一、5G廣播是廣電產(chǎn)業(yè)重要任務(wù)
現(xiàn)有廣播電視網(wǎng)絡(luò)難以滿足廣大用戶消費(fèi)體驗(yàn)升級(jí)的需求，5G鏈路也將成為廣播電視媒體的重要傳播渠道。4K/8K和VR/AR等高質(zhì)量視聽(tīng)媒體內(nèi)容消費(fèi)需求的快速增長(zhǎng)，廣播電視業(yè)務(wù)形態(tài)向多樣化、精細(xì)化發(fā)展，現(xiàn)有廣播電視網(wǎng)絡(luò)難以滿足需求。進(jìn)入5G時(shí)代，消費(fèi)者對(duì)視聽(tīng)節(jié)目的需求將會(huì)呈爆炸式增長(zhǎng)，高速的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)可以承載和傳播更加豐富的音視頻內(nèi)容。
國(guó)家廣電總局發(fā)布《廣播電視技術(shù)迭代實(shí)施方案(2020-2022年)》，其中提出，利用3年左右時(shí)間，通過(guò)實(shí)施廣播電視技術(shù)迭代，加快重塑廣電媒體新生態(tài)，加速重構(gòu)現(xiàn)代傳播新格局。在網(wǎng)絡(luò)層面的基本要求是“加快推進(jìn)全國(guó)有線電視網(wǎng)絡(luò)整合和廣電5G建設(shè)一體化發(fā)展，開展5G廣播技術(shù)應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)制定、試驗(yàn)驗(yàn)證和業(yè)務(wù)開發(fā)，推動(dòng)廣播電視終端通、移動(dòng)通、人人通”，明確針對(duì)5G廣播的7項(xiàng)舉措。多部委2020年9月《關(guān)于擴(kuò)大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)投資，培育壯大新增長(zhǎng)點(diǎn)增長(zhǎng)極的指導(dǎo)意見(jiàn)》，以及2021年3月關(guān)于《加快培育新型消費(fèi)實(shí)施方案》中均提到推進(jìn)5G廣播發(fā)展。
二、什么是5G廣播
5G Broadcasting System，是指采用3GPP制定的符合移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)要求的廣播傳輸技術(shù)而構(gòu)建的廣播電視系統(tǒng)，相關(guān)技術(shù)制定在3GPP框架下開展，符合3GPP要求。
5G廣播包括大塔廣播和小塔廣播：
（1）大塔指廣播電視發(fā)射塔，具有高功率（High Power）、高站址（High Tower）特性，適合開展覆蓋范圍廣的直播電視類節(jié)目和大范圍的數(shù)據(jù)推送，覆蓋范圍可以達(dá)100公里以上。
大塔廣播指EnTV（Enhanced TV，增強(qiáng)電視廣播），在2020年3月凍結(jié)的3GPP R16版本中完成絕大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定工作。但EnTV是基于LTE，不是NR，由于業(yè)界將2018年3GPP R15之后的版本認(rèn)為是5G，所以在R16中完成的EnTV也被納入“5G廣播”范疇。
（2）小塔指移動(dòng)通信基站，具有低功率（Low Power）、低站址（Low Tower）特性，適合開展小范圍的臨時(shí)性廣播電視服務(wù)，具有較強(qiáng)的靈活特性。小塔廣播也稱Mixed Mode（混合廣播）,即NR MBS，3GPP正在R17版本中進(jìn)行技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)化制定。
預(yù)計(jì)3GPP后續(xù)還將研究基于NR的大塔廣播技術(shù)，目前還沒(méi)有被明確提出立項(xiàng)。
三、5G廣播三大業(yè)務(wù)形態(tài)
