从专用网到通用网的数字广播革命 - 今日头条

从专用网到通用网的数字广播革命

来源:搜狐科技 2018-08-11 22:36:00

文/ 中广热点云特约撰稿人 李隐枫 廷军

刚刚结束的俄罗斯世界杯,给移动通信运营商的网络带来了巨大的压力。中国移动的网维工程师如果看到了自家推出的这个套餐,一定会狂喷鲜血。10G高速流量再加上90G咪咕视频直播流量,才卖区区68元。

就算在高速连接的4G移动通信网络上,这样的套餐也完全是赔本赚吆喝。为什么呢?因为100G流量全部都需要依靠基站通过有限的数据带宽传输到用户的手机上。每增加一个套餐用户,就会多100G的流量。哪怕用户看的都是完全一样的内容,传输的是完全一样的数据包,移动通信网络都会当作完全不同的内容兢兢业业地一个比特一个比特从视频服务器传输到用户手机上。

为什么哪怕是观看同样的视频内容也无法在现有的移动通信4G网络上做任何优化?因为现在部署的LET网络是按照点对点的单播网络方式设计的,点对多点的网络标准是做了,几乎没有运营部署。每个终端独占自己的通信通道,传输自己的私有内容,井水不犯河水。这就是传统的移动通信网络的工作方式:通用网络+专有内容。

我们知道,传统的有线电视网络(Cable TV)则是完全相反的技术架构。传统的有线电视网络是专用网,只用于点对多点传输视频信号。但专用网上传输的是公共的内容,即各个公共的频道信号。电视需要观看哪个频道,就从视频信号中解码出自己需要观看的内容并在电视上播放,所以是专用网络+通用内容。因为这种通用内容的工作方式,我们一般把有线电视网络和传统无线广播网络统称为广播网(Broadcast Network)。

作为传统用于语音和数据通信的移动通信网要面对各种复杂的应用场景,再加上视频数据在移动通信网络上传输的数量越来越大,制定移动通信规范的国际组织3GPP一直希望在移动通信网络中加入对于广播方式的支持。这里的广播方式,既包含音频的广播,也包含视频的广播。在4G的规范中,3GPP开始加入广播通信功能,我们称为LTE Broadcast 或者进化的多媒体广播及多播,简称为 MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Service)。从命名上就可以看出,MBMS规范包含了两方面的功能支持:首先是纯粹的多媒体广播,视频或音频可以在4G网络上通过广播(eMBMS)的方式同时传输给多个终端,而传输通道是可以共享的;其次是 多播服务,一个多媒体数据发送者可以在共享通道的情况下把同样的数据内容同时发送给多个接收终端。

举例来说,如果有1000个终端需要从头端接收同样内容的1MB视频文件,在传统的移动通信网络上,基站(发射端)和终端间需要传输总共1000MB的数据流量。在eMBMS的广播模式下,除了1MB数据净荷之外,只需要额外少量用于封装的数据,就可以通过单频网(Single Frequency Network, SFN)完成基站向1000个终端传输1MB同样内容的任务。

所以,基于LTE Broadcast的技术平台可以实现视频转播,软件分发,公共信息广播,多媒体应急广播等多种面向大量受众的业务需求。

使用LTE Broadcast的好处是带宽占用与接受终端数量无关,只和同时广播的频道数量相关,运营商可以指定用于广播的带宽及内容分发的频道数量。LTE Broadcast技术的引入为移动运营商设计新的业务模式创造了条件。

运营商可以针对用户批量推送同样的内容,而不用考虑其对网络负载的影响。

在3GPP中的Release 14版本中, 3GPP已经加入了移动通信网络通过MBMS提供电视服务功能的标准 ,以及5G BROADCAST目前立项的EnTV (Enhanced TV) 的R16版本正在制定中。由广电的网络运营商部署后,电视和其它内容服务提供商可以直接依托无线数据广播网络提供内容服务。借助增强的移动通信协议标准,更好的完成无线移动多媒体广播网产业的完整性和可持续发展性,单向的自由接收服务和数字媒体信号的透明传播方式,将对未来的广播行业发展产生深远的影响,也是中国CMMB网络最好的迭代更新的技术选择。在科技飞速发展的当下,借助ENTV标准,部署一个HPHT(High Power High Tower,大功率高塔)的广播专用网络与5G网络运营商相辅相成,共同发展。

