丁海煜 曠婧華 劉瀟蔓 曹景陽(yáng) 張永麗

中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院 北京 100053

1 移動(dòng)通信融合廣播電視系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)及面臨的挑戰(zhàn)

移動(dòng)通信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)都是現(xiàn)代信息社會(huì)信息傳播的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在既往發(fā)展過(guò)程中較為獨(dú)立。但隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)中直播、廣播、賽事轉(zhuǎn)播等視頻類業(yè)務(wù)持續(xù)增多，對(duì)無(wú)線資源的有效利用成為移動(dòng)通信網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)融合發(fā)展的基礎(chǔ)需求，5G網(wǎng)絡(luò)亟需一種更高效的廣播業(yè)務(wù)承載技術(shù)，業(yè)務(wù)層面也存在一定融合訴求；同時(shí)廣播電視網(wǎng)也希望將移動(dòng)終端作為業(yè)務(wù)訪問(wèn)入口，便于用戶訪問(wèn)廣播電視業(yè)務(wù)。因此，移動(dòng)通信網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)具備明確的融合發(fā)展趨勢(shì)和強(qiáng)烈的融合發(fā)展訴求。5G移動(dòng)通信網(wǎng)的架構(gòu)和技術(shù)體系較為開(kāi)放，產(chǎn)業(yè)鏈和應(yīng)用形態(tài)富有活力，具備融合廣播電視網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，但也存在諸多挑戰(zhàn)。

挑戰(zhàn)一：5G移動(dòng)通信網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)的技術(shù)體系、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、核心技術(shù)差異巨大，如何在保證融合系統(tǒng)性能的前提下最大程度復(fù)用5G移動(dòng)通信網(wǎng)，降低廣播電視網(wǎng)帶來(lái)的非通信標(biāo)準(zhǔn)需求。

挑戰(zhàn)二：移動(dòng)通信融合廣播電視系統(tǒng)面臨長(zhǎng)期帶內(nèi)頻譜共享、帶外頻譜共存的局面，5G移動(dòng)通信與廣播電視共同面臨頻譜資源高效共享，融合創(chuàng)新發(fā)展等問(wèn)題。

挑戰(zhàn)三：5G移動(dòng)通信首次融合廣播電視業(yè)務(wù)，首次承載廣播、組播類業(yè)務(wù)，該類業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、建網(wǎng)成本和資源利用率都要有一定要求，對(duì)運(yùn)營(yíng)商組網(wǎng)、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)等方面提出了新的要求。

圍繞這三個(gè)挑戰(zhàn)，本文從中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)廣電聯(lián)合產(chǎn)業(yè)在移動(dòng)通信網(wǎng)與廣播電視網(wǎng)的融合發(fā)展領(lǐng)域所開(kāi)展的技術(shù)融合、頻譜共享、網(wǎng)絡(luò)共建三個(gè)方面出發(fā)，結(jié)合移動(dòng)通信網(wǎng)與廣播電視網(wǎng)的融合發(fā)展將產(chǎn)生的新業(yè)務(wù)前景，介紹移動(dòng)通信網(wǎng)與廣播電視網(wǎng)的融合發(fā)展趨勢(shì)、技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用實(shí)踐。

2 通信廣播技術(shù)共融

融合發(fā)展的首要前提，是技術(shù)層面的融合設(shè)計(jì)。為了使移動(dòng)通信網(wǎng)更好地承載廣播電視業(yè)務(wù)，從第三代移動(dòng)通信開(kāi)始，便有了對(duì)多播廣播技術(shù)，即MBMS(Multimedia Broadcast Multicast Service，多媒體多播廣播業(yè)務(wù))的研究及標(biāo)準(zhǔn)化，通過(guò)對(duì)3G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)新增網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)對(duì)該技術(shù)的支持，后續(xù)包含LTE在內(nèi)的其他標(biāo)準(zhǔn)化版本均是以此為基礎(chǔ)進(jìn)行功能的增強(qiáng)。這里，多播廣播更多指向其業(yè)務(wù)特性，即是否在業(yè)務(wù)層面存在“分組”的概念，而在空口傳輸機(jī)制設(shè)計(jì)上不區(qū)分具體為多播還是廣播，其支持的業(yè)務(wù)主要為公共安全及廣播電視業(yè)務(wù)。

