談5G與廣播電視地面?zhèn)鬏斎诤下窂?/h1>
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5g技術(shù)的發(fā)展可有效彌補(bǔ)地面數(shù)字電視覆蓋的短板，解決終端用戶接收難題，提升廣播電視整體覆蓋水平。本文通過對5G和地面數(shù)字電視技術(shù)的具體分析，探討了兩者融合發(fā)展的思路及前景。
關(guān)鍵詞：5G；地面數(shù)字電視；傳輸覆蓋；5G廣播
1前言
近年來，我國在廣播電視傳輸覆蓋領(lǐng)域進(jìn)行了數(shù)字化變革，技術(shù)體系開始從模擬向智能化、數(shù)字化過渡，CDR廣播、地面數(shù)字電視等廣播電視無線覆蓋的最前沿科技推廣開來。2019年6月6日，工信部向中國廣電頒發(fā)了5G牌照，未來廣播電視傳輸與互聯(lián)網(wǎng)、新一代通信技術(shù)融合發(fā)展是必然趨勢，5G是其中一個重要的方向。
2廣播電視地面覆蓋與移動通信的融合探索
2.1地面廣播電視的智能化拓展
傳統(tǒng)意義上的地面數(shù)字電視和廣播技術(shù)發(fā)展已十分成熟。在地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)方面，國外已有DVB-T、ATSC、ISDB-T等一代標(biāo)準(zhǔn)和DVB-T2、ATSC3.0二代標(biāo)準(zhǔn)，我國也研發(fā)了DTMB及其下一代演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)DTMB-A。在數(shù)字廣播標(biāo)準(zhǔn)方面，國外有DAB，我國則有CDR等標(biāo)準(zhǔn)。一些標(biāo)準(zhǔn)還通過與新技術(shù)的融合，讓廣播商提供定制的、動態(tài)的體驗(yàn)，包括動態(tài)廣告置入、個性化圖形以及第二屏應(yīng)用同步等功能。以ATSC3.0為例，該標(biāo)準(zhǔn)將OTA廣播信號與家庭互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，節(jié)目通過廣播和電視接收，廣告和其他媒體信息則通過互聯(lián)網(wǎng)提供。然而，這些標(biāo)準(zhǔn)始終得不到移動運(yùn)營商和移動設(shè)備很好的支持，加之地面廣播電視存在覆蓋缺陷，隨著移動視頻業(yè)務(wù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的覆蓋網(wǎng)受眾面越來越窄，迫切需要一種全新的地面數(shù)字廣播技術(shù)來實(shí)現(xiàn)交互式的雙向視音頻業(yè)務(wù)。
2.2移動通信行業(yè)的廣播模式拓展
移動通信技術(shù)也尋求著與廣播電視的融合。自2002年第三代移動通信在Rel-6中引入多媒體廣播/組播業(yè)務(wù)(MBMS)后，廣播組播技術(shù)隨著3GPP技術(shù)不斷演進(jìn)，先后引入多播廣播單頻網(wǎng)（MBSFN）和增強(qiáng)型廣播多播技術(shù)（eMBMS）。在Rel-14中基于廣播行業(yè)的用例及需求對eMBMS進(jìn)行了擴(kuò)展，并整合進(jìn)EnTV項(xiàng)目，其增強(qiáng)性體現(xiàn)在對系統(tǒng)架構(gòu)和界面的簡化，以及對LTE物理層的擴(kuò)展。從運(yùn)營效果看，EnTV以前在全世界范圍內(nèi)都鮮有商業(yè)成功的案例，性價(jià)比低是阻礙其成功的主要原因。因?yàn)?G以前基站的覆蓋范圍有限，只有幾百米，廣播范圍內(nèi)用戶規(guī)模較小，點(diǎn)播就足夠滿足用戶需求，且更加經(jīng)濟(jì)。另外，用于廣播的載波資源最多只能達(dá)到60%，不能有效滿足廣播業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)需求[1]。但Rel-14中的FeMBMS（增強(qiáng)型多媒體廣播多播服務(wù)），提供了HPHT（HighPowerHighTower）廣播，增加了保護(hù)間隔200μs選項(xiàng)，將載波效率提高到接近100%。