5G NR在国家应急广播体系中的应用研究

陈鹏涛

国家广播电视总局监管中心 北京市 100866

引 言

应急广播是指利用广播电视、网络视听等信息传送方式，向公众或特定区域、特定人群发布应急信息的传送播出系统，是国家应急体系和国家公共服务体系的重要组成部分。2021年6月，国家广播电视总局和应急管理部联合印发《应急广播管理暂行办法》中有了明确定义。办法中还指出，应急广播要坚持服务政策宣传、服务应急管理、服务社会治理、服务基层群众的宗旨，按照国家基层公共服务标准和地方实施标准，建立健全长效系统建设和运行保障机制，有效发挥应急广播“最后一公里”传播优势，提升应急广播发布的科学性、精准性、有效性，面向人民群众提供应急广播公共服务。近年来，应急广播在应对突发事件、提高突发事件响应和处置能力、加强基层宣传工作等方面具有重要作用，承担着重要职责。

目前，各地应急广播多数基于传统的广播电视覆盖网搭建，应急信息终端唤醒依赖于机顶盒、收音机、大喇叭、户外屏等终端系统，这些终端多集中在城市、乡村等人口聚居区，覆盖面有局限性。在遇到一些紧急、复杂和持续性的突发事件或面对复杂地形时，如何快速、准确、灵活的将应急信息传递到特定的区域和人群，亟需其他技术手段来扩充。随着通信技术的发展，第五代通信技术即5G（5th Generation Mobile Communication Technology）也逐渐渗透到人们的日常生活中，应急广播作为5G应用的重要应用场景已经成为应急信息传播的一种重要手段。

同时，利用5G提高灾害事故监测感知能力，完善灾害事故监测预警网络也是完善国家应急体系和国家公共服务体系的需要。2022年2月14日，国务院印发的《“十四五”国家应急体系规划》也为应急广播利用5G技术指明了方向。规划中指出，在强化风险监测预警预报方面，充分利用物联网、工业互联网、遥感、视频识别、第五代移动通信（5G）等技术提高灾害事故监测感知能力，优化自然灾害监测站网布局，完善应急卫星观测星座，构建空、天、地、海一体化全域覆盖的灾害事故监测预警网络。在应急通信和应急管理信息化建设工作中，构建基于天通、北斗、卫星互联网等技术的卫星通信管理系统，实现应急通信卫星资源的统一调度和综合应用。采用5G和短波广域分集等技术，完善应急管理指挥宽带无线专用通信网。推动应急管理专用网、电子政务外网和外部互联网融合试点。

本文结合5G NR在国家应急广播调度控制先导项目的应用情况及总局十四五应急广播项目进展情况，对广电5G NR在应急广播中的应用进行了研究，以期在5G技术应用时代下，提升应急广播预警能力，提高应急广播指挥调度水平，充分发挥国家应急广播的作用和优势。

1 5G NR概述

1.1 相关概念

5G：5th Generation Mobile Communication Technology，即第五代移动通信技术，它是在4G技术特点和经验的基础上不断演进成熟起来的新一代宽带移动通信技术，具有高速率、低时延、低功耗和万物互联等特点，是实现人机物互联的网络基础设施。

5G广播：5G Broadcasting System，是指采用3GPP制定的符合移动通信标准要求的广播传输技术而构建的广播电视系统，包括大塔广播和小塔广播，相关技术制定在3GPP框架下开展，符合3GPP要求。

3GPP：3rd Generation Partnership Project，即第三代合作伙伴计划，成立于1998年12月，本质上是一个行业协会，最初合作研究和制定3G（第三代移动通信技术）标准，后来制定4G标准，目前也是全球5G标准的唯一制定者。3GPP制定的标准规范以Release作为版本进行管理，平均一到两年就会完成一个版本的制定，从建立之初的R99，之后到R4，目前已经演进到R18。

5G NR：5G New Radio，5G新空口技术，是基于OFDM的一个新的无线接入技术，由3GPP开发制定标准，始于2015年，在R14中提出，一直在演进中，是基于5G移动通信网，采用融合单播、组播、广播方式，向各类5G移动智能终端提供新型交互化视频广播服务和融合信息服务的全新5G技术。

空口：Radio，即终端和基站之间的空中接口，它定义了终端和基站之间用于数据交换所遵循的无线信号传输规范，包括频率、带宽、编码等内容。

1.2 5G NR

移动通信系统主要由终端、基站、核心网三部分组成，其中终端和基站组成基站子系统，核心网内部的各种网元组成网络子系统。空口专用于基站子系统内部，跟核心网无直接联系。到了5G时代，3GPP规定，基站和核心网子系统各自独立演进到5G，两个子系统的独立性进一步增强。另外，由于5G组网方式灵活，既可以独立组网，也可以非独立组网。在独立组网时，5G基站连接5G核心网；在非独立组网时，5G基站和4G基站既可以连接4G核心网，又可以连接5G核心网。这样，同一部手机与基站之间拥有两路空口连接，为了区别终端和4G基站之间的空口，就把终端和5G基站之间的链路叫做“新空口”，即5G NR，而终端与4G基站之间的链路为“旧空口”。5G组网方式共有8个选项，此处以非独立组网方式中的选项3和选项7示意一下“新空口”，如图1所示。