5G廣播電視系統(tǒng)所承載的業(yè)務(wù)形態(tài)聚焦于視音頻和數(shù)據(jù)應(yīng)用，既可以通過(guò)大塔廣播提供共性內(nèi)容和公共服務(wù)，又能通過(guò)小塔廣播提供熱點(diǎn)區(qū)域廣播和增值業(yè)務(wù)，還能根據(jù)用戶喜好靈活對(duì)接第三方服務(wù)商，以O(shè)TT方式提供新媒體業(yè)務(wù)和內(nèi)容。同時(shí)，5G廣播電視系統(tǒng)還可納入我國(guó)應(yīng)急廣播系統(tǒng)體系，助推各級(jí)黨委政府應(yīng)急管理能力和治理體系現(xiàn)代化，為傳達(dá)政令、發(fā)布信息、引導(dǎo)輿論、穩(wěn)定人心、協(xié)助指揮和災(zāi)后重建等貢獻(xiàn)力量。
1、傳統(tǒng)電視頻道廣播服務(wù)。在廣域內(nèi)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電視頻道在移動(dòng)智能終端上的基礎(chǔ)單向線性直播，可基于廣播電視發(fā)射塔、5G蜂窩基站實(shí)現(xiàn)廣域融合覆蓋。
2、融合多媒體信息廣播服務(wù)，具備較強(qiáng)的公共服務(wù)屬性。例如政務(wù)服務(wù)、醫(yī)療、應(yīng)急廣播、輿情處理、城市管理、V2X車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新型多媒體信息類廣播應(yīng)用，提高全網(wǎng)信息傳輸效能與應(yīng)用服務(wù)能力，有效拓展新型廣播業(yè)務(wù)。
3、新型交互化視頻廣播服務(wù)，是最主要業(yè)務(wù)形態(tài)，也是主要商業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景。對(duì)熱點(diǎn)視頻內(nèi)容進(jìn)行蜂窩廣播服務(wù)，提供電視頻道直播、游戲電競(jìng)/演唱會(huì)/明星帶貨等各種類型互聯(lián)網(wǎng)直播、音視頻點(diǎn)播、4K/8K/AR/VR視頻服務(wù)在內(nèi)的交互化全種類視頻廣播服務(wù)，滿足了用戶個(gè)性化、交互化、多樣化的視頻服務(wù)需求。
四、5G廣播技術(shù)發(fā)展
（一）3GPP中廣播技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展
•3GPP R6，首次提出基于3G的MBMS，支持在蜂窩系統(tǒng)中建設(shè)多播/廣播網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)在單一網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)提供多播/廣播以及單播服務(wù)。
•3GPP R7，進(jìn)一步定義基于單頻網(wǎng)工作模式MBSFN（Multicast Broadcast Single Frequency Network）的MBMS，在同一時(shí)間以相同頻率在多個(gè)小區(qū)進(jìn)行同步傳輸。MBSFN的引入解決了MBMS在小區(qū)邊界的信號(hào)覆蓋問(wèn)題，提高了服務(wù)效率。
•3GPP R9，正式確定將eMBMS（改進(jìn)的MBMS）作為4G廣播技術(shù)，具有更高速率及更靈活業(yè)務(wù)配置，如增加面向更高分辨率的視頻編碼和幀率；新引入了前向糾錯(cuò)（FEC）技術(shù)。
•3GPP R10-R11,不斷改進(jìn)eMBMS，陸續(xù)引入新增計(jì)數(shù)功能（統(tǒng)計(jì)MBSFN區(qū)域內(nèi)對(duì)某MBMS業(yè)務(wù)感興趣的UE數(shù)量）和接納控制功能（根據(jù)當(dāng)前無(wú)線資源情況、eMBMS業(yè)務(wù)之間的優(yōu)先級(jí)、計(jì)數(shù)結(jié)果等因素，由MCE決定是否建立新的eMBMS業(yè)務(wù)，或搶占現(xiàn)有的eMBMS業(yè)務(wù)的資源）、引入了傳統(tǒng)地面數(shù)字電視廣播技術(shù)中的循環(huán)前綴（CP，Cyclic Prefix）技術(shù)以支持更大范圍的MBSFN。