在歐洲，EnTV已能滿足所有的歐盟數(shù)字廣播要求（管理要求，廣覆蓋、多樣化終端，靈活組網(wǎng)），效率比DVB-T高兩倍，可以釋放頻譜展開新的用途，EnTV以及后續(xù)的5G廣播技術(shù)可能直接成為其下一代地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)[2]。2017年7月至2019年10月，在德國巴伐利亞州進(jìn)行的5GTODAY項(xiàng)目，借助高塔和高功率發(fā)射機(jī)，在半徑高達(dá)60km的大覆蓋區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了廣泛且廉價(jià)分發(fā)內(nèi)容，在大部分測量區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了良好的移動電視接收效果?，F(xiàn)場測量結(jié)果表明，基于Rel-14的FeMBMS已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)典型廣播傳輸系統(tǒng)的所有特性，為今后5G廣播的深入發(fā)展提供了依據(jù)。表1為Rel-14的MBSFN幀新增的參數(shù)模式。
2.35G廣播的實(shí)現(xiàn)形式
Rel-16標(biāo)準(zhǔn)的5G地面廣播增強(qiáng)方案研究以Rel-14的EnTV為基礎(chǔ)，因?yàn)镽el-15及以后版本稱之為5G規(guī)范，故之后的廣播、多播系統(tǒng)稱之為5G廣播[3]。Rel-16標(biāo)準(zhǔn)于2020年7月正式凍結(jié)，其中包括對LTEEnTV進(jìn)一步強(qiáng)化使其可以達(dá)到5G廣播的要求。在我國，5G廣播則主要是通過廣播網(wǎng)絡(luò)（地面數(shù)字電視、廣播）、5G網(wǎng)絡(luò)（移動通信網(wǎng)絡(luò)、組播＋單播）、固網(wǎng)（組播＋單播）三者的融合型網(wǎng)絡(luò)，來分發(fā)點(diǎn)到多點(diǎn)（PTM）內(nèi)容的混合型業(yè)務(wù)，讓經(jīng)典廣播方式具有更強(qiáng)的交互性。
3我國廣播電視傳輸與5G融合發(fā)展路線展望
3.1地面數(shù)字電視與5G廣播的融合內(nèi)容
廣播電視在地面?zhèn)鬏旑I(lǐng)域應(yīng)和5G積極融合，可以采用“地面數(shù)字電視廣播+5G廣播+5G通信”的技術(shù)架構(gòu)，以及“廣播電視發(fā)射大塔+5G移動通信基站小塔”組網(wǎng)方式，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)媒體轉(zhuǎn)型升級，更好地與新興媒體融合發(fā)展。其中，地面數(shù)字電視廣播針對傳統(tǒng)大屏及高清、超高清服務(wù)；5G廣播針對手機(jī)和其他智能小屏，實(shí)現(xiàn)體積小、高質(zhì)量的電視直播業(yè)務(wù)。依托移動終端，廣播電視將在5G時代實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)接收到移動接收的升級換代。在內(nèi)容方面，基于5G廣播的混合電視廣播，除了電視直播外，還包括電視點(diǎn)播、用戶自制內(nèi)容（UGC）上傳、音頻廣播、音頻點(diǎn)播、社交媒體內(nèi)容、交互式廣告、個性化或地區(qū)化廣告等多種形式的垂直應(yīng)用。
3.2布局廣播電視5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展
廣電擁有700MHz這一頻率優(yōu)勢。在5G建設(shè)方面，廣電擁有的頻率資源優(yōu)勢、技術(shù)資源優(yōu)勢、行業(yè)資源優(yōu)勢，以及多年積淀的內(nèi)容資源和文化創(chuàng)意優(yōu)勢，可以減少組網(wǎng)成本、擴(kuò)大覆蓋面，提供更多的服務(wù)內(nèi)容。目前的問題主要是客戶少、建設(shè)經(jīng)驗(yàn)不足，另外硬件基礎(chǔ)幾乎為零，需要大量、持續(xù)不斷的資金和資源投入，今后廣電5G將會與電信運(yùn)營商以及內(nèi)容提供商、終端設(shè)備商等共同合作，共建生態(tài)和商業(yè)模式。作為一個獨(dú)立公共平臺，廣電5G網(wǎng)絡(luò)支持不同服務(wù)性質(zhì)的運(yùn)營商共享，產(chǎn)業(yè)各方均將受益，也必將給廣播電視公共服務(wù)帶來很大的提升。
