车载转播车无线传输技术报告.pdf
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1、录1直播现状.51.1 现状.51.2 转播车传输场景.52 5G公网专用切片方案.72.1 核心技术说明.72.2 解决方案.72.3 方案分析.83车载5G专网方案.103.1 总体方案.103.2 方案分析.113.3 授权频谱子方案.1133.1 技术说明.113.3.2方案分析.123.4 非授权频谱子方案.143.4.1 技术说明.143.4.2 方案分析.153.5 RAN sharing 子方案.173.5.1 技术说明.17352方案分析.183.6 游牧基站子方案.203.6.1 技术说明.203.6.2 方案分析.204应急通信车方案.214.1 技术说明.214.2 解
2、决方案.224.3 方案分析.225微波解决方案.235.1 核心技术说明.235.2 解决方案.245.3 方案分析.266 Wi-Fi解决方案.276.1 核心技术说明.276.2 解决方案.296.3 方案分析.297总结.308参考.311直播现状1.1 现状转播车是一种集成超高清转播制作系统的车载平台,转播制作系统包括视频制作系统、音频制作系统等。对于转播车而言,音视频信号的传输技术是非常关键的部分,不同的信号 传输方式对于转播制播的整体影响也是显而易见的,因此制作团队在前期的场地勘探、设备 安装、线缆铺设等方面都要全面考虑信号传输方案,包括光纤、同轴电缆、微波、专线、卫 星、专线和
3、5G等,都需要在前期阶段考察准备到位。同轴电缆:常用于相对较短距离的信号传输。光纤:相比同轴电缆,光纤电缆数据传输具有距离长、高容量的优势。微波:微波传输使用无线电射频进行无线数据传输。设备必须在视线范围内,短距离微 波发射器体积很小,可以手持也可以固定在摄像机顶部,长距离微波发射器通常安装在车辆 上方或建筑物屋顶上。卫星:远程制作的信号通过卫星链路传输具有很多优势,这种传输方式不受传输距离的 限制,也没有信号遮挡的问题,但是成本相对较高。专线:通过点对点专线或者互联网专线的方式进行信号的传输。5G:通过5G网络进行音视频信号的传输。1.2 转播车传输场景转播车涉及的传输场景比较复杂,外部传输
4、主要包括:场景一:现场机位传输到现场转播车。在现场直播中,机位是对摄像机的拍摄位置和拍摄高度的统称,常见的机位有定点机位和游动机位两种。定点机位是指在各个机位确定后,直播过程中不再进行调整的机位。游动机位是指摄影师在直播现场根据被摄对象的运动进行 移动式拍摄的机位,这种游动机位灵活地在一定范围内移动。针对定点机位,摄像机一般通 过电缆或者光纤等有线的方式和转播车连接进行信号的传输;如果现场布线困难,需要通过 无线进行数据传输。针对游动机位,由于机位移动范围较大,直接通过有线传输数据会带来 拍摄的不便,无线传输是一种优选方案。场景二:第二现场的机位或者PGM信号传输到现场转播车。第二现场的拍摄的
5、信号或 者制作后的PGM信号传输到现场转播车,这种场景下,一般通过5G或者专线的方式进行 传输。场景三:PGM或者特定机位信号传输到总控中心。现场转播车制作后的PGM以及一 些高价值机位的信号需要传输到总控中心进行进一步的制作和分发,这种场景下一般通过 5G或者专线的方式进行传输。综上所述,转播车传输场景主要包括场景一:现场机位传输到现场转播车;场景二:第 二现场的机位或者PGM信号传输到现场转播车;场景三:PGM或者特定机位信号传输到 总控中心。其中场景一中固定机位可以通过电缆或者光缆等有线方式回传,游动机位可以通 过微波或者5G等无线方式回传。场景二和场景三可以通过专线或者5G进行传输。本
6、文主要解决场景一:现场机位传输到现场转播车需求,所述方案主要是无线传输技术 方案。图1.转播车外部传输场景图2 5G公网专用切片方案2.1 核心技术说明5G网络具备大带宽、低时延和广连接等技术特性,是目前一个应用最广的的无线网络,在直播场景中经常使用到。网络切片技术是一种新型网络架构,在同一个共享的网络基础设施上提供多个逻辑网 络,每个逻辑网络服务于特定的业务类型或者行业用户。通过网络切片可以降低建设多张专 网的成本,而且可根据业务需求提供高度灵活的按需调配的网络服务,从而提升网络价值和 变现能力,并助力各行各业的数字化转型,网络切片具备以下4个特征:1.隔离性:不同的网络切片之间互相隔离,一
