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        5G 在應(yīng)急廣播中的應(yīng)用

        2023-04-24 07:53:52胡岳華徐兆丹
        電視技術(shù) 2023年10期
        關(guān)鍵詞:廣播電視廣播終端

        胡岳華,徐兆丹,楊 健

        (1.東明縣融媒體中心,山東 菏澤 274500;2.阜寧縣融媒體中心,江蘇 鹽城 224402;3.大理白族自治州蒼山電視轉(zhuǎn)播臺(tái),云南 大理 671003)

        0 引言

        移動(dòng)通信領(lǐng)域不斷創(chuàng)新,引領(lǐng)了數(shù)字社會(huì)的發(fā)展,5G 是這一演進(jìn)的代表。本文旨在探討5G 在應(yīng)急廣播中的應(yīng)用,重點(diǎn)關(guān)注其對(duì)實(shí)時(shí)信息傳遞、多媒體支持、網(wǎng)絡(luò)切片、區(qū)域覆蓋、安全性和用戶設(shè)備的影響。5G 為應(yīng)急廣播提供了更快速、更可靠的通信方式,對(duì)于應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害、公共健康緊急情況等具有關(guān)鍵意義。

        1 5G 概述

        1.1 5G 的概念及應(yīng)用場(chǎng)景

        5G 是第五代移動(dòng)通信技術(shù)的簡(jiǎn)稱,代表著通信領(lǐng)域的一項(xiàng)重大進(jìn)步。5G 的概念涵蓋了更高的數(shù)據(jù)傳輸速度、更低的延遲、更大的網(wǎng)絡(luò)容量和更多設(shè)備之間的連接性。5G 的應(yīng)用場(chǎng)景廣泛,包括智能手機(jī)通信、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、自動(dòng)駕駛汽車、智能城市、工業(yè)自動(dòng)化以及虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality,VR)等多個(gè)領(lǐng)域。5G 的高速數(shù)據(jù)傳輸和低延遲使其成為高質(zhì)量多媒體流媒體傳輸、遠(yuǎn)程醫(yī)療保健、遠(yuǎn)程教育等應(yīng)用的理想選擇。此外,5G 還支持大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng),使得數(shù)十億個(gè)傳感器和設(shè)備能夠互相通信,從而促進(jìn)了智能城市和智能工廠等創(chuàng)新。

        1.2 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

        5G 網(wǎng)絡(luò)是一種創(chuàng)新性的體系結(jié)構(gòu),由用戶設(shè)備(User Equipment,UE),無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)(Radio Access Network,RAN)以及核心網(wǎng)絡(luò)(Core Network,CN)這3 個(gè)主要部分構(gòu)成。用戶設(shè)備包括智能手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等,RAN 負(fù)責(zé)提供連接,核心網(wǎng)絡(luò)用于處理數(shù)據(jù)和服務(wù)。5G 采用虛擬化和云計(jì)算技術(shù),使得網(wǎng)絡(luò)更靈活、可擴(kuò)展,并提供高效的資源管理。5G 網(wǎng)絡(luò)還支持網(wǎng)絡(luò)切片,可以為不同應(yīng)用分配自定義的網(wǎng)絡(luò)資源,從而滿足不同場(chǎng)景的需求。

        1.3 5G 發(fā)展現(xiàn)狀

        從產(chǎn)業(yè)鏈全景分析,5G 產(chǎn)業(yè)鏈整體涉及的范圍較廣,上游為系統(tǒng)建設(shè)環(huán)節(jié),包括網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)、基站天線、光模塊以及光纖光纜等;中游為5G 運(yùn)營(yíng),包括系統(tǒng)集成、終端和運(yùn)營(yíng)3 大組成部分;下游直接面向物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)和VR/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality,AR)等應(yīng)用行業(yè)。第52 次《中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告》顯示,截至2023 年6 月,我國(guó)累計(jì)建成開(kāi)通5G 基站293.7 萬(wàn)個(gè),5G移動(dòng)電話用戶達(dá)6.76 億戶。

