原創2022-11-18 10:13·聯通智彙
《資訊通信技術》是中國聯合網絡通信集團有限公司主管、主辦的國内外公開發行的中英文科技期刊（CN11-5650/TN，ISSN1674-1285)，2007年12月正式創刊。本刊旨在反映國内外資訊通信技術最新研究成果，提供資訊通信技術交流平台，推廣先進資訊通信業務和應用，為大陸建設資訊社會和創新型國家服務。
【作者姓名】丁海煜 鄧 偉 曠婧華 周 嬌 景 旭
【作者機關】中國移動通信有限公司研究院 北京 100053
【摘要】大陸已實作5G商用領先，但5G網絡的“可持續發展”和“高品質發展”仍是擺在中國5G營運商面前的問題。5G通信廣播融合系統是解決該問題的成功案例。文章首先分析5G通信廣播融合面臨的挑戰，然後從技術共融、頻譜共存、網絡共生、業務創新等幾個方面提出系列創新方案，闡述技術标準、幹擾攻克、融合營運和創新應用等領域的攻關效果。攻關成果助力中國建成全球首個、規模最大的5G通信廣播融合系統并實作規模商用，為全球範圍内通信與廣播行業的深度融合貢獻中國智慧。
【關鍵詞】5G通信廣播融合系統；技術融合；頻譜共存；網絡共生；業務融合
1 研究背景、面臨挑戰及攻關思路
5G是新基建之首及助推經濟數字化轉型的關鍵基礎設施。大陸通過大規模5G商用實作了全球5G領先，但部署成本亟需降低、網絡價值亟需提升，是5G網絡從全球領先進一步走向“可持續發展”“高品質發展”的關鍵問題。
利用低頻開展5G通信廣播融合系統的建設和營運，是解決上述問題的一個成功案例。廣播網所采用的低頻頻譜700MHz是移動通信系統部署的黃金頻段資源，對5G網絡的重要性不言而喻。700MHz目前已部署的無線廣播網采用DTMB技術，存在産業鍊單一、業務形态單一等問題，5G通信廣播融合網的建設和營運，不僅能夠以5G網絡大大提升數字廣播業務的頻譜效率、靈活性、産業鍊及業務形态的豐富性，還将為廣播電視行業的數智化轉型預留發展空間。
此前，全球還沒有實際實作商用部署的5G通信廣播融合系統。建設和運維5G通信廣播融合系統面臨着諸多挑戰：首先需要實作技術融合；而後需要通過攻克低頻段幹擾，實作頻率共存。在組網方面，5G通信廣播融合系統可以充分借鑒移動通信網絡的深刻了解和豐富經驗，實作網絡共生和融合營運。最後，5G通信廣播融合系統需要以業務融合激活應用生态，進而實作業務的靈活高效承載。總結而言，5G通信廣播融合系統在基礎技術、頻譜、網絡、業務等方面面臨諸多挑戰，需要開展多方面技術攻關。
2 創新技術攻關成果
2.1 技術融合、标準突破，為5G通信廣播融合系統奠定技術基礎
5G系統在演進版本中，面向廣播技術融合目标開展了5G廣播多點傳播技術的系統設計和空口技術革新。與既往前代通信系統中，廣播與單點傳播空口資源采用靜态切分不同，5G廣播多點傳播采用單多點傳播一體化的架構設計[1]，并将業務與會話管理功能進行解耦。通過對現有單點傳播網元的功能和流程加以增強來實作多點傳播的激活與移動性管理，同時在功能和流程上也解耦了會話管理和業務管理的相關功能，使能營運商按需部署網元，降低了部署成本。
5G廣播多點傳播的空口設計采用融合統一的空口技術[2-4]，保障了廣播多點傳播業務和單點傳播業務的資源融合。如圖1所示，融合統一空口技術對廣播多點傳播單點傳播采用統一的基于實體層業務共享信道動态排程資源配置設定技術，并支援單多點傳播間HARQ共享機制，融合的空口技術降低了終端支援廣播的硬體改動，利于開展産業化研發。動态單多點傳播技術通過統一的單多點傳播承載架構，支援在多點傳播業務體驗無法得到保障時，由基站将多點傳播動态切換到單點傳播提供保障，首次為多點傳播業務引入了業務品質保障，并且還可以根據空口使用者數動态調整發送模式達到最大化傳輸效率。多點傳播移動性采用基于核心網統一配置設定的PDCP序列機制，同步了基站間資料包傳輸的一緻性，解決多點傳播廣播的業務連續性問題。
