5G NR 廣播技術及應用

胡 皓

（濟南廣播電視臺，山東 濟南 250013）

0 引 言

為了滿足日益增長的連接需求，5G 廣播技術應運而生，5G 通信技術的嶄新時代已經到來。本文旨在深入研究5G 廣播技術及其應用，探討其在高帶寬、低延遲和大規模機器通信方面的關鍵特性；探討5G 新無線（New Radio，NR）廣播進程和關鍵技術及其在傳統電視頻道廣播、新型交互式視頻廣播和融合信息廣播等多個應用場景中的應用。通過此研究，揭示5G 廣播技術的潛力，推動通信、娛樂、工業和醫療等多個領域的變革。

1 5G 技術概述

1.1 5G 的概念

5G 是一種先進的無線通信技術，旨在提供前所未有的高帶寬、低延遲和可靠性。5G 構建在先前的通信標準基礎上，通過更高頻段、大規模多入多出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）和波束成形等技術，實現了更快的數據傳輸速度和更好的網絡性能。5G 的概念超越了移動通信，也擴展到了物聯網（Internet of Things，IoT）、自動駕駛及虛擬現實等領域，將深刻改變人們的生活方式和商業模式，為未來連接的智能社會打下了基礎[1]。

1.2 5G 技術的三大應用場景

5G 技術的三大應用場景分別是增強型移動寬帶（enhance Mobile Broad Band，eMBB）、海量物聯網通信（massive Machine Type Communication，mMTC）以及高可靠低時延通信（ultra Reliable Low Latency Communication，uRLLC）。eMBB 主要提供更高的帶寬和更快的數據傳輸速度，以支持高清視頻流、虛擬現實及增強現實等應用，適用于普通移動通信，使用戶能夠以更高的速度和質量訪問互聯網內容。uRLLC 提供極低的通信延遲和非常高的可靠性，適用于對延遲要求極高的應用場景，如自動駕駛汽車、工業自動化和緊急救援。mMTC 針對連接數巨大的物聯網設備和傳感器，具有低功耗和高效能的特點，用于支持大規模設備連接、遠程監控及智能城市等應用，為物聯網的發展提供基礎[2]。

2 5G NR 廣播技術

2.1 5G NR 廣播進程

2019 年10 月31 日，工業和信息化部宣布啟動5G 商用。2019 年12 月，第三代合作伙伴計劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP）正式立項5G NR 組播廣播。2021 年底，NR_MBS 項目RAN1 小組的標準凍結；2022 年3 月，RAN2/3/4 小組標準核心部分凍結。2022 年10 月，5G NR 廣播由國際移動通信標準組織（3GPP）標準成為國際電信聯盟（International Telecommunication Union，ITU）國際無線移動電視標準。2022 年，中國廣播電視網絡集團有限公司（以下簡稱中國廣電）在北京冬奧會完成全球首個5G NR廣播技術商用場景系統能力驗證。2023 年9 月，中國廣電組織5G NR 廣播預商用準備過程。此次預商用包括廣播基本業務、廣播與單播并發、連接態廣播接收、無卡廣播接收以及應急廣播等，符合3GPP 標準協議流程和性能預期[3]。

2.2 5G NR 廣播關鍵技術

5G NR 廣播涉及多項關鍵技術，這些技術共同構建了高效的廣播通信系統，以滿足不同應用場景的需求。非正交多址接入（Non-Orthgonal Multiple Access，NOMA）技術支持多個用戶共享相同的頻譜資源和時間，通過分配不同的功率和編碼方式來區分用戶，提高了頻譜的利用率，使廣播更高效。通過大規模MIMO 技術，廣播系統可以使用大量天線來提高信號的質量和覆蓋范圍，從而實現更好的性能和可靠性。波束成形技術支持廣播系統將信號聚焦到特定區域，從而提高信號強度和覆蓋范圍。波束管理技術在不同環境和條件下動態調整波束以優化性能。多接入邊緣計算技術使得廣播系統在接近用戶的地方進行數據處理，減少了延遲并提高了響應速度，適用于實時應用。補充上行鏈路技術支持廣播系統接收用戶反饋和信息，從而實現更靈活的廣播控制和資源分配。網絡切片技術使廣播系統能夠為不同應用和服務創建獨立的虛擬網絡，以滿足不同的性能和安全需求。超密組網技術支持廣播系統在高密度的設備連接情況下保持穩定的性能，適用于大規模機器通信場景。這些關鍵技術共同推動了5G NR 廣播的發展，使其能夠在各種應用領域提供高效、可靠和多樣化的廣播服務。

