6G与广播融合发展
6G与广播融合发展 张文军 上海交通大学讲席教授图像通信与网络工程研究所所长 教育部未来媒体网络协同创新中心主任 网络融合发展趋势 一 广播通信融合现状 二 广播通信融合方式 三 相关研究工作进展 四 沉浸式通信 感知与通信融合AI与通信融合 通感一体 通信服务感知感知辅助通信 海量通信 超可靠和低延迟通信 算网一体 算力联结网络网络促进计算 泛在连接 沉浸式通信 天地一体 全球全域广泛覆盖 感知与通信融合 海量通信 AI与通信融合 超可靠和低延迟通信 广播通信一体 协作提升业务能力 泛在连接 不同网络的差异性 融合可以优势互补 传统广播电视业务面临调整 移动终端成为主要呈现方式 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 2017年2018年2019年2020年2021年2022年 中国彩电销量（万台）中国电视开机率（%） 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 视频峰值流量带来移动网络拥塞和服务质量下降 广播网与蜂窝网融合是建立全媒体传播体系的重大需求 愿景 高质量主流内容随处可得个性化服务轻松可用公众内容低成本可达 态势 网络高度融合的无感化网络化走向智能化媒体内容极大丰富 国家重大需求 “运用信息革命成果,推动媒体融合发展,做大做强主流舆论” “使主流媒体具有强大的传播力、引导力、影响力、公信力”“形成资源集约、结构合理、差异发展、协同高效的全媒体传播体系” 2019年《求是》杂志发表习总书记重要文章《加快推动媒体融合发展构建全媒体传播格局》 提纲 网络融合发展趋势 一 广播通信融合现状 二 广播通信融合方式 三 相关研究工作进展 四 3G/4G 2009201020112012201320142015 Rel-14 Rel-17 Rel-18 MTCSC-PTM NR-MBS NR-MBS+ Rel-9Rel-10Rel-11Rel-12Rel-13 ? eMBMS •基于 MBSFN eMBMS增强 •Servicecontinuity •QoE SC-PTM •DASH •Counting •MooD enTV •200usCP •DedicatedMode Rel-14 FeMBMS •更长CP •更强移动性 Rel-16 FeMBMS •支持6/7/8MHz Rel-18 2016201720182019202020212022202320242025 5G 单站覆盖范围 多站单频组网 FeMBMS 30km 支持 NR-MBS 1.5km 不支持 2016201720182019202020212022202320242025 谱效低可靠性低 容量上与欧洲地面电视系统DVB-T2有30%的差距，与美国ATSC3.0有1~2.5dB差距 移动接收性能上有明显的短板 移动场景下有至少7-8dB的性能差距 [韩国ETRI济州岛测试数据] 移动速度120km/h，美国ATSC3.0不同交织深度的性能比现有5G广播好7-10dB [数据来源于IEEE期刊论文] 调制编码 帧结构 交织 FeMBMS ATSC3.0 编码 Turbo LDPC 码长 最长6144 64800 调制 规则QAM NUC-QAM FeMBMS ATSC3.0 邻带保护比 10% 2.8% 信令开销 2.5% 典型值0.5% CP开销 25% 2.4%~25% 导频开销 16.7% 0.78%~16.7% FeMBMS ATSC3.0 频域交织 无 全带宽 时域交织 无 200ms卷积交织 性能损失约1.3dB性能损失约1.2dB性能损失约5dB 网络融合发展趋势 一 广播通信融合现状 二 广播通信融合方式 三 相关研究工作进展 四 模式一 基本广播服务通信辅助业务接续 通信基站1 核心网 小塔补包重传 大塔单向视频 广播发射塔 通信基站3 通信基站2 模式二 通信峰值流量广播辅助业务分流 核心网 大塔业务分流 小塔视频直播 通信基站1 广播发射塔 通信基站2 通信基站3 点播 业务类型:“直播业务+点播业务”共存 网络资源:“多个广播大塔+多个蜂窝基站”共存 探究不同 参数条件下的最佳广播调度 方案 计算广播开关的性 能差异 数值仿真验证+分析 基于�/�/ �/∞队列模型推导容量、功耗的 解析表达式 网络模型：基于北京地区广电700M基站和广播大塔密度。 业务模型：基于爱奇艺真实数据统计结果构建直播和点播业 务模型 理论推导 建模 融合网络构成： 蜂窝基站直播用户点播用户 网络模型 •广播基站：均匀分布 • • • 内容模型请求模型 直播 业务模型 随机几何分布（泊松点过程） 直播用户密度 A 仿真区域面积 16000km2（参考北京市） v 直播内容流行度参数 1.3（二八原则） d 广播大塔站间距 303km(全覆盖) � 广播信号成功接收概率 0.9 �c 蜂窝基站密度 一般城区1.8BS/km2密集城区3.2BS/km2 优势一：广播可以提升用户（直播+点播）容量 所有用户 �0:点播用户密度，取值1500、1000、500（个/km2） 点播用户密度为500时，不同用户平均等待时延下系统 可容纳的直播用户密度（个/�𝑚2）： 一旦直播用户数超过一定数值，用户等待时间陡峭上升， 系统迅速崩溃。