吳玉友

安徽廣播電視臺(tái) 安徽省 合肥市 230071

概 述

視頻畫(huà)質(zhì)的提升、大體積視頻素材的快速回傳與在線流暢播放是廣播電視工作者永恒的追求，由于制作超高清視頻的分辨率、采樣率以及幀率具有很大幅度的增加，因此，不論是在線播放超高清流媒體的碼率或視頻文件的存儲(chǔ)空間，均大幅度提升。例如，對(duì)于3840×2160 分辨率運(yùn)營(yíng)級(jí)4K 視頻，流暢直播的帶寬需求為45.5Mbps，而當(dāng)前4G 的接入速率僅為8～60Mbps 之間，而且上傳速率通常限制在20Mbps 以內(nèi)，因此，以4G直播傳輸4K 視頻是不可靠的。從廣電戰(zhàn)略布局而言，發(fā)展超高清是廣電單位（企業(yè)）至關(guān)重要的一步，根據(jù)Conviva 的報(bào)告顯示，有35%的用戶將視頻服務(wù)體驗(yàn)作為選擇視頻服務(wù)商的首要條件，內(nèi)容數(shù)量、內(nèi)容價(jià)格等因素位列其后，可見(jiàn)，大力發(fā)展超高清視頻技術(shù)是廣電行業(yè)重大的機(jī)遇。

第五代移動(dòng)通信即5G 以高帶寬、低延時(shí)、海量接入為新的特點(diǎn)，其峰值速率為10Gbps，端到端時(shí)延達(dá)到ms 級(jí)，設(shè)備連接密度增加10～100倍，頻譜效率提升5～10 倍，能夠在500km/h 的速度下保證用戶體驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合MEC、網(wǎng)絡(luò)切片等特性，為4/8K 超高清視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）等視頻業(yè)務(wù)提供強(qiáng)有力的傳輸技術(shù)支持。

2019年初，安徽廣播電視臺(tái)聯(lián)合安徽某通信運(yùn)營(yíng)商和華為公司對(duì)在5G 通信環(huán)境下就大文件的下載和超高清直播應(yīng)用進(jìn)行了測(cè)試，建立了安徽省第一個(gè)5G 超高清視頻站點(diǎn)，并成功應(yīng)用于2019年全國(guó)兩會(huì)安徽廣播電視臺(tái)在北京的新聞報(bào)道工作中。本文以此項(xiàng)目為依托，給出了項(xiàng)目中的測(cè)試技術(shù)過(guò)程及測(cè)試結(jié)果，努力為我臺(tái)今后的5G+廣電工作開(kāi)展積累經(jīng)驗(yàn)。

1 測(cè)試技術(shù)方案

1.1 全國(guó)兩會(huì)北京至合肥5G鏈路技術(shù)框圖

安徽廣播電視臺(tái)2019 全國(guó)兩會(huì)用于新聞報(bào)道工作的5G 通信鏈路，如圖1 所示。

圖1 全國(guó)兩會(huì)北京至合肥5G鏈路技術(shù)框圖

位于北京室外的攝像機(jī)或單兵設(shè)備通過(guò)CPE提供的有線網(wǎng)口或WIFI 接口連接至5G 網(wǎng)絡(luò)，CPE（Customer Premise Equipment）為客戶前置設(shè)備，負(fù)責(zé)5G 宏站（宏站一般用于室外空曠場(chǎng)所5G 信號(hào)覆蓋）移動(dòng)信號(hào)與無(wú)線WIFI 或有線網(wǎng)口信號(hào)互相轉(zhuǎn)換的移動(dòng)接入設(shè)備，CPE 上聯(lián)至周邊的通信基站中的5G 射頻模塊，信號(hào)通過(guò)北京本地?cái)?shù)據(jù)核心網(wǎng)，送至全國(guó)5G 骨干網(wǎng)，最后路由交換到安徽合肥的5G 天鵝湖基站的BBU 中。由于要在安徽省廣電大樓內(nèi)部署5G 信號(hào)，所以采用了室內(nèi)分布系統(tǒng)，采用3 層架構(gòu)：基帶單元（BBU）、遠(yuǎn)端匯聚單元（RHub）和遠(yuǎn)端射頻單元（p RRU）。如圖2所示。