由于3G/4G MBMS技術(shù)的設(shè)計(jì)中，多播廣播與單播從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、業(yè)務(wù)流程到物理信道設(shè)計(jì)都相對(duì)獨(dú)立，共性設(shè)計(jì)較少，因而導(dǎo)致要支持MBMS技術(shù)所帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本過(guò)高，且終端硬件復(fù)雜度過(guò)大等問(wèn)題，進(jìn)而造成了產(chǎn)業(yè)支持動(dòng)力不足的結(jié)果，最終導(dǎo)致MBMS技術(shù)未能大規(guī)模商用。

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的部署和發(fā)展，除了公共安全、廣播電視業(yè)務(wù)之外，賽事直播、V2X應(yīng)用等具有多播廣播特性的場(chǎng)景逐漸出現(xiàn)，推動(dòng)了多播廣播技術(shù)在5G的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。考慮到3G/4G MBMS技術(shù)存在的問(wèn)題，5G多播廣播旨在以現(xiàn)有5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為基礎(chǔ)，進(jìn)行多播組播與單播的統(tǒng)一融合設(shè)計(jì)。與之前版本不同的是，5G的“多播廣播”不再指的是業(yè)務(wù)層面的含義，而是定義了不同的空口傳輸方式，一定意義上實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)和傳輸方式的解耦。

2.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上，盡可能復(fù)用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中的功能單元及接口等來(lái)支持多播廣播技術(shù)的引入，減少對(duì)網(wǎng)絡(luò)的改造，如圖1[1]所示。其中，新增網(wǎng)元如MBS-SMF、MB-UPF、MBSF等均可與現(xiàn)有SMF、UPF及NEF等合設(shè)，從而減少對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的改造，降低建網(wǎng)成本。

圖1 支持多播廣播的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.2 空口設(shè)計(jì)

在空口設(shè)計(jì)上，對(duì)多播廣播與單播設(shè)計(jì)資源共享和物理信道融合，并支持對(duì)多播廣播業(yè)務(wù)的多種傳輸方式動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換，以及對(duì)高QoS要求業(yè)務(wù)的空口可靠性傳輸、業(yè)務(wù)連續(xù)性保證，從而實(shí)現(xiàn)5G多播廣播的靈活、可靠傳輸。

1)資源共享和物理信道融合設(shè)計(jì)

對(duì)于5 G 多播廣播對(duì)應(yīng)的MRB，空口支持兩種傳輸模式：PTM(Point to Multi Point，點(diǎn)到多點(diǎn)傳輸)及PTP(Point to Point， 點(diǎn)到點(diǎn)傳輸)。無(wú)論哪種傳輸模式，多播廣播和單播采用的是統(tǒng)一的基于物理層業(yè)務(wù)共享信道動(dòng)態(tài)調(diào)度資源技術(shù)，如圖2[2]、圖3[2]、圖4所示。這樣做既可以降低網(wǎng)絡(luò)資源開(kāi)銷，又不引入新的物理信道，從而降低終端硬件復(fù)雜度。

圖2 多播會(huì)話下行層2協(xié)議棧

圖3 廣播會(huì)話下行層2協(xié)議棧

圖4 PTM調(diào)度方案

2)傳輸模式動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換

如圖2 所示，多播會(huì)話支持PTP和PTM兩種傳輸模式，兩種傳輸模式以PDCP層為錨點(diǎn)。其中PTM傳輸支持兩種HARQ-ACK反饋模式，以此提高傳輸?shù)目煽啃?，但是，?duì)于PTM傳輸，RLC層僅支持UM模式，因此無(wú)法進(jìn)行RLC層及PDCP層可靠性傳輸保障；與之不同的是，PTP傳輸除了支持HARQ反饋外，還支持RLC層配置AM層模式，PDCP層status report等，以此來(lái)進(jìn)一步提升傳輸?shù)目煽啃?。網(wǎng)絡(luò)可以動(dòng)態(tài)配置UE的傳輸模式為PTP傳輸或PTM傳輸，或者兩種傳輸模式同時(shí)配置。通過(guò)傳輸模式的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)資源消耗和可靠性的平衡，也突破了以往多播業(yè)務(wù)的低端質(zhì)量保障的模式，為多播業(yè)務(wù)可以應(yīng)用在如V2X等高可靠傳輸場(chǎng)景提供了技術(shù)保障，從而提升了5G多播廣播技術(shù)的靈活性。