图1 5G NR示意图

1.3 广电5G频谱资源

2019年6月，工信部正式为中国移动、中国联通、中国电信和中国广电四家企业发放5G牌照，我国正式进入5G时代。2020年3月，工信部发布了《关于调整700MHz频段频率使用规划的通知》，中国广电正式获得准许使用700MHz频段搭建5G移动通信网，中国广电携700MHz正式入局，成为了名副其实的第四家移动运营商。四大运营商5G频谱分布情况，如图2所示。

从图2中，可知中国广电拥有700MHz频段60MHz、4.9GHZ频段60MHz，合计120MHz的5G频谱资源，相比其他三家运营商略少，但由于700MHz频段的特殊性又使得中国广电占到了先天频率优势。这与700MHz作为5G“黄金频段”的优势是分不开的。中国移动和中国广电先后于2020年和2021年签订相关合作框架协议，宣布共享2.6GHz频段，共同建设此频段的5G网络，中国广电在频谱资源上的缺失已不重要。

图2 四大运营商5G频谱分布情况

700MHz频谱具有自身优势，按照电磁波频率和波长的关系λ=C/f（λ为波长，f为频率，C为光速）公式可知，电磁波频率越高，波长越短，越倾向于直线传输，绕射能力越低。700MHz频段比5G中高频段频率低，波长更长，传输损耗低，穿透能力和绕射能力更强。相同条件下，所需基站数量大大减少，可缩减建站成本以及后期运维成本。700MHz相较于5G的中高频段，覆盖力更强，可实现普通楼宇的深度覆盖和地理广域覆盖，在光纤基础设施不完善的环境下代替光纤接入，实现5G信号全覆盖。另外，由于700MHz频段采用频分双工FDD（Frequency Division Duplexing）模式，而中高频段均采用时分双工TDD（Time Division Duplexing）模式，FDD相较于TDD，天然具有网络低延迟的优势，更有助于开展低延时、高可靠业务。

2 国家应急广播体系建设

应急广播体系是国家应急体系和国家公共服务体系的重要组成部分。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中提出，要完善应急广播体系，实施智慧广电固边工程和乡村工程。2021年发布的《国家基本公共服务标准（2021年版）》中提出，要为城乡居民提供广播节目和突发事件应急广播服务。2021年发布的《“十四五”公共服务规划》中提出，要推动应急广播体系建设和有线高清交互数字电视机顶盒推广普及。2022年中央一号文件中提出，要统筹推进应急管理与乡村治理资源整合，加快推进农村应急广播主动发布终端建设，指导做好人员紧急转移避险工作。这些都与国家应急广播体系建设息息相关。

在国家应急发布的整个体系中，国家应急信息可通过广播电视传输覆盖网、地震气象自建渠道、电信网络、互联网服务商、地方特色预警等多种渠道进行综合发布。广电应急广播系统是国家应急信息传送通道的重要组成部分和最佳途径。2018年，国家广播电视总局出台了《应急广播系统资源分类及编码规范》《应急广播系统总体技术规范》《应急广播平台接口规范》等11个技术标准；2020年，广电总局发布了《应急广播系统建设技术白皮书（2020版）》；2021年，广电总局制定了《应急广播技术标准体系》，涉及系统通用、传输覆盖、安全运行、效果监测等四大类共28项标准；2022年又对2018年发布的《应急广播消息格式规范》《应急广播安全保护技术规范数字签名》等多项技术标准进行修订审定，作为行业标准准备进行发布，进一步完善规范体系，指导应急广播工作发展。截至2022年6月，全国已建成应急广播平台国家级1个、省级13个、市级97个、县级1219个，乡（镇）级前端1.9万套，村（社区）级前端22.4万套，覆盖应急广播终端3791万个，全国应急广播体系建设取得重要阶段性成果。已建设的各级应急广播平台在应急响应、信息发布、政策宣讲、心理疏导以及党史学习、基层党建等方面发挥了独特作用。

2018年规划的全国应急广播技术系统由国家、省、市、县四级组成，各级系统包括应急广播平台、广播电视频率频道播出系统、传输覆盖网、接收终端和效果监测评估系统五部分。应急广播平台由制作播发、调度控制和基础服务等部分组成。应急广播平台接收本级应急信息源的应急信息，及上下级应急广播平台的应急广播消息，快速处理并制作相应的应急广播节目，结合本级应急广播资源情况生成应急广播消息，通过广播电视频率频道播出系统或传输覆盖网进行播发。接收终端接收响应来自传输覆盖网的应急广播节目实现最终播发。应急广播效果监测评估系统对应急广播播发状态、发布效果等进行监测，并将本级监管信息报至上级应急广播效果监测评估系统。国家级应急广播平台实现对全国应急广播系统的信息搜集、整理、监测等功能，为上级领导提供决策依据，如图3所示。