        2 應(yīng)急廣播概述

        2.1 應(yīng)急廣播的概念

        應(yīng)急廣播是指在緊急情況下(如自然災(zāi)害、公共健康緊急情況等)向公眾傳遞緊急信息和指導(dǎo)的廣播系統(tǒng)。其主要目標(biāo)是快速、有效地傳達(dá)關(guān)鍵信息,以保護(hù)人們的生命和財(cái)產(chǎn)。應(yīng)急廣播可以使用各種媒體,包括廣播電臺(tái)、電視、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò),以覆蓋廣泛的受眾。

        2.2 應(yīng)急廣播的發(fā)展歷程

        2008 年,我國(guó)南方地區(qū)受雨雪冰凍災(zāi)害影響,國(guó)家廣播電視總局啟動(dòng)應(yīng)急廣播體系建設(shè)的前期準(zhǔn)備工作。2013 年,國(guó)家廣播電視總局發(fā)布了《推進(jìn)國(guó)家應(yīng)急廣播體系建設(shè)工作方案》。四川省率先開(kāi)展了應(yīng)急廣播村村響試點(diǎn),之后應(yīng)急廣播體系建設(shè)工作在全國(guó)范圍內(nèi)因地制宜展開(kāi)。2016 年,應(yīng)急廣播體系建設(shè)被列入國(guó)家“十三五”規(guī)劃、國(guó)家突發(fā)事件應(yīng)急體系建設(shè)“十三五”規(guī)劃。2017 年9 月,國(guó)家廣播電視總局發(fā)布《全國(guó)應(yīng)急廣播體系建設(shè)總體規(guī)劃》[1]。2023 年4 月6 日,國(guó)家廣播電視總局發(fā)布《全國(guó)應(yīng)急廣播發(fā)展實(shí)踐綜述》,全國(guó)應(yīng)急廣播體系已初具規(guī)模,應(yīng)急廣播國(guó)家級(jí)平臺(tái)已經(jīng)投入試運(yùn)行,并與已建設(shè)的省級(jí)平臺(tái)完成對(duì)接,市縣平臺(tái)已經(jīng)超過(guò)1 300 個(gè)。目前,國(guó)家級(jí)平臺(tái)完成標(biāo)準(zhǔn)化改造擴(kuò)容,實(shí)現(xiàn)了與12 個(gè)省級(jí)平臺(tái)、1 個(gè)應(yīng)急廣播試驗(yàn)平臺(tái)(內(nèi)蒙古)之間的對(duì)接[2]。

        2.3 應(yīng)急廣播的標(biāo)準(zhǔn)體系

        應(yīng)急廣播的標(biāo)準(zhǔn)體系覆蓋應(yīng)急信息制作播發(fā)、調(diào)度控制、傳輸覆蓋及終端呈現(xiàn)等全過(guò)程,按標(biāo)準(zhǔn)類型劃分,包括系統(tǒng)通用類標(biāo)準(zhǔn)、傳輸覆蓋類標(biāo)準(zhǔn)、安全運(yùn)行類標(biāo)準(zhǔn)以及效果監(jiān)測(cè)類標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)通用類標(biāo)準(zhǔn)涵蓋應(yīng)急廣播基本術(shù)語(yǔ)、概念、總體框架及總體技術(shù)要求等。傳輸覆蓋類標(biāo)準(zhǔn)包括傳輸衛(wèi)星、數(shù)字電視中波調(diào)幅及應(yīng)急廣播大喇叭等各種傳輸覆蓋通道的應(yīng)急廣播信息傳輸技術(shù)要求。安全運(yùn)行類標(biāo)準(zhǔn)包括簽名保護(hù)、密碼應(yīng)用、運(yùn)行維護(hù)及網(wǎng)絡(luò)安全等。效果監(jiān)測(cè)類標(biāo)準(zhǔn)包括效果監(jiān)測(cè)、平臺(tái)軟件、適配器及終端等[3]。

        2.4 5G 在應(yīng)急廣播領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

        5G 在應(yīng)急廣播領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢(shì),主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

        (1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和多媒體支持。5G 提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速度和更低的延遲,使得應(yīng)急廣播可以以更高質(zhì)量的方式傳遞多媒體內(nèi)容,如高清視頻、圖像和音頻。

        (2)網(wǎng)絡(luò)切片和資源分配。5G 具有網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù),可以將網(wǎng)絡(luò)資源劃分為多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò),以滿足不同應(yīng)急情境的需求。

