5G NR 廣播技術(shù)及應用

張 齊

（內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射中心寧城725 臺，內(nèi)蒙古 赤峰 024200）

0 引言

在當今數(shù)字化時代，通信技術(shù)的飛速發(fā)展正引領(lǐng)全球社會向著互聯(lián)和智能的未來邁進。其中，第五代移動通信技術(shù)（5G）作為一項革命性的技術(shù)創(chuàng)新，正在以其強大的潛能改變著人們的日常生活和商業(yè)模式。在5G 的眾多關(guān)鍵技術(shù)中，5G 新無線（New Radio，NR）廣播技術(shù)更是備受矚目，因其在傳播效率、速度和連接性方面的顯著優(yōu)勢而備受期待[1]。因此，本文探討了5G NR 廣播技術(shù)及應用。

1 5G NR 廣播技術(shù)概述

1.1 5G NR 廣播技術(shù)概念

5G NR 廣播技術(shù)是一種基于5G 移動通信網(wǎng)絡的全新廣播組播技術(shù)，利用5G 網(wǎng)絡的高速率、低時延、大連接等優(yōu)勢，為各種5G 通用終端（如手機、平板電腦、電視、穿戴設(shè)備及汽車中控臺等）提供了先進的交互式視頻廣播服務和融合信息服務[2]。該技術(shù)采用了單播、組播、廣播的靈活切換模式，通過高質(zhì)量、高碼率、高并發(fā)量的多媒體內(nèi)容傳輸，滿足了多樣化的業(yè)務場景需求。無論是融媒體新聞傳播、直播賽事、應急廣播，還是空中下載升級等，5G NR廣播技術(shù)都表現(xiàn)出了強大的適應能力。值得注意的是，該技術(shù)不僅支持基于位置的定向廣播和組播服務，還能為用戶提供個性化和智能化的廣播體驗。該技術(shù)已經(jīng)在第三代合作伙伴計劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP）5G 國際標準中成功立項，并將在Rel-17 版本中得到支持。中國廣電與國內(nèi)外行業(yè)伙伴共同推動該技術(shù)的發(fā)展。5G NR 廣播被認為是5G 時代廣播電視業(yè)務創(chuàng)新的引領(lǐng)方向，為用戶帶來了更豐富、高效、智能的廣播服務體驗。

1.2 5G NR 廣播技術(shù)特征

5G NR 廣播技術(shù)在廣播領(lǐng)域展現(xiàn)了獨特的靈活性和創(chuàng)新性。該技術(shù)主要利用5G 蜂窩基站傳輸廣播信號，依托中國移動合作共建的48 萬個5G 基站的強大網(wǎng)絡支持[3]。通過廣播電視發(fā)射塔，特別是以中央發(fā)射塔為主的大塔，5G 廣播信號實現(xiàn)了無SIM 卡用戶也能無縫接收的突破。5G NR 廣播技術(shù)能夠動態(tài)、無縫地切換單播服務和廣播服務，讓用戶既可以通過單播方式按需點播，也可以通過廣播方式免流量收看。在終端適應性方面，5G 廣播追求通用性，通過軟件升級，與傳統(tǒng)的移動端電視如中國移動多媒體廣播（China Mobile Multimedia Broadcasting，CMMB）等有所區(qū)別[4]。5G NR 廣播技術(shù)的業(yè)務形態(tài)非常靈活，不僅支持傳統(tǒng)的電視頻道廣播，還能夠提供新型的交互式視頻廣播服務和融合信息廣播服務。其雙向交互性的優(yōu)勢使得業(yè)務形態(tài)更加多樣化，可擴展至公共安全、應急廣播等新的多媒體廣播業(yè)態(tài)。值得一提的是，該技術(shù)能夠廣泛適配各種類型的5G 標準通用終端，并支持Free-to-Air 等模式，從而實現(xiàn)通用5G 終端的接收，為廣播服務帶來更廣泛和便捷的用戶覆蓋。

1.3 5G NR 廣播關(guān)鍵技術(shù)

