5G广播（FeMBMS）技术广电发展新引擎

牟德志 殷式海 刘连合

【摘要】5G广播的特性和700MHz频段信号覆盖广、穿透力强、适合连续大范围网络覆盖的特点，使广电能够极大降低建网和运营成本， HPHT的快速发展将使广电迅速占领5G音视频制高点。5G广播能充分发挥700MHz频谱优势和广电内容优势，打造差异化音视频服务，赋能全新视听应用。本文将简要解析3GPP 5G广播（FeMBMS）技术演进和特性，研究分析了5G广播场景下广播电视的行业优势及其发展前景。

【关键词】5G广播特性;HPHT;新动力

中图分类号：TN94                 文献标识码：A               文章编号：1673-0348（2020）018-042-03

Abstract： The characteristics of 5G broadcasting and 700MHz band signal coverage， strong penetration， suitable for continuous large-scale network coverage， so that radio and television can greatly reduce network construction and operating costs， the rapid development of HPHT will enable radio and television to quickly occupy 5G audio Video commanding heights. 5G broadcasting can give full play to the advantages of 700MHz spectrum and radio and television content， create differentiated audio and video services， and empower new audiovisual applications. This article will briefly analyze 3GPP The evolution and characteristics of 5G broadcasting （FeMBMS） technology， research and analysis of the industry advantages and development prospects of radio and television in the 5G broadcasting scenario.

Keywords： 5G broadcast characteristics， HPHT， new power

1. 引言

2019年6月工信部给中国电信、中国联通、中国移动、中国广电正式发放5G商用牌照。近期，中国国际经济交流中心和中国信息通信研究院联合推出的《中国5G经济报告2020》指出，5G商用过程中面临的主要困难，一是建网成本高，5G要保证高速率、高带宽、低时延的通信必须要密集部署微基站，从而导致基站数量激增。在同等覆盖情况下，5G中频段基站数量将是4G的1.5倍左右。5G初期设备投资成本较高。二是运维成本高，5G新基站功耗高，初期单基站用电量是4G的3至4倍，而且2G/3G/4G/5G网络共存带来异厂设备互通难题。三是基站密度大、网络使用频谱高、选址和配套建设难等实际困难。运营商鉴于高昂的组网成本，难以推出低价无限量套餐，作为5G视频领域的C端消费者也难以为5G高昂的流量费用买单。

3GPP组织在Rel 14中提出了Further evolved Multimedia Broadcast Multicast Service， （FeMBMS，演进增强型多媒体广播服务），FeMBMS提供了HPHT（High Power High Tower）广播模式。HPHT具有低成本、广覆盖、大屏小屏的强兼容性。广电利用既有发射塔和有线光节点，可以低成本实现5G广覆盖，可以快速的占领以固定电视为代表的5G大屏市场和以手机为代表的5G小屏市场，这给以音视频传播为代表的传统广电行业发展带来新的发展机会，注入新的澎湃动力。

2. 5G广播（FeMBMS）将会引领广电5G发展

根据三大运营商最新公布的5G套餐，5G时代的流量价格并不便宜。如果我们用5G来看视频直播，必然要耗费巨大流量。受限于5G基础设施的巨大投资和密集基站的布设困难，短期内很难降低套餐价格，而5G广播或能化解这一难题。坐拥5G牌照和700MHz黄金频段的广电，给广电的5G广播（FeMBMS）发展带来新的思路。700MHz频段具有损耗低、强穿透力、广覆盖等特点，非常适合5G底层网络布局。广电5G除了使用700 MHz频率进行组网，还可以采用600 MHz的无线通信技术，进行广播发射技术调整，已适应5G广播传输需要。

在德国巴伐利亚州广播公司Bayerischer Rundfunk（BR）Wendelstein发射台进行的5G广播测试运营，两台高性能基于5G广播模式的R&S公司发射机，以每台100 kW的有效输出功率运行，借助高传输塔和高功率发射机（HPHT），信号覆盖半径高达60 km以上，实现了大区域范围内的覆盖，对传统广播电视节目进行5G广播传输，移动终端可以廉价地接收广播电视节目内容。

