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        5G 與廣播電視地面?zhèn)鬏斎诤下窂窖芯?/h1>
        2021-11-18 07:03:46沈云峰胡麗宏
        魅力中國 2021年43期
        關(guān)鍵詞:線極化圓極化廣電

        沈云峰 胡麗宏

        (長興縣融媒體中心,浙江 湖州 313100)

        廣播電視傳輸覆蓋實行數(shù)字化變革,技術(shù)體系朝著數(shù)字化、模擬化方向過渡。CDR 廣播、地面數(shù)字電視的無線覆蓋也逐漸推廣。工信部向廣電企業(yè)頒發(fā)5G 牌照,廣電傳輸、互聯(lián)網(wǎng)、通信技術(shù),就會實現(xiàn)融合發(fā)展,因此5G 屬于重要趨勢。

        一、廣電地面覆蓋與移動通信融合探索

        (一)地面廣電智能化擴展

        傳統(tǒng)意義上,地面數(shù)字電視、廣播技術(shù)成熟度高。地面數(shù)字電視標準中,出現(xiàn)了較多一代標準、二代標準。針對數(shù)字廣播標準,我國實行CDR 標準。部分標準融合新技術(shù),并且廣播上提供動態(tài)化體驗,置入動態(tài)廣告、個性化圖形、第二屏應(yīng)用同步等。比如ATSC3.0 標準,該標準結(jié)合OTA 廣播信號、家庭互聯(lián)網(wǎng)。節(jié)目利用廣播與電視接收;廣告與其他媒體信息,則利用互聯(lián)網(wǎng)提供。但是,上述標準并未獲得運營商、移動設(shè)備支持,且地面廣播電視覆蓋缺陷,導(dǎo)致移動視頻業(yè)務(wù)發(fā)展速度快,相應(yīng)縮小傳統(tǒng)覆蓋網(wǎng),需要應(yīng)用新數(shù)字廣播技術(shù),實現(xiàn)交互雙向視音頻業(yè)務(wù)。

        (二)移動通信的廣播模式拓展

        移動新技術(shù),尋求廣播電視融合。第三代移動通信中,引入多媒體廣播/組播業(yè)務(wù),隨著3GPP 技術(shù)演進,廣播組播技術(shù)也持續(xù)演進,引入多播、廣播單頻網(wǎng),增強型廣播多播技術(shù)。按照廣播行業(yè)用例與需求,注重擴展eMBMS,同時與EnTV項目整合在一起。項目增強性,多表現(xiàn)在系統(tǒng)架構(gòu)與界面簡化方面,注重擴展LTE 物理層?;谶\營效果分析,EnTV 項目的商業(yè)成功案例比較少,由于項目性價比低,因此應(yīng)用成功率不高。所以,4G 以前覆蓋范圍有限,廣播范圍內(nèi)的用戶規(guī)模小,通過點播即可滿足用戶需求,經(jīng)濟性比較高。此外,廣播載波資源,只可以到達60%,無法滿足廣播業(yè)務(wù)需求。在Rel-14 中,增強型廣播多播服務(wù),提供HPHT 廣播,增加保護間隔選項,將載波效率提升至100%。EnTV 可以滿足歐盟數(shù)字廣播要求,應(yīng)用效率顯著高于DVB-1,釋放頻譜新用途。EnV 與5G 廣播技術(shù),能夠成為地面數(shù)字電視的新標準。

        德國地區(qū)實行5G 項目試驗,通過高塔、高功率發(fā)射機,在半徑60km 范圍內(nèi),實現(xiàn)廣泛、廉價分發(fā)內(nèi)容。在測量區(qū)域內(nèi),能夠不斷提升移動電視接收效果。通過現(xiàn)場測量結(jié)果可知,應(yīng)用Rel-14 的信號分析器,能夠?qū)崿F(xiàn)典型廣播傳輸系統(tǒng),為5G廣播發(fā)展提供依據(jù)。

        (三)5G 廣播實現(xiàn)形式

        在Rel-16 標準下,5G 地面廣播增強方案研究,主要應(yīng)用Rel-14 的EnTV。由于Rel-15 版本,被稱為5G 規(guī)范,因此廣播、多播系統(tǒng)被稱為5G 廣播。在2020 年7 月,Rel-16 標準被凍結(jié),包括強化LTE EnTV,以此滿足5G 廣播要求。在我國發(fā)展中,5G廣播利用廣播電視、5G 網(wǎng)絡(luò)、固網(wǎng)絡(luò),形成融合型網(wǎng)絡(luò),分發(fā)點-多點內(nèi)容,屬于混合型業(yè)務(wù),加強經(jīng)典廣播方式的交互性。

