5G广播 5GNR MBS标准简介

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5G广播 5GNR MBS标准简介

5G广播简介

  5G广播采用点对多点传输方式，通过引入广播大塔配合移动通信基站，能够在移动通信网络提供不受终端数量限制的广播服务，与点对点传输模式形成优势互补，是广播技术发展最重要的方向。5G 广播采用3GPP制定的符合移动通信标准要求的广播传输技术而构建的广播电视系统，相关技术制定在3GPP框架下开展，符合3GPP要求。

一、5G广播标准化历程

1. MBMS标准一种用于移动通信网络的多媒体广播和组播服务的标准。MBMS的标准涉及多个方面，包括通信协议、无线接口和服务架构。MBMS提供了点对多点传输服务，规定了广播和组播两种工作模式。
2. eMBMS标准基于 4G 核心网和 LTE 空口框架的 MBMS 研究工作在后续版本中被称为 eMBMS。
3. FeMBMS(也被称为 enTV)全名为Further evolved Multimedia Broadcast Multicast Service（进一步发展的多媒体广播组播服务），是在5G移动通信系统中的一项技术标准和服务。FeMBMS是对传统MBMS的扩展和改进，旨在提供更高效的多媒体内容传输和广播服务。同时FeMBMS是针对5G移动通信网络的服务，它充分利用了5G的高速数据传输和低延迟特性，以提供更出色的多媒体广播和组播体验。
4. NR MBS （New Radio Multimedia Broadcast and Multicast Service）也是5G时代一种新的广播组播标准与FeMBMS在全国范围内提供常态化广播电视服务的目标不同，NR MBS侧重小区内的广播。
   

二、5G广播技术路线对比

  关于MBMS 如何向 5G 演进多播服务划分为基于 LTE 的地面广播模式和基于NR的混合组播模式两条技术路线。地面广播模式和混合组播模式的最新标准分别为FeMBMS和NR MBS。

三、5G广播-NR MBS

1.技术特点

• NR MBS可以支持无卡接收和跨运营商接收。NR MBS终端无需安装SIM卡，无需接入运营商网络，就可以接收广播电视。
• 5G NR MBS还可以支持组播。广播技术既可用于传统电视广播业务，也可以用于应急广播以及移动通信网络的流量卸载。组播技术主要面向移动通信场景，用于场馆直播、多视角观赛，AR/VR/4k/8k等点播和新型交互式视频服务等服务。
• NR MBS不设计专用的物理信道及帧结构，不引入新的物理信道，完全复用PDCCH/PDSCH。无线网络设备不需要额外的硬件升级，空口资源利用效率更高。此外，由于不涉及物理层改动，现有的手机终端通过空口升级支持NR MBS成为可能。
• 简化核心网流程和设计。为支持NR MBS，需要在5G SA网络架构基础上，新增和改造几类网元，包括引入MBSF（用于业务处理）、MB-SMF（用于业务控制）和MB-UPF（用于业务传输）等，基于5G核心网现有架构升级上述网元，升级扩容简单、业务上线速度快。

2.系统结构

  5G NR组播广播在设计上尽量复用5G系统已有架构和功能模块，使组播广播与单播通信共用5G系统的大部分功能，实现组播广播与单播的深度融合；另一方面，业务层和传输层分离设计，业务层作为可选项建立在传输层之上，应用可以直接利用5G网络的传输层功能。例如，5G网络只升级改造传输层，不增加业务层网元，业务层功能转由内容提供方实现，也可以支持组播广播业务。
  5G NR组播广播系统架构是对定义在TS 23.501[5]中5G系统架构的扩展，增加了支持组播广播服务（MBS）的功能模块，新增加了16个接口（以mb为后缀的接口、xMB和MB2接口），扩展了N1、N2、N4、N10、N11、N30和N33接口以支持MBS。

5G原有模块说明

5G NR MBS 模块说明

3.广播会话过程

  广播会话完成与组播通用的过程1、2、3步骤后继续执行4、5过程。广播MBS会话建立过程与组播有两点不同，一是在与组播通用的第一个过程结束后，5GC不需要等待UE加入，直接执行会话启动过程，配置无线网络资源，AF开始向基站发送广播业务数据。

