)準(zhǔn)中成功立項，并將在Rel-17 版本中得到支持。中國廣電與國內(nèi)外行業(yè)伙伴共同推動該技術(shù)的發(fā)展。5G NR 廣播被認(rèn)為是5G 時代廣播電視業(yè)務(wù)創(chuàng)新的引領(lǐng)方向，為用戶帶來了更豐富、高效、智能的廣播服務(wù)體驗。

1.2 5G NR 廣播技術(shù)特征

5G NR 廣播技術(shù)在廣播領(lǐng)域展現(xiàn)了獨特的靈活性和創(chuàng)新性。該技術(shù)主要利用5G 蜂窩基站傳輸廣播信號，依托中國移動合作共建的48 萬個5G 基站的強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)支持[3]。通過廣播電視發(fā)射塔，特別是以中央發(fā)射塔為主的大塔，5G 廣播信號實現(xiàn)了無SIM 卡用戶也能無縫接收的突破。5G NR 廣播技術(shù)能夠動態(tài)、無縫地切換單播服務(wù)和廣播服務(wù)，讓用戶既可以通過單播方式按需點播，也可以通過廣播方式免流量收看。在終端適應(yīng)性方面，5G 廣播追求通用性，通過軟件升級，與傳統(tǒng)的移動端電視如中國移動多媒體廣播（China Mobile Multimedia Broadcasting，CMMB）等有所區(qū)別[4]。5G NR 廣播技術(shù)的業(yè)務(wù)形態(tài)非常靈活，不僅支持傳統(tǒng)的電視頻道廣播，還能夠提供新型的交互式視頻廣播服務(wù)和融合信息廣播服務(wù)。其雙向交互性的優(yōu)勢使得業(yè)務(wù)形態(tài)更加多樣化，可擴(kuò)展至公共安全、應(yīng)急廣播等新的多媒體廣播業(yè)態(tài)。值得一提的是，該技術(shù)能夠廣泛適配各種類型的5G 標(biāo)準(zhǔn)通用終端，并支持Free-to-Air 等模式，從而實現(xiàn)通用5G 終端的接收，為廣播服務(wù)帶來更廣泛和便捷的用戶覆蓋。

1.3 5G NR 廣播關(guān)鍵技術(shù)

5G NR 廣播是一種基于5G NR 的廣播傳輸技術(shù)，可以實現(xiàn)高效、可靠、低時延的廣播服務(wù)，滿足未來多媒體、緊急通信及物聯(lián)網(wǎng)等多種廣播應(yīng)用的需求。5G NR 廣播依賴于多項關(guān)鍵技術(shù)的協(xié)同作用，主要包括以下4 種技術(shù)。

第一，非正交多址接入（Non-Orthgonal Multiple Access，NOMA）技術(shù)。NOMA 技術(shù)允許在同一時間、同一頻率資源上同時傳輸多個用戶的信號，并通過功率域或編碼域的方式實現(xiàn)用戶的區(qū)分。這種技術(shù)提高了頻譜利用率和系統(tǒng)容量，有效地支持了5G NR 廣播技術(shù)的大規(guī)模用戶接入和高速率傳輸，同時降低了網(wǎng)絡(luò)的時延和復(fù)雜度。

第二，大規(guī)模多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技術(shù)。大規(guī)模MIMO 技術(shù)使用大量的天線陣列，在發(fā)射和接收端同時傳輸和接收多路信號。這一技術(shù)提高了無線信號的傳輸速率和可靠性，有效地提升了5G NR 廣播技術(shù)的空間復(fù)用能力和頻譜效率，同時增強(qiáng)了信號的抗干擾性和覆蓋范圍。

第三，波束成形技術(shù)。波束成形技術(shù)通過對天線陣列的信號進(jìn)行加權(quán)和相位調(diào)節(jié)，實現(xiàn)信號的方向性傳輸和接收。這種技術(shù)提高了無線信號的傳輸質(zhì)量和效率，有效地支持了5G NR 廣播技術(shù)的定向傳輸和接收，同時減少了信號的干擾和損耗。

第四，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)通過對網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行虛擬化和隔離，實現(xiàn)不同業(yè)務(wù)需求的定制化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。這一技術(shù)提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性和效率，有效地支持了5G NR 廣播技術(shù)的多業(yè)務(wù)場景和多維度的服務(wù)質(zhì)量保障，同時提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。

2 5G NR 廣播技術(shù)應(yīng)用

2.1 媒體廣播中的應(yīng)用

2.1.1 融媒體新聞傳播服務(wù)

融媒體新聞傳播服務(wù)利用5G NR 廣播技術(shù)的獨特優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下兩個方面。一是內(nèi)容的豐富多樣性[5]。融媒體新聞傳播服務(wù)不僅涵蓋傳統(tǒng)的文字、圖片、音頻及視頻等形式，還融合了虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）、3D 等新技術(shù)，打造了更生動、立體、逼真的新聞內(nèi)容，以滿足用戶的多元化需求。例如，浙江廣電集團(tuán)利用VR 技術(shù)開發(fā)的 “VR 看浙江” 產(chǎn)品，使用戶能夠身臨其境地感受浙江的文化、歷史、發(fā)展等方面。二是傳播方式的靈活便捷。融媒體新聞傳播服務(wù)通過5G NR 廣播技術(shù)，保證了高速、低延遲、高可靠的視頻傳輸，確保了新聞內(nèi)容的穩(wěn)定性和流暢性。通過智能的內(nèi)容分發(fā)，根據(jù)用戶的設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、位置和時間等因素，實現(xiàn)了新聞內(nèi)容的按需傳播、精準(zhǔn)推送和實時更新。

