今头条！5G广播的前世今生：真假5G广播之谜
移动通信网络从3G时代就开始支持广播技术，3G/4G/5G均有针对广播场景而开发的技术方案。与此同时，广播电视大塔网络则有一套自己的技术体系，以中国为例，DTMB是我国自主知识产权的广播电视技术，DTMB-A面向车载移动接收，目前已经完成标准化但尚未在国内商用。随着5G的成功商用，5G手机走进了千千万万家庭，进一步方便了人们的沟通和生活。国内广播电视进手机的呼声日益高涨，原本不相交的移动通信和广播电视开始有了交集，5G广播登上舞台。有趣的是，5G广播有真假之说，真5G广播和假5G广播，要清楚这些故事，还要从5G广播的前世今生开始说起。
话说3GPP当年向ITU提交了两套5G标准，分别为eLTE和NR，都是Release 15版本。3GPP每逢代际演进，为了减少分歧和争议，一般把老一代的技术改良和新一代的技术同时提交给ITU，做为新一代标准的候选。例如当年4G刚出来的时候，有3.9G的说法，离3G有0.9G，距离4G只差0.1G。其实运营商不会部署老一代技术，国内的运营商就不再新增4G的基站了。即使3GPP把eLTE也提交到了ITU，大家心里仍然认为只有NR是真的5G。3GPP R16 EnTV是eLTE技术的进一步演进，连接4G核心网。3GPP R17 NR MBS是5G支持广播场景的技术，是5G NR技术的演进，连接5G核心网。读到这里，读者也许就会明白为什么会产生两套5G广播了，一套是eLTE的5G广播，可谓“假5G广播”，另外一套是NR的5G广播，也即“真5G广播”。下面按照真假5G广播出现的时间顺序分别介绍这两套5G广播。
假5G广播：3GPP R16 LTE EnTV
(相关资料图)
3GPP R16 LTE EnTV发展历史
2016年， 3GPP R14提出EnTV（Enhanced TV），意图支持更大覆盖范围的大塔以及无SIM卡的单接收模式。为了满足上述需求，3GPP物理层工作组对LTE空口做了巨大改动，把最基本的子载波间隔和CP长度等参数也改掉了，新增了7.5k/1.25kHz子载波间隔，支持最长200usCP长度。这样的改动与原有的LTE技术完全不兼容，这也造成了R14 EnTV迟迟无法商用。为了实现R14 EnTV，无线网络设备商不得不重新做硬件，而终端芯片也无法与原有的LTE终端芯片兼容。R14 EnTV本质是借了3GPP的壳，下了大塔广播电视的蛋，既无法与移动通信体系兼容，也没有得到移动通信产业阵营的支持。
R14 EnTV功能并不完善，但3GPP R15阶段所有的公司都在忙着5G第一个版本的制定，没有时间去完善R14，因此，R14的修补工作被拖延到了3GPP R16。3GPP R16 EnTV于2020年3月冻结，技术上进一步做了优化，循环前缀CP长度进一步扩大到300μs，子载波间隔最小为0.37kHz。由于网络部署时只能选择一套参数，因此，同一个网络中，无法既支持固定接收(0.37kHz)，又支持高速移动接收（15kHz）。
3GPP R16 LTE EnTV技术简介
技术架构上EnTV与eMBMS相似，采用LTE网络架构，需要连接4G核心网，新增BM-SC、MBMS GW、MCE功能或实体。EnTV的技术特性如下：
第一，EnTV定义了全新接口，支持更大覆盖范围。CP长度最高可达300us，最大覆盖范围可达100km。不过，这套参数集由于子载波间隔太小，无法支持移动接收。空口协议的巨大改动带来了好处的同时，也有副作用：与原有LTE协议不兼容，因此，EnTV无法复用原有LTE终端芯片，手机终端必须添加额外一个独立的芯片，这有点类似当年的CMMB，增加了EnTV产业推广的难度。
第二，EnTV支持无SIM卡接收。终端无需插入SIM卡，即可接收广播电视。
到目前为止，国内尚未有公开的3GPP R16 EnTV网络的测试报告。
真5G广播：3GPP R17 NR MBS
5G NR广播技术（也称为5G NR MBS组播广播技术）是3GPP R17版本5G国际标准的重要功能特性，由中国广电联合全球行业伙伴支持完成相关标准立项，并牵头完成广播应用场景设计、5G NR组播广播网络增强架构等相关重要标准制定工作，完成3GPP数十项重要技术文稿和标准提案。
NR MBS的发展历史
• 2019年12月结束的3GPP #86全会，中国广电推动R-17 NR MBS技术的提案立项并获得通过。
• 2020年9月召开的第89次RAN（无线接入网）及SA（系统和服务）全会电子会议，中国广电分别提交了支持5G NR MBS 的议案（RP-201765、SP-200814）。
• 2020年12月，3GPP决定，5G最新演进版本R17于2022年6月完成版本协议代码冻结。
NR MBS主要技术特点
第一，NR MBS可以支持无卡接收和跨运营商接收。NR MBS终端无需安装SIM卡，无需接入运营商网络，就可以接收广播电视。3GPP 24.575协议详细定义了终端预先配置的信息，只要按照标准实现，NR MBS终端就可以实现无SIM卡接收广播电视。
第二，除了广播之外，5G NR MBS还可以支持组播。广播技术既可用于传统电视广播业务，也可以用于应急广播以及移动通信网络的流量卸载。组播技术主要面向移动通信场景，用于场馆直播、多视角观赛，AR/VR/4k/8k, 演唱会、赛事直播、移动视频直播、点播和新型交互式视频服务等服务。NR MBS的上述特点，使得移动通信终端（手机）天然支持广播电视接收，极大降低了广播电视的终端产业推广难度和成本。
