移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)從3G時(shí)代就開始支持廣播技術(shù)，3G/4G/5G均有針對(duì)廣播場(chǎng)景而開發(fā)的技術(shù)方案。與此同時(shí)，廣播電視大塔網(wǎng)絡(luò)則有一套自己的技術(shù)體系，以中國(guó)為例，DTMB是我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的廣播電視技術(shù)，DTMB-A面向車載移動(dòng)接收，目前已經(jīng)完成標(biāo)準(zhǔn)化但尚未在國(guó)內(nèi)商用。隨著5G的成功商用，5G手機(jī)走進(jìn)了千千萬(wàn)萬(wàn)家庭，進(jìn)一步方便了人們的溝通和生活。國(guó)內(nèi)廣播電視進(jìn)手機(jī)的呼聲日益高漲，原本不相交的移動(dòng)通信和廣播電視開始有了交集，5G廣播登上舞臺(tái)。有趣的是，5G廣播有真假之說(shuō)，真5G廣播和假5G廣播，要清楚這些故事，還要從5G廣播的前世今生開始說(shuō)起。
話說(shuō)3GPP當(dāng)年向ITU提交了兩套5G標(biāo)準(zhǔn)，分別為eLTE和NR，都是Release 15版本。3GPP每逢代際演進(jìn)，為了減少分歧和爭(zhēng)議，一般把老一代的技術(shù)改良和新一代的技術(shù)同時(shí)提交給ITU，做為新一代標(biāo)準(zhǔn)的候選。例如當(dāng)年4G剛出來(lái)的時(shí)候，有3.9G的說(shuō)法，離3G有0.9G，距離4G只差0.1G。其實(shí)運(yùn)營(yíng)商不會(huì)部署老一代技術(shù)，國(guó)內(nèi)的運(yùn)營(yíng)商就不再新增4G的基站了。即使3GPP把eLTE也提交到了ITU，大家心里仍然認(rèn)為只有NR是真的5G。3GPP R16 EnTV是eLTE技術(shù)的進(jìn)一步演進(jìn)，連接4G核心網(wǎng)。3GPP R17 NR MBS是5G支持廣播場(chǎng)景的技術(shù)，是5G NR技術(shù)的演進(jìn)，連接5G核心網(wǎng)。讀到這里，讀者也許就會(huì)明白為什么會(huì)產(chǎn)生兩套5G廣播了，一套是eLTE的5G廣播，可謂“假5G廣播”，另外一套是NR的5G廣播，也即“真5G廣播”。下面按照真假5G廣播出現(xiàn)的時(shí)間順序分別介紹這兩套5G廣播。
假5G廣播：3GPP R16 LTE EnTV
3GPP R16 LTE EnTV發(fā)展歷史
2016年， 3GPP R14提出EnTV（Enhanced TV），意圖支持更大覆蓋范圍的大塔以及無(wú)SIM卡的單接收模式。為了滿足上述需求，3GPP物理層工作組對(duì)LTE空口做了巨大改動(dòng)，把最基本的子載波間隔和CP長(zhǎng)度等參數(shù)也改掉了，新增了7.5k/1.25kHz子載波間隔，支持最長(zhǎng)200usCP長(zhǎng)度。這樣的改動(dòng)與原有的LTE技術(shù)完全不兼容，這也造成了R14 EnTV遲遲無(wú)法商用。為了實(shí)現(xiàn)R14 EnTV，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商不得不重新做硬件，而終端芯片也無(wú)法與原有的LTE終端芯片兼容。R14 EnTV本質(zhì)是借了3GPP的殼，下了大塔廣播電視的蛋，既無(wú)法與移動(dòng)通信體系兼容，也沒(méi)有得到移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)陣營(yíng)的支持。
R14 EnTV功能并不完善，但3GPP R15階段所有的公司都在忙著5G第一個(gè)版本的制定，沒(méi)有時(shí)間去完善R14，因此，R14的修補(bǔ)工作被拖延到了3GPP R16。3GPP R16 EnTV于2020年3月凍結(jié)，技術(shù)上進(jìn)一步做了優(yōu)化，循環(huán)前綴CP長(zhǎng)度進(jìn)一步擴(kuò)大到300μs，子載波間隔最小為0.37kHz。由于網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)只能選擇一套參數(shù)，因此，同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)法既支持固定接收(0.37kHz)，又支持高速移動(dòng)接收（15kHz）。
3GPP R16 LTE EnTV技術(shù)簡(jiǎn)介