5G Gbps级的高速率的实现，首先为视频信号的传输提供了新的有力通道。广电作为视频行业的代表，将引领5G视频行业发展，视频流量的大幅度增长，预计在明后年将会达到全网流量的8成以上，5G网络的FeMBMS广播功能，在5G视频传播中能够得到更好的应用，广播自身的传输优势，就是不会因为用户的增加而造成流量瓶颈，通过5G广播的形式对于热门的视频进行传送，既可以地给用户带来更好地視听体验，也不会给移动核心网络造成很大的压力。

3. 5G广播（FeMBMS）技术演进

3GPP组织在Rel 6中提出了Multimedia Broadcast Multicast Services（MBMS），实现了同时点到多点的数据传输。3GPP组织在Rel 14中提出了Further evolved Multimedia Broadcast Multicast Service （FeMBMS演进增强型多媒体广播服务）。Rel 14以前版本称为evolved Multimedia Broadcast Multicast Service （eMBMS，增强型多媒体广播多播服务）， Rel14 FeMBMS相较之前的eMBMS版本提供了HPHT广播，将eMBMS广播业务载波效率提高到接近100，取消了60%的载波资源的限制。3GPP Rel14还基于广播行业的场景和需求对eMBMS进行了功能扩展，体现在对系统架构和界面的简化，以及对LTE物理层的扩展。包括用于V2X（车联网）通信的MBSFN（多播组播单频网）和SC PTM（单小区点到多点传输），以及用于物联网（IoT）的SC PTM解决方案

FeMBMS5G广播标准，改进了空口和系统架构方面的特性，提供了标准化接口，实现了广覆盖和协同组网，可以在接收端形成针对大屏和小屏多种终端的良好覆盖，适合媒体传送和控制，广播的性能与体现得到明显加强。3GPP Rel 14 FeMBMS提供了移动网络运营商和内容服务商的接口标准，用于多媒体的传输，支持广播的无线电传输和免费接收服务系统，可以同时对移动设备和固定电视机的广播服务提供支持。FeMBMS也称为5G广播，在3GPP Rel 14版本支持向LTE的移动用户设备（例如智能手机和平板电脑）进行广播服务，允许在高塔高功率（HPHT）仅下行链路模式下利用全信号带宽用的广播应用。此外，3GPPRel 14定义了扩展循环前缀（保护间隔）和模式，使手机等移动用户设备无需插卡就可以接收信号，这充分与传统广播电视应用相匹配，这也是5G广播应用的必要条件。

4. Rel′14 5G广播主要技术特点

相对于基于蜂窝基站广播的eMBMS技术， Rel′14 FeMBMS支持的站点间距更大，能实现像地面数字电视一样的广域覆盖。在3GPP Rel′14中，CP（循环前缀）可以配置成具有16.7μs、33.3μs和200μs的长度，而CP的长度确定了发射机之间的最大间隔或站点间距离，200μs的循环前缀能够实现15 km站间距覆盖， 200μs的循环前缀长度使广播的覆盖和性能得到提升。FeMBMS未来会继续向更长CP演进，以有效地支持HPHT部署，支持广播网络共享，允许运营商集中MBMS广播资源，建立网络聚合到共享的MBMS内容分发平台，用户无论使用哪个运营商的服务，都可以通过这个平台同时接收分发的广播内容，有效利了带宽，扩大了广播的覆盖范围。通过MBMS提供的广播服务可以包含免费节目和收费的节目。所有接收者都可以接收免费节目，不管是否是MNO（移动运营商）绑定的用户，观众都可以通过独立的MBMS网络无限制地接收线性广播电视节目。