本仿真设置的最大等待时延为1s/5s/∞ 的 待 平均时延 广播关闭 广播打开 1s 540 1851 5s 579 1991 ∞ 647 2231 平均等 时间 理论证明广播对视频直播的业务分流具有显著优势 优势二：广播可以降低系统总功耗（大塔功率+基站功率） 当直播用户密度大于5.83个/km2时，打开广播可以减少系统总功耗 当直播用户密度为250个/�𝑚2时，在16000�𝑚� 的区域内可减少超1400kW的系统总功率 广播开关门限与点播用户密度无关 A 仿真区域面积 16000km2（参考北京市） v 直播内容流行度参数 1.3（二八原则） d 广播大塔站间距 303km(全覆盖) � 广播信号成功接收概率 0.9 �c 蜂窝基站密度 一般城区1.8BS/km2密集城区3.2BS/km2 系统总功耗kW WenjunZhang,etal.,“ModelingandAnalysisofBroadcast-CellularConvergedNetworksforHybridLiveandOn-DemandServices”,IEEETrans.Broadcasting,Vol.70(1):14-25,March2024 直播用户密度 � 原始视频 发送方 H.265 编码器 语义编码器 � H.265 解码器 S 熵编码器 基本视频流 语义描述流 3D视频采集神经辐射场 编码友好表达 建模 弹性编码 2D视频编码 ＋ 沉浸式编码 基本视频流 深度描述流 模式三 生成式视频直播 广播通信实现业务新增 基本视频流（广播） 提供2D基本直播视频增强描述流（通信） 1、提供个性化生成视频 2、提供3D增强视频 大塔广播小塔通信 视频信息协同 网络融合发展趋势 一 广播通信融合现状 二 广播通信融合方式 三 相关研究工作进展 四 广电网络 清华大学 中兴通讯 上海交大 项目牵头单位上海交通大学 上海交大 大唐移动 规划院 广电网络 规划院 清华大学 大唐移动 广科院 中国移动 上海交大 传媒大学 规划院 广科院 信通院 课题五负责单位中国信通院 课题四负责单位中国传媒大学 课题三负责单位清华大学 课题二负责单位国家广电总局广科院 课题一负责单位上海交通大学 应用层 互联网内容 数据融合 广播电视内容 网络层 通信核心网 服务融合 广播核心网 信号融合 物理层 结合目前国内外主流运营商、设备厂家和研究机构对6G网络架构的设计共识，对融合网络架构进行设计 基于5G核心网架构 本项目对融合网络架构的设计雏形 基于已有6G核心网架构设计思路本项目对融合网络架构的设计展望 定义广播核心网新网元CIPE(ConvergenceIntelligentProcessingEntity),支持： •业务管理 •广播基站资源管理 支持”广播分流应用适配””QoS监测与按需控制””重传补包””节目多维内容同步” •分流与业务补包管理 研制广播网关，支持： •广播会话的管理配置 •速率匹配与流控 •单频网管理 设计接口信令： •设计广播核心网与内容源之间接口A3 •设计广播核心网与5GC之间接口A2 •基于标准接口M1M2设计接口A1与多广播基站连接 现有3GPP广播空口方案 4G-Turbo5G-LDPC 编码 QAM 映射 (MIMO) 波形 1.逼近香农限的信道编码 空间耦合编码架构 2.更高容量的星座映射 4.非正交复用提高效率 物理层技术 本项目标志性 非正交复用 时频交织 SC-LDPC 编码 ①改进 ②改进 -25- 确定了以R165G广播为基础的多模块性能增强空口方案 非均匀 星座映射 ➕④新增 3.更高可靠性的交织技术 ➕ ③新增 (MIMO) 波形 SDR进行算法迭代，开发板进行移植验证，工程样机进行设计实现 -26- 01阶段一 蜂窝网络单元搭建 01阶段二 新研广播网络单元搭建与融合试验网联调 广播业务承载验证 单网络：支持传统广播业务和高通量新业务 搭建融合试验网，开展试验网对多种业务的承载测试 -27- 双网络：支持视频业务从广播信号到基站信号的无中断切换 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 SA16G workshop 6GRAN/SA workshop Rel-20-SA16GSI 6Gstudies 3GPP6G计划 项目周期与标准化进程紧密吻合， 核心网架构方案 广播空口方案 Rel-20-SA26GSI Rel-20-6GRANReqSI Rel-20-6GSI-RAN1 Rel-20-6GSI-RAN 2/3/4/SA/CT Rel-21-SA16GSI/WI Rel-21-SA26GWI 基于项目的前期研究，适时提出 关键技术方案提案输入，并持续推进标准化进程 6Gspecs 核心网、空口方案更新并持续推进标准化进程 Rel-21-6GWI-RAN1 Rel-21-6GWI-RAN 2/3/4/SA/CT ASN1+OpenAPI 项目启动项目中期项目结题 抢占国际标准领跑位置 完善我国全媒体传播体系让6G移动网络资源高效利用让传统地面广播系统焕然一新 抢占国际标准领跑位置 完善我国全媒体传播体系让6G移动网络资源高效利用让传统地面广播系统焕然一新