3 通信廣播頻譜共享

移動(dòng)通信網(wǎng)與廣播電視網(wǎng)由于通信方式不同，頻譜使用存在顯著差異。廣播電視網(wǎng)采用下行單向鏈路，頻譜采用全下行規(guī)劃；移動(dòng)通信網(wǎng)采用上下行雙向鏈路，因而頻譜規(guī)劃為上下行成對(duì)使用。從頻譜使用方面，廣播電視網(wǎng)一般部署在專用的低頻頻段上，頻譜帶寬窄，采用傳統(tǒng)的廣播電視系統(tǒng)的空口傳輸技術(shù)，為保證廣覆蓋可靠性傳輸，頻譜效率較低。移動(dòng)通信融合廣播電視系統(tǒng)的部署，首選復(fù)用原有廣播電視網(wǎng)的專用頻譜，并通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)的部署，擴(kuò)展頻譜帶寬，開(kāi)放頻譜進(jìn)行通信和廣播業(yè)務(wù)傳輸?shù)膭?dòng)態(tài)頻譜共享，并盡快完成廣播電視業(yè)務(wù)的清退。尤其在廣播電視網(wǎng)清頻的過(guò)程中，通過(guò)創(chuàng)新技術(shù)方案，可以提前實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信融合廣播電視系統(tǒng)的業(yè)務(wù)開(kāi)通。

3.1 頻譜擴(kuò)展

FDD頻譜的上下行雙工間隔一般較窄，是因?yàn)槭芑炯敖K端的PIM(無(wú)源互調(diào))干擾等問(wèn)題的影響。由于國(guó)內(nèi)主要以700MHz作為移動(dòng)通信網(wǎng)與廣播電視網(wǎng)的融合網(wǎng)絡(luò)部署，因而如要擴(kuò)展700MHz頻譜帶寬，就需要克服這些問(wèn)題。中國(guó)移動(dòng)通過(guò)開(kāi)展系統(tǒng)性仿真和確定性計(jì)算，創(chuàng)新提出了基站帶內(nèi)帶間PIM干擾在線檢測(cè)算法、數(shù)字消除算法、終端調(diào)度算法、天線多制式信號(hào)PIM相關(guān)性分析和指標(biāo)全面性測(cè)試，解決困擾業(yè)界已久的基站PIM干擾、終端雙工間隔問(wèn)題。結(jié)合基站和終端對(duì)于PIM干擾解決能力的差異性，以最大化、最高效利用頻譜資源為目標(biāo)，又創(chuàng)新提出了非對(duì)稱端網(wǎng)帶寬能力設(shè)計(jì)，提升網(wǎng)絡(luò)最大帶寬并同時(shí)兼顧終端可行性，使小區(qū)帶寬能力擴(kuò)展一倍，打破了FDD系統(tǒng)帶寬不超過(guò)20MHz、端網(wǎng)最大帶寬能力保持一致的傳統(tǒng)，提升700MHz用戶體驗(yàn)速率50%，減少700MHz小區(qū)數(shù)50%，極大降低網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)的小區(qū)數(shù)量和鄰區(qū)參數(shù)維護(hù)難度。同時(shí)，該設(shè)計(jì)引領(lǐng)了FDD帶寬擴(kuò)展的技術(shù)方向，900MHz等頻段也開(kāi)始擴(kuò)展帶寬并采用基站終端非對(duì)稱最大帶寬的設(shè)計(jì)方案。4G/5G FDD低頻帶寬情況如表1所示。

表1 4G/5G FDD低頻帶寬情況

3.2 頻譜共享，干擾共存

在700MHz頻段部署移動(dòng)通信融合廣播電視系統(tǒng)，廣播電視業(yè)務(wù)與移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的頻譜動(dòng)態(tài)共享已經(jīng)通過(guò)前述的空口融合設(shè)計(jì)得以解決。在廣播電視業(yè)務(wù)清退之前，由于廣播電視網(wǎng)采用大功率的單下行鏈路發(fā)送方式，對(duì)同頻段內(nèi)移動(dòng)通信融合廣播電視系統(tǒng)的上行接收將造成帶內(nèi)嚴(yán)重干擾。因而，在廣播電視業(yè)務(wù)尚未完成退頻的特定時(shí)期內(nèi)，該干擾直接制約了5G通信廣播融合系統(tǒng)的開(kāi)通運(yùn)營(yíng)進(jìn)程。頻譜共享的重點(diǎn)工作，在于在該時(shí)期內(nèi)通過(guò)創(chuàng)新技術(shù)手段，盡量降低廣播電視網(wǎng)對(duì)融合系統(tǒng)的干擾，加快5G通信廣播融合系統(tǒng)的開(kāi)通。

