广电5 G网络模型和建设步骤探讨

2020-05-28 11:22:55
李铭
文章摘要: 有线电视平台管理广播电视网承载的相关业务。该平台包括服务器、软件、数据库、传送网络、技术规范、管理制度。其支撑着模拟电视、模拟广播、数字电视、数字广播、HFC有线宽带、家庭TS流和IP视频流传送、家庭视频通讯等业务。

1.引言

通信业在经过了1 G,2 G,3 G,4 G时代,现如今迎来了5 G时代。2019年中央广播电视总台春节联欢晚会首次采用了5 G传输4 K超高清直播,开启了广播电视行业的5 G技术的正式商业应用模式,也标志着三大电信运营商正式展开了电视的视频直播业务。2019年5月5日,中央广播电视总台5 G+4 K+AI媒体应用实验室正式落户上海。国内三大运营商的5 G技术也已经在广电直播业务上开始进行商业运行。随着2019年6月6日工信部正式将4 900 M~4 960 M频段划分给中国广电,广电系统开始了5 G设备测试和布局规划。

2.广电系统现状

从1997年周宏仁博士第一次系统地介绍了“迎接电脑、电视与电话合一的新时代”这一国际领先理念至今,而“三网融合”也已经历经二十余年。由此江苏有线苏州分公司已经初步实现了三网融合,并建成了三个平台和两类网络。

(1)广电系统的三个平台

江苏有线苏州分公司的三个平台分别是有线电视平台,数据网络平台和管理平台。

有线电视平台管理广播电视网承载的相关业务。该平台包括服务器、软件、数据库、传送网络、技术规范、管理制度。其支撑着模拟电视、模拟广播、数字电视、数字广播、HFC有线宽带、家庭TS流和IP视频流传送、家庭视频通讯等业务。

数据网络平台管理数据交换网络、网络安全和IDC服务。由存储服务器、应用服务器、路由交换网和网络安全设备组成。江苏有线苏州分公司的数据网络平台包括:OTN管理平台、PTN管理平台、SDH平台、MSTP管理平台、MPLS VPN平台、VPLS VPN平台、DWDM平台、PON平台、终端设备平台、行为管理平台、网络安全平台、IDC服务平台等。

管理平台是广播电视平台和数据交换平台的支撑平台。管理平台包括物理网管理平台、业务服务平台、公司管理平台。物理网管理平台包括管网平台、GIS平台等。业务服务平台包括运维管理平台、视频监控平台、电视云媒体资源平台、计费平台、IDC维护平台等。公司管理平台包括OA和ERP等。

(2)广电系统的两类网络

江苏有线苏州分公司的两类网络分别是广播电视网和数据交换网。广播电视网采用TS流、IP流两种文件格式和广播、组播、单播三种信息传输方式传输电视信号。苏州的广播电视网有三个特点,一是覆盖广。该网不仅覆盖苏州地区所有农村和居民小区,还覆盖〖HJ1.73mm〗了很多政企单位。二是模拟和数字信号共线传输。三是三网融合。有线高清互动机顶盒终端有电视广播信号解码、家庭宽带上网和视频语音通话功能。数据交换网包含三个层次:接入层、汇聚层、核心层。其中,核心层采用OTN+DWDM;汇聚层采用SDH、DWDM和IP;接入层又分为有线接入和无线WiFi接入两种。物理传输介质有同轴线,网线,光纤三种。

3.5 G的应用特点

经历了1 G时代的无线语音通话,2 G时代的数字语音加短信,3 G时代的互联网应用和4 G时代的APP普及和大带宽高速率视频主播业务的快速发展,移动通信业务应用进入万物互联、智能化、大流量、高带宽的5 G时代。

相比前四代移动网络,5 G更加专注于数据流量、连接时延、接入设备数量等应用能力的提升。其应用特点可以归纳为:超快、超宽、超可靠,同时分别对应了三种应用场景:增强型移动宽带(Enhanced Mobile Broadband,eMBB)、大规模机器类型通信(Massive Machine Type of Communication,mMTC)和高可靠和低延迟通信(Ultra-reliable and Low Latency Communications,URLLC)。

eMBB场景主要表现是:上下行速率更高、带宽更大。根据2017年11月的ITU的无线接口标准草案,5 G最低下行速率为20 Gbit/s,最低上行速率为10 Gbit/s,用户体验数据速率的目标值下行不低于100 Mbit/s,上行不低于50 Mbit/s。

mMTC场景主要表现是在可以接入海量设备。5 G的最小连接能力达到每平方公里连接100万台设备。

URLLC场景主要表现是在更快的响应时间。URLLC考虑到了工业自动化、智能电网、无人驾驶、车联网通讯、远程手术、高速移动等应用场景。根据ITU的5 G无线电接口标准草案,eMBB时延要达到4 ms,URLLC时延要达到1 ms。工业自动化控制要求时延大约为10 ms,无人驾驶要求时延低至1 ms,而4 G时延约为30-70 ms。5 G标准还要求实现高达500 km/h的高移动性。总之,eMBB和mMTC为URLLC服务提供了带宽和链接数的基础。eMBB、mMTC和URLLC确定了5 G发展的应用目标是万物互联,万物可管可控。