3GPP對廣播原有承載頻段n28頻段帶寬的定義為2×45MHz ， 該頻段的起止頻點為703~748/758~803MHz。2020年3月25日，工業與資訊化部下發《工業和資訊化部關于調整700MHz頻段頻率使用規劃的通知》[5]，明确了将702~798MH頻段頻率使用規劃調整用于移動通信系統，并 将703~743/758~798MHz頻段規劃用于頻分雙工(FDD)工作方式的移動通信系統。但屆時3GPP對n28單載波帶寬僅有最大2×20MHz的定義。為了提高中國國内700MHz頻譜利用效率，提高終端業務體驗，3GPP核心标準将n28單載波帶寬擴充至2×30MHz/2×40MHz[6]，單載波帶寬最大擴充提升幅度達100%。為對700MHz擴充帶寬産品的研發和入網提供指導，700MHz系列企業标準和行業标準在制定過程中，通過創新性方案解決大帶寬系統接入不同能力終端時的系列端網不比對相容性問題。國際标準、行業标準、企業标準等700MHz大帶寬核心标準的制定，大大提升了700MHz在國内部署的頻譜利用效率和網絡能力，為大帶寬産品的研發和入網掃清了障礙。
2.2 頻譜共存、幹擾攻克，為商用開通提供先決條件
廣播網與通信網由于通信方式的不同，頻譜使用方式存在顯著差異。廣播網采用下行單向鍊路，頻譜采用全下行規劃；通信網采用上下行雙向鍊路，因而頻譜規劃為上下行成對使用。廣播網低頻頻譜用于5G通信廣播融合系統，必須首先解決下行對通信系統上行鍊路的頻譜共存問題。
采用700MHz頻段部署5G通信廣播融合系統，首先需要解決700MHz數字電視廣播塔在該頻段的幹擾問題。700MHz數字廣播網采用廣播塔方式組網，發射裝置架設高、功率大，業務以下行為主，對700MHz 5G蜂窩移動通信網絡的宏基站上行接收造成嚴重幹擾，導緻該頻段上的數字廣播電視業務的清退進度直接制約了5G通信廣播融合系統的開通營運程序。
為避免網絡開通受制于幹擾清退進度，提出廣播塔幹擾源定位方案，通過高幹擾小區範圍确定、同類型高幹擾小區簇聚類和小區幹擾最強方向确認方案，基于人工智能算法形進行幹擾源定位方案，将廣播塔幹擾定位速度提升至秒級識别。
針對5G宏基站受廣播塔幹擾無法正常接收近端終端上行發射信号的問題，在5G宏基站接收端引入基于幹擾圖譜的幹擾避讓方案，創新提出了廣播信号對應的接入參考信号跳頻部署，保證終端可避開幹擾接入系統；通過感覺學習幹擾規律，形成幹擾圖譜，配置控制信道和業務信道位于幹擾較低位置。
為有效避免廣播塔阻塞幹擾影響全帶寬底噪顯著擡升，提出切片式子帶濾波器增強方案(示意圖如圖2所示)，利用廣播塔發射信号的帶寬固定、頻段可知的特點，針對有限數量及組合的幹擾源，設計出可以靈活配置的子帶濾波器電路。根據現網廣播塔具體幹擾特征，選擇配置适當的子帶濾波器。未配置子帶濾波器時，帶内廣播塔幹擾信号可導緻其同頻及鄰頻共計16~24MHz上行頻譜不可用；而配置子帶濾波器後，僅同頻8MHz頻譜不可用，鄰頻8~16MHz頻譜可以使用。是以在總計30MHz的上行帶寬内，實作27~53%的頻譜使用率提升。
2.3 網絡共生、融合營運，快速平滑、降本增效達成規模商用