•3GPP R14，提出EnTV（Enhanced TV），也稱為FeMBMS（Forward eMBMS，即演進(jìn)后的eMBMS）。支持更大覆蓋范圍的大塔（循環(huán)前綴CP長(zhǎng)度進(jìn)一步擴(kuò)大到200μs）；支持無(wú)SIM卡的單接收模式（ROM，Receive-Only Mode；也稱FTA，F(xiàn)ree-To-Air）；支持高清、超高清業(yè)務(wù)的傳輸，自帶系統(tǒng)信息和同步信號(hào)，同時(shí)引入了多種傳統(tǒng)的地面數(shù)字電視廣播技術(shù)，頻率使用效率進(jìn)一步提升，能夠更好滿足MBMS業(yè)務(wù)的應(yīng)用需求。
•3GPP R15，2018年6月凍結(jié)，未考慮廣播相關(guān)內(nèi)容。
•3GPP R16，2020年3月凍結(jié)，正式完成EnTV大塔廣播標(biāo)準(zhǔn)。R16中進(jìn)一步優(yōu)化EnTV，支持120-250km/h高速移動(dòng)；支持100km覆蓋范圍（循環(huán)前綴CP長(zhǎng)度進(jìn)一步擴(kuò)大到300μs）。
•3GPP R17，立項(xiàng)研究NR MBS小塔廣播標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)2022年3月凍結(jié)。
（二）技術(shù)方案分析
截止目前，3GPP定義的廣播技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要有4G eMBMS、EnTV、NR MBS。三者詳細(xì)方案和對(duì)比分析主要如下。
（1）eMBMS：適用于蜂窩基站（小塔），在4G LTE框架下的廣播技術(shù)。
技術(shù)架構(gòu)方面：eMBMS基于LTE網(wǎng)絡(luò)通用架構(gòu)，但需新增BM-SC、MBMS GW、MCE三個(gè)網(wǎng)元以支持eMBMS業(yè)務(wù)，如下圖。
•BM-SC(Broadcast Multicast Service Center，廣播多播業(yè)務(wù)中心)負(fù)責(zé)提供用戶管理、會(huì)話傳輸、業(yè)務(wù)聲明、安全管理和內(nèi)容同步等功能；
•MBMS GW(eMBMS網(wǎng)關(guān))負(fù)責(zé)將用戶面的數(shù)據(jù)以IP組播流的形式傳送到基站，同時(shí)通過(guò)MME處理接入網(wǎng)中MBMS業(yè)務(wù)的會(huì)話控制信令；
•MCE(Multi-cell/multicast Coordination Entity，組播協(xié)調(diào)實(shí)體)負(fù)責(zé)為eMBMS分配時(shí)域和頻域資源，并確定無(wú)線信道的編碼和調(diào)制方式，MCE既可以是獨(dú)立實(shí)體，也可以作為邏輯實(shí)體實(shí)現(xiàn)在基站中。
組網(wǎng)方式上：支持單頻網(wǎng)組網(wǎng)方式（MBSFN），使多個(gè)小區(qū)組成更大范圍的單頻網(wǎng)；也可以支持單小區(qū)廣播（SC-PTM）的組網(wǎng)方式，僅在單小區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行廣播。
由于應(yīng)用場(chǎng)景少、技術(shù)復(fù)雜和受限、端到端實(shí)現(xiàn)成本高，eMBMS僅在全球少數(shù)運(yùn)營(yíng)商開展試點(diǎn)，尚無(wú)成功商用案例。
第一，應(yīng)用場(chǎng)景少，無(wú)法建立有效的商業(yè)模式和生態(tài)。4G初期，多視角場(chǎng)館觀看比賽、高清視頻直播等場(chǎng)景沒(méi)有得到足夠重視，通過(guò)APP觀看電視內(nèi)容也不是主流場(chǎng)景。eMBMS的發(fā)展需內(nèi)容提供商、終端側(cè)、網(wǎng)絡(luò)側(cè)相互配合，由于沒(méi)有有效的商用模式和驅(qū)動(dòng)力，產(chǎn)業(yè)并不積極。