4.广电5 G网络模型和建设步骤

(1)广电5 G网络模型

5 G组网有非独立组网(Non-Standalone,NSA)和独立组网(Standalone,SA)两种模式。由于广电系统没有LTE网络,如果采用NSA方式,必然要与其它运营商合作。结合运营商边界设备投入资金不足和网络穿透性不足的现状,国内运营商之间的“互联互不通”现象短期内无法解决,因此广电系统优选SA组网方式。

广电5 G网络模型分三个部分:5 G终端设备,5 G综合网络,外部互联(如图1所示)。终端设备是5 G应用的市场基础,综合网络是5 G应用的技术基础,外部互联是广电系统的瓶颈和机遇。

(2)广电5 G建设步骤

借鉴国内移动运营商的网络建设经验,广电5 G网络建设可以分四个步骤。第一步,升级5 G骨干光通信网。第二步,建设宏基站。第三步,建设IT支撑系统和主设备。第四步,建设小基站开展增值业务。

(3)5 G骨干光通信网建设

现有广电OTN+DWDM骨干网络有较大的背板容量余量进行升级扩容,实现5 G的数据传输。5 G需要设备间严格的时钟同步,并且需要同时采用北斗卫星同步和网内时钟同步对时间进行校准。现有广电网络传输电视业务采用的是广播、组播的模式,区县级播控中心的时间和中央电视台保持严格时钟同步,而5 G网络需要将接入端小基站纳入时钟同步范围,因此骨干网的核心设备需要进行5 G升级。

(4)宏基站建设

广电系统的宏基站建设可以采用租用和自建结合的方式。一方面,租用广播电视铁塔和铁塔公司的空间资源进行快速部署,加快5 G测试和重要节点的布局。另一方面,广电有丰富的管网资源和乡镇机房,可以在政策允许的情况下,逐步自建宏基站和小基站。在设备和技术上,国内有着完整的5 G产品链和相应的技术支持力量,因此广电系统需要在这个建设过程中,多测试、多学习,增强技术力量、积累经验并进行应用研究。

(5)IT支撑系统和主设备建设

IT支撑系统支撑5 G网络应用,但其中却有矛盾之处,矛盾在于一方面希望网络能够提供尽可能多的功能,这样可以全业务发展。另一方面,5 G投资太大,不可能一次性建设到位,所以IT支撑系统和主设备建设可以走重点突出、功能齐全、逐步扩大的道路。精选重点区域、重点行业进行全业务覆盖。在此阶段,超密集网络(Ultra Dense Network,UDN)、自组织网络(Self-Organizing Network,SON)、内容分发网络(Content Distribution Network,CDN)、网络切片(Network Slice)、设备到设备通信(Device-to-Device Communication,D2D)技术可以进行轻量级的建设。信息中心网络(Information-Centric Network,ICN),云存储、云计算、分布计算、边缘计算、数据安全服务等应用性技术可以进行研究、测试和选择性建设。软件定义网络(Soft Defined Networking,SDN)、AI等新技术需要加强跟踪和研究。

(6)小基站建设

由于宏基站的物理规划位置、建设环境、天面要求、建设成本等要求较高,导致站址资源有限且珍贵,尤其是在人群密集区,更是难以获取站址。因此需要小基站建设对宏基站信号存在弱覆盖或者盲点区域进行补充。

5.结束语

5 G技术还在持续发展,根据ITU计划,2020年将讨论5 G正式标准,这是广电网络的机遇也是挑战。一方面,四大运营商纷纷和影视公司、各地电视台、互联网公司、设备厂商、产品供应商测试各种5 G应用。5 G转播电视节目业务已经开始商用,而广电系统才刚刚涉足5 G,基础薄弱。另一方面,AI、VR、AR、车联网、自动驾驶、远程医疗、远程教育等产品,还没有进入全面商业推广的阶段。真正爆发性的5 G商业应用还没有出现。但是从1 G到4 G的发展历程来看,也许很快会出现大哥大BP机、短信拜年、微信抢红包、抖音之类的特色5 G业务。因此,广电系统需要明确5 G部署的进度,挖掘市场应用,扩大合作伙伴范围,为下一步发展打好基础。

信息化软件服务网 - 助力数字中国建设 | 责编:夏丽
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