談5G與廣播電視地面?zhèn)鬏斎诤下窂?/h1>
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5g技術的發(fā)展可有效彌補地面數(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)字電視技術的具體分析，探討了兩者融合發(fā)展的思路及前景。
關鍵詞：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域進行了數(shù)字化變革，技術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)字電視和廣播技術發(fā)展已十分成熟。在地面數(shù)字電視標準方面，國外已有DVB-T、ATSC、ISDB-T等一代標準和DVB-T2、ATSC3.0二代標準，我國也研發(fā)了DTMB及其下一代演進標準DTMB-A。在數(shù)字廣播標準方面，國外有DAB，我國則有CDR等標準。一些標準還通過與新技術的融合，讓廣播商提供定制的、動態(tài)的體驗，包括動態(tài)廣告置入、個性化圖形以及第二屏應用同步等功能。以ATSC3.0為例，該標準將OTA廣播信號與家庭互聯(lián)網(wǎng)相結合，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，這些標準始終得不到移動運營商和移動設備很好的支持，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)字廣播技術來實現(xiàn)交互式的雙向視音頻業(yè)務。
2.2移動通信行業(yè)的廣播模式拓展
移動通信技術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(MBMS)后，廣播組播技術隨著3GPP技術不斷演進，先后引入多播廣播單頻網(wǎng)（MBSFN）和增強型廣播多播技術（eMBMS）。在Rel-14中基于廣播行業(yè)的用例及需求對eMBMS進行了擴展，并整合進EnTV項目，其增強性體現(xiàn)在對系統(tǒng)架構和界面的簡化，以及對LTE物理層的擴展。從運營效果看，EnTV以前在全世界范圍內都鮮有商業(yè)成功的案例，性價比低是阻礙其成功的主要原因。因為4G以前基站的覆蓋范圍有限，只有幾百米，廣播范圍內用戶規(guī)模較小，點播就足夠滿足用戶需求，且更加經(jīng)濟。另外，用于廣播的載波資源最多只能達到60%，不能有效滿足廣播業(yè)務的業(yè)務需求[1]。但Rel-14中的FeMBMS（增強型多媒體廣播多播服務），提供了HPHT（HighPowerHighTower）廣播，增加了保護間隔200μs選項，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廣播技術可能直接成為其下一代地面數(shù)字電視標準[2]。2017年7月至2019年10月，在德國巴伐利亞州進行的5GTODAY項目，借助高塔和高功率發(fā)射機，在半徑高達60km的大覆蓋區(qū)域實現(xiàn)了廣泛且廉價分發(fā)內容，在大部分測量區(qū)域實現(xiàn)了良好的移動電視接收效果?，F(xiàn)場測量結果表明，基于Rel-14的FeMBMS已經(jīng)可以實現(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廣播的實現(xiàn)形式
Rel-16標準的5G地面廣播增強方案研究以Rel-14的EnTV為基礎，因為Rel-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標準于2020年7月正式凍結，其中包括對LTEEnTV進一步強化使其可以達到5G廣播的要求。在我國，5G廣播則主要是通過廣播網(wǎng)絡（地面數(shù)字電視、廣播）、5G網(wǎng)絡（移動通信網(wǎng)絡、組播＋單播）、固網(wǎng)（組播＋單播）三者的融合型網(wǎng)絡，來分發(fā)點到多點（PTM）內容的混合型業(yè)務，讓經(jīng)典廣播方式具有更強的交互性。
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廣播的融合內容
廣播電視在地面?zhèn)鬏旑I域應和5G積極融合，可以采用“地面數(shù)字電視廣播+5G廣播+5G通信”的技術架構，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，實現(xiàn)傳統(tǒng)媒體轉型升級，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；5G廣播針對手機和其他智能小屏，實現(xiàn)體積小、高質量的電視直播業(yè)務。依托移動終端，廣播電視將在5G時代實現(xiàn)從傳統(tǒng)接收到移動接收的升級換代。在內容方面，基于5G廣播的混合電視廣播，除了電視直播外，還包括電視點播、用戶自制內容（UGC）上傳、音頻廣播、音頻點播、社交媒體內容、交互式廣告、個性化或地區(qū)化廣告等多種形式的垂直應用。
3.2布局廣播電視5G網(wǎng)絡發(fā)展
廣電擁有700MHz這一頻率優(yōu)勢。在5G建設方面，廣電擁有的頻率資源優(yōu)勢、技術資源優(yōu)勢、行業(yè)資源優(yōu)勢，以及多年積淀的內容資源和文化創(chuàng)意優(yōu)勢，可以減少組網(wǎng)成本、擴大覆蓋面，提供更多的服務內容。目前的問題主要是客戶少、建設經(jīng)驗不足，另外硬件基礎幾乎為零，需要大量、持續(xù)不斷的資金和資源投入，今后廣電5G將會與電信運營商以及內容提供商、終端設備商等共同合作，共建生態(tài)和商業(yè)模式。作為一個獨立公共平臺，廣電5G網(wǎng)絡支持不同服務性質的運營商共享，產業(yè)各方均將受益，也必將給廣播電視公共服務帶來很大的提升。