从 5G开始,5G Broadcast在3GPP立项名称更改为增强的多媒体广播及多播传输系统(enhanced Multimedia Broadcast and Multicast System)。 5G Broadcast的业务目标从移动设备进一步扩展到传统电视。5G Broadcast将在移动网络运营商和广播网络服务提供商之间提供一套3GPP确定的标准接口,其中包括广播内容交付、操作控制、广播模式下的频谱应用增强、支持单向免费接收的服务模式等。

3GPP 在 Release 14 中引入了用于数字电视广播的 LTE EnTV 技术。Release 16 将再次评估 LTE EnTV ,并且可能增强以满足 5G 广播的需求,这也再次兑现了 3GPP 对这一行业细分领域的承诺。

总的来看,5G Broadcast包括了"广播访问的增强"和"系统层面的增强"两个方向。其中"无线通信接入能力的增强"针对无线覆盖范围扩大。而"系统层面的增强"则为内容提供商高效使用新的无线网络承载能力提供便利。

播接入的增强

更远的传输距离:新的单信号传输标准可以支持200微秒的长循环前缀(long cyclic prefix)以便支持节点间距离达15公里的信号覆盖

更大的广播容量:支持基于100%带宽的eMBMS传输的专用广播网,也可以支持eMBMS和其它5G服务混用的无线组网方式

更灵活的配置方式:单一的无线网络同时支持移动和固定终端,并提供对于屋顶天线的进一步支持

更高效的工作方式:新的子框架设计减少了相同内容下传输的数据量和网络广播负载

系统层面的增强

单向接收模式:支持设备在无线状态下自由接收的模式,无需SIM卡或注册服务的支持

透明的服务:电视广播的内容可以采用原有多媒体格式传输,无需解码

标准化接口:内容提供商可以在依托在LTE的统一框架下传输媒体内容

共享广播:多个内容运营商可以在一个统一的广播运营商支撑下服务相同或不同的用户群

既然enTV能够和现有的数据服务整合在一个统一的5G技术框架下,那么具体的eMBMS技术标准会不会实现起来非常复杂呢?其实,基于eMBMS的数字电视服务体系架构是非常简单透明的。通过内容提供商、服务中心和客户端应用三层架构和相关的API协议就可以构建起enTV的体系平台了,如下图所示:

在内容提供端,内容提供方包括内容源(Content Source)和广播/多播运营平台。广播/多播运营平台通过xMB-U协议把内容源的多媒体数据包推送给中间层的广播/多播业务中心(Broadcast Multicast Service Center, BM-SC)。xMB-C则是广播/多播运营平台控制指令的传输通道。

广播/多播业务中心(Broadcast Multicast Service Center, BM-SC)是依托于IP网的多媒体数据处理/分发中心。按照内容提供平台下发的指令,广播/多播业务中心会把不同的多媒体数据包通过不同的分发渠道进行下发。

对于单播指令,多媒体数据包会以单播(Unicast)方式发送给单播传输模块,再经由现有的无线数据通道传送给终端上的广播通信客户端。

对于广播/多播指令,数据包会按照MBMS协议通过核心网的MBMS网关在无线端进行广播。终端侧的MBMS客户端则通过MBMS传输协议在无线广播信号中获取多媒体数据包。

在接收端,不论是单播还是广播/多播获得的多媒体数据包,最终都会由支持3GPP 5G Broadcast标准的客户端经由MBMS侦测应用(MBMS Aware Application, MAA)传递给内容处理应用(多媒体播放应用)。而对于内容的应用服务信息则是通过无线移动通信的数据控制通道传递的。