技術(shù)架構(gòu)上EnTV與eMBMS相似，采用LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，需要連接4G核心網(wǎng)，新增BM-SC、MBMS GW、MCE功能或?qū)嶓w。EnTV的技術(shù)特性如下：
第一，EnTV定義了全新接口，支持更大覆蓋范圍。CP長(zhǎng)度最高可達(dá)300us，最大覆蓋范圍可達(dá)100km。不過(guò)，這套參數(shù)集由于子載波間隔太小，無(wú)法支持移動(dòng)接收�？湛趨f(xié)議的巨大改動(dòng)帶來(lái)了好處的同時(shí)，也有副作用：與原有LTE協(xié)議不兼容，因此，EnTV無(wú)法復(fù)用原有LTE終端芯片，手機(jī)終端必須添加額外一個(gè)獨(dú)立的芯片，這有點(diǎn)類似當(dāng)年的CMMB，增加了EnTV產(chǎn)業(yè)推廣的難度。
第二，EnTV支持無(wú)SIM卡接收。終端無(wú)需插入SIM卡，即可接收廣播電視。
到目前為止，國(guó)內(nèi)尚未有公開的3GPP R16 EnTV網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試報(bào)告。
真5G廣播：3GPP R17 NR MBS
5G NR廣播技術(shù)（也稱為5G NR MBS組播廣播技術(shù)）是3GPP R17版本5G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的重要功能特性，由中國(guó)廣電聯(lián)合全球行業(yè)伙伴支持完成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)，并牽頭完成廣播應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)、5G NR組播廣播網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)架構(gòu)等相關(guān)重要標(biāo)準(zhǔn)制定工作，完成3GPP數(shù)十項(xiàng)重要技術(shù)文稿和標(biāo)準(zhǔn)提案。
NR MBS的發(fā)展歷史
● 2019年12月結(jié)束的3GPP #86全會(huì)，中國(guó)廣電推動(dòng)R-17 NR MBS技術(shù)的提案立項(xiàng)并獲得通過(guò)。
● 2020年9月召開的第89次RAN（無(wú)線接入網(wǎng)）及SA（系統(tǒng)和服務(wù)）全會(huì)電子會(huì)議，中國(guó)廣電分別提交了支持5G NR MBS 的議案（RP-201765、SP-200814）。
● 2020年12月，3GPP決定，5G最新演進(jìn)版本R17于2022年6月完成版本協(xié)議代碼凍結(jié)。
NR MBS主要技術(shù)特點(diǎn)
第一，NR MBS可以支持無(wú)卡接收和跨運(yùn)營(yíng)商接收。NR MBS終端無(wú)需安裝SIM卡，無(wú)需接入運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)，就可以接收廣播電視。3GPP 24.575協(xié)議詳細(xì)定義了終端預(yù)先配置的信息，只要按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，NR MBS終端就可以實(shí)現(xiàn)無(wú)SIM卡接收廣播電視。
第二，除了廣播之外，5G NR MBS還可以支持組播。廣播技術(shù)既可用于傳統(tǒng)電視廣播業(yè)務(wù)，也可以用于應(yīng)急廣播以及移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的流量卸載。組播技術(shù)主要面向移動(dòng)通信場(chǎng)景，用于場(chǎng)館直播、多視角觀賽，AR/VR/4k/8k, 演唱會(huì)、賽事直播、移動(dòng)視頻直播、點(diǎn)播和新型交互式視頻服務(wù)等服務(wù)。NR MBS的上述特點(diǎn)，使得移動(dòng)通信終端（手機(jī)）天然支持廣播電視接收，極大降低了廣播電視的終端產(chǎn)業(yè)推廣難度和成本。
第三，NR MBS不設(shè)計(jì)專用的物理信道及幀結(jié)構(gòu)，不引入新的物理信道，完全復(fù)用PDCCH/PDSCH。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不需要額外的硬件升級(jí)，空口資源利用效率更高。這一特點(diǎn)使得廣播電視大塔可以使用移動(dòng)通信的基站，從而分享移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)成熟的網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化運(yùn)維等經(jīng)驗(yàn)。此外，由于不涉及物理層改動(dòng)，現(xiàn)有的手機(jī)終端通過(guò)空口升級(jí)支持NR MBS成為可能。