第二，技術(shù)復(fù)雜，端網(wǎng)實(shí)現(xiàn)成本高。為了支持eMBMS，運(yùn)營(yíng)商需增加部署B(yǎng)M-SC、MBMS GW等，在無(wú)線側(cè)單獨(dú)提供廣播信道。終端和芯片同樣需做一系列改造支持eMBMS相關(guān)交互流程，同時(shí)還需增加一個(gè)“中間件”來(lái)支持eMBMS業(yè)務(wù)，而提供“中間件”的廠商較少，同時(shí)涉及到專利等問(wèn)題。
第三，技術(shù)方案有約束。eMBMS支持的覆蓋范圍有限，全網(wǎng)覆蓋成本高，同時(shí)支持的移動(dòng)速率有限，僅支持60%載波資源用于廣播，并不能很好的適合廣播電視訴求。
（2）EnTV：eMBMS演進(jìn)，但應(yīng)用于廣播電視大塔的技術(shù)。
由于EnTV是從eMBMS一路演進(jìn)而來(lái)，在方案設(shè)計(jì)上借鑒eMBMS的設(shè)計(jì)思路，因此在技術(shù)架構(gòu)上EnTV與eMBMS相似，采用LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，需新增BM-SC、MBMS GW、MCE功能或?qū)嶓w；終端實(shí)現(xiàn)上也與eMBMS類似。
但由于潛在運(yùn)營(yíng)主體不同，兩者技術(shù)細(xì)節(jié)上有較大區(qū)別。EnTV更多面向廣播電視運(yùn)營(yíng)商而設(shè)計(jì)，在高功率高站址大塔上進(jìn)行廣播業(yè)務(wù)，只是底層承載技術(shù)由傳統(tǒng)數(shù)字電視技術(shù)轉(zhuǎn)向3GPP LTE承載；eMBMS僅支持在蜂窩基站上進(jìn)行廣播，潛在運(yùn)營(yíng)主體為移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商。EnTV相比eMBMS主要區(qū)別如下：
第一，支持更大覆蓋范圍。取消了eMBMS廣播業(yè)務(wù)保護(hù)間隔（CP）最多只有33us的限制，支持最高300us；單站發(fā)送功率增大，一般可達(dá)到1000W，覆蓋范圍最大可達(dá)近100km。
第二，支持更高速率。定義全新的幀結(jié)構(gòu)，突破eMBMS只能使用60%載波資源的限制，支持MBSFN的近100%（97.5%）效率單向廣播方式傳輸。
第三，支持無(wú)SIM卡接收。終端無(wú)需插入SIM卡，即可進(jìn)行相應(yīng)的接入鑒權(quán)，進(jìn)入單接收模式。
第四，可使用廣播技術(shù)的專屬頻譜。
（3）NR MBS：用于蜂窩基站（小塔），基于NR框架下的廣播技術(shù)。
NR MBS與eMBMS一樣，是用于蜂窩基站（小塔）的技術(shù)；但NR MBS與eMBMS、EnTV不一樣的是（1）NR MBS是基于5G NR的技術(shù)（eMBMS與EnTV均是基于LTE）；（2）NR MBS在設(shè)計(jì)上盡量簡(jiǎn)化、盡量復(fù)用現(xiàn)有NR設(shè)計(jì)，不增加專用設(shè)計(jì)，以此達(dá)到端到端實(shí)現(xiàn)上盡量簡(jiǎn)單、低成本，擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，這是MBS與eMBMS、EnTV的最大不同點(diǎn)。
NR MBS主要技術(shù)點(diǎn)如下，目前仍在具體討論中：
第一，簡(jiǎn)化核心網(wǎng)流程和設(shè)計(jì)。為支持5G MBS，需要在5G SA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)上，新增和改造幾類網(wǎng)元，包括（1）應(yīng)用層網(wǎng)元，用于鑒權(quán)及計(jì)費(fèi)，涉及MBSF-C和MBSF-U；（2）業(yè)務(wù)控制及業(yè)務(wù)傳輸方面，涉及MB-SMF（控制面）和MB-UPF（業(yè)務(wù)面）。
