5G NR 組播廣播技術(shù)實現(xiàn)與應(yīng)用

安徽省廣播電視科研所 尤麗娜

5G NR 組播廣播服務(wù)是一種點對多點服務(wù)，采用單播、組播及廣播的方式，通過移動蜂窩基站和廣播電視塔，向各種智能終端提供交互化視頻廣播服務(wù)和融合信息服務(wù)，具備在公共安全、物聯(lián)網(wǎng)等垂直行業(yè)領(lǐng)域開展創(chuàng)新服務(wù)的優(yōu)勢[1]。

傳統(tǒng)廣播電視只具備單向下行覆蓋傳輸，用戶只能通過專有終端，被動地接收音視頻內(nèi)容，無法回傳，交互性差，有些地方由于建筑遮擋等原因還可能會存在“盲區(qū)”，導(dǎo)致無法“隨時隨地”接收媒體內(nèi)容。同時，廣電運營商不可避免的面臨OTT 流媒體、IPTV 等的視頻業(yè)務(wù)沖擊，海量數(shù)據(jù)的上傳要求也快速增長，大并發(fā)量、實時數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用場景均需要提供高效穩(wěn)定的內(nèi)容傳輸。而5G 具有更大的傳輸容量、更高的可靠性、更低的時延，不但可以滿足持續(xù)增長的大帶寬移動互聯(lián)網(wǎng)需求，還能與垂直行業(yè)的多種業(yè)務(wù)融合。因此5G 作為新一代數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施，5G 組播廣播服務(wù)將為廣播電視行業(yè)帶來新的變革機(jī)遇。

1 5G NR 組播廣播技術(shù)簡介和解決方案

1.1 5G NR 組播廣播技術(shù)簡介

根據(jù)3GPP 的劃分，5G NR 主要包括兩大頻譜范圍：FR1（410MHZ--7125MHZ） 和FR2（24250MHZ--52600MHZ），5G NR 組播廣播服務(wù)，采用一對多的服務(wù)模式，數(shù)據(jù)從單點傳輸?shù)蕉鄠€接收點，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實時情況，動態(tài)切換單播、組播、廣播服務(wù)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)。工信部發(fā)布的《5G 應(yīng)用“揚(yáng)帆”行動計劃（2021-2023 年）》明確提出要“推廣高新視頻服務(wù)、推動5G NR廣播電視落地應(yīng)用、提供廣播電視和應(yīng)急廣播等業(yè)務(wù)”。

1.2 5G 組播廣播技術(shù)應(yīng)用解決方案

由于傳統(tǒng)的廣播方式采用高功率大塔廣播，覆蓋廣，效率高，適合提供公共服務(wù)，但是不能提供交互業(yè)務(wù)。移動通信采用低功率小塔，能提供個性化、交互式業(yè)務(wù)以及高新視頻業(yè)務(wù)等，但覆蓋范圍小，廣域覆蓋成本高。因此，5G 組播廣播技術(shù)方案使用廣播電視大塔、移動蜂窩基站、IP 寬帶混合覆蓋，如圖1 所示，廣播電視塔提供廣播業(yè)務(wù)，移動基站提供廣播/單播服務(wù)，固定寬帶提供單播/多播服務(wù)。實現(xiàn)跨運營商的信息傳送，靈活為各種類型終端提供豐富多樣的多媒體內(nèi)容分發(fā)服務(wù)。

圖1 5G NR 組播廣播技術(shù)架構(gòu)圖Fig.1 Technical architecture of 5G NR multicast broadcasting

2 5G 超級上行技術(shù)定義和原理

由于超高清視頻通信、大數(shù)據(jù)采集、智能監(jiān)控、AR/VR 視頻直播等都對5G 的性能，特別是上行容量、上行覆蓋等提出了高要求，現(xiàn)階段5G 網(wǎng)絡(luò)采用3.5GHz 頻段部署單層網(wǎng)存在上行覆蓋能力較弱、上行容量較低等問題，而上行受限于終端、幀結(jié)構(gòu)和頻段，體驗遠(yuǎn)不如下行，因此需要不斷提升5G 網(wǎng)絡(luò)的上行性能，上行增強(qiáng)技術(shù)研究是5G 商用網(wǎng)絡(luò)的重點關(guān)注方向之一。

超級上行的主要原理是終端在兩個載波進(jìn)行上行傳輸?shù)臅r候，通過時分的方式復(fù)用低頻載波和高頻載波，從而可以兼具低頻穿透性好、全時隙進(jìn)行上行傳輸，以及高頻大帶寬的優(yōu)勢，進(jìn)而可以更加充分的利用上行資源，提升上行覆蓋和吞吐率。

