5G MBS场景分析报告 v1.0

5GMBS场景分析报告 本文件主要起草人： 咪咕公司：徐嵩、聂国梁、张文宣、杨堃、卿松、李於柯、陈丽丽 中国移动研究院：李爱华、刘潇蔓、张鹏飞、柴丽、刘乐、郝悦、魏彬、毕娅娜 说明： 1.本文件免费使用，仅供参考，不对使用本文件的产品负责。 2.本文件归属中国移动研究院-咪咕公司“面向泛娱乐的业网算协同”联合工作组。任何单位与个人未经工作组书面允许，不得以任何形式转售、复制、修改、抄袭、传播全部或部分内容。 目录 1引言5 2广播多播技术6 2.13GPP广播多播技术发展历程6 2.25GMBS技术7 35GMBS典型应用场景11 3.1演艺活动直播11 3.1.1背景介绍11 3.1.2存在问题13 3.1.3应用价值13 3.2数智竞技场馆直播14 3.2.1背景介绍14 3.2.2存在问题15 3.2.3应用价值16 3.3校园直播16 3.3.1背景介绍16 3.3.2存在问题17 3.3.3应用价值18 3.4固件升级18 3.4.1背景介绍18 3.4.2存在问题19 3.4.3应用价值20 3.5车载服务20 3.5.1背景介绍20 3.5.2存在问题21 3.5.3应用价值22 3.6公共服务22 3.6.1背景介绍22 3.6.2存在问题23 3.6.3应用价值24 3.7广告内容推送25 3.7.1背景介绍25 3.7.2存在问题25 3.7.3应用价值26 3.8元宇宙26 3.8.1背景介绍26 3.8.2存在问题27 3.8.3应用价值27 4总结28 4.1场景总结28 4.2展望31 5参考32 1引言 随着移动通信网络的发展以及智能硬件设备的提升，人们观看视频的终端设备逐渐从电视单一类型发展到手机、iPad、电脑等，呈现出多样化的趋势。在5G网络的大带宽、高速率、低时延优势下，视频在制播方式、内容与分发方式上也能够更好的满足现代人的生活、娱乐需求。广大互联网用户可以在移动终端上体验到演唱会直播、VR视频、网络课堂直播等各类流媒体视频越来越多的新应用。 各类视频业务的发展也给网络传输带宽带来了巨大挑战，日常生活中，我们使用手机观看的视频直播、接收到的公共安全类消息都是通过单播方式下发，在人群密集场所或上网高峰期极易出现视频播放不流畅现象。在点到多点的业务中通过单播的方式在空口上承载使用，消耗资源庞大，效率很低，特别是从无线资源利用的角度来看尤甚，极易产生网络阻塞的问题。国际移动通信标准化组织3GPP于2022年6月冻结R17标准，5GNRMBS是R17全新的内容，5GMBS是一种新的数据分发/传输方式，专注于较低QoS的业务，可同时向多个移动终端及固定终端分发/传输相同的视频内容。R17定义的广播多播方式来传递用户数据提供了实质性的好处，特别是在系统效率和用户体验方面，既节约了无线频谱资源又保证视频播放的流畅度。未来的5G系统中，4K/8K超高清视频、多视角视频、VR（虚拟现实）/AR（增强现实）等等高质量多媒体业务，都可以采取广播多播方式进行点到多点分发。5GMBS不仅局限于视频类内容的分发/传输，图文信息一样适用，在公共安全领域，如紧急信息的广播、灾害预警消息的分发，短时间内一定区域范围的用户及时知晓，避免发生不良后果。在车载系统升级、物联网终端固件/软件的批量升级方面也有越来越多的需求。 本文介绍了广播多播技术的发展历程、5GMBS网络架构和数据的转发过程，重点列举 了5G广播方式传输数据的适用场景，包括演艺活动直播、数智竞技场馆直播、校园直播、固件升级、车载服务、公共服务、广告内容推送和元宇宙八个场景，分析了互联网用户或政府部门对各场景的使用需求，从时间段、地点、带宽、用户分布、用户流动性等维度阐述各 场景之间的区别，分析目前各场景在数据分发中存在的问题，说明5G广播技术在各场景的推广应用价值。