7、个切片的异常不会影响到其他的切片。2.虚拟化:网络切片是在物理网络上划分出来的虚拟网络。3.按需定制:可以根据不同的业务需求去自定义网络切片的业务、功能、容量、服务 质量与连接关系,还可以按需进行切片的生命周期管理。4.端到端:网络切片是针对整个网络而言,需要核心网、承载网、无线侧均支持网络 切片功能,在数据平面为每个切片做到“端到端的硬管道隔离。相较于2G/3G/4G 一刀切”式网络资源提供方式,5G网络依靠切片技术可以按照业 务需求提供不同的QoS(业务质量)、SLA(服务等级标准)的网络资源,还可以按照业 务的持续时间、容量需求、速度需求、延迟要求、可靠性要求、安全性要求、可用性要求进
8、行切片定制,真正做到同一网络、不同切片来满足各行各业的需求。2.2解决方案5G公网专用切片方案部署如图8所示:现场5G 2B切片何选)5G辜站5G核心网5G背包总控中心专线/互联网固定机位专线/互联网现场转播车-5G机位信号-PGM信号-有线机位信号图8.5G公网专用切片方案组网图转播车直接使用5G公网作为传输网络,完成游动机位到转播车之间的视频流传递。游 动机位采用5G背包进行数据传输,采用网络切片技术来保证传输质量。游动机位和5G背 包连接在一起,游动机位拍摄内容之后,利用SDI接口传输信号到5G背包,5G背包实时 进行H.264/H.265编码,把编码后的视频流通过无线进行传输,经过5G
9、基站到达5G核 心网。5G背包直播传输的应用模式已经处于常态化的应用阶段,有以下关键特性:1.支持单路SDI/HDMI的HD/4K输入或4路SDI的HD输入2.视频支持H.264/H.265编码3.传输协议支持SRT、RTMP、UDP、RIST等,视频压缩码率为3Mbps80Mbps4.HD视频直播传输支持单进单出、多进多出、多进单出三种应用模式由于5G的上行带宽相比下行带宽小,并且所有手机用户共享带宽,为了保证上传质量,需要开通2B切片来保证上行传输带宽和时延。核心网拉专线到现场转播车,核心网分流之后通过光纤把视频图像传递到转播车。2.3方案分析5G网络受限于网络覆盖情况,在覆盖差的位置,无
10、法满足带宽和时延需求;5G带宽是多用户共享带宽,在人群密集的场景下,带宽需求也无法满足。通过切片技术。5G公网 才能够保证转播车场景的带宽和时延需求。5G公网专用切片方案评价如表4和图9:表4.5G公网专用切片方案分析表5G公脚专用切片方案维度程度描述商用部署网络普及,接入没有人力成本;切片开通需要时间;背包设备已 经是成熟产品,一次购买,永久使用政策适配性使用现有的服务,不涉及到政策限制传输时延虽然有切片技术保证,极端情况还是受限;受限于覆盖情况。如 果边缘服务器部署在基站侧,端到端传输时延能够达到15ms;最坏情况下,端到端传输时延能够达到30ms保证带宽5G最高下载速率能达到1 Gbps
11、;最高上行速率约为100Mbps,理论上满足需求;但是在人多的场景下,还是需要切片保证传输距离有基站全覆盖,基本不受距离的限制抗干扰性整个网络是运营商提供,运营商已经做了网规网优;背包不会额 外造成干扰易用性直接使用背包,不涉及到设备的运维,易于使用;5G网络已经 普及,只要不是偏远地区,基本都可以随时随地接入,以中国移 动为例,全国已经部署了百万台5G基站,城区全覆盖图9.5G公网专用切片方案评价图3车载5G专网方案3.1 总体方案具体如下图所示:5G背包5G拿站5G 2B切片何选)4诬游动机位+5G背包 TXT l游动机位+5G背包AZU5G核心网总控中心固定机位5GC(核心网)专线/互联