其中，BBU 設(shè)備具有擴(kuò)容便利、支持小區(qū)分裂及合并、集中管理等特點(diǎn)；RHub 為pRRU 提供 PoE 供電，最大支持8 路，RHub 之間支持級(jí)聯(lián)，采用光纜連接。pRRU 內(nèi)置天線，支持2×20MHz 載波及2×2MIMO，采用吊頂、壁掛等方式安裝。Rhub 遠(yuǎn)端匯聚單元與pRRU 設(shè)備之間采用光電復(fù)合纜或網(wǎng)線連接，現(xiàn)階段單BBU 設(shè)備最多支持 96 臺(tái) pRRU 射頻單元，支持 12 臺(tái) RHub 遠(yuǎn)端匯聚單元。pRRU 射頻單元總功率為2×100mW，并發(fā)用戶數(shù)在40 個(gè)左右，覆蓋半徑在7.5～30m 之間。

圖2 5G 室內(nèi)分布系統(tǒng)

考慮到本次測(cè)試的緊迫性與跨區(qū)域需求一定協(xié)調(diào)時(shí)間的困難，故在本文闡述的測(cè)試內(nèi)容中，北京信號(hào)源（遠(yuǎn)端）由位于合肥的通信運(yùn)營(yíng)商省公司承擔(dān)。

1.2 測(cè)試過(guò)程

根據(jù)圖2 的室內(nèi)分布系統(tǒng)，在安徽廣電新中心全媒體中心吸頂安裝了一臺(tái)pRRP，形成了一個(gè)局部的室內(nèi)5G 覆蓋環(huán)境，測(cè)試組制定了測(cè)試方案，對(duì)5G 網(wǎng)速、文件下上載業(yè)務(wù)、4K 超高清直播業(yè)務(wù)進(jìn)行了測(cè)試。其中，5G 網(wǎng)絡(luò)速率測(cè)試分為使用TUE 和CPE 兩種情況，詳情如下。

1.2.1 5G 網(wǎng)絡(luò)速率測(cè)試一：使用TUE

TUE 是Test User Equipment 縮寫(xiě)，是一款專門(mén)測(cè)試5G 帶寬的多接收天線測(cè)試設(shè)備。由于5G信號(hào)采用了多天線發(fā)射，因此，必須采用多接收天線的接收設(shè)備才能真實(shí)測(cè)試出實(shí)際的帶寬數(shù)值。如圖3 所示。

使用TUE 測(cè)試5G 帶寬的峰值速率為1.73Gbps，平均速率為1.55Gbps，速度為4G 的10 倍以上，這個(gè)數(shù)值反映了本次5G 的真實(shí)傳輸能力。

1.2.2 5G 網(wǎng)絡(luò)速率測(cè)試二：使用CPE

雖然TUE 可以充分獲得5G 的帶寬，但是使用卻不如CPE 方便，CPE 便于攜帶，可以將5G 信號(hào)轉(zhuǎn)換為wifi 和有線以太網(wǎng)口信號(hào)，供移動(dòng)終端及固定終端使用。在當(dāng)前5G 手機(jī)沒(méi)有大規(guī)模商用時(shí)，CPE （Customer Premise Equipment） 是使用5G 良好的過(guò)渡方案。

圖3 使用TUE 測(cè)試5G 帶寬

為了充分了解CPE 提供5G 的能力，我們采取了CPE+有線網(wǎng)卡+PC（如圖四）和CPE+WIFI+手機(jī)（如圖五）兩種方式進(jìn)行。

在使用CPE+有線網(wǎng)卡+PC 情況下，測(cè)試5G 帶寬的峰值速率為630Mbps，平均速率為560Mbps。

在使用CPE+WIFI+手機(jī)情況下，使用speedtest APP 測(cè)試5G 帶寬的速率為下載314Mbps，上傳為62.5Mbps。

圖4 使用CPE+有線網(wǎng)卡+PC 測(cè)試5G 帶寬

圖5 使用CPE+WIFI+手機(jī)測(cè)試5G 帶寬

表1 大文件下載和上傳測(cè)試數(shù)據(jù)

1.2.3 業(yè)務(wù)測(cè)試一：大文件下載和上傳

我們?cè)谕ㄐ胚\(yùn)營(yíng)商省公司的機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置了一臺(tái)FTP 服務(wù)器，在安徽廣電全媒體中心通過(guò)5G 下載上傳大文件，以測(cè)試文件傳輸業(yè)務(wù)的性能，并與4G 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的業(yè)務(wù)進(jìn)行了對(duì)比，采用的測(cè)試條件為CPE+有線網(wǎng)卡+PC，使用DU METER 軟件監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

