5G技术在安徽广电的测试与应用

吴玉友

安徽广播电视台 安徽省 合肥市 230071

概 述

视频画质的提升、大体积视频素材的快速回传与在线流畅播放是广播电视工作者永恒的追求，由于制作超高清视频的分辨率、采样率以及帧率具有很大幅度的增加，因此，不论是在线播放超高清流媒体的码率或视频文件的存储空间，均大幅度提升。例如，对于3840×2160 分辨率运营级4K 视频，流畅直播的带宽需求为45.5Mbps，而当前4G 的接入速率仅为8～60Mbps 之间，而且上传速率通常限制在20Mbps 以内，因此，以4G直播传输4K 视频是不可靠的。从广电战略布局而言，发展超高清是广电单位（企业）至关重要的一步，根据Conviva 的报告显示，有35%的用户将视频服务体验作为选择视频服务商的首要条件，内容数量、内容价格等因素位列其后，可见，大力发展超高清视频技术是广电行业重大的机遇。

第五代移动通信即5G 以高带宽、低延时、海量接入为新的特点，其峰值速率为10Gbps，端到端时延达到ms 级，设备连接密度增加10～100倍，频谱效率提升5～10 倍，能够在500km/h 的速度下保证用户体验，同时结合MEC、网络切片等特性，为4/8K 超高清视频、虚拟现实（VR）等视频业务提供强有力的传输技术支持。

2019年初，安徽广播电视台联合安徽某通信运营商和华为公司对在5G 通信环境下就大文件的下载和超高清直播应用进行了测试，建立了安徽省第一个5G 超高清视频站点，并成功应用于2019年全国两会安徽广播电视台在北京的新闻报道工作中。本文以此项目为依托，给出了项目中的测试技术过程及测试结果，努力为我台今后的5G+广电工作开展积累经验。

1 测试技术方案

1.1 全国两会北京至合肥5G链路技术框图

安徽广播电视台2019 全国两会用于新闻报道工作的5G 通信链路，如图1 所示。

图1 全国两会北京至合肥5G链路技术框图

位于北京室外的摄像机或单兵设备通过CPE提供的有线网口或WIFI 接口连接至5G 网络，CPE（Customer Premise Equipment）为客户前置设备，负责5G 宏站（宏站一般用于室外空旷场所5G 信号覆盖）移动信号与无线WIFI 或有线网口信号互相转换的移动接入设备，CPE 上联至周边的通信基站中的5G 射频模块，信号通过北京本地数据核心网，送至全国5G 骨干网，最后路由交换到安徽合肥的5G 天鹅湖基站的BBU 中。由于要在安徽省广电大楼内部署5G 信号，所以采用了室内分布系统，采用3 层架构：基带单元（BBU）、远端汇聚单元（RHub）和远端射频单元（p RRU）。如图2所示。

其中，BBU 设备具有扩容便利、支持小区分裂及合并、集中管理等特点；RHub 为pRRU 提供 PoE 供电，最大支持8 路，RHub 之间支持级联，采用光缆连接。pRRU 内置天线，支持2×20MHz 载波及2×2MIMO，采用吊顶、壁挂等方式安装。Rhub 远端汇聚单元与pRRU 设备之间采用光电复合缆或网线连接，现阶段单BBU 设备最多支持 96 台 pRRU 射频单元，支持 12 台 RHub 远端汇聚单元。pRRU 射频单元总功率为2×100mW，并发用户数在40 个左右，覆盖半径在7.5～30m 之间。

图2 5G 室内分布系统

考虑到本次测试的紧迫性与跨区域需求一定协调时间的困难，故在本文阐述的测试内容中，北京信号源（远端）由位于合肥的通信运营商省公司承担。

1.2 测试过程

根据图2 的室内分布系统，在安徽广电新中心全媒体中心吸顶安装了一台pRRP，形成了一个局部的室内5G 覆盖环境，测试组制定了测试方案，对5G 网速、文件下上载业务、4K 超高清直播业务进行了测试。其中，5G 网络速率测试分为使用TUE 和CPE 两种情况，详情如下。

1.2.1 5G 网络速率测试一：使用TUE

TUE 是Test User Equipment 缩写，是一款专门测试5G 带宽的多接收天线测试设备。由于5G信号采用了多天线发射，因此，必须采用多接收天线的接收设备才能真实测试出实际的带宽数值。如图3 所示。