需要指出的是,5G Broadcast并不是完全瞄准移动数字电视(enTV)的需求进行标准构建的。事实上,在未来的5G应用场景中,一点对多点(Point-To-Multipoint, PTM)的信息传递方式将成为普遍的应用需求。由此构建的业务场景才是5G Broadcast可以大展身手的领域。

总的来说,5G Broadcast可以广泛应用的业务场景包括以下四类:

公共安全和警报

对于自然灾害(海啸、地震警报)或公共安全(寻找失踪儿童的安珀警报)领域的信息推送,依托传统的点对点短信/彩信是非常低效的。尤其是在需要推送包含多媒体信息的情况下,如灾情地图,失踪儿童撤退路线指引信息等,将对无线通信网产生巨大压力。5G Broadcast的增强功能会大大降低对公众广播的网络数据流量,确保信息推送的时效性。

物联网

对于海量设备接入的物联网来说,批量更新设备软件一直是一个难题。每个更新补丁都需要点对点一一推送到无线接入的设备上。借助5G Broadcast的广播推送将一次性把更新包推送给所有需要更新的设备,最大程度的降低物联网维护管理的复杂度和工作量。

车联网

车联网是物联网的一种特殊的行业应用。其特殊性在于信息交换复杂、多方协作、实时性要求高、涉及人身和公共安全。在车联网应用中的数据交换包含V2V(车对车)、V2I(车对基础架构)、V2P(车对行人)和V2N(车对管理网络)。这几种数据交换方式并行地出现在车联网的应用场景中。对于特定数据包,如车辆采集的视频信息和判别结果,车辆有可能需要同时传输给管理网络和周围多个车辆,这时基于5G Broadcast的小范围的点对多点的多播系统就远胜于点对点的传输方式。

多媒体和娱乐领域

从热点内容的前置推送,如文中开头谈到的世界杯比赛视频,到小范围的多媒体内容共享,如基于虚拟现实(VR)和增强现实(AR)的协作,都需要无线通信网络能够以广播-多播(Broadcast-Multicast)的方式传递大量同样内容的多媒体数据包,这时Embms/EnTV就成为最好的解决方案。如果再考虑VR/AR应用场景下的多设备协作,那么基于无线通信网络的5G Broadcast几乎就是唯一的解决方案了。

目前欧洲的数字电视产业在欧盟安排下以频谱重耕(refarming)的方式在各个国家推进DVB-T(地面数字视频广播,Digital Video Broadcasting - Terrestrial)和其扩展版本DVB-T2(Digital Video Broadcasting - Second Generation Terrestrial)。依据欧盟的规范,重耕的频谱包括470MHz-608MHz段和614MHz-694MHz段。

从未来的5G enTV技术标准来看,不论是覆盖范围还是传输速率,增强的5G Broadcast技术都优于现有的DVB-T/T2标准。考虑到利用2X2 MIMO(多入多出)和256 QAM(正交振幅调制)技术可以进一步提高数据传输密度,未来eMEMO和DVB-T/T相比的优势将更加明显。如果在下一代欧洲地面数字视频广播方案中选择5G Broadcast标准,会进一步提高现有的频谱重耕效果,甚至可以完全释放614MHz-694MHz段用于5G的其它应用。所以不论是3GPP组织还是无线通信相关的厂商都希望尽快完成5G Broadcast在下一个5G版本的技术规范细化的工作。

目前看来,能够全面支持数字电视应用方式的5G广播功能不论是在Release 14还是Release 15都无法完全真正实现。到了Release 17版本或许能够出现基于海量用户的单向/交互模式融合的5G多媒体广播技术标准。在现有的技术框架下,无线网络只能在特定应用场景或局部区域作为多媒体数据传输的承载平台,真正能够全面替代现有广播网的enTV技术方案在可见的未来还不大可能出现。【JQH主妇/ 中广热点云特约供稿】返回搜狐,查看更多

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