仅接收模式（Receive Only Mode， ROM）类似于传统的广播电视服务，没有上行传输，无需插卡就可以用传统电视接收器接收。仅接收模式的一个特定应用是通过eMBMS设备实现在当前电视接收机上接收免费广播电视和付费电视服务，支持所有终端都可以接收广播服务，包括公共广播和应急广播，为移动电视提供更高效的数据传输方案，这是FeMBMS广播的一项重大改进。正在开发的基于SDR（软件定义无线电）的FeMBMS接收器，可以集成到任何需要接收5G广播的终端设备中。

仅传输模式是一种全新的3GPP媒体层服务，仅传输模式提供传递MBMS承载服务公共交付平台，使广播电视台能够通过MBMS以原生格式提供内容，而无需进行转码，融合多媒体的现场直播内容可以不经过编码等一系列的操作，直接传输到融媒体中心。

5. 5G广播广电发展新动力

网络视频和音频的用户爆发性发展，给广播电视的发展带来严峻挑战，主要是因为广播电视内容和网络电视的内容相比，网络电视的内容丰富，大大地超过了广播电视的内容，并且不能够给用户带来互动化、移动式的服务。而5G广播将会重新体现电视屏幕的价值，真正实现从看电视到用智慧电视转化。未来电视不仅仅能播放视听内容，还能够传播更强大资讯信息，会展现4K、8K、AR、VR等高新视频内容，用创新的思想发展5G在广电技术中的应用，将使广电的发展呈现出新的优势。

5G广播（FeMBMS）场景下的广电，将会以2C业务作为基础，推进传统广播电视用户转化成移动交互的广播电视用户，这样就可以实现广电全媒体融合，实现移动TV视频和网络视频一体化，构建智能的多生态层面的广电构架。建立立体式的传播途径，应用云平台作为服务的基础，采集大数据的信息，通过固定或移动智能终端作为业务的承载，实现服务模式多功能化、多内容化、多业务化。以5G网络支撑，通过广播电视把网络媒体的优势发挥出来，推动媒体内容创意的发挥，融合的业务服务机制，打造智慧广电新的应用模式。通过5G高新视频的发展促进广播电视业态的动能转化发展。

5G广播FeMBMS标准下的广电技术，能让移动设备可以直接接收广播电视发射塔（大塔）的信号，或者接收移动通信基站（小塔）的音视频信号。在5G广播网络下，收看移动电视不耗费任何流量，手机就相当于一台掌上电视，电视机也可以成为“大号手机”。5G广播能让用户随时随地都能接收到大塔和小塔发出的信号，特别是在移动状态下，无论使用大屏还是小屏。基于此，国家無线交互广播工作组积极推动5G广播3GPP进一步演进标准的制定，无线交互广播工作组的提案通过3GPP全会后，将使之成为国际电联标准。这将为5G广播产业链的发展打下基础，会极大推动产业的形成。前端，芯片制造商就可以把广播模式和其他通讯模式统一设计到芯片中，并有力促进FeMBMS接收机的研发。

6. 结束语

5G广播的发展，将传统广播电视传播方式与移动通信传输方式以及互联网进行了融合，形成一个维护、费用上都很低的大众化多媒体平台。在保证广播电视多媒体节目安全播出的前提下，结合广电自身的内容优势以及传播方式实现的特点，充分发挥自身的资源渠道优势，整合分散资源，融合用户需求，挖掘内容深度和广度，使内容、文化的传播更为精致和优质，进一步完善业务创新变革，在全媒体覆盖上牢牢把握广电的话语权主控权，抓住5G视频经济大爆发的机遇，经济效益和社会效益必将得到大幅提升，为广电的发展带来新的巨大空间。

参考文献：

[1]5G移动无线通信技术.陈明 繆庆育 刘愔译.人民邮电出版社， 2017年.

[2]5G系统关键技术详解. 张鸿涛译.人民邮电出版社， 2018年.

[3]加速700M产业成熟，广电5G要差异化. 赵妍 通信产业报， 2019年.

[4]5G频道”技术实现模式分析.刘兵;郗望 广播电视网络，  2020年.