车载(转播车)无线传输技术报告

本文件主要起草人： 咪咕公司：徐嵩、聂国梁、李於柯、陈丽丽、卿松、杨堃、张文宣中国移动研究院：陈宁宇、刘亮、谢芳、柴丽、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直播现状5 1.1现状5 1.2转播车传输场景5 25G公网专用切片方案7 2.1核心技术说明7 2.2解决方案7 2.3方案分析8 3车载5G专网方案10 3.1总体方案10 3.2方案分析11 3.3授权频谱子方案11 3.3.1技术说明11 3.3.2方案分析12 3.4非授权频谱子方案14 3.4.1技术说明14 3.4.2方案分析15 3.5RANsharing子方案17 3.5.1技术说明17 3.5.2方案分析18 3.6游牧基站子方案20 3.6.1技术说明20 3.6.2方案分析20 4应急通信车方案21 4.1技术说明21 4.2解决方案22 4.3方案分析22 5微波解决方案23 5.1核心技术说明23 5.2解决方案24 5.3方案分析26 6Wi-Fi解决方案27 6.1核心技术说明27 6.2解决方案29 6.3方案分析29 7总结30 8参考31 1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 25G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： 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3Mbps~80Mbps 4.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： 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1Gbps；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 表4.5G公网专用切片方案分析表 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： 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、 RANsharing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； 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、5GNR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 带宽 说明 中国移动 2GHz 2010~2025MHz 15MHz 已基本退网 1.9GHz 1880~1920MHz 40MHz 4G网络主力频段 2.3GHz 2320~2370MHz 50MHz 4G网络室内覆盖主要频段 2.6GHz 2515~2675MHz 160MHz 2515-2615MHz部署5G2615-2675MHz部署4G 4.9GHz 4800~4900MHz 100MHz 5G频段，现网未大规模适用 700MHz 703~733MHz； 758~788Mhz 60MHz 与广电共建共享 表5.中国移动目前分配的授权频谱 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1~10mm、频率从30~300GHz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，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段，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375Mbps。 2.2GHz（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