3.3廣播電視5G廣播網(wǎng)絡(luò)的資源配置
2019年底，《全國地面數(shù)字電視廣播頻率規(guī)劃方案》公布，各省的廣播電視頻率面臨一輪洗牌，現(xiàn)有的地面數(shù)字電視系統(tǒng)需要大規(guī)模的改造或置換，傳輸臺站的硬件系統(tǒng)也要進(jìn)行轉(zhuǎn)型和升級。與頻率資源整合同樣重要的，是對現(xiàn)有國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)資源的整合。即便頻率、網(wǎng)絡(luò)資源整合進(jìn)展順利，打造廣電自己的5G網(wǎng)絡(luò)仍然有比較漫長的道路要走，絕非一朝一夕之功。但是，對于廣電運(yùn)營商而言，5G一旦建成，不僅會帶來巨大的收益回報(bào)，更有益于廣電業(yè)務(wù)的深度融合和長遠(yuǎn)發(fā)展，這是一個著眼未來的戰(zhàn)略性抉擇。當(dāng)下廣電與第三方運(yùn)營商合作勢在必行，其中與中國鐵塔和中國移動的合作比較引人注目，可以有效實(shí)現(xiàn)資源的靈活配置和優(yōu)勢互補(bǔ)，特別是與中國移動的合作，有益于實(shí)現(xiàn)在5G全部通用頻段的廣泛覆蓋及運(yùn)用。
4適合5G廣播體系建設(shè)的技術(shù)路線
4.1組網(wǎng)方案
3GPP的5G標(biāo)準(zhǔn)首先的是NSA標(biāo)準(zhǔn)，但SA才是5G的目標(biāo)架構(gòu)，SA標(biāo)準(zhǔn)3GPP已于2018年6月在R15中。由于廣電沒有4G網(wǎng)絡(luò)，無法基于NSA組網(wǎng)，所以廣電5GRAN基于SA組網(wǎng)模式。SA組網(wǎng)易于滿足eMBB/uRLLC/mMTC業(yè)務(wù)場景需要，實(shí)現(xiàn)E2E切片、實(shí)現(xiàn)5GVoNR等功能。廣電目前在移動通信網(wǎng)絡(luò)方面是空白，可以采用極簡網(wǎng)絡(luò)方案，較少考慮兼容前幾代通行標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)應(yīng)用，在站點(diǎn)、架構(gòu)、協(xié)議、運(yùn)維方面更加簡化并具有針對性。共建共享是降低建網(wǎng)成本、提升網(wǎng)絡(luò)效益的有力手段，也是國家對5G建設(shè)的指導(dǎo)原則。廣電將采用無線接入網(wǎng)共享、核心網(wǎng)獨(dú)立的架構(gòu)。目前主要是中低頻協(xié)同覆蓋，可以采用FDD/TDD協(xié)同組網(wǎng)，廣電4.9G頻段產(chǎn)業(yè)鏈成熟度不夠，因此需要共享合作運(yùn)營商的成熟中頻用于容量層的補(bǔ)充。
4.2我國5G地面廣播實(shí)現(xiàn)路線設(shè)想
第一步是將5G雙向鏈路放在4.9GHz，5G廣播放在700MHz，如此一來，可以不影響地面廣播電視的頻譜資源，但穿透能力弱。待第一步發(fā)展成熟，第二步可考慮將5G雙向鏈路放在4.9GHz和700MHz，將5G廣播放在600MHz，這樣可以保證良好的5G雙向網(wǎng)覆蓋，但5G廣播將侵占現(xiàn)有的DTMB數(shù)字地面廣播電視的頻譜資源，因此需要進(jìn)一步進(jìn)行規(guī)劃頻率，甚至5G地面廣播可以直接取代地面數(shù)字電視和廣播。
5傳統(tǒng)地面發(fā)射臺站在融合
路線下的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型面對5G廣播的未來，不管是與地面電視同步發(fā)展，還是最終取代地面電視成為新的地面電視標(biāo)準(zhǔn)，原有的地面發(fā)射臺站都是最寶貴的資源，只會存在業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型但不會喪失關(guān)鍵覆蓋節(jié)點(diǎn)的功能。原有的發(fā)射塔在5G廣播體系里依舊是大塔廣播的最佳載體，所不同的僅僅是地面電視發(fā)射機(jī)變成了5G廣播發(fā)射機(jī)，未來傳統(tǒng)發(fā)射臺將會成為融合地面廣播電視和5G地面廣播兩種傳輸業(yè)務(wù)的綜合性臺站。