3 5G NR 廣播應用場景

3.1 傳統電視頻道廣播服務

傳統電視頻道廣播服務旨在廣域內實現傳統電視頻道在移動智能終端上的基礎單向線性直播，可基于廣播電視發射塔、5G 蜂窩基站實現廣域融合覆蓋。這種服務使得觀眾可以在任何地點、任何時間觀看到傳統的電視頻道，而不需要依賴有線電視或衛星電視等固定接入方式。例如，在重大體育賽事或文藝演出等活動中，觀眾可以通過手機、平板電腦等移動智能終端觀看直播，享受高清、流暢的視頻體驗。在自然災害或其他緊急情況下，傳統電視頻道廣播服務還可以提供重要的應急信息，幫助公眾及時獲取最新的救援和疏散信息。為了實現這種服務，5G NR 廣播技術采用了高效的視頻編碼和傳輸技術，確保了在移動智能終端上的視頻質量和穩定性。通過與廣播電視發射塔和5G 蜂窩基站的融合覆蓋，實現了廣泛的信號覆蓋和高效的資源利用。比如，通過中國廣電5G NR 廣播App 可接收CCTV1 的頻道節目，同時能接收這些頻道的360°虛擬現實（Virtual Reality，VR）多視角的視頻流。通過5G 核心網、電視塔和蜂窩基站的聯合覆蓋，做到了有線電視和無線網絡綜合地提供廣泛的服務。2022 年北京冬奧會期間，通過5G NR 廣播可接收冬奧會VR、增強現實（Augmented Reality，AR）等視聽內容，同時實現5G NR 廣播與5G 消息的融合應用[4]。

3.2 新型交互化視頻廣播服務

新型交互化視頻廣播服務是一種創新的視頻服務方式，可以滿足用戶個性化、交互化和多樣化的視頻需求。它不僅提供傳統的電視頻道直播服務，還包括各種類型的互聯網直播，如游戲電競、演唱會、明星帶貨等。用戶還可以根據自己的喜好和需求，隨時點播音頻和視頻內容。這種服務方式充分利用了5G NR 廣播技術的高速度、低延遲和高可靠性優勢，保證了視頻傳輸的穩定性和流暢性，通過采用先進的視頻編碼和傳輸技術，可以提供高清、4K/8K、AR/VR等多種視頻格式，為用戶帶來更加逼真和沉浸式的觀看體驗。新型交互化視頻廣播服務還具有交互性強的特點。用戶可以通過移動智能終端進行實時互動，如發表評論、點贊、投票等，增強了用戶的參與感和體驗感。這種服務模式為用戶提供更加豐富多彩的視頻體驗，滿足了用戶不斷增長的視頻需求。

安徽廣播電視臺于2020 年率先開展新型交互化視頻廣播服務，按照“統一規劃、分步實施、特色推進”的原則進行。安徽新聞綜合廣播、安徽交通廣播、安徽音樂戲曲廣播、安徽城市之聲率先完成，以“新聞”“民生”“陪伴”“時尚”為特點打造新型交互化視頻廣播。2021 年，安徽小說評書廣播、安徽經濟廣播、安徽農村廣播陸續開展新型交互化視頻廣播項目。截至2022 年，安徽廣播電視臺八大廣播頻率已全面完成傳統廣播向新型交互化視頻廣播轉型，豐富了廣播內容，向大眾提供新聞、娛樂、音樂、民生、陪伴等個性化、交互化、多樣化的視頻服務[5]。

3.3 融合信息廣播服務

融合信息廣播服務是一種基于5G NR 廣播技術的全新服務模式，旨在提高全網信息傳輸效能與應用服務能力，有效拓展新型廣播業務，支持公共安全、應急交互廣播、車聯網及物聯網等多種新型多媒體信息類廣播應用。

在公共安全方面，融合信息廣播服務可以提供實時、高效的應急預警和疏散信息，幫助公眾及時獲取最新的救援信息，提高應急響應能力。在應急交互廣播方面，用戶可以通過移動智能終端進行實時互動，提供寶貴的信息和反饋，有助于更好地應對緊急情況。在車聯網方面，融合信息廣播服務可以提供實時交通信息和路況預警，幫助車輛更好地規劃行駛路線，提高道路交通安全性和通行效率。在物聯網方面，融合信息廣播服務可以提供智能設備之間的無縫連接和高效通信，推動物聯網技術在智能家居、智慧城市等領域的應用發展。

以應急交互廣播為例，5G NR 廣播為應急廣播提供了技術支持。國家廣播電視總局通過5G NR多播廣播（Multicast-Broadcast Services，MBS）端到端系統集成應急廣播功能，實現與國家廣播電視總局監管中心應急廣播平臺的互聯互通。廣電5G 應急廣播系統接收到國家應急部門的應急信息后，通過5G 核心網、5G 基站向5G 移動終端發布應急廣播消息，以文字、聲音、圖像等豐富多樣的形式將應急廣播信息傳遞至用戶。中國廣電在3GPP 提出全新廣播應用場景，包括公共安全、IoT、車用無線通信技術（Vehicle to Everything，V2X）等應用。5G NR 組播廣播技術作為點到多點的高效信息傳輸手段，在公共安全、物聯網等垂直行業領域的應用優勢明顯。“NR 組播廣播技術在Mission Critical 關鍵服務領域的應用”項目目前已經立項，有助于推動5G NR 組播廣播技術在公共安全、應急交互廣播、V2X 車聯網及物聯網等領域的深入應用[6]。

4 結 語

本文探討了5G NR 廣播技術的原理、應用場景及其與傳統電視頻道廣播服務、新型交互化視頻廣播服務和融合信息廣播服務之間的聯系。通過分析發現，5G NR 廣播技術具有高速度、低延遲、高可靠性等優勢，可有效拓展新型廣播業務，提升網絡信息傳輸效能和應用服務能力。