第二，不設(shè)計(jì)專用的物理信道及幀結(jié)構(gòu)，業(yè)務(wù)調(diào)度同單播方式。eMBMS為支持空口廣播，設(shè)計(jì)PMCH物理信道和MBSFN子幀，使用空口的專用資源，5G MBS不引入新的物理信道，完全復(fù)用PDCCH/PDSCH，與單播采用相同的動(dòng)態(tài)調(diào)度方式，空口資源利用效率更高，并便于PTM與PTP的轉(zhuǎn)換。
第三，廣播發(fā)送的顆粒度更精細(xì)。eMBMS僅支持多個(gè)基站宏分集的廣播發(fā)送方式。5G MBS支持每個(gè)小區(qū)范圍內(nèi)的廣播，廣播發(fā)送粒度進(jìn)一步減小。
第四，對(duì)組播引入PTM<->PTP的轉(zhuǎn)換。對(duì)組播業(yè)務(wù)，引入了HARQ反饋，增強(qiáng)鏈路可靠性。對(duì)組播業(yè)務(wù)，基于上行反饋結(jié)果，支持PTM與PTP的轉(zhuǎn)換。
五、廣電行業(yè)對(duì)5G廣播規(guī)劃
（一）工作體系
2018年，廣電總局科技司牽頭，所屬?gòu)V播電視科學(xué)研究院（廣科院）發(fā)起成立無(wú)線交互廣播電視工作組（AIB，Advanced Interactive Broadcasting，http://www.aib.ac.cn），主要進(jìn)行5G廣播等系列標(biāo)準(zhǔn)研究和制定，提出既滿足5G場(chǎng)景、又契合我國(guó)無(wú)線交互廣播電視網(wǎng)發(fā)展需求的技術(shù)方案，開展試驗(yàn)驗(yàn)證和產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)，推進(jìn)廣播電視主流媒體進(jìn)入手機(jī)，占領(lǐng)小屏。中國(guó)廣電（CBN）、高通、華為、中興，以及部分廣電行業(yè)廠商均是成員單位。
（二）目標(biāo)和愿景
通過(guò)大塔和小塔相結(jié)合，單播/組播/廣播方式動(dòng)態(tài)智能切換，支持無(wú)卡接收，（1）可盤活全國(guó)7000余座廣播電視無(wú)線發(fā)射大塔資源，結(jié)合蜂窩基站，既可以實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)地區(qū)信號(hào)覆蓋，也能夠滿足熱點(diǎn)區(qū)域室內(nèi)室外和移動(dòng)狀態(tài)下的深度覆蓋；（2）可應(yīng)用在電視等大尺寸固定終端，也支持手機(jī)、平板、穿戴設(shè)備、汽車中控臺(tái)等各種形態(tài)移動(dòng)終端，全面實(shí)現(xiàn)廣播電視終端通、人人通；（3）最終實(shí)現(xiàn)電視節(jié)目，以及視頻/數(shù)據(jù)/公共安全/物聯(lián)網(wǎng)/車聯(lián)網(wǎng)等全業(yè)務(wù)內(nèi)容，能夠通過(guò)廣播方式傳送到手機(jī)等終端，用戶可隨時(shí)隨地觀看節(jié)目或接收數(shù)據(jù)推送服務(wù)，進(jìn)行個(gè)性化交互，不消耗通信流量，也沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)擁堵。
（三）規(guī)劃時(shí)間
廣電計(jì)劃在2022年初冬奧會(huì)進(jìn)行演示，2020年已進(jìn)行多次演示，9月與華為演示了首個(gè)基于700MHz網(wǎng)絡(luò)的5G NR廣播業(yè)務(wù)，通過(guò)10部華為Mate30 pro 5G智能手機(jī)同時(shí)接收5G NR廣播高清視頻數(shù)據(jù)流并實(shí)時(shí)播放，端到端實(shí)現(xiàn)5G NR廣播業(yè)務(wù)的視頻服務(wù)。
2020中國(guó)5G＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上，中國(guó)廣電現(xiàn)場(chǎng)展示了多部5G智能手機(jī)同時(shí)接收5G NR廣播高清視頻數(shù)據(jù)流并實(shí)時(shí)播放