5G NR 廣播是一種基于5G NR 的廣播傳輸技術(shù)，可以實現(xiàn)高效、可靠、低時延的廣播服務，滿足未來多媒體、緊急通信及物聯(lián)網(wǎng)等多種廣播應用的需求。5G NR 廣播依賴于多項關(guān)鍵技術(shù)的協(xié)同作用，主要包括以下4 種技術(shù)。

第一，非正交多址接入（Non-Orthgonal Multiple Access，NOMA）技術(shù)。NOMA 技術(shù)允許在同一時間、同一頻率資源上同時傳輸多個用戶的信號，并通過功率域或編碼域的方式實現(xiàn)用戶的區(qū)分。這種技術(shù)提高了頻譜利用率和系統(tǒng)容量，有效地支持了5G NR 廣播技術(shù)的大規(guī)模用戶接入和高速率傳輸，同時降低了網(wǎng)絡的時延和復雜度。

第二，大規(guī)模多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技術(shù)。大規(guī)模MIMO 技術(shù)使用大量的天線陣列，在發(fā)射和接收端同時傳輸和接收多路信號。這一技術(shù)提高了無線信號的傳輸速率和可靠性，有效地提升了5G NR 廣播技術(shù)的空間復用能力和頻譜效率，同時增強了信號的抗干擾性和覆蓋范圍。

第三，波束成形技術(shù)。波束成形技術(shù)通過對天線陣列的信號進行加權(quán)和相位調(diào)節(jié)，實現(xiàn)信號的方向性傳輸和接收。這種技術(shù)提高了無線信號的傳輸質(zhì)量和效率，有效地支持了5G NR 廣播技術(shù)的定向傳輸和接收，同時減少了信號的干擾和損耗。

第四，網(wǎng)絡切片技術(shù)。網(wǎng)絡切片技術(shù)通過對網(wǎng)絡資源進行虛擬化和隔離，實現(xiàn)不同業(yè)務需求的定制化網(wǎng)絡服務。這一技術(shù)提高了網(wǎng)絡的靈活性和效率，有效地支持了5G NR 廣播技術(shù)的多業(yè)務場景和多維度的服務質(zhì)量保障，同時提高了網(wǎng)絡的安全性和可靠性。

2 5G NR 廣播技術(shù)應用

2.1 媒體廣播中的應用

2.1.1 融媒體新聞傳播服務

融媒體新聞傳播服務利用5G NR 廣播技術(shù)的獨特優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下兩個方面。一是內(nèi)容的豐富多樣性[5]。融媒體新聞傳播服務不僅涵蓋傳統(tǒng)的文字、圖片、音頻及視頻等形式，還融合了虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）、增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）、3D 等新技術(shù)，打造了更生動、立體、逼真的新聞內(nèi)容，以滿足用戶的多元化需求。例如，浙江廣電集團利用VR 技術(shù)開發(fā)的 “VR 看浙江” 產(chǎn)品，使用戶能夠身臨其境地感受浙江的文化、歷史、發(fā)展等方面。二是傳播方式的靈活便捷。融媒體新聞傳播服務通過5G NR 廣播技術(shù)，保證了高速、低延遲、高可靠的視頻傳輸，確保了新聞內(nèi)容的穩(wěn)定性和流暢性。通過智能的內(nèi)容分發(fā)，根據(jù)用戶的設(shè)備、網(wǎng)絡、位置和時間等因素，實現(xiàn)了新聞內(nèi)容的按需傳播、精準推送和實時更新。

2.1.2 直播、賽事服務

在直播、賽事業(yè)務領(lǐng)域，5G NR 廣播技術(shù)為觀眾帶來了前所未有的沉浸式體驗，通過指定基站向特定區(qū)域范圍內(nèi)的用戶進行廣播，實現(xiàn)了模擬現(xiàn)場實時觀看的體驗感。在演唱會、體育賽事等場景中，用戶通過手機可以以多角度、高清的方式觀看表演實況，仿佛身臨其境感受現(xiàn)場氛圍。舉例來說，在五棵松體育中心場館中，5G NR 廣播技術(shù)被成功應用，通過9 部手機同時展示9 個不同視角的視頻信號，對一場比賽進行全方位的直播。這種自主交互式觀賽的方式突破了傳統(tǒng)直播方式的局限，觀眾可以根據(jù)個人喜好隨意切換視角，實現(xiàn)了對傳統(tǒng)觀賽方式的革新。這一技術(shù)的最大特點在于其智能、動態(tài)地切換單播服務和廣播/組播服務，保證網(wǎng)絡利用效率的同時，極大地拓展了個人服務與行業(yè)服務的支撐能力，同時適配各類型5G 標準通用終端，無須硬件定制化改動。