        二、廣播電視傳輸與5G 融合發(fā)展路線

        (一)地面數(shù)字電視、5G 廣播融合內(nèi)容

        在地面?zhèn)鬏旑I(lǐng)域,廣播電視應(yīng)當(dāng)與5G 技術(shù)融合,應(yīng)用地面數(shù)字電視廣播、5G 廣播、5G 通信架構(gòu),確保傳統(tǒng)媒體轉(zhuǎn)型升級,更好地融合新興媒體。地面數(shù)字電視廣播,針對傳統(tǒng)大屏、高清服務(wù)。圖1 為數(shù)字電視系統(tǒng)圖。5G 廣播,針對手機、智能小屏,終端體積下,可以提供優(yōu)質(zhì)的電視直播業(yè)務(wù)。通過移動終端,廣播電視從初級接收,逐漸過渡到移動接收。針對內(nèi)容方面,5G 廣播的混合電視廣播,不僅包含電視直播,還包含電視點播、用戶自制內(nèi)容、社交媒體內(nèi)容、音頻點播內(nèi)容、交互性廣告等。

        (二)廣播電視5G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展

        廣播電視具備頻率優(yōu)勢,可以達到700MHz。在建設(shè)5G 技術(shù)架構(gòu)時,廣播電視可以借助行業(yè)資源、技術(shù)資源等優(yōu)勢,整合文化創(chuàng)意,內(nèi)容資源,擴大覆蓋面,降低組網(wǎng)成本,提供多種服務(wù)內(nèi)容。

        當(dāng)前所面對的問題,多是客戶數(shù)量少,建設(shè)經(jīng)驗不足等,硬件基礎(chǔ)設(shè)施非常少,必須加大資金與資源投入力度。在今后發(fā)展中,廣電5G 技術(shù)能夠與電信運營商、終端設(shè)備商、內(nèi)容提供商相互合作,建立生態(tài)與商業(yè)模式。對于獨立公共平臺,廣電5G 網(wǎng)絡(luò),可以支持不同運營商,實現(xiàn)資源內(nèi)容共享,產(chǎn)業(yè)各方收益頗多,能夠提升廣播電視公共服務(wù)質(zhì)量與效益。

        (三)5G 廣播網(wǎng)絡(luò)資源配置

        我國各地區(qū)廣播電視頻率需要“大換血”,改造和置換現(xiàn)有地面數(shù)字電視系統(tǒng),升級傳輸臺站的硬件系統(tǒng),注重優(yōu)化整合頻率資源、國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)資源。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)資源、頻率整合順利,打雜廣電5G 網(wǎng)絡(luò)的時間仍然較長。針對廣電運營商而言,建成5G體系后,能夠增加經(jīng)濟效益,深度融合廣電業(yè)務(wù)發(fā)展,屬于戰(zhàn)略性決策。廣電、第三方運營商合作,能夠靈活配置資源,實現(xiàn)優(yōu)勢互補。尤其是與中國移動合作,能夠覆蓋5G 所有通用頻段應(yīng)用。

        三、適宜5G 廣播體系建設(shè)的技術(shù)路線

        (一)組網(wǎng)方案

        3GPP 的5G 標準,發(fā)布NSA 標準,然而SA 為5G 目標架構(gòu)。廣播電視無4G 網(wǎng),因此不能應(yīng)用NSA 組網(wǎng),廣播電視5G RAN,需要應(yīng)用SA 組網(wǎng)模式。如圖2 所示。SA組網(wǎng),可以滿足多種業(yè)務(wù)場景應(yīng)用需求,可以實現(xiàn)E2E 切片、5G VoNR 功能。廣電在移動通信網(wǎng)絡(luò)中處于空白,應(yīng)用極簡網(wǎng)絡(luò)方案,無需兼容原有通行標準,可以簡化站點、架構(gòu)、協(xié)議與運維,針對性較強。

        通過共建、共享,可以降低建網(wǎng)成本,增加網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用效益。能夠有效指導(dǎo)5G 建設(shè)。廣電應(yīng)用無線接入網(wǎng)共享、核心網(wǎng)獨立架構(gòu)?,F(xiàn)階段,低頻、中頻采用協(xié)調(diào)覆蓋方式,以協(xié)同組網(wǎng)方式為主。廣電4.9G 頻段產(chǎn)業(yè)鏈成熟度不足,所以必須共享合作商,通過中頻補充容量層。