為有效避免廣播塔信號(hào)的阻塞干擾導(dǎo)致全帶寬底噪顯著抬升，創(chuàng)新提出切片式子帶濾波器增強(qiáng)方案(如圖5所示)。該方案充分利用廣播塔發(fā)射信號(hào)的帶寬固定、頻段可知的特點(diǎn)，針對(duì)有限數(shù)量及組合的干擾源，設(shè)計(jì)出可以靈活配置的子帶濾波器電路，用以替換原全帶寬數(shù)字中頻濾波器。現(xiàn)網(wǎng)部署時(shí)，根據(jù)鄰近廣播塔的具體干擾特征，選擇配置適當(dāng)?shù)淖訋V波器。未配置子帶濾波器時(shí)，帶內(nèi)廣播塔干擾信號(hào)可導(dǎo)致其同頻及鄰頻共計(jì)16～24MHz上行頻譜不可用；而配置子帶濾波器后，僅同頻8MHz頻譜不可用，鄰頻8～16MHz頻譜可以使用。因此在總計(jì)30MHz的上行帶寬內(nèi)，實(shí)現(xiàn)27～53%的頻譜利用率提升。

圖5 切片式子帶濾波器干擾規(guī)避方案示意圖

廣播電視網(wǎng)的帶內(nèi)干擾還同時(shí)引起顯著的PIMC干擾問(wèn)題。PIMC是由基站設(shè)備中的接頭、饋線、天線、濾波器、避雷器等無(wú)源器件在下行鏈路發(fā)射高功率信號(hào)時(shí)，由于部件本身存在非線性而引起的互調(diào)效應(yīng)。受天饋系統(tǒng)質(zhì)量問(wèn)題、安裝問(wèn)題、老化、外界環(huán)境等因素影響不同，無(wú)源互調(diào)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響也不同。如圖6所示，在5G移動(dòng)通信融合廣播電視系統(tǒng)700MHz設(shè)備中，由于下行和上行頻段間隔較窄，下行高功率發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)無(wú)源器件產(chǎn)生的PIM失真分量正好落在上行接收頻段內(nèi)，引起上行信號(hào)噪底抬高10dB以上、上行最大覆蓋收縮50%以上、接收機(jī)靈敏度降低等問(wèn)題，PIM嚴(yán)重時(shí)甚至能引起上行信號(hào)阻塞，需要通過(guò)技術(shù)手段解決PIM問(wèn)題。

圖6 700M產(chǎn)品PIM干擾分布圖

廣播電視網(wǎng)清頻結(jié)束前，700MHz設(shè)備除了受到無(wú)源互調(diào)干擾外，還同時(shí)受到廣播塔的干擾。而廣播塔干擾和無(wú)源互調(diào)干擾產(chǎn)生的原理機(jī)制不同，不能使用同樣的消除算法進(jìn)行消除。廣播塔干擾目前有成熟的抑制方案，但是由于其抑制方案實(shí)施流程在無(wú)源互調(diào)干擾消除完成后進(jìn)行，因此廣播塔干擾信號(hào)會(huì)對(duì)PIM抵消算法產(chǎn)生不同程度的影響，嚴(yán)重時(shí)使PIM抵消算法失去效果。

為解決融合系統(tǒng)帶內(nèi)高強(qiáng)度廣播塔干擾與無(wú)源互調(diào)干擾并存時(shí)，造成互調(diào)干擾消除算法建模精度下降甚至無(wú)法進(jìn)行非線性建模而導(dǎo)致上行最大覆蓋能力收縮50%的問(wèn)題，提出廣播塔干擾并存的無(wú)源互調(diào)干擾消除方案，將無(wú)源互調(diào)干擾對(duì)上行系統(tǒng)性能的影響從50%下降至3%。