        (3)區(qū)域覆蓋和容量擴(kuò)展。5G 的高頻段和毫米波技術(shù)支持更廣范圍的覆蓋,尤其適用于城市和人口密集區(qū)域。

        (4)安全性和可靠性。5G 網(wǎng)絡(luò)提供更強(qiáng)大的加密和認(rèn)證機(jī)制,以確保信息傳輸?shù)陌踩浴?G 還具備更高的網(wǎng)絡(luò)可靠性,即使在緊急情況下,網(wǎng)絡(luò)仍能保持穩(wěn)定運(yùn)行,確保信息傳遞不中斷。

        (5)用戶設(shè)備和感知技術(shù)。5G 支持大量的智能設(shè)備和感知技術(shù),如傳感器和攝像頭。這些設(shè)備可以用于監(jiān)測(cè)和采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),有助于提供更準(zhǔn)確的情況分析,以支持應(yīng)急決策制定。

        3 5G 在應(yīng)急廣播中的應(yīng)用

        3.1 LTE 5G 廣播在應(yīng)急廣播中的應(yīng)用

        長(zhǎng)期演進(jìn)(Long-Term Evolution,LTE)5G 廣播即基于大塔的5G 廣播。2019 年,我國(guó)進(jìn)行大塔廣播測(cè)試。2023 年7 月,在由國(guó)家廣播電視總局廣播電視科學(xué)研究院聯(lián)合四川省廣播電視局主辦的5G 廣播電視試驗(yàn)網(wǎng)啟動(dòng)會(huì)上,我國(guó)首張“5G 廣播電視試驗(yàn)網(wǎng)”正式宣告啟動(dòng)。5G 廣播電視技術(shù)試驗(yàn)旨在通過(guò)廣播電視大塔進(jìn)行廣播,支持電視和手機(jī)終端接收,并提供多項(xiàng)公共服務(wù),包括固定/移動(dòng)電視、應(yīng)急廣播和數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。這代表了新一代無(wú)線廣播電視,符合堅(jiān)持移動(dòng)優(yōu)先策略、發(fā)展智慧廣電網(wǎng)絡(luò)以及構(gòu)建全媒體傳播體系等要求。此舉旨在推動(dòng)廣播電視實(shí)現(xiàn)“人人通、終端通、移動(dòng)通”,將信息、娛樂(lè)和緊急信息傳遞變得更加高效和智能。

        3.2 5G NR 廣播在應(yīng)急廣播中的應(yīng)用

        5G 新空口(New Radio,NR)是基于正交頻分復(fù) 用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)的新無(wú)線接入技術(shù),由第三代合作伙伴計(jì)劃(3rd Generation Partnership Project,3GPP)開(kāi)發(fā)、制定標(biāo)準(zhǔn)。2019 年12 月,3GPP 第86 次無(wú)線接入網(wǎng)全會(huì)上,中國(guó)廣電推動(dòng)3GPP R17 版本的多播廣播服務(wù)(Multimedia Broadcast Service,MBS)成功通過(guò)并立項(xiàng)。2022 年10 月,5G NR 廣播由3GPP 標(biāo)準(zhǔn)成為國(guó)際電信聯(lián)盟(International Telecommunication Union,ITU)無(wú)線移動(dòng)電視標(biāo)準(zhǔn),為應(yīng)急廣播進(jìn)入手機(jī)創(chuàng)造了條件,開(kāi)啟了5G NR 廣播的標(biāo)準(zhǔn)化和商業(yè)化進(jìn)程。中國(guó)廣電提出了5G NR MBS 應(yīng)用場(chǎng)景提案,MBS 在災(zāi)難預(yù)警、安全及疫情控制等應(yīng)急廣播場(chǎng)景的應(yīng)用得以拓展[4]。