图3 应急广播技术系统总体架构

随着机构改革不断深入，国家广播电视总局单位设置也有所变化。2021年国家广播电视总局和应急部联合印发的《应急广播管理暂行办法》中，指出应急广播系统由应急广播平台、传输覆盖网、快速传送通道、应急广播终端和效果监测评估系统等组成，应急广播平台包括应急广播制作播发平台和调度控制平台。应急广播制作播发平台承担本级政府或应急信息发布部门发布的紧急类应急信息的接收、制作、处理、播发任务，确保信息内容安全和播出秩序安全。应急广播调度控制平台主要承担的任务有：接收本级政府或应急信息发布部门发布的紧急类应急信息，适配处理为应急广播消息后，传输分发到快速传送通道；接收本级应急广播制作播发平台发送的应急信息，适配处理为应急广播消息后，传输分发至传输覆盖网；处理上级、下级应急广播调度控制平台发送的应急广播消息；监测、汇总上报信息播发和系统运行等情况。办法第十六还指出，“在确保安全可控情况下，应急广播调度控制平台可以单独设立，也可以与应急广播制作播发平台、传输覆盖网合并设立”。这样各级应急广播系统建设有了更大的灵活度，职能得到明确划分。国家广播电视总局也先后不断加大投入建设应急广播系统，目前建设在总局监管中心的应急广播预警信息调度控制自动适配系统以试验的方式连通了黑龙江、江苏、安徽、山东、四川、新疆、内蒙古、广西等12个省的应急广播平台。广电总局还承担了国家应急广播调度控制平台的建设任务，2022年该项目初步设计已经获得国家发改委批准，目前项目正在加快实施当中。

由调度控制平台逻辑架构图，如图4所示，可知2021年颁布的办法中，全国应急广播技术系统相比2018年的总体规划有了变化。办法中全国应急广播技术系统由信息源、调度控制平台、传输覆盖网、应急广播终端和效果监测评估系统等组成。调度控制平台分国家、省、市、县四级建设运行，负责接收各部门应急信息，调度所属传输覆盖资源进行播发，同时通过与上下级平台互联互通，实现对传输覆盖网和终端的监测评估和综合管理，是每一级应急广播系统的核心枢纽。

图4 调度控制平台逻辑架构图

3 5G NR在国家应急广播中的应用

应急广播主要利用广播电视向公众通告紧急事件，但其覆盖面有限。为了扩大广播覆盖面，5G NR为应急广播提供了新技术手段。利用新技术将手机等智能终端与广播电视相结合，共同向公众通告紧急事件，既能提高时效性，又能扩大覆盖面。

通过5G NR应急广播发布流程图，如图5所示，可知由国家级应急信息发布部门发布的或者由省级应急信息发布部门发布应急信息，需要经国家应急广播调度控制平台按照标准规定格式进行封装，经专线或电子政务外网传输至国家应急广播调度控制平台，经国家应急广播调度控制平台数字签名系统验签通过后统一签名，通过播发策略判断调度传输至5G运营商广播内容平台。5G运营商广播内容平台接收到信息后，由国家应急广播调度控制平台部署在5G运营商广播内容平台的数字签名系统验签后，送入加密与适配系统，加密适配系统将应急广播消息适配成规定格式的数据流，以相关API接口交接，接入5G运营商核心网，5G核心网通过内容分发将应急广播消息传输至基站，最后由基站向5G终端和5G监测终端传送应急广播消息，终端接收到应急广播消息后，5G终端解码后由终端中的相关应用或操作系统以不同的方式呈现，5G监测终端将监测到效果和数据再传送给国家应急广播调度控制平台的效果监测系统，效果监测系统对监测到数据汇总分析。

图5 5G NR应急广播发布流程图

5G终端呈现应急广播信息有两种方式：文字信息、音视频信息。文字信息呈现相对简单，以短信、滚动字幕、操作系统底层弹窗信息的方式来实现。音视频的呈现方式则相对复杂，可分为以下几种情况：

1.使用专门的应用呈现；

2.如果用户正在使用视频应用，则直接使用当前正在使用的视频应用呈现；

3.如果用户没有使用视频应用，则选自带的视频播放器。

第一种方式，需要专门应用常驻终端操作系统后台，比较容易实现。第二种方式较为复杂，需要跟开发视频应用的厂商进行对接，技术难度较低，但协调比较困难。第三种方式同第一种类似，需要终端操作系统支持。目前，中国广电已实现第一种方式和第三种方式，但第三种方式只在某些特殊的终端上可以实现。第二种方式还未开展。如图6所示，为第一种形式的实现结果。

图6 5G NR应急广播播发覆盖效果图

结 论

应急广播的发展和国家应急广播体系建设离不开新技术的应用，应急广播急需在发布渠道、覆盖范围及效果监测等方面取得突破，随着5G、AI、互联网、信息安全等技术的发展和应用，这些问题将会有一个全面的解决方案。我们相信，在不久的将来，新技术在提升应急广播预警能力，提高应急广播指挥调度水平，助力国家应急广播建设，充分发挥应急广播的服务广大人民群众方面发挥更大的作用和优势，我们也会持续不断的关注5G NR技术的发展，探讨在业务上的应用。