使用TUE 测试5G 带宽的峰值速率为1.73Gbps，平均速率为1.55Gbps，速度为4G 的10 倍以上，这个数值反映了本次5G 的真实传输能力。

1.2.2 5G 网络速率测试二：使用CPE

虽然TUE 可以充分获得5G 的带宽，但是使用却不如CPE 方便，CPE 便于携带，可以将5G 信号转换为wifi 和有线以太网口信号，供移动终端及固定终端使用。在当前5G 手机没有大规模商用时，CPE （Customer Premise Equipment） 是使用5G 良好的过渡方案。

图3 使用TUE 测试5G 带宽

为了充分了解CPE 提供5G 的能力，我们采取了CPE+有线网卡+PC（如图四）和CPE+WIFI+手机（如图五）两种方式进行。

在使用CPE+有线网卡+PC 情况下，测试5G 带宽的峰值速率为630Mbps，平均速率为560Mbps。

在使用CPE+WIFI+手机情况下，使用speedtest APP 测试5G 带宽的速率为下载314Mbps，上传为62.5Mbps。

图4 使用CPE+有线网卡+PC 测试5G 带宽

图5 使用CPE+WIFI+手机测试5G 带宽

表1 大文件下载和上传测试数据

1.2.3 业务测试一：大文件下载和上传

我们在通信运营商省公司的机房内设置了一台FTP 服务器，在安徽广电全媒体中心通过5G 下载上传大文件，以测试文件传输业务的性能，并与4G 网络环境下的业务进行了对比，采用的测试条件为CPE+有线网卡+PC，使用DU METER 软件监控网络流量，测试数据见表1。

1.2.4 业务测试二：4K 直播回传

为了模拟北京直播信号回传至合肥的安徽广电新中心，测试组在位于合肥的通信运营商省公司院内使用携带一台CPE 和360 度VR 摄像头的无人机进行直播测试。视频采集设置为4K，测试人员在全媒体指挥中心观察无人机在飞行爬升、下降、旋转时的画面流畅程度，测试系统如图6 所示。

整个直播效果令人满意，画面流畅清晰，特别是在有较多运动画面时，画面仍然保持流畅，未见马赛克出现，测试现场画面如图7 所示。

2 测试结论与存在问题

本次测试数据总体达到了应用的要求。表2摘自中国通信标准化协会《4k 视频传输需求研究》，给出了传输4K 和8K 所需带宽的理论值，对于运营级4K，带宽需求为45.5Mbps。即便采用本次测试速率较低的CPE+WIFI+手机情形中的上传速率62.5Mbps，也大于45.5Mpbs 带宽要求，即本次部署的5G 网络，理论上是满足4K 直播需求的。

在实践上，通过持续观察无人机直播回传的4K 视音频信号的流畅程度，可以认定本次部署的5G 信号也是能够实现4K 直播的。

图6 无人机4K+5G 直播测试图

图7 无人机测试现场

但是，测试中也反映出一些问题，比如更好地安排5G 上载和下载的带宽配比，以便满足广电行业对4K/8K 超高清直播时特殊的信号上载需求；在本次测试中，缺乏5G 手机终端，只能采用价格昂贵的CPE 设备中转过渡；此外，在文件传输中，尝试采用常用的免费的传输软件，但由于软件本身做了限速，无法体现出5G 的带宽优势。可见，一项新技术应用，只有充分做好网络优化、周边配套、上下游、人才知识储备等众多工作，才能发挥其最大的价值。

表2 4K 视频质量属性对比表

3 展 望

从2018年到2019年，5G 和超高清的重大新闻事件不断：2018年12月28日，我国第一个基于5G 的国家级新媒体平台在中央广播电视总台开建，旨在推动5G+4K 超高清节目传输测试和应用验证等工作；2019年1月，中央广播电视总台联合中国移动、华为公司在深圳成功开展了5G 网络4K 电视传输测试，成功实现了央视春晚深圳分会场4K 超高清信号回传至中央广播电视总台北京机房。

5G 技术应用广泛，定位于万物互联，必定影响整个社会，给各行各业带来了新的机会和挑战。对于广电行业而言，应将自身视音频文化产品创意、制作优势与超高清视频、5G 深度结合，深耕自己的行业领域，做好媒体融合，成为新时代具有更大影响力的全媒体机构。