1.2.4 業(yè)務(wù)測(cè)試二：4K 直播回傳

為了模擬北京直播信號(hào)回傳至合肥的安徽廣電新中心，測(cè)試組在位于合肥的通信運(yùn)營(yíng)商省公司院內(nèi)使用攜帶一臺(tái)CPE 和360 度VR 攝像頭的無(wú)人機(jī)進(jìn)行直播測(cè)試。視頻采集設(shè)置為4K，測(cè)試人員在全媒體指揮中心觀察無(wú)人機(jī)在飛行爬升、下降、旋轉(zhuǎn)時(shí)的畫(huà)面流暢程度，測(cè)試系統(tǒng)如圖6 所示。

整個(gè)直播效果令人滿意，畫(huà)面流暢清晰，特別是在有較多運(yùn)動(dòng)畫(huà)面時(shí)，畫(huà)面仍然保持流暢，未見(jiàn)馬賽克出現(xiàn)，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面如圖7 所示。

2 測(cè)試結(jié)論與存在問(wèn)題

本次測(cè)試數(shù)據(jù)總體達(dá)到了應(yīng)用的要求。表2摘自中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)《4k 視頻傳輸需求研究》，給出了傳輸4K 和8K 所需帶寬的理論值，對(duì)于運(yùn)營(yíng)級(jí)4K，帶寬需求為45.5Mbps。即便采用本次測(cè)試速率較低的CPE+WIFI+手機(jī)情形中的上傳速率62.5Mbps，也大于45.5Mpbs 帶寬要求，即本次部署的5G 網(wǎng)絡(luò)，理論上是滿足4K 直播需求的。

在實(shí)踐上，通過(guò)持續(xù)觀察無(wú)人機(jī)直播回傳的4K 視音頻信號(hào)的流暢程度，可以認(rèn)定本次部署的5G 信號(hào)也是能夠?qū)崿F(xiàn)4K 直播的。

圖6 無(wú)人機(jī)4K+5G 直播測(cè)試圖

圖7 無(wú)人機(jī)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

但是，測(cè)試中也反映出一些問(wèn)題，比如更好地安排5G 上載和下載的帶寬配比，以便滿足廣電行業(yè)對(duì)4K/8K 超高清直播時(shí)特殊的信號(hào)上載需求；在本次測(cè)試中，缺乏5G 手機(jī)終端，只能采用價(jià)格昂貴的CPE 設(shè)備中轉(zhuǎn)過(guò)渡；此外，在文件傳輸中，嘗試采用常用的免費(fèi)的傳輸軟件，但由于軟件本身做了限速，無(wú)法體現(xiàn)出5G 的帶寬優(yōu)勢(shì)?？梢?jiàn)，一項(xiàng)新技術(shù)應(yīng)用，只有充分做好網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、周邊配套、上下游、人才知識(shí)儲(chǔ)備等眾多工作，才能發(fā)揮其最大的價(jià)值。

表2 4K 視頻質(zhì)量屬性對(duì)比表

3 展 望

從2018年到2019年，5G 和超高清的重大新聞事件不斷：2018年12月28日，我國(guó)第一個(gè)基于5G 的國(guó)家級(jí)新媒體平臺(tái)在中央廣播電視總臺(tái)開(kāi)建，旨在推動(dòng)5G+4K 超高清節(jié)目傳輸測(cè)試和應(yīng)用驗(yàn)證等工作；2019年1月，中央廣播電視總臺(tái)聯(lián)合中國(guó)移動(dòng)、華為公司在深圳成功開(kāi)展了5G 網(wǎng)絡(luò)4K 電視傳輸測(cè)試，成功實(shí)現(xiàn)了央視春晚深圳分會(huì)場(chǎng)4K 超高清信號(hào)回傳至中央廣播電視總臺(tái)北京機(jī)房。

5G 技術(shù)應(yīng)用廣泛，定位于萬(wàn)物互聯(lián)，必定影響整個(gè)社會(huì)，給各行各業(yè)帶來(lái)了新的機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)。對(duì)于廣電行業(yè)而言，應(yīng)將自身視音頻文化產(chǎn)品創(chuàng)意、制作優(yōu)勢(shì)與超高清視頻、5G 深度結(jié)合，深耕自己的行業(yè)領(lǐng)域，做好媒體融合，成為新時(shí)代具有更大影響力的全媒體機(jī)構(gòu)。