5G NR 组播广播技术实现与应用

安徽省广播电视科研所 尤丽娜

5G NR 组播广播服务是一种点对多点服务，采用单播、组播及广播的方式，通过移动蜂窝基站和广播电视塔，向各种智能终端提供交互化视频广播服务和融合信息服务，具备在公共安全、物联网等垂直行业领域开展创新服务的优势[1]。

传统广播电视只具备单向下行覆盖传输，用户只能通过专有终端，被动地接收音视频内容，无法回传，交互性差，有些地方由于建筑遮挡等原因还可能会存在“盲区”，导致无法“随时随地”接收媒体内容。同时，广电运营商不可避免的面临OTT 流媒体、IPTV 等的视频业务冲击，海量数据的上传要求也快速增长，大并发量、实时数据传输应用场景均需要提供高效稳定的内容传输。而5G 具有更大的传输容量、更高的可靠性、更低的时延，不但可以满足持续增长的大带宽移动互联网需求，还能与垂直行业的多种业务融合。因此5G 作为新一代数字化基础设施，5G 组播广播服务将为广播电视行业带来新的变革机遇。

1 5G NR 组播广播技术简介和解决方案

1.1 5G NR 组播广播技术简介

根据3GPP 的划分，5G NR 主要包括两大频谱范围：FR1（410MHZ--7125MHZ） 和FR2（24250MHZ--52600MHZ），5G NR 组播广播服务，采用一对多的服务模式，数据从单点传输到多个接收点，根据网络实时情况，动态切换单播、组播、广播服务方式，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。工信部发布的《5G 应用“扬帆”行动计划（2021-2023 年）》明确提出要“推广高新视频服务、推动5G NR广播电视落地应用、提供广播电视和应急广播等业务”。

1.2 5G 组播广播技术应用解决方案

由于传统的广播方式采用高功率大塔广播，覆盖广，效率高，适合提供公共服务，但是不能提供交互业务。移动通信采用低功率小塔，能提供个性化、交互式业务以及高新视频业务等，但覆盖范围小，广域覆盖成本高。因此，5G 组播广播技术方案使用广播电视大塔、移动蜂窝基站、IP 宽带混合覆盖，如图1 所示，广播电视塔提供广播业务，移动基站提供广播/单播服务，固定宽带提供单播/多播服务。实现跨运营商的信息传送，灵活为各种类型终端提供丰富多样的多媒体内容分发服务。

图1 5G NR 组播广播技术架构图Fig.1 Technical architecture of 5G NR multicast broadcasting

2 5G 超级上行技术定义和原理

由于超高清视频通信、大数据采集、智能监控、AR/VR 视频直播等都对5G 的性能，特别是上行容量、上行覆盖等提出了高要求，现阶段5G 网络采用3.5GHz 频段部署单层网存在上行覆盖能力较弱、上行容量较低等问题，而上行受限于终端、帧结构和频段，体验远不如下行，因此需要不断提升5G 网络的上行性能，上行增强技术研究是5G 商用网络的重点关注方向之一。

超级上行的主要原理是终端在两个载波进行上行传输的时候，通过时分的方式复用低频载波和高频载波，从而可以兼具低频穿透性好、全时隙进行上行传输，以及高频大带宽的优势，进而可以更加充分的利用上行资源，提升上行覆盖和吞吐率。

2.1 基于超级上行SUL 技术

基于超级上行的SUL 技术，如图2 所示：终端一条上行链路固定使用2.6GHz，在2.6GHz 载波TDD 的下行时隙，使用700MHz 辅助载波的上行传输数据；到了2.6GHz 载波的上行时隙，上行发射通道使用2.6GHz 载波，上行有2 条上行发送链路，实现2.6GHz 的TDD、NR 双流上行传输。不但上行速率得以提升，还降低了下行数据反馈的时延，间接提升了下行速率。

图2 SUL 和超级上行SUL 上下行传输示意图Fig.2 Schematic diagram of uplink and downlink transmission of SUL and SUL with super uplink

2.2 基于超级上行的时频双聚合技术

时频双聚合技术（FAST，Fusion Assisting Super TDD）是带外聚合载波技术与上行发射通道切换技术的结合。它基于载波聚合技术，在上下行的频域和时域深度融合多个NR 载波，可同时实现上下行覆盖增强和容量提升，在不增加硬件设备、不调整现网工参等情况下即可兼顾上下行、持续提升5G 性能，显著提升用户体验。

如图3 所示，使用5G 时频双聚合技术时，在距离基站近点区域，利用FDD+TDD 同时进行上下行传输，实现大带宽和低时延；在远点则把上行切换到FDD 来提升覆盖，下行则继续保持FDD+TDD 双聚合，提升业务体验速率。

图3 时频双聚合技术上下行传输示意图Fig.3 Schematic diagram of uplink and downlink transmission of time frequency dual aggregation technology

通过超级上行技术对SUL 和CA 进行增强。由于SUL 是5G 新增技术，产业链成熟度不足，并且SUL 载波和NR 载波的紧耦合，暂不支持跨站、跨小区，对商用部署带来挑战；CA 技术产业成熟度较高，支持跨站跨小区部署，并已有5G 实验网的测试案例，主流终端芯片厂商有支持计划。从产业链、网络性能（覆盖、速率和时延）、部署复杂度等方面综合考虑，时频双聚合技术是最佳上行增强技术。

3 5G NR 的组播广播技术的应用场景

中国广电在北京、上海、南京等地已完成基于蜂窝基站和广播电视塔的5G NR 广播融合交互测试，实现了端到端5G 广播在电视频道直播和公共安全服务场景的应用，为广电实现5G 差异化发展奠定基础。该技术除了可为用户提供包括电视频道直播、互联网直播、交互化全种类视频广播服务，满足用户交互化、多样化的视频服务需求之外，还可以用来优化OTA 多播服务、直播带货以及为宽带通达率低的农村地区提供远程教育等。此外，5G NR 组播广播技术还可以融合信息广播服务，支持公共安全、应急交互广播[2]、物联网等新型多媒体信息类广播应用，提高全网信息传输效能与应用服务能力，有效拓展新型广播业务。

4 结语

本文主要介绍了5G NR 组播广播技术及其应用，提出了使用超级上行增强技术，解决5G 网络上行覆盖能力较弱、上行容量较低等问题，并从网络性能（覆盖、速率和时延）、产业链、部署复杂度等方面综合考虑，切实提高5G 网络信息传输效能与应用服务能力。