但单一的广播网络很难对区域进行100%覆盖，室内或被遮挡的区域需要通过单播技术实现数据的传递，未来可通过广播多播网络(广播+多播)、5G网络(广播+单播)、固网(多播+单播)三者的融合型网络来分发点到多点内容的灵活技术，预计广播多播通信会在5G系统中发挥重要作用。 2广播多播技术 2.13GPP广播多播技术发展历程 为了节省传输和无线资源，3GPP引入了广播和多播概念。广播多播不是一个新名词，在有线传输领域早就有广播多播的概念，在无线通讯领域出现的晚一些时间，但是也有近20年时间了。广播多播在3GPP发展历程如下[1]： 图1.广播多播在3GPP发展历程 3GPPR6首次提出基于3G的MBMS。 3GPPR7进一步定义基于单频网工作模式MBSFN（MulticastBroadcastSingleFrequencyNetwork）的MBMS，解决了MBMS在小区边界的信号覆盖问题。 3GPPR9正式确定将eMBMS（改进的MBMS）作为4G广播技术，具有更高速率及更灵活业务配置；新引入了前向纠错（FEC）技术。 3GPPR10-R11不断改进eMBMS，陆续引入新增计数功能（统计MBSFN区域内对某MBMS业务感兴趣的UE数量）和接纳控制功能（根据当前无线资源情况、eMBMS业务之间的优先级、计数结果等因素，由MCE决定是否建立新的eMBMS业务，或抢占现有 的eMBMS业务的资源）、引入了传统地面数字电视广播技术中的循环前缀（CP，CyclicPrefix）技术以支持更大范围的MBSFN。 3GPPR14提出EnTV（EnhancedTV），也称为FeMBMS（ForwardeMBMS，即演进后的eMBMS）。支持更大覆盖范围的大塔（循环前缀CP长度进一步扩大到200μs）；支持无SIM卡的单接收模式（ROM，Receive-OnlyMode；也称FTA，Free-To-Air）；引入了多种传统的地面数字电视广播技术，频率使用效率进一步提升，能够更好满足MBMS业务的应用需求。 3GPPR16正式完成EnTV大塔广播标准，支持120-250km/h高速移动；支持100km覆盖范围。 3GPPR17，完成NRMBS小塔广播标准。 3GPPR18，针对NRMBS小塔的性能增强、功能优化等方面开展研究。 2.25GMBS技术 3GPPR17定义了5GMBS，相比4G的eMBMS，5GMBS在网络架构、核心网技术以及无线技术上都有很多优化。 架构从LTEeMBMS架构如下图： 升级到5GMBS架构[2]： 图2.LTEeMBMS架构图 图3.5GMBS架构图 5GMBS系统基于SA网络CU分离和服务化的基本架构，通过新引入网元功能或增强现有5G网元功能，在控制面基于单播机制实现多播流程控制，数据面通过共享隧道实现数据传输，实现多播/广播业务能力。 5GMBS新增了四个网元，具体如下： MB-SMF(Multicast/BroadcastSessionManagementFunction)：控制面网元，负责MBS会话管理。通过AMF与RAN交互控制使用5GC共享传输方式；控制MB-UPF使用5GC独立传输方式传输多播报文。 MB-UPF(Multicast/BroadcastUserPlaneFunction)：用户面网元，负责广播数据的发送，支持两种传输方式：5GC共享传输和5GC独立传输；支持广播报文的过滤。 MBSF(Multicast/BroadcastServiceFunction)：控制面网元，AF与MB-SMF的桥梁，提供MBS会话操作和传输参数。基于AS能力，按需部署。 MBSTF(Multicast/BroadcastServiceTransportFunction)：用户面网元，负责多播报文的处理，如支持文件转换为流、FEC等。基于AS能力，按需部署。 5GMBS下行数据转发机制如下图[2]： 图4.5GMBS下行数据转发机制 MB-UPF是MBS会话的锚点，负责从AS或者MB-STF接收广播/多播数据流。