2.2 應急廣播中的應用

應急廣播是指在面臨突發(fā)公共事件（自然災害、事故災難、公共衛(wèi)生事件和社會安全事件）時，通過廣播技術(shù)向公眾傳遞緊急信息服務的一種應急手段。5G NR 廣播技術(shù)的應用為這一領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展提供了強大支持。

5G NR 廣播技術(shù)借助蜂窩網(wǎng)絡與廣播電視發(fā)射塔的協(xié)同方式，實現(xiàn)了對特定面積和人群的高效率、高可靠性、高覆蓋率的應急廣播服務。這種協(xié)同方式不僅提高了信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性，還降低了成本和資源消耗，為應急廣播提供了更加靈活和可靠的技術(shù)保障。而且，不受用戶驗證的限制，基于700 MHz 頻段的手機都能獲得5G NR 廣播服務，使得廣大用戶，無論是中國廣電、中國移動、中國電信還是中國聯(lián)通的號卡用戶，都能及時接收到關(guān)鍵的應急信息。

5G NR 廣播技術(shù)在應急廣播中采用多樣化的媒體形式，向通用手機終端廣播發(fā)布應急信息。這種多媒體的呈現(xiàn)形式提醒用戶關(guān)注緊急情況，同時為用戶提供救災信息和電子地圖等實用信息，引導用戶迅速采取正確的應對措施。

5G NR 廣播技術(shù)與國家級應急廣播平臺系統(tǒng)實現(xiàn)了緊密對接，為應急廣播的統(tǒng)一管理和調(diào)度提供了高效手段。這種對接使得應急廣播能夠及時獲取和分析來自各級政府和社會組織的應急信息，制定和發(fā)布最合適的應急方案，協(xié)調(diào)和調(diào)動各方應急資源，實現(xiàn)應急廣播的快速響應和高效執(zhí)行。

2.3 空中下載升級服務

空中下載升級服務是一項通過無線網(wǎng)絡向終端設(shè)備發(fā)送軟件更新包或配置文件的服務，旨在提高設(shè)備性能、安全性、穩(wěn)定性和兼容性，同時增加新功能或修復已知問題。5G NR 廣播技術(shù)在空中下載升級服務中的應用為此服務帶來了諸多優(yōu)勢。一方面，5G NR 廣播技術(shù)通過廣播模式實現(xiàn)了對大量終端設(shè)備的同時升級，向它們發(fā)送相同的軟件更新包或配置文件，極大提高了升級效率、可靠性，同時降低了升級成本。這種廣播模式不僅節(jié)省了網(wǎng)絡資源和帶寬，還避免了因為終端設(shè)備的數(shù)量和類型的不同而導致的升級失敗或不一致的風險。這一特點尤其適用于廣泛分布的終端群體，保障了在不同地區(qū)、網(wǎng)絡狀態(tài)差異等情況下的統(tǒng)一升級體驗。另一方面，5G NR 廣播技術(shù)利用組播模式，向特定終端設(shè)備群組發(fā)送定制化的軟件更新包或配置文件。這為實現(xiàn)精準、靈活、安全的空中下載升級服務提供了便利。通過根據(jù)終端設(shè)備的類型、屬性、需求等因素進行分組管理和組播控制，系統(tǒng)可以根據(jù)具體需求向不同終端設(shè)備群組提供個性化的升級內(nèi)容和策略，滿足不同用戶群體的升級需求。

3 結(jié)語

5G NR 廣播技術(shù)的成功應用不僅推動了廣播領(lǐng)域的發(fā)展，也為未來廣播電視業(yè)務的創(chuàng)新發(fā)展方向打開了新的局面。隨著5G NR 廣播技術(shù)的不斷成熟和普及，相信廣播服務將迎來更廣闊的發(fā)展空間，用戶將享受到更為豐富、高效、智能的廣播體驗。