        (二)5G 地面廣播實現(xiàn)路線設(shè)想

        首先,將5G 雙向鏈路,放置在4.9GHz;將5G 廣播,放置在700MHz,不會對地面廣播電視頻譜資源造成影響,然而穿透能力不強。其次,將5G 雙向鏈路,放置在4.9GHz、700MHz,同時將5G 廣播,放置在600MHz,此時可以確保5G 雙向網(wǎng)覆蓋。然而,5G 廣播侵占數(shù)字地面廣電頻譜資源,要做好頻率規(guī)劃,以5G 地面廣播,取代地面數(shù)字電視與廣播。

        (三)地面發(fā)射臺的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型

        5G 廣播技術(shù)發(fā)展過程中,無論是地面電視發(fā)展,還是取代地面電視,建立新的標準,都必須重視地面發(fā)射臺的資源優(yōu)勢。如果只是存在業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型,卻不會喪失覆蓋節(jié)點功能。在5G廣播體系中,原有發(fā)射塔為廣播最佳載體,只是將地面電視發(fā)射機,轉(zhuǎn)變?yōu)?G 廣播發(fā)射機。在未來發(fā)展中,傳統(tǒng)發(fā)射臺會成為地面廣播電視、5G 地面廣播的綜合臺站。

        傳統(tǒng)發(fā)射臺面應(yīng)用期間,完成地面700MHz 清頻、模數(shù)轉(zhuǎn)換任務(wù)后,會釋放臺站機房空間、鐵塔空間,促進臺站升級轉(zhuǎn)型。注重資源建設(shè)與規(guī)劃,為5G 廣播發(fā)展預(yù)留空間,同時為臺站業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型升級做好準備。處理臺站覆蓋效果,不管是數(shù)字電視,還是5G 地面大塔廣播;不管是應(yīng)用FeMBMS 技術(shù),還是DTMB 標準,都需要加強關(guān)鍵節(jié)點覆蓋能力,尤其是5G 廣播體系中,協(xié)調(diào)通信網(wǎng)絡(luò),處理好傳統(tǒng)覆蓋補點問題。主節(jié)點覆蓋效率高,利用技術(shù)升級方式,可以加強廣播電視天線覆蓋性能,屬于重要研究方向。

        現(xiàn)階段,地面廣播電視天線,多應(yīng)用線極化方式,覆蓋效果不理想,且信號穩(wěn)定性差,穿透能力不足。應(yīng)用線極化天線,吸收和輻射電磁波,電磁波可以在自由空間內(nèi)反射、衍射、散射,改變電磁信號極化。接收天線接收不到發(fā)射天線信號,還會影響接收系統(tǒng)運行正常化。廣泛應(yīng)用線極化,多是天線設(shè)計能力、制造工藝不佳,導(dǎo)致天線系統(tǒng)性能不佳。與線極化相比,圓極化波的特質(zhì)比較多。

        第一,圓極化天線,發(fā)射圓極化天波,可以被線極化天線接收。圓極化天線,可以接收線極化天線輻射電磁波,處理天線極化匹配問題。接收天線,可以高效接收天線信號。第二,圓極化波的電場矢量為旋轉(zhuǎn)狀態(tài),所以圓極化波的穿透能力強。第三,圓極化波入射至反射物體上,能夠降低信號多徑反射所致多徑衰落影響,可以確保車載移動接收效果。圓極化波,抗干擾能力強,可以提升接收信號信噪比,加強信號質(zhì)量,降低誤碼率。在惡劣環(huán)境下,可以確保信號通暢度。自廣播電視領(lǐng)域,圓極化天線的應(yīng)用研究價值高。比如在A 發(fā)射臺站測試中,對同一位置、同品牌、同型號的極化天線,覆蓋區(qū)內(nèi)應(yīng)用垂直方式接收,在平均場強測試中,只下降1dB,接收效果相同。通過水平方式接收,能夠提升垂直極化天線接收效果。通過測試數(shù)據(jù)可知,圓極化天線車載接收效果,顯著優(yōu)于其他天線。將其作為基礎(chǔ),圓極化天線能夠納入5G 標準中。

        四、結(jié)語

        綜上所述,5G 技術(shù)能夠改變廣播電視發(fā)展方向。智慧廣電部署中,5G 技術(shù)與地面廣播電視融合應(yīng)用,將成為重要發(fā)展趨勢,能夠彌補不同廣電節(jié)目短板,加強互補效應(yīng),擴展廣電節(jié)目內(nèi)容覆蓋范圍,全面加強廣電節(jié)目質(zhì)量。

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