2.1.2 直播、賽事服務(wù)

在直播、賽事業(yè)務(wù)領(lǐng)域，5G NR 廣播技術(shù)為觀眾帶來了前所未有的沉浸式體驗，通過指定基站向特定區(qū)域范圍內(nèi)的用戶進(jìn)行廣播，實現(xiàn)了模擬現(xiàn)場實時觀看的體驗感。在演唱會、體育賽事等場景中，用戶通過手機(jī)可以以多角度、高清的方式觀看表演實況，仿佛身臨其境感受現(xiàn)場氛圍。舉例來說，在五棵松體育中心場館中，5G NR 廣播技術(shù)被成功應(yīng)用，通過9 部手機(jī)同時展示9 個不同視角的視頻信號，對一場比賽進(jìn)行全方位的直播。這種自主交互式觀賽的方式突破了傳統(tǒng)直播方式的局限，觀眾可以根據(jù)個人喜好隨意切換視角，實現(xiàn)了對傳統(tǒng)觀賽方式的革新。這一技術(shù)的最大特點在于其智能、動態(tài)地切換單播服務(wù)和廣播/組播服務(wù)，保證網(wǎng)絡(luò)利用效率的同時，極大地拓展了個人服務(wù)與行業(yè)服務(wù)的支撐能力，同時適配各類型5G 標(biāo)準(zhǔn)通用終端，無須硬件定制化改動。

2.2 應(yīng)急廣播中的應(yīng)用

應(yīng)急廣播是指在面臨突發(fā)公共事件（自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生事件和社會安全事件）時，通過廣播技術(shù)向公眾傳遞緊急信息服務(wù)的一種應(yīng)急手段。5G NR 廣播技術(shù)的應(yīng)用為這一領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展提供了強(qiáng)大支持。

5G NR 廣播技術(shù)借助蜂窩網(wǎng)絡(luò)與廣播電視發(fā)射塔的協(xié)同方式，實現(xiàn)了對特定面積和人群的高效率、高可靠性、高覆蓋率的應(yīng)急廣播服務(wù)。這種協(xié)同方式不僅提高了信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性，還降低了成本和資源消耗，為應(yīng)急廣播提供了更加靈活和可靠的技術(shù)保障。而且，不受用戶驗證的限制，基于700 MHz 頻段的手機(jī)都能獲得5G NR 廣播服務(wù)，使得廣大用戶，無論是中國廣電、中國移動、中國電信還是中國聯(lián)通的號卡用戶，都能及時接收到關(guān)鍵的應(yīng)急信息。

5G NR 廣播技術(shù)在應(yīng)急廣播中采用多樣化的媒體形式，向通用手機(jī)終端廣播發(fā)布應(yīng)急信息。這種多媒體的呈現(xiàn)形式提醒用戶關(guān)注緊急情況，同時為用戶提供救災(zāi)信息和電子地圖等實用信息，引導(dǎo)用戶迅速采取正確的應(yīng)對措施。

5G NR 廣播技術(shù)與國家級應(yīng)急廣播平臺系統(tǒng)實現(xiàn)了緊密對接，為應(yīng)急廣播的統(tǒng)一管理和調(diào)度提供了高效手段。這種對接使得應(yīng)急廣播能夠及時獲取和分析來自各級政府和社會組織的應(yīng)急信息，制定和發(fā)布最合適的應(yīng)急方案，協(xié)調(diào)和調(diào)動各方應(yīng)急資源，實現(xiàn)應(yīng)急廣播的快速響應(yīng)和高效執(zhí)行。

2.3 空中下載升級服務(wù)

空中下載升級服務(wù)是一項通過無線網(wǎng)絡(luò)向終端設(shè)備發(fā)送軟件更新包或配置文件的服務(wù)，旨在提高設(shè)備性能、安全性、穩(wěn)定性和兼容性，同時增加新功能或修復(fù)已知問題。5G NR 廣播技術(shù)在空中下載升級服務(wù)中的應(yīng)用為此服務(wù)帶來了諸多優(yōu)勢。一方面，5G NR 廣播技術(shù)通過廣播模式實現(xiàn)了對大量終端設(shè)備的同時升級，向它們發(fā)送相同的軟件更新包或配置文件，極大提高了升級效率、可靠性，同時降低了升級成本。這種廣播模式不僅節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)資源和帶寬，還避免了因為終端設(shè)備的數(shù)量和類型的不同而導(dǎo)致的升級失敗或不一致的風(fēng)險。這一特點尤其適用于廣泛分布的終端群體，保障了在不同地區(qū)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)差異等情況下的統(tǒng)一升級體驗。另一方面，5G NR 廣播技術(shù)利用組播模式，向特定終端設(shè)備群組發(fā)送定制化的軟件更新包或配置文件。這為實現(xiàn)精準(zhǔn)、靈活、安全的空中下載升級服務(wù)提供了便利。通過根據(jù)終端設(shè)備的類型、屬性、需求等因素進(jìn)行分組管理和組播控制，系統(tǒng)可以根據(jù)具體需求向不同終端設(shè)備群組提供個性化的升級內(nèi)容和策略，滿足不同用戶群體的升級需求。

3 結(jié)語

5G NR 廣播技術(shù)的成功應(yīng)用不僅推動了廣播領(lǐng)域的發(fā)展，也為未來廣播電視業(yè)務(wù)的創(chuàng)新發(fā)展方向打開了新的局面。隨著5G NR 廣播技術(shù)的不斷成熟和普及，相信廣播服務(wù)將迎來更廣闊的發(fā)展空間，用戶將享受到更為豐富、高效、智能的廣播體驗。