        5G NR 在應(yīng)急廣播中的應(yīng)用體現(xiàn)在為5G 天地一體化提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐,為應(yīng)急通信保障提供解決方案,提升應(yīng)急廣播效能。5G NR 廣播將成為應(yīng)急信息發(fā)布的重要手段。中國(guó)廣電積極探索實(shí)踐,如在北京、上海、南京等地,基于廣播電視發(fā)射塔開(kāi)展了5G NR 廣播測(cè)試驗(yàn)證,將5G 蜂窩基站通過(guò)廣播電視大塔實(shí)現(xiàn)高功率的信號(hào)發(fā)送,以提供廣播電視及融合信息傳輸服務(wù)。中國(guó)廣電在北京完成了全球首次基于蜂窩基站和廣播電視發(fā)射塔的5G NR廣播融合方案部署、方案驗(yàn)證、外場(chǎng)覆蓋測(cè)試及視頻服務(wù)移動(dòng)性交互測(cè)試,還在2022 年“相約北京”冰球場(chǎng)地測(cè)試賽、北京冬奧會(huì)等活動(dòng)中完成了多視角直播、全景VR 視頻直播等新型廣播服務(wù)驗(yàn)證。5G NR MBS 在應(yīng)急廣播場(chǎng)景中的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了向通用手機(jī)終端以視頻、文字、圖片等方式廣播發(fā)布應(yīng)急信息。這表明中國(guó)廣電已經(jīng)積極推動(dòng)5G NR 廣播技術(shù)在應(yīng)急廣播領(lǐng)域的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了與國(guó)家級(jí)應(yīng)急廣播平臺(tái)系統(tǒng)的對(duì)接,從而實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急信息向通用手機(jī)終端的廣播發(fā)布。

        3.3 高塔高功率5G 廣播在應(yīng)急廣播的應(yīng)用

        高塔高功率廣播是一種基本的地面無(wú)線廣播方式,即3GPP 廣播組播服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)中的HPHT(High Power High Tower)。這種廣播方法被全球廣泛采用,適用于DTMB、DVB-T、ATSC 等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。高塔高功率廣播具有大功率發(fā)射、ROM 線性廣播、低頻段覆蓋與單頻網(wǎng)部署等特點(diǎn)[5]。

        以中國(guó)傳媒大學(xué)媒體融合與傳播國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與廣西廣播電視技術(shù)中心設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)的高塔高功率5G 應(yīng)急廣播原型系統(tǒng)為例,其設(shè)計(jì)原則包括:調(diào)度控制接口擴(kuò)展,確保發(fā)射機(jī)支持應(yīng)急廣播平臺(tái)的調(diào)度控制接口擴(kuò)展,以允許傳輸多種應(yīng)急消息類型,包括音頻、視頻和數(shù)據(jù);3GPP 標(biāo)準(zhǔn)LTE 或NR空口物理層,采用3GPP 標(biāo)準(zhǔn)的LTE 或NR 物理層設(shè)計(jì),并優(yōu)化以滿足應(yīng)急廣播需求,保證傳輸?shù)母咝院涂煽啃裕宦涞卦囼?yàn)?zāi)芰?,考慮方案的實(shí)際應(yīng)用,提前考慮5G 終端產(chǎn)業(yè)化的成熟度,以確保系統(tǒng)可以快速接入現(xiàn)有應(yīng)急廣播系統(tǒng)并進(jìn)行部署試驗(yàn);尋址能力增強(qiáng),增強(qiáng)廣播系統(tǒng)的尋址能力,確保消息能夠準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)終端。該系統(tǒng)的功能模塊包括:業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān),負(fù)責(zé)控制終端數(shù)據(jù)流程和外部接口;通信模塊,用于接收和解析廣播下行鏈路信號(hào),將解析出的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸給網(wǎng)關(guān);射頻單元,支持500 ~800 MHz 的射頻接收;北斗定位單元,提供北斗定位功能,用于獲取終端位置信息;Wi-Fi 接入單元,為手機(jī)終端提供Wi-Fi 接入功能;屏幕顯示單元,提供設(shè)備配置交互和必要的顯示功能[6]。

        4 結(jié)語(yǔ)

        本文深入研究了5G 在應(yīng)急廣播領(lǐng)域的應(yīng)用,強(qiáng)調(diào)了其在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)切片、區(qū)域覆蓋、安全性及用戶設(shè)備方面的優(yōu)勢(shì)。高塔高功率廣播技術(shù)以及LTE 和NR 的應(yīng)用為應(yīng)急廣播提供了新的可能性。隨著5G 的不斷演進(jìn),應(yīng)急廣播將更高效地傳遞緊急信息,促使人們更好地準(zhǔn)備和應(yīng)對(duì)各種緊急情況。

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