MB-UPF与AS/MB-STF二者之间可以基于多播或者单播方式传递数据流。 MB-UPF分发数据流到NR有两种方式：5GC共享传输和5GC独立传输。当NR支持MBS时，MB-UPF可以采用5GC共享传输方式进行分发广播/多播数据流；当NR不支持MBS时，MB-UPF采用5GC独立传输方式分发多播数据流。 5GC共享传输是MB-UPF与NR之间直接建立共享传输通道，再由NR通过PTP或者PTM发送数据流到终端。PTP传输类似于单播传输，数据只能由单个终端接收；而PTM则允许所有的终端接收同一份数据，这种机制大大节约了空口资源。PTP与PTM可以根据当前NR下的终端数量进行动态切换，使得5GMBS系统比eMBMS技术更可靠、更高效。5GC独立传输是MB-UPF发送数据到UPF，UPF再转发数据到NR。MB-UPF与UPF 之间可以基于多播或者单播进行数据传递；UPF通过单播模式按照用户粒度把数据发送到每个NR。 无线侧，对于多播和广播业务从配置下发到数据接收及移动性等方面进行了不同的设 计。 对于广播业务，相同的服务和相同的特定内容数据同时提供给地理区域内的所有终端 (广播服务区域内的所有终端均被授权接收该数据)。广播业务通过广播会话下发到终端，UE 可以在RRC_IDLE、RRC_INACTIVE和RRC_CONNECTED三种状态下接收广播业务。无线侧广播业务的传输，仅支持PTM传递机制，不支持HARQ。对于广播业务下发无线资源是由SIB配置的一个公共频域资源，其带宽大于或等于CORESET#0，并与CORESET#0使用相同的numerology。 UE可以通过接收MCCH来获取广播会话的MBS配置(例如，MTCH接收所需的参数)。接收MCCH所需的参数通过系统信息提供。MCCH会提供在MTCH上传输的所有正在进行会话的广播服务列表，广播会话的相关信息包括MBS会话ID、相关的G-RNTI调度信息和在MTCH上提供某些服务的相邻单元的信息。MCCH周期性传输，且会通过修改期机制进行内容的修改，并使用通知机制宣布由于广播会话的开始、修改或停止以及由于邻近单元信息的修改而引起的MCCH内容的变化，—当终端收到MCCH变更通知时，在发送变更通知的MCCH变更周期内，获取更新后的MCCH。 NRMBS支持对于广播业务的频率优先级支持，gNB可以配置为每个小区支持的MBSFSAID，并可在Xn建立消息和后续Xn配置更新消息中与邻居交换此信息，以帮助确定频率优先级，此外，如果UE认为邻区不支持某个MBS广播业务，UE可以通过在小区重选前请求单播接收的方式来保证广播业务接收的连续性。此外，RRC_CONNECTED态UE还可以通过发送MBSInterestIndication消息来提供其感兴趣的广播业务的频率信息、业务信息以及单播与广播业务接收优先级信息。 对于多播业务，相同的服务和相同的特定内容数据同时提供给一组专用的UE(并非多播服务区中的所有UE都会被授权接收数据)。多播通信业务通过多播会话下发到终端。UE可以接收RRC_CONNECTED状态下的多播通信服务，使用PTP和/或PTM传递机制，网络可以动态决是对于一个特定UE是否仅PTP或PTM或二者一起来进行多播业务的下发。HARQ反馈/重传可以应用于PTP和PTM传输。 当RRC_CONNECTED态UE加入了某个MBS多播业务的会话，则会话激活时，网络将它通过RRCReconfiguration为UE提供接收多播业务所需的配置。在一个多播会话暂停数据传输时，网络可以配置UE回到RRC_IDLE或RRC_INACTIVE态，并在有数据传输或者会话激活时，通过组通知（Groupnotification）机制告知UE。 多播业务接收所使用的是通过SRB为UE配置的一个公共频域资源，该资源位于下行BWP内且与DLBWP使用相同的numerology，且可能有一些MBS专用配置。MBS多播传输支持两种HARQ