12、网5GW期关专线/互联网现场转播车5Gf化机柜-5G机位信号-PGM信号-有爱机位信号图10.基于车载5G专网的5G游动机位到转播车/转播台的回传方案车载5G专网方案核心思想:本地卸流,即开即用。5G专网整体部署在转播车内,移 动机位通过无线直接传送数据到车载5G专网,报文在转播车卸流并转发到其他模块,进行 本地处理,这样可以降低时延,同时也可以降低部署专线成本。由于转播车的移动性,方案 另一个核心诉求是要求即开即用,尽量与5G现网隔离,降低部署成本,节约开通时间。车载5G专网整体部署在转播车内,里面包含基站和5G核心网。由于转播车需求传输 功能单一,接入用户数量少,并且转播车空间有限,建议部
13、署小型化5G核心网。车载5G 专网为专网专用方案,和5G大网完全独立,无需对接5G现网。车载5G专网方案专网专 用这个概念与5G行业专网(NPN)类似,最大的不同在于车载5G专网支持物理位置变化,这种移动性也引入了一个最大的挑战:如何避免与新环境之间的无线干扰问题。车载5G专网是个概念,还需要具体技术支撑落地。结合当前的5G商用情况以及未来 技术演进,车载5G专网方案有如下子技术实现方案:授权频谱子方案、非授权频谱子方案、RAN sharing子方案、游牧基站子方案等。3.2 方案分析车载5G专网方案具有如下优点:1.可以有效减少路径迂回,降低成本和减少施工难度;2.进一步降低5G游动机位时延
14、;3.降低5G游动机位和有线机位时间对齐的复杂度;4.部署方式更灵活。3.3授权频谱子方案3.3.1 技术说明无线电频谱有限且不可再生,是国家重要战略资源,由国家相关部门统一管理。频 谱资源主要分为两类:授权频谱和非授权频谱。授权频谱指由国家分配给运营者的频段。3GUMTS、4GLTE、5G NR通常都工作在授权频谱上。目前中国移动分配的授权频谱见表5:运营商频段频率范围市范说明中国移动2GHz20102025MHz15MHz已基本退网1.9GHz18801920MHz40MHz4G网络主力频段2.3GHz23202370MHz50MHz4G网络室内覆盖主要频 段2.6GHz25152675M
15、Hz160MHz2515-2615MHz 部署5G 2615-2675MHZ 部署4G4.9GHz48004900MHz100MHz5G频段,现网未大规模 适用表5.中国移动目前分配的授权频谱700MHz703733MHz;758788Mhz60MHz与广电共建共享低频段已经被广泛使用,空闲可用频段越来越少,为了满足高速率、低时延、高效 率等不同场景的多样化需求,3Gpp在NR引入毫米波。毫米波是波长从110mm、频率从30300GHZ的电磁波,目前业界统一把6-100GHZ之间的频段作为毫米波研 究的频段,该频段拥有丰富的频率资源。3.3.2 方案分析车载5G专网转独立部署基站和小型化核心网
16、,整个设备与5G现网完全隔离,频 谱采用授权频谱。授权频谱中有3个适合选择的频谱:1.4.9GHz(4800-4900MHZ)的频段定位是5G的热点补充频段以及行业专网频 E殳,由于目前5G应用还有限,n41频段已经足够承载,因此暂未在现网大规 模部署使用。8D2U帧结构的下行峰值速率为1450Mbps,上行峰值速率为 375Mbpso2.2GHz(2010-2025MHZ)频段最初获批是用于部署TD-SCDMA,为3G频 段。现在TD-SCDMA已基本退网,该频段也就清空腾退出来了,一些地区用 来部署TD-LTE,扩大4G网络的容量。也可以成为该方案的候选授权频谱。8D2U帧结构的下行峰值速
17、率为217Mbps,上行峰值速率为56Mbps。3.毫米波目前应用比较少,选择毫米波能够提供足够带宽并且可以避免干扰。采用授权频谱进行覆盖的优势是技术成熟,且已有成熟产品。但是采用授权频谱,需要申请空闲空口频谱资源,可以通过扫频寻找可用频谱资源。如果现有资源无法满足,需要重新进行网规网优以避免同频邻区干扰。考虑到背包业务重上行轻下行的背景,可以配合SUL实现大上行传输。使用目前 尚未占用的SUL授权频谱,例如A频段目前全国用的比较少,可以避免对现网的干扰。对于采用SUL的通信系统,在同一个小区内会配置一个DL频段(NR频段)和2 个上行频段(NR频段+SUL频段)。在NR载波的上行覆盖比较好的