第四，簡(jiǎn)化核心網(wǎng)流程和設(shè)計(jì)。為支持NR MBS，需要在5G SA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)上，新增和改造幾類網(wǎng)元，包括引入MBSF（用于業(yè)務(wù)處理）、MB-SMF（用于業(yè)務(wù)控制）和MB-UPF（用于業(yè)務(wù)傳輸）等，基于5G核心網(wǎng)現(xiàn)有架構(gòu)升級(jí)上述網(wǎng)元，升級(jí)擴(kuò)容簡(jiǎn)單、業(yè)務(wù)上線速度快。
NR MBS實(shí)際網(wǎng)絡(luò)能力測(cè)試
中國(guó)廣電與行業(yè)合作伙伴合作，利用商用的5G NR網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和支持5G的智能手機(jī)，開發(fā)了5G NR MBS端到端原型驗(yàn)證系統(tǒng)，在北京、南京、上海對(duì)移動(dòng)和固定接收進(jìn)行了高塔部署的現(xiàn)場(chǎng)試測(cè)。
基站部署在北京中央廣播電視塔，距離地面207米。使用定向天線，一個(gè)指向東方，另一個(gè)指向南方。
圖 高塔部署測(cè)試場(chǎng)景
設(shè)備安裝在一輛沿著不同路線移動(dòng)的汽車的頂部。下表的測(cè)試結(jié)果表明，在密集城區(qū)場(chǎng)景下，在車速高達(dá)70km/小時(shí)條件下，5G NR廣播電視的最遠(yuǎn)傳輸距離超過(guò)12km。考慮到安裝在大塔上的基站設(shè)備功率較小，進(jìn)一步增大發(fā)射臺(tái)的功率，最遠(yuǎn)傳輸距離還可以進(jìn)一步增加。
表 北京城區(qū)NR MBS高塔廣播移動(dòng)性&覆蓋距離測(cè)試
南京、上海也進(jìn)行了NR MBS大塔廣播測(cè)試。上海的測(cè)試結(jié)果表明：測(cè)試設(shè)備可以在距離東方明珠電視塔29.7公里以外的地方接收到高質(zhì)量的視頻廣播服務(wù)。
圖 高塔部署遠(yuǎn)距離摸測(cè)結(jié)果
綜上測(cè)試結(jié)論證明，NR R17廣播支持蜂窩及大塔部署，大塔部署下可覆蓋~30km，移動(dòng)速度支持>70km/h。
最后，綜合上面的描述，下表給出了“假5G廣播”- R16和“真5G廣播”- R17的比較。
ITU標(biāo)準(zhǔn)情況
2022年9月30日，國(guó)際電聯(lián)ITU-R 負(fù)責(zé)廣播業(yè)務(wù)的第六研究組（SG6）會(huì)議批準(zhǔn)了由中國(guó)提交的5G NR廣播。本次會(huì)議中國(guó)總共提交了六篇提案：5G NR廣播標(biāo)準(zhǔn)、5G NR廣播南京技術(shù)試驗(yàn)、在ITU-R建議書《VHF/UHF頻段內(nèi)用手持接收機(jī)移動(dòng)接收的地面多媒體廣播的糾錯(cuò)、數(shù)據(jù)成幀、調(diào)制和發(fā)射方法》和ITU-R報(bào)告書《數(shù)字地面廣播系統(tǒng)》《廣播多媒體和數(shù)據(jù)應(yīng)用的移動(dòng)接收》中增加獨(dú)立的5G NR廣播作為無(wú)線移動(dòng)電視系統(tǒng)等等。ITU SG6小組將R17 NR MBS定義為System N，自此，NR MBS正式被ITU接納，成為與DVB-T, DTMB等并列的廣播電視技術(shù)。與此同時(shí)，R16 EnTV也被ITU SG6接納為System L，也成為與NR MBS并列的廣播電視技術(shù)。
結(jié)束語(yǔ)
最近廣播界出現(xiàn)了真假李逵事件，著實(shí)是個(gè)好消息，說(shuō)明產(chǎn)業(yè)熱度逐漸升溫。一句話，真假5G廣播，熱熱鬧鬧，歡歡笑笑。
參考文獻(xiàn)
1. 曾慶軍，Overview of the 5G NR Broadcast trial based on TV tower and cellular tower，https://www.itu.int/en/ITU-T/Workshops-and-Seminars/202004/Documents/Zeng%20Qingjun.pptx.pdf?csf=1&e=3cIP67，2021年
2. 曾慶軍等，F(xiàn)ield Test for 5G NR Multicast and Broadcast Services，https://ieeexplore.ieee.org/document/9614727，2021年