绿色① ：AF向MBSF提供会话描述信息，包括：服务类型（是组播还是广播）、QoS要求、UE指示（例如，会话是否“对任何UE开放”）、MBS服务区域、MBS会话的开始和结束时间以及MBS会话状态（活动/非活动）等。MBSF要对AF进行认证。
绿色②：MBSF选择MB-SMF作为MBS会话的控制入口。MBSF向MB-SMF发送MBS会话创建请求（MBS会话ID、服务类型、TMGI分配指示、MBS服务区域信息、入口传输地址请求指示），请求MB-SMF为MBS会话预留入口资源。
绿色③：MB-SMF选择MB-UPF，请求MB-UPF预留数据面入口资源。MB-UPF选择数据入口地址（IP地址和端口），并为向基站转发数据分配隧道端点。各项信息原路返回应答直到AF，各网元获得这些信息。
绿色④：MB-SMF选择AMF，向AMF发送广播MBS会 话建立消息，包括：TMGI、数据传输组播地址、QoS配置文 件、MBS服务区域和MBS FSA ID等。
绿色⑤：AMF根据MBS服务区域选择基站，并发送广播 MBS会话建立消息给这些基站，基站配置广播MBS会话，存 储TMGI、QoS配置文件和MBS FSA ID。

4.服务传输方式

• 5G核心网单独MBS流量传输方法。

• 5G核心网共享MBS流量传输方法。

• 5G核心网单独MBS流量传输方法。与单播通 信一样，每个UE都需要有PDU会话，核心网与基站间为每个 UE的PDU会话建立传输隧道。PDU会话与组播会话关联加入 到组播服务中。5GC接收MBS数据并为每个用户终端（UE） 复制一个副本，通过每个UE的PDU会话，经基站发送给 UE。

• 5G核心网共享MBS流量传输方法。在核心网和基站间建立共享隧道，而不是对应每个UE都有一个隧道。 5GC接收MBS数据，将MBS数据的单个副本通过共享隧道传 送到基站，基站以点对点（PTP，Point to Point）和/或点对多 点（PTM，Point to Multi-point）的模式转发数据给UE，采用何种模式由基站决定。
  

未来5G广播发展方向

• 广播、组播、单播融合服务无感切换需要FeMBMS与NR MBS两种技术同时支持，进一步演化两条路线保持服务连续性。
• NR MBS当前并不支持大塔广播，如何扩展NR物理层参数集，使NR能够支持广播大塔单频网部署方式。完全基于 NR 空口实现大塔小塔融合、广播和通信融合将未来5G广播效率最优的方式。
• 跨平台和跨设备传输：5G广播将支持跨平台和跨设备的内容传输。用户可以无缝切换设备，例如从手机到电视、车载娱乐系统或智能音箱等，以实现内容的连续播放和个性化推荐。这将提供更灵活、便捷的广播体验。
• 异构网络整合：6G广播可能整合多种异构网络，包括卫星网络、无线网络、光纤网络等，以提供更广域、可靠的广播覆盖和传输能力。这将使广播内容能够跨越不同地理区域和网络环境传播。

参考文献

[1] 3GPP TS 23.247,3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Services and System Aspects;Architectural enhancements for5G multicast-broadcast services;Stage 2(Release 17) :[s]
[2] 张宇,解伟.5G NR组播广播综述[J].广播与电视术,2022,49(08):1925.DOI:10.16171/jki.rtbe.20220008002.
[3] 王非非，杨占昕，吕锐.5G广播综述：标准化、实践与演进［J］.中国传媒大学学报(自然科学版)，2023，30（01）：01-14+52
[4] E. Garro et al., “5G Mixed Mode: NR Multicast-Broadcast Services,” in IEEE Transactions on Broadcasting, vol. 66, no. 2, pp. 390-403, June 2020, doi: 10.1109/TBC.2020.2977538.