18、情况下,终 端会采用NR载波进行数据发送和接收。当超出NR载波的覆盖范围后,终端会采 用SUL载波进行数据的发送。终端可以在ULNR和SUL之间动态选择发送链路,但是在同一个时刻终端只能选择其中的一条发送,不能同时使用两条上行链路。本方案利用现有成熟的设备提供服务,技术上无风险,但是也有缺点如下:1、存在政策风险,设备购买资格问题,转播车是否有购买设备的资格,存在政策 风险;设备运营资格问题,因为需要使用授权频谱,频谱属于运营商,转播车企业能否 直接使用设计授权频谱,目前没有可用政策。2、设备运维能力要求高,5G网络设备运维是一个比较专业的能力,会涉及到与 现网无线的干扰问题,转播车企业通常不
19、具备通该运维能力,运维是一个大挑战。授权频谱子方案评价见表6和图11:维度程度描述商用部署部署时间短;一次投资,长期使用,基站和精简核心网费用高;扫频需要一定的人力和时间政策适配性购买基站和精简核心网可能有风险;使用授权频谱需要通讯公司 授权传输时延点到点传输,传输时延可以达到10ms保证带宽独自占用空口资源,带宽可以保证。能够提供的带宽依赖于频宽传输距离基本就是一个基站的覆盖范围,覆盖范围约200-430米左右抗干扰性使用授权频谱,并且经过扫频,理论上可以避免易用性通讯设备需要专业运维表6.授权频谱子方案分析表授权毋遇子方案图11.授权频谱子方案评价图3.4 非授权频谱子方案3.4.1 技术
20、说明非授权频谱在保证不给其它用户带来干扰前提下,满足标准的设备都可以接入和使 用。为了弥补授权频谱资源不足,3Gpp也充分考虑了如何利用非授权频谱补充无线接 入能力,提出了 NR-U。非授权频谱有很多应用技术,如WIFI和NR-U,本章重点介 绍 NR-UONR-U(NewRadio in Unlicensed Spectrum)是 3GPP R16 新提出的工作于非 授权频谱的5G空中接口技术,定义了两种NR-U的典型模式:混合组网模式和独立组网模式。混合组网如上图实际上类似于双连接技术,它将5G授权频段作为锚点,并定义为 Pcell(Primary Serving Cell,主服务小区),
21、PeelI传送控制信令和高QoS数据,而 非授权频段(例如Wifi)定义为Scell(Secondary Serving Cell,从服务小区),只 传送数据,这样,既有5G系统的控制,又能充分利用非授权频谱提供的传输能力,从 而大幅提升上下行速率。该组网方案比较适合人员密集的公共场所,如直播体育馆、购 物中心等。独立组网如上图,由非授权频谱提供无线接入。该方案直接将权限放给5G私有网络,只要私有网络符合3Gpp规范接口,就可以接入5G网络。极端情况下,核心网也 可以是私有。NR-U技术的确好处明显,但是也面临着最大的问题和挑战:干扰的风险。由于是 非授权频谱,无法保证独占这个频段。3.4.2
22、 方案分析车载5G专网采用独立组网方案,基站和核心网统一部署在转播车里,与现存通讯网络完全隔离。游动机位部署支持NR-U的CPE或者背包,把信号通过无线直接传递到NR-U基 站,转发到车载5G专网的核心网,然后本地分流,在转播车进行内容导播和制作。NR-U部署可以采用如下频谱:2400-2483.5MHz和5725-5850MHz,这些 频段可用于宽带无线接入(含无线局域网)等无线电通信系统。但是目前国内尚未发布 NR-U的设备管理办法,可以参考2400MHz和5800MHz频段无线电管理要求,如 果部署在室外环境且发射功率大于20dBm(2400MHz)和30dBm(5800MHz)的 台站
23、需要取得无线电台执照。NR-U方案就操作性而言,无需与通讯公司协商,所有人都可以免费使用,能够做 到即开即用,的确是一个比较优质的方案,但是本方案目前也有如下缺点:1、商用性不高。NR-U的整个产业还不成熟,配套的设备都还没有上市;定制设 备价格偏高。2、容易干扰。非授权频段人人都可以使用,所以传输性能会受周围环境信道占用 情况影响,传输质量无法确保。3、带宽考虑。NR非授权的信道带宽为20MHz,若需要更大带宽需要进行载波聚 合。若信道无占用,则性能与5G带宽相当。非授权频谱子方案(NR-U)评价见表7和图14:维度程度描述商用部署没有成熟的行业设备,如终端、基站等,目前落地比较困难;部 署
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