2.1 基于超級上行SUL 技術(shù)

基于超級上行的SUL 技術(shù)，如圖2 所示：終端一條上行鏈路固定使用2.6GHz，在2.6GHz 載波TDD 的下行時隙，使用700MHz 輔助載波的上行傳輸數(shù)據(jù)；到了2.6GHz 載波的上行時隙，上行發(fā)射通道使用2.6GHz 載波，上行有2 條上行發(fā)送鏈路，實現(xiàn)2.6GHz 的TDD、NR 雙流上行傳輸。不但上行速率得以提升，還降低了下行數(shù)據(jù)反饋的時延，間接提升了下行速率。

圖2 SUL 和超級上行SUL 上下行傳輸示意圖Fig.2 Schematic diagram of uplink and downlink transmission of SUL and SUL with super uplink

2.2 基于超級上行的時頻雙聚合技術(shù)

時頻雙聚合技術(shù)（FAST，F(xiàn)usion Assisting Super TDD）是帶外聚合載波技術(shù)與上行發(fā)射通道切換技術(shù)的結(jié)合。它基于載波聚合技術(shù)，在上下行的頻域和時域深度融合多個NR 載波，可同時實現(xiàn)上下行覆蓋增強(qiáng)和容量提升，在不增加硬件設(shè)備、不調(diào)整現(xiàn)網(wǎng)工參等情況下即可兼顧上下行、持續(xù)提升5G 性能，顯著提升用戶體驗。

如圖3 所示，使用5G 時頻雙聚合技術(shù)時，在距離基站近點區(qū)域，利用FDD+TDD 同時進(jìn)行上下行傳輸，實現(xiàn)大帶寬和低時延；在遠(yuǎn)點則把上行切換到FDD 來提升覆蓋，下行則繼續(xù)保持FDD+TDD 雙聚合，提升業(yè)務(wù)體驗速率。

圖3 時頻雙聚合技術(shù)上下行傳輸示意圖Fig.3 Schematic diagram of uplink and downlink transmission of time frequency dual aggregation technology

通過超級上行技術(shù)對SUL 和CA 進(jìn)行增強(qiáng)。由于SUL 是5G 新增技術(shù)，產(chǎn)業(yè)鏈成熟度不足，并且SUL 載波和NR 載波的緊耦合，暫不支持跨站、跨小區(qū)，對商用部署帶來挑戰(zhàn)；CA 技術(shù)產(chǎn)業(yè)成熟度較高，支持跨站跨小區(qū)部署，并已有5G 實驗網(wǎng)的測試案例，主流終端芯片廠商有支持計劃。從產(chǎn)業(yè)鏈、網(wǎng)絡(luò)性能（覆蓋、速率和時延）、部署復(fù)雜度等方面綜合考慮，時頻雙聚合技術(shù)是最佳上行增強(qiáng)技術(shù)。

3 5G NR 的組播廣播技術(shù)的應(yīng)用場景

中國廣電在北京、上海、南京等地已完成基于蜂窩基站和廣播電視塔的5G NR 廣播融合交互測試，實現(xiàn)了端到端5G 廣播在電視頻道直播和公共安全服務(wù)場景的應(yīng)用，為廣電實現(xiàn)5G 差異化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。該技術(shù)除了可為用戶提供包括電視頻道直播、互聯(lián)網(wǎng)直播、交互化全種類視頻廣播服務(wù)，滿足用戶交互化、多樣化的視頻服務(wù)需求之外，還可以用來優(yōu)化OTA 多播服務(wù)、直播帶貨以及為寬帶通達(dá)率低的農(nóng)村地區(qū)提供遠(yuǎn)程教育等。此外，5G NR 組播廣播技術(shù)還可以融合信息廣播服務(wù)，支持公共安全、應(yīng)急交互廣播[2]、物聯(lián)網(wǎng)等新型多媒體信息類廣播應(yīng)用，提高全網(wǎng)信息傳輸效能與應(yīng)用服務(wù)能力，有效拓展新型廣播業(yè)務(wù)。

4 結(jié)語

本文主要介紹了5G NR 組播廣播技術(shù)及其應(yīng)用，提出了使用超級上行增強(qiáng)技術(shù)，解決5G 網(wǎng)絡(luò)上行覆蓋能力較弱、上行容量較低等問題，并從網(wǎng)絡(luò)性能（覆蓋、速率和時延）、產(chǎn)業(yè)鏈、部署復(fù)雜度等方面綜合考慮，切實提高5G 網(wǎng)絡(luò)信息傳輸效能與應(yīng)用服務(wù)能力。