5G通信廣播融合系統的網絡架構群組網方式，需要兼顧通信網的耦合現網、各代共生需求，又要兼顧廣播網營運商無托底現網而又迫切需要快速開通的需求，因而需要充分提前考慮未來融合營運的困難和問題。
綜合考慮通信與廣播營運商的業務獨立發展營運需求，又充分考慮到通信與廣播營運商在融合網絡的建設、營運、管理經驗積累上的差距，對接入網資源開展網絡共享，将有利于最大程度複用電信營運商的建設營運積累，對齊建設營運标準，并最大程度節省建設營運成本。業務政策也是廣播與電信營運商亟需實作統一化标準的重要方面，是確定未來5G通信廣播融合系統能夠實作無線資源高效靈活應用的關鍵。
采用全球首創的控制面統一、業務面橋接的接入網共享的網絡架構，既滿足雙方業務發展的獨立性、保障最大程度複用電信營運商在接入網方面豐富的運維優化經驗，又針對性開展了兩項網絡架構創新：
一是設計了網絡控制面的統一彙聚，面向無現網的廣播營運商實作全面融合托底，達成融合網絡快速開通營運的目标；
二是設計了網絡業務面的橋接架構，面向共享雙方營運商的業務政策和網絡管理标準亟需拉齊的需求，通過橋接核心網的運維管理，實作雙方業務政策、網絡管理運維的标準一緻性，并有效實作了安全隔離。全球首創的控制面統一、業務面橋接的接入網共享網絡架構，與标準的MOCN方案形成了顯著差異，可實作多頻段、多制式接入資源整合，實作全程全網的融合網絡營運。
在該網絡架構下，通過業務連續性、話音、互聯互通等業務流程創新方案，實作控制面的低成本管控和使用者面的高效業務疏通。與MOCN架構中除接入網外其他網元均獨立運維形成顯著差別之處還在于，如上全球首創的共享網絡架構可以帶來靈活高效的網絡運維管理手段。業務政策可以實作靈活的分域管控下發，達成會話級及QoS Flow級别業務管控；流量識别的顆粒度可實作載波級别，主輔載波的計費可達成差異化統計和處理。
全程全網的網絡共生架構，除了達成5G通信廣播融合系統的快速商用和平滑演進目标外，還是營運商實作低成本建網、“雙碳”節能目标的“降本增效”利器。
确定融合共生的組網架構後，可進一步采用低頻融合網對中頻段5G現網實作有效協調和性能補充。700MHz能夠靈活補充中頻段在覆寫廣度、覆寫深度、時延和上行速率等方面的網絡性能，但是700MHz與中低頻段的覆寫性能差異明顯，使中低頻段協同組網面臨跨站部署等諸多部署限制，針對非共站部署的TA差異和傳輸時延對中低頻段協同組網性能造成的影響，通過基于TA的上行載波輪發創新方案、基于邊界感覺的多頻協同切換等創新方案，提升了中低頻跨站協同組網的部署靈活性群組網性能，并通過有效利用中低頻段組網方案，有效地将現網中頻段高幹擾場景的業務速率提升了4倍。
2.4 業務共融、激活應用，建構融合開放的融媒體業務
作為新興的廣播業務承載媒介，5G網絡大大提升了數字廣播業務的業務服務品質、頻譜效率和産業鍊豐富度。結合傳統廣播電視業務營運商的優質内容資源和平台優勢，5G網絡能夠與主流文化宣傳業務形成業務共融的緊密協同，并引導建構“網絡+業務”開放共享的“融媒體”生态。
傳統廣播業務采用獨占頻譜、高塔廣播發送，沒有按需定向的業務播發能力；同時，接收數字廣播電視業務的終端形态單一，無法複用5G豐富的産業鍊。依托5G技術，可借助移動通信系統的靈活資源配置設定機制實作廣播、多點傳播與單點傳播的靈活轉換，并可借助5G宏基站裝置形态，真正實作按需定向的廣播業務發送，結合蜂窩小區組網技術，在較傳統方式大大提高頻譜利用效率的基礎上同時還能兼顧使用者的上行回報。