第三，NR MBS不设计专用的物理信道及帧结构，不引入新的物理信道，完全复用PDCCH/PDSCH。无线网络设备不需要额外的硬件升级，空口资源利用效率更高。这一特点使得广播电视大塔可以使用移动通信的基站，从而分享移动通信网络成熟的网络管理和网络自动化运维等经验。此外，由于不涉及物理层改动，现有的手机终端通过空口升级支持NR MBS成为可能。
第四，简化核心网流程和设计。为支持NR MBS，需要在5G SA网络架构基础上，新增和改造几类网元，包括引入MBSF（用于业务处理）、MB-SMF（用于业务控制）和MB-UPF（用于业务传输）等，基于5G核心网现有架构升级上述网元，升级扩容简单、业务上线速度快。
NR MBS实际网络能力测试
中国广电与行业合作伙伴合作，利用商用的5G NR网络平台和支持5G的智能手机，开发了5G NR MBS端到端原型验证系统，在北京、南京、上海对移动和固定接收进行了高塔部署的现场试测。
基站部署在北京中央广播电视塔，距离地面207米。使用定向天线，一个指向东方，另一个指向南方。
图2 高塔部署测试场景
设备安装在一辆沿着不同路线移动的汽车的顶部。下表的测试结果表明，在密集城区场景下，在车速高达70km/小时条件下，5G NR广播电视的最远传输距离超过12km。考虑到安装在大塔上的基站设备功率较小，进一步增大发射台的功率，最远传输距离还可以进一步增加。
表 北京城区NR MBS高塔广播移动性&覆盖距离测试
南京、上海也进行了NR MBS大塔广播测试。上海的测试结果表明：测试设备可以在距离东方明珠电视塔29.7公里以外的地方接收到高质量的视频广播服务。
图3 高塔部署远距离摸测结果
综上测试结论证明，NR R17广播支持蜂窝及大塔部署，大塔部署下可覆盖~30km，移动速度支持>70km/h。
最后，综合上面的描述，下表给出了“假5G广播”- R16和“真5G广播”- R17的比较。
“假5G广播”- R16 | “真5G广播”- R17 | |
3GPP标准名称 | R16 LTE-based 5G terrestrial broadcast，简称R16 EnTV | R17 NR Multicast and Broadcast Services，简称R17 NR MBS |
协议改动 | 新空口协议：新增7.5k/2.5k/1.25k/0.37kHz子载波间隔，与LTE不兼容 | 复用NR物理层 |
支持业务 | 广播电视 | 广播电视、移动互联网业务 |
终端影响 | 需要新硬件新芯片 | 软件升级 |
网络设备 | 定制设备，成本高 | 移动通信基站 |
支持频段 | 标准正在制定中 | 600/700/800MHz以及移动通信频段 |
产业支持 | 仅有少量公司支持 | 移动通信产业支持、部分广播公司 |
系统带宽 | 6/7/8MHz | 5/6/7/8/9/10/15/20/30/40/50/100MHz，其中6/7/8/9MHz通过产品实现 |
部署方式 | 只能用于大塔部署 | 大小塔均可，支持大小塔协同 |
覆盖范围 | 取决于发射功率，最远可达100km | 取决于发射功率，最远可达100km |
是否需要核心网 | 是，4G核心网 | 是，5G核心网 |
无SIM卡接收 | 支持 | 支持 |
ITU标准情况
2022年9月30日，国际电联ITU-R 负责广播业务的第六研究组（SG6）会议批准了由中国提交的5G NR广播。本次会议中国总共提交了六篇提案：5G NR广播标准、5G NR广播南京技术试验、在ITU-R建议书《VHF/UHF频段内用手持接收机移动接收的地面多媒体广播的纠错、数据成帧、调制和发射方法》和ITU-R报告书《数字地面广播系统》《广播多媒体和数据应用的移动接收》中增加独立的5G NR广播作为无线移动电视系统等等。ITU SG6小组将R17 NR MBS定义为System N，自此，NR MBS正式被ITU接纳，成为与DVB-T, DTMB等并列的广播电视技术。与此同时，R16 EnTV也被ITU SG6接纳为System L，也成为与NR MBS并列的广播电视技术。
结束语
最近广播界出现了真假李逵事件，着实是个好消息，说明产业热度逐渐升温。一句话，真假5G广播，热热闹闹，欢欢笑笑。
参考文献
曾庆军，Overview of the 5G NR Broadcast trial based on TV tower and cellular tower，https://www.itu.int/en/ITU-T/Workshops-and-Seminars/202004/Documents/Zeng%20Qingjun.pptx.pdf?csf=1&e=3cIP67，2021年
曾庆军等，Field Test for 5G NR Multicast and Broadcast Services，https://ieeexplore.ieee.org/document/9614727，2021年
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