創(chuàng)新提出的廣播塔干擾與互調(diào)干擾并存的PIMC方案包含廣播塔干擾識(shí)別、廣播塔干擾抑制、去干擾特性系數(shù)計(jì)算、去干擾PIM抵消器、PIM干擾抵消五個(gè)模塊。根據(jù)廣播塔干擾強(qiáng)度自適應(yīng)識(shí)別無(wú)源互調(diào)干擾產(chǎn)物，再利用抑制廣播塔干擾非線性模型計(jì)算殘留互調(diào)干擾信號(hào)的非線性特征，通過(guò)反相抵消電路對(duì)含廣播塔干擾的上行業(yè)務(wù)進(jìn)行無(wú)源互調(diào)干擾產(chǎn)物消除，保證上行可用帶寬內(nèi)無(wú)源互調(diào)干擾消除的有效性。一方面，在PIMC建模求解PIM特性模塊中利用帶阻濾波器抑制廣播塔等干擾信號(hào)，可以避免高功率廣播塔等干擾信號(hào)對(duì)PIMC算法有效性的影響，提高PIMC算法的建模準(zhǔn)確度。另一方面自適應(yīng)根據(jù)廣播塔業(yè)務(wù)干擾的強(qiáng)度對(duì)其進(jìn)行干擾抑制，保證下行發(fā)射信號(hào)與上行接收信號(hào)同步計(jì)算有效性，確保只要上行不進(jìn)入阻塞狀態(tài)，就可以進(jìn)入PIMC計(jì)算流程。最后對(duì)沒(méi)有受到廣播塔干擾的其他頻段上行信號(hào)進(jìn)行PIM消除，保證上行可用頻點(diǎn)信號(hào)不受無(wú)源互調(diào)干擾的影響。同時(shí)也保留了廣播塔等其他干擾信號(hào)的原始信息，保證已有成熟干擾抑制方案有效實(shí)施。

根據(jù)圖7所示的測(cè)試環(huán)境，在暗室中針對(duì)實(shí)際天饋系統(tǒng)產(chǎn)生無(wú)源互調(diào)干擾同時(shí)又模擬廣播塔干擾信號(hào)的場(chǎng)景進(jìn)行了方案性能驗(yàn)證。如圖8所示，在有-70dBm廣播塔干擾存在時(shí)，PIM對(duì)消性能無(wú)回退。主設(shè)備PIM對(duì)消功能打開(kāi)后，無(wú)廣播塔干擾擊中的5M帶寬內(nèi)底噪總功率降低10dB以上。如圖9所示，在有-40dBm廣播塔干擾存在時(shí)，PIM量級(jí)發(fā)生了變化。但從測(cè)試結(jié)果看，PIM對(duì)消功能仍能正常工作。主設(shè)備PIM對(duì)消功能打開(kāi)后，無(wú)廣播塔干擾擊中的5M帶寬內(nèi)底噪總功率降低10dB以上。

圖7 真實(shí)暗室驗(yàn)證模擬廣播塔干擾與無(wú)源互調(diào)干擾并存PIMC性能驗(yàn)證示意圖

圖8 -70dBm帶內(nèi)干擾時(shí)PIM對(duì)消能力

圖9 -40dBm帶內(nèi)干擾時(shí)PIM對(duì)消能力

4 通信廣播網(wǎng)絡(luò)共建

在組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)層面，5G移動(dòng)通信融合廣播電視系統(tǒng)首先需要考慮的問(wèn)題是建網(wǎng)成本。首先，5G移動(dòng)通信融合廣播電視系統(tǒng)受傳統(tǒng)電信運(yùn)營(yíng)商和新興的廣播運(yùn)營(yíng)商的雙頭管理，從網(wǎng)絡(luò)成本考慮，應(yīng)盡可能復(fù)用傳統(tǒng)電信運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)基礎(chǔ)和運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，但也要兼顧業(yè)務(wù)獨(dú)立發(fā)展需求與管理運(yùn)營(yíng)效率。從無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的角度，5G移動(dòng)通信融合廣播電視系統(tǒng)需要全國(guó)連續(xù)性的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，因而一是如何充分利用現(xiàn)有基站基礎(chǔ)設(shè)施，二是如何在低價(jià)值區(qū)域進(jìn)行低成本覆蓋，成為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)成本集約目標(biāo)的重要問(wèn)題。

4.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

移動(dòng)通信融合廣播電視系統(tǒng)首先面臨著網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和組網(wǎng)方案的設(shè)計(jì)問(wèn)題?；?G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以低成本建網(wǎng)和具備獨(dú)立業(yè)務(wù)發(fā)展能力的目標(biāo)，采用接入網(wǎng)共建共享、核心網(wǎng)獨(dú)立的組網(wǎng)方式。但是多運(yùn)營(yíng)商共享基站的組網(wǎng)方式容易帶來(lái)潛在的多頭管理和安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，創(chuàng)新提出統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)接入和面向全量連接的I-SMF插入路由方案，提高了網(wǎng)絡(luò)效率和安全性。