那么，傳統(tǒng)發(fā)射臺面對改變可以做些什么呢？在地面700MHz清頻和模數(shù)轉(zhuǎn)換任務(wù)完成后，臺站的機(jī)房空間和鐵塔空間將會得到很大的釋放，這給臺站的轉(zhuǎn)型升級帶來機(jī)遇。我們第一步要做的是合理規(guī)劃這些資源，為5G廣播的發(fā)展預(yù)留足夠的空間，為臺站業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)型升級做好準(zhǔn)備。第二步，要解決臺站覆蓋效果問題。目前在我國，不管地面數(shù)字電視還是5G地面大塔廣播，不論采用DTMB標(biāo)準(zhǔn)還是FeMBMS技術(shù)，提高關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的覆蓋能力都非常重要，特別是5G廣播體系里可以通過與通信網(wǎng)的協(xié)同有效解決傳統(tǒng)覆蓋補(bǔ)點(diǎn)難題，而主節(jié)點(diǎn)的覆蓋效率非常關(guān)鍵，因此通過技術(shù)升級提高傳統(tǒng)廣播電視天線的覆蓋性能是重要的研究方向。目前地面廣播電視天線基本采用線極化（水平、垂直）方式，往往實(shí)際覆蓋效果不佳、信號不穩(wěn)定、穿透力差。采用線極化天線來輻射或接收電磁波時，電磁波在自由空間中的反射、衍射和散射現(xiàn)象會使電磁信號的極化發(fā)生改變，可能會導(dǎo)致接收天線接收不到發(fā)射天線發(fā)出的信號，甚至可能使接收系統(tǒng)無法正常工作。線極化的廣泛使用主要源于過去國內(nèi)天線設(shè)計(jì)能力和制造工藝的不足，無法生產(chǎn)出更好性能的天線系統(tǒng)。相對于線極化，圓極化波具有很多特有的性質(zhì)。（1）圓極化天線所發(fā)射的圓極化波可以被任意線極化天線接收，圓極化天線也能夠接收任意線極化天線輻射的電磁波，該特點(diǎn)有效解決了天線的極化匹配問題，即接收天線不用對方向就能很好地接收到信號。（2）由于圓極化波的電場矢量始終是旋轉(zhuǎn)的，因此圓極化波具有較好的穿透能力。（3）圓極化波在入射到反射物體上時，會導(dǎo)致反射圓極化波的旋向發(fā)生逆轉(zhuǎn)，這種特性可以有效降低由于信號多徑反射造成的多徑衰落的影響，這非常利于車載移動接收。圓極化波具有很強(qiáng)的抗干擾能力，能顯著提高接收信號的信噪比，提高信號質(zhì)量或降低誤碼率，在惡劣的環(huán)境下工作，能更好地保證信號的暢通，圓極化天線在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用非常值得研究推廣。在某發(fā)射臺站的實(shí)際測試表明，相對于同一位置同品牌同型號垂直極化天線，覆蓋區(qū)內(nèi)用垂直方式接收，在平均場強(qiáng)實(shí)測僅下降1dB的情況下，接收效果基本等同；用水平方式接收，則遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于垂直極化天線的接收效果。測試數(shù)據(jù)還表明，圓極化天線車載接收效果明顯優(yōu)于其他天線。以此為基礎(chǔ)，圓極化天線很大可能會納入我國5G廣播相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中。
6總結(jié)
5G技術(shù)正在給廣播電視帶來的巨大變化。在國家智慧廣電戰(zhàn)略中，5G技術(shù)與行業(yè)的多維度融合應(yīng)用是重中之重，5G與地面廣播電視的深度融合是其中的一個不可或缺的方向，有助于彌補(bǔ)兩種網(wǎng)絡(luò)傳輸廣播電視節(jié)目的短板，形成互補(bǔ)效應(yīng)，拓展廣播電視節(jié)目內(nèi)容覆蓋的途徑和范圍，提升地面廣播電視節(jié)目的覆蓋效果。傳統(tǒng)的廣播電視傳輸覆蓋臺站應(yīng)該敞開胸懷，早做準(zhǔn)備，積極籌劃，謀劃綜合性業(yè)務(wù)覆蓋平臺，實(shí)現(xiàn)廣播電視服務(wù)的提質(zhì)增效。
參考文獻(xiàn)
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作者：王麟 單位：安徽廣播電視臺