3.3廣播電視5G廣播網(wǎng)絡的資源配置
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)也要進行轉型和升級。與頻率資源整合同樣重要的，是對現(xiàn)有國內網(wǎng)絡資源的整合。即便頻率、網(wǎng)絡資源整合進展順利，打造廣電自己的5G網(wǎng)絡仍然有比較漫長的道路要走，絕非一朝一夕之功。但是，對于廣電運營商而言，5G一旦建成，不僅會帶來巨大的收益回報，更有益于廣電業(yè)務的深度融合和長遠發(fā)展，這是一個著眼未來的戰(zhàn)略性抉擇。當下廣電與第三方運營商合作勢在必行，其中與中國鐵塔和中國移動的合作比較引人注目，可以有效實現(xiàn)資源的靈活配置和優(yōu)勢互補，特別是與中國移動的合作，有益于實現(xiàn)在5G全部通用頻段的廣泛覆蓋及運用。
4適合5G廣播體系建設的技術路線
4.1組網(wǎng)方案
3GPP的5G標準首先的是NSA標準，但SA才是5G的目標架構，SA標準3GPP已于2018年6月在R15中。由于廣電沒有4G網(wǎng)絡，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)務場景需要，實現(xiàn)E2E切片、實現(xiàn)5GVoNR等功能。廣電目前在移動通信網(wǎng)絡方面是空白，可以采用極簡網(wǎng)絡方案，較少考慮兼容前幾代通行標準的有關應用，在站點、架構、協(xié)議、運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)絡效益的有力手段，也是國家對5G建設的指導原則。廣電將采用無線接入網(wǎng)共享、核心網(wǎng)獨立的架構。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頻段產業(yè)鏈成熟度不夠，因此需要共享合作運營商的成熟中頻用于容量層的補充。
4.2我國5G地面廣播實現(xiàn)路線設想
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，因此需要進一步進行規(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)務轉型面對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準，原有的地面發(fā)射臺站都是最寶貴的資源，只會存在業(yè)務轉型但不會喪失關鍵覆蓋節(jié)點的功能。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)射機變成了5G廣播發(fā)射機，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)轉換任務完成后，臺站的機房空間和鐵塔空間將會得到很大的釋放，這給臺站的轉型升級帶來機遇。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)展預留足夠的空間，為臺站業(yè)務的轉型升級做好準備。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標準還是FeMBMS技術，提高關鍵節(jié)點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)覆蓋補點難題，而主節(jié)點的覆蓋效率非常關鍵，因此通過技術升級提高傳統(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天線設計能力和制造工藝的不足，無法生產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。（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，會導致反射圓極化波的旋向發(fā)生逆轉，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。圓極化波具有很強的抗干擾能力，能顯著提高接收信號的信噪比，提高信號質量或降低誤碼率，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域的應用非常值得研究推廣。在某發(fā)射臺站的實際測試表明，相對于同一位置同品牌同型號垂直極化天線，覆蓋區(qū)內用垂直方式接收，在平均場強實測僅下降1dB的情況下，接收效果基本等同；用水平方式接收，則遠遠優(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，圓極化天線很大可能會納入我國5G廣播相關標準中。
6總結
5G技術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技術與行業(yè)的多維度融合應用是重中之重，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，有助于彌補兩種網(wǎng)絡傳輸廣播電視節(jié)目的短板，形成互補效應，拓展廣播電視節(jié)目內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該敞開胸懷，早做準備，積極籌劃，謀劃綜合性業(yè)務覆蓋平臺，實現(xiàn)廣播電視服務的提質增效。
參考文獻
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作者：王麟 單位：安徽廣播電視臺