4.2 低成本無(wú)線網(wǎng)組網(wǎng)方案

移動(dòng)通信融合廣播電視系統(tǒng)的無(wú)線基站建設(shè)中，如何在現(xiàn)有擁擠的站址上增加700M天面成為必須應(yīng)對(duì)的技術(shù)挑戰(zhàn)。為了降低對(duì)天面空間的占用，降低工程建設(shè)難度和租賃成本，運(yùn)營(yíng)商的策略是整合現(xiàn)有天面，做到新增頻段而不新增天線。對(duì)于中國(guó)移動(dòng)，需要考慮對(duì)700M、900M、1 800M和FA頻段(1.9G)多個(gè)頻段的整合，天線的集成度要求很高。這其中的一大難點(diǎn)，在于如何實(shí)現(xiàn)700M與900M共陣子的同時(shí)保持頻段間獨(dú)立電調(diào)能力。獨(dú)立電調(diào)需要采用振子級(jí)合路方案，傳統(tǒng)的腔體合路器雖然插入損耗低，但大量應(yīng)用時(shí)勢(shì)必造成天線重量和成本顯著升高。為了解決這一矛盾，中國(guó)移動(dòng)提出了輕量化微帶合路方案，并聯(lián)合產(chǎn)業(yè)不斷優(yōu)化微帶合路器的插入損耗，在批量產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)了性能與傳統(tǒng)腔體方案相近，重量下降5Kg，很好地平衡了性能和成本。

700M由于頻段低，傳播能力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)同樣面積的覆蓋比高頻段所需的基站數(shù)更少，是5G廣域覆蓋的理想打底頻段。為了實(shí)現(xiàn)低成本5G廣域覆蓋，中國(guó)移動(dòng)面向低容量場(chǎng)景，突破傳統(tǒng)的3扇區(qū)組網(wǎng)方式，創(chuàng)新提出了2扇區(qū)組網(wǎng)方案，如圖10所示，單個(gè)基站只需要2套設(shè)備和天面，可以顯著壓縮建站成本和運(yùn)行功耗。這其中要解決的關(guān)鍵技術(shù)，是如何拓展單副天線的覆蓋范圍。傳統(tǒng)的3扇區(qū)天線，水平面波束寬度為65度左右，在±60°的功率下降約為12±3dB，以適應(yīng)單扇區(qū)覆蓋水平120度范圍的需求。如果要實(shí)現(xiàn)2扇區(qū)組網(wǎng)，則需要單副天線的水平覆蓋范圍擴(kuò)展至180度左右，即±90°的功率下降不能太多，否則在扇區(qū)邊緣會(huì)出現(xiàn)弱覆蓋。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，一方面通過(guò)優(yōu)化振子方案，擴(kuò)大單列波束的水平面波寬至75度左右；另一方面提出了反射板的特殊設(shè)計(jì)方案，通過(guò)倒V型反射板，將兩列振子的波束左右偏轉(zhuǎn)，分開(kāi)一定角度。波束偏轉(zhuǎn)后，在90°的功率下降就可以滿足扇區(qū)間連續(xù)覆蓋要求。但同時(shí)也需要保證左右波束分開(kāi)之后，波束交疊處的電平，如果交疊電平過(guò)低，就會(huì)導(dǎo)致法線方向出現(xiàn)弱覆蓋。另外，左右波束間的重疊越多，重疊區(qū)域的多流效果就會(huì)越好。通過(guò)不斷優(yōu)化調(diào)整反射板的折彎角度，確定了單個(gè)波束的最佳偏轉(zhuǎn)角度，使單個(gè)天線即能滿足180度的覆蓋需求，同時(shí)波束交疊電平不低于傳統(tǒng)3扇區(qū)方案，達(dá)到了建網(wǎng)成本和功率消耗降低1/3的效果。