同時，5G終端形态豐富，移動性強，進一步實作了廣播業務的高移動性、終端形态靈活等發展願景，真正發揮多屏互動的融媒體宣傳價值(如圖3所示)。5G作為新基建之首，一旦成為主流文化宣傳媒介入口，将有助于借助5G覆寫普遍性和5G産業鍊生态豐富性，為社會大衆提供使用者無差别、高頻譜效率、高覆寫度、高時效性、高移動性的融媒體新聞傳播服務，充分發揮多屏價值，提供極緻頻譜效率的廣播電視網際網路融媒體業務。
3 創新技術攻關價值
5G通信廣播融合系統的大規模建設和營運部署具有重要意義。
作為全球首例、規模最大的5G通信廣播深度融合網絡，5G通信廣播融合系統引領了全球5G網絡的技術革新與先進價值應用，在中國5G商用領先的基礎上，為全球的通信廣播行業融合貢獻了中國智慧。廣播網與通信網的雙網融合，以5G技術牽引廣播網絡的頻譜效率提升、服務業态豐富和産業鍊開放，提升全行業的數字化服務能力。
5G通信廣播融合系統可低成本地實作全面的5G連續覆寫，對于5G網絡實作重點鄉鎮和部分重點行政村覆寫的鄉村數字基礎設施建設目标的達成，有極為重要的意義。低頻5G通信廣播融合系統是達成5G鄉村數字基礎設施建設目标的重要基礎，不僅極大程度地降低5G建設成本，還将有效降低5G現網能耗，并在容量、覆寫、時延等網絡名額方面對現有5G網絡實作有效補充和改善。
5G通信廣播融合系統是推進中國5G發展和普及的重大舉措，為使5G網絡成為主流媒體宣發媒介網絡、提升5G網絡價值和網絡内容豐富度奠定基礎，帶動大陸5G生态鍊和産業鍊的價值提升。5G通信廣播融合系統将帶動電信營運商從基礎網絡設施提供商向資訊服務科技創新能力與移動通信資訊内容提供商角色轉型，促進5G時代資訊内容生産與傳播媒介的供給側範式變革，確定中國5G從網絡到業務的全面領先。
4 總結與展望
在大陸實作5G商用全球5G領先的基礎上，進一步降低5G網絡的建設營運及能耗成本、提升5G網絡價值，仍是擺在中國5G營運商面前的兩項難題。5G通信廣播融合系統對這兩項問題分别給出了答案，一方面實作重點鄉鎮和部分重點行政村覆寫的鄉村數字基礎設施建設目标的達成，對5G建設投資和能耗成本的降低起着重要作用；另一方面引導和發揮5G網絡作為主流宣系統與方案發媒介的作用，促成電信網絡與業務資訊内容服務的全建設全服務全營運拉通，增值5G網絡價值。随着5G通信廣播融合系統的商用和發展，大陸将從5G商用全球領先，逐漸走向5G發展品質的全球領先，實作“降本增效”“雙碳集約”的可持續發展與“主流業務”“網絡增值”的高品質發展齊頭并進的發展态勢。
【作者簡介】
丁海煜：中國移動通信研究院副院長，正進階工程師。長期從事TD-SCDMA(3G)、TD LTE(4G)、NB-IOT、5G移動通信系統技術創新、産業推進、試驗應用、産品開發等工作，發表多篇學術論文和論著。
鄧 偉：中國移動通信研究院無線與終端所副所長，進階工程師。研究方向為蜂窩移動通信，目前主事5G商用營運技術攻關工作。
曠婧華：中國移動通信研究院資深研究員，進階工程師。長期從事4/5G移動通信系統現網創新技術和解決方案攻關工作，參與制定多項行業及企業标準。
周 嬌：中國移動通信研究院資深研究員，進階工程師。長期從事4/5G商用網絡建設、4/5G商用現網問題解決方案等工作，參與制定多項行業及企業标準。
景 旭：中國移動通信研究院資深研究員，中級工程師。長期從事移動通信基站及終端的射頻前端硬體設計工作，參與制定多項行業及企業标準。
編輯：陳曦
校審：王钐杉