圖10 兩扇區(qū)組網(wǎng)天線示意圖

為了驗(yàn)證2扇區(qū)天線的覆蓋效果，在外場(chǎng)選取了試點(diǎn)站點(diǎn)進(jìn)行天線的替換和對(duì)比驗(yàn)證。圖11b)為4個(gè)連片試點(diǎn)站的替換情況，白色箭頭為兩扇區(qū)天線指向，圖11a)替換前的RSRP，圖11c)為替換后的RSRP。遍歷測(cè)試結(jié)果表明，替換后平均RSRP雖稍弱于替換前，但替換后的覆蓋仍可滿足正常使用需求。此外，網(wǎng)管指標(biāo)方面，除PRB利用率略微上漲外，平均用戶數(shù)、日均流量、接通率、掉線率及上下行吞吐率等指標(biāo)均在正常范圍波動(dòng)，這表明通過(guò)2扇區(qū)天線組網(wǎng)建設(shè)，覆蓋和網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)可以滿足需求，而扇區(qū)數(shù)減少1個(gè)，可以節(jié)省約1/3的建設(shè)投資和基站運(yùn)行功耗，對(duì)于低容量需求的區(qū)域而言是極具性價(jià)比的建設(shè)方案。

圖11 兩扇區(qū)組網(wǎng)測(cè)試結(jié)果

5 移動(dòng)通信融合廣播電視系統(tǒng)業(yè)務(wù)發(fā)展暢想

移動(dòng)通信融合廣播電視系統(tǒng)的建成將進(jìn)一步帶動(dòng)各類新興流媒體視頻業(yè)務(wù)的發(fā)展，但此類視頻業(yè)務(wù)也給網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬和資源帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單播方式效率較低，容易在人群密集場(chǎng)景或上網(wǎng)高峰期出現(xiàn)視頻播放卡頓的情況。5G廣播多播技術(shù)通過(guò)同時(shí)向多個(gè)終端傳輸相同的視頻內(nèi)容，既可提升網(wǎng)絡(luò)資源利用率，又能保障視頻流暢度與清晰度。因此，超高清視頻、VR/AR視頻、直播服務(wù)可采取5G廣播多播技術(shù)分發(fā)視頻內(nèi)容。

此外，5G廣播多播技術(shù)同樣適用于公共安全消息、廣告內(nèi)容推送等場(chǎng)景，可實(shí)現(xiàn)短時(shí)間一定區(qū)域內(nèi)的多個(gè)用戶及時(shí)接收信息。中國(guó)移動(dòng)研究院編制的《5G MBS場(chǎng)景分析報(bào)告》[3]中，移動(dòng)通信融合廣播電視系統(tǒng)通過(guò)應(yīng)用5G多播廣播技術(shù)，可更好支持以下場(chǎng)景的業(yè)務(wù)發(fā)展。

5.1 場(chǎng)景一：體育賽事和演藝現(xiàn)場(chǎng)直播

國(guó)家體育館“鳥(niǎo)巢”、上海梅賽德斯－奔馳文化中心等超大型場(chǎng)館可容納萬(wàn)人觀看演出及體育賽事，場(chǎng)館內(nèi)距離舞臺(tái)較遠(yuǎn)的觀眾難以看清演出及賽事細(xì)節(jié)，存在用移動(dòng)終端觀看多角度視頻、賽事精彩回放等直播服務(wù)的需求；在演藝場(chǎng)景中，觀眾也存在僅收看某位演員的直拍、后臺(tái)采訪花絮的需求，現(xiàn)場(chǎng)熒幕及傳統(tǒng)的單播下發(fā)視頻流的方式因單一視角或網(wǎng)絡(luò)資源受限往往難以滿足觀眾的個(gè)性化需求。

基于直播的“內(nèi)容相同、觀眾收看時(shí)間相同、觀眾密集”的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，當(dāng)活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的眾多觀眾同時(shí)使用5G終端收看直播時(shí)，可采用5G廣播多播的方式為觀眾統(tǒng)一下發(fā)視頻流，以緩解視頻內(nèi)容傳輸對(duì)下行帶寬的壓力，滿足高并發(fā)、高帶寬傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)需求。

5.2 場(chǎng)景二：校園直播

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，直播逐漸走進(jìn)校園，打破了教室或教學(xué)活動(dòng)舉辦地點(diǎn)的限制，通過(guò)線上接入的方式保障教育教學(xué)的正常進(jìn)行，直播回放等服務(wù)也方便了師生記錄學(xué)習(xí)知識(shí)、復(fù)習(xí)學(xué)習(xí)要點(diǎn)；同時(shí)直播教學(xué)也可以為教育資源欠發(fā)達(dá)地區(qū)的學(xué)生提供優(yōu)質(zhì)的教育資源，然而教育欠發(fā)達(dá)地區(qū)可能存在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)相對(duì)落后的情況，需要更加便捷的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案。此外，校園中還會(huì)播放冬奧會(huì)、世界杯等大型國(guó)際體育賽事直播，此類場(chǎng)景的收看人群比教學(xué)直播更多，需要更多的網(wǎng)絡(luò)資源支撐用戶需求。

5.3 場(chǎng)景三：公共服務(wù)

公共服務(wù)包括政府等權(quán)威部門應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害、社會(huì)安全事件等突發(fā)公共事件時(shí)在一定區(qū)域內(nèi)向公眾傳遞的緊急信息，提供的內(nèi)容可以包含視頻、文字、聲音等。由于目前接收公共應(yīng)急信息的終端種類多(大屏、顯示器、手機(jī)等)、數(shù)量大，采用單播的方式推送安全信息可能造成網(wǎng)絡(luò)擁擠，導(dǎo)致信息無(wú)法及時(shí)傳達(dá)。

因此，基于公共服務(wù)“內(nèi)容相同、時(shí)間相同、廣域覆蓋”的場(chǎng)景特征，可使用5G廣播多播技術(shù)，在節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源和空口帶寬的前提下，通過(guò)循環(huán)廣播的方式確保安全信息傳遞給一定范圍的每位用戶。5G廣播多播技術(shù)可與電視相結(jié)合，利用新技術(shù)的廣覆蓋及傳統(tǒng)電視的權(quán)威性，共同打造公共服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

5.4 場(chǎng)景四：車載娛樂(lè)

隨著5G與車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，汽車成為一種可能的終端移動(dòng)設(shè)備，車內(nèi)的音頻、多屏系統(tǒng)等車載娛樂(lè)系統(tǒng)使用戶的駕駛與乘車體驗(yàn)不再枯燥。然而，傳統(tǒng)單播模式無(wú)法同步多路視頻/音頻流，車內(nèi)會(huì)出現(xiàn)多屏畫面不一致的情況。

因此，基于車載娛樂(lè)系統(tǒng)“內(nèi)容相同、時(shí)間相同、區(qū)域相同”的特征，5G廣播多播技術(shù)在車載娛樂(lè)系統(tǒng)的場(chǎng)景下可發(fā)揮同時(shí)向多個(gè)用戶傳輸相同內(nèi)容的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。5G廣播多播技術(shù)通過(guò)接收多視角合成的廣播信號(hào)可實(shí)現(xiàn)多屏同看效果，顯著降低擁塞、延遲等問(wèn)題的出現(xiàn)，提升用戶體驗(yàn)。

5.5 場(chǎng)景五：元宇宙

元宇宙世界最大的特點(diǎn)是強(qiáng)交互、高度沉浸感和低時(shí)延。在元宇宙中，用戶之間的交互及基于VR/AR和3D技術(shù)的視頻等業(yè)務(wù)都對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的高速率、低時(shí)延優(yōu)勢(shì)提出挑戰(zhàn)。在元宇宙場(chǎng)景下，廣播多播技術(shù)可使在一定范圍內(nèi)的內(nèi)容生產(chǎn)者直接將業(yè)務(wù)內(nèi)容下發(fā)給接收者，在數(shù)智人、VR藝術(shù)展、AR購(gòu)物等新興業(yè)務(wù)領(lǐng)域大放異彩，為用戶帶來(lái)更多便利和優(yōu)質(zhì)體驗(yàn)。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著5G新基建基礎(chǔ)設(shè)施的廣泛商用部署，后5G時(shí)代的5G融合行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)愈發(fā)凸顯。作為廣播行業(yè)與通信行業(yè)深度融合、共同可持續(xù)發(fā)展的典范，移動(dòng)通信融合廣播電視系統(tǒng)也為電信運(yùn)營(yíng)商可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題提供了探索方向。中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)廣電通過(guò)技術(shù)融合、頻譜共享、網(wǎng)絡(luò)共建等領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，已經(jīng)建成全球首個(gè)、規(guī)模最大的移動(dòng)通信融合廣播電視系統(tǒng)，形成了全球領(lǐng)先示范效應(yīng)，為全球移動(dòng)通信發(fā)展貢獻(xiàn)了中國(guó)智慧，有利于廣播電視媒體行業(yè)共享5G開(kāi)放活躍的產(chǎn)業(yè)鏈，滿足人們的文化需求，促進(jìn)我國(guó)先進(jìn)、主流思想文化的傳播與發(fā)展。