5G廣播電視是符合5G標(biāo)準(zhǔn)的全新無線廣播電視系統(tǒng)，由廣播電視大塔傳輸信號(hào)，能夠同時(shí)覆蓋電視大屏和手機(jī)小屏。作為無線廣播電視迭代升級(jí)的重要技術(shù)路徑，這一創(chuàng)新性技術(shù)不僅能夠提供高質(zhì)量的電視直播，還支持應(yīng)急廣播和數(shù)據(jù)推送等多類型業(yè)務(wù)。
通過廣播電視發(fā)射塔，5G廣播電視以低成本的方式實(shí)現(xiàn)廣播電視信號(hào)對(duì)手機(jī)的廣覆蓋，并在自然災(zāi)害或突發(fā)公共危機(jī)情況下實(shí)現(xiàn)應(yīng)急信息的快速有效傳遞。
全球范圍內(nèi)，5G廣播電視技術(shù)正在逐步展現(xiàn)其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，多個(gè)國(guó)家和地區(qū)積極部署和測(cè)試5G廣播并取得積極進(jìn)展。5G廣播電視是廣播電視行業(yè)的一次重大技術(shù)升級(jí)，需要具備新的智能推薦、智能搜索等支撐媒體內(nèi)容精準(zhǔn)智能應(yīng)用的能力，具備新的智能調(diào)度策略、自適應(yīng)傳輸?shù)戎稳诤厦襟w網(wǎng)絡(luò)精準(zhǔn)調(diào)度的能力。
美國(guó)消費(fèi)技術(shù)協(xié)會(huì)（CTA）估計(jì)，到2025年，美國(guó)天線市場(chǎng)的總規(guī)模將超過5300萬(wàn)戶家庭，這證明了美國(guó)人對(duì)收看無線電視的興趣依然增長(zhǎng)。雖然ATSC 3.0的建設(shè)仍在繼續(xù)，但“5G廣播”這個(gè)新概念現(xiàn)在被認(rèn)為是大功率、高塔“下一代”電視廣播的另一種選擇。
美國(guó)已經(jīng)有一個(gè)試驗(yàn)性的5G廣播電視臺(tái)播出（7月宣布的新罕布什爾州威斯特摩蘭WWOO-LD），而世界其它地區(qū)的廣播電視公司正在測(cè)試5G廣播部署。
它會(huì)取代ATSC 3.0成為“下一代”電視廣播技術(shù)嗎？在我看來，主要因素將是消費(fèi)者和廣播電視公司是否會(huì)放棄無線電視，轉(zhuǎn)而支持互聯(lián)網(wǎng)上的流媒體節(jié)目。
5G廣播主要針對(duì)移動(dòng)設(shè)備，在這個(gè)領(lǐng)域，視頻分發(fā)的數(shù)據(jù)容量仍然是一個(gè)問題。到目前為止，消費(fèi)者接受ATSC 3.0限于固定電視機(jī)。雖然越來越多的人不再使用有線電視，用（或重新找回）無線電視，但這些電視機(jī)中有更多只連接到互聯(lián)網(wǎng)，而不是連接到天線。
在很大程度上控制著美國(guó)移動(dòng)設(shè)備分銷的無線通信運(yùn)營(yíng)商，他們會(huì)在沒有政府命令的情況下準(zhǔn)許接收5G廣播嗎？而如果有政府指令，也許該指令可能要求的是準(zhǔn)許ATSC 3.0設(shè)備接收5G廣播。
這就提出了一些問題：哪種技術(shù)更好？哪個(gè)更容易實(shí)現(xiàn)？我將提供一些信息和資源鏈接來幫助您回答這些問題。
3GPP標(biāo)準(zhǔn)
當(dāng)前的5G廣播是在3GPP第17版中定義的。
目前的標(biāo)準(zhǔn)具有支持大功率、高塔廣播的特性。這些特性包括只接收模式ROM（不需SIM卡）和長(zhǎng)達(dá)200微秒的循環(huán)前綴，允許單頻網(wǎng)（SFN）中發(fā)射站之間的距離更大。
5G廣播信號(hào)的主要組成部分是包含PBCH（物理廣播信道）的CAS（小區(qū)捕獲子幀）、PDCCH（物理下行鏈路控制信道）和解碼PMCH（物理多播信道）所需的PDSCH（物理下行鏈路共享信道）。為了接收5G廣播信號(hào)，接收器必須能夠解碼PBCH、PDCCH、PDSCH和PMCH。
PBCH、PDCCH和PDSCH是與ATSC 3.0中的L1-basic和L1-detailed引導(dǎo)信號(hào)可比的控制信道，而PMCH類似于ATSC 3.0中的PLP子幀。這些組成部分的編碼和調(diào)制決定了系統(tǒng)的魯棒性和容量。
5G廣播硬件/軟件
羅德與施瓦茨公司開發(fā)了一個(gè)5G廣播平臺(tái)，已在全球范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。圖1摘自公司尼克·季米特拉科普洛斯博士的“車用5G汽車”演講，顯示R&S BSCC2.0（廣播服務(wù)和控制中心）將R&S SDE900（用于產(chǎn)生ATSC 3.0信號(hào)的同一信號(hào)設(shè)備）產(chǎn)生的信號(hào)饋送到TCE901激勵(lì)器和THU9evo發(fā)射機(jī)。
圖1
除了BSCC2.0之外，這種配置對(duì)美國(guó)廣播公司來說很熟悉。圖2來自BSCC2.0產(chǎn)品手冊(cè)，顯示了該裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
圖2
開源的5G無線通信平臺(tái)OpenAirInterface5g計(jì)劃開發(fā)了一種軟件，可以在基于UHD/USRP的SDR上運(yùn)行。
圖3顯示一個(gè)使用兩個(gè)Ettus B210 SDR的系統(tǒng)，與GNU Radio ATSC 3.0發(fā)射機(jī)中使用的型號(hào)相同。
圖3
5G廣播與ATSC 3.0性能比較
與前面描述的5G廣播系統(tǒng)一樣，ATSC 3.0具有允許接收器鎖定頻道，獲取有關(guān)如何調(diào)諧頻道和解碼數(shù)據(jù)的信息的元素。這些元素的實(shí)現(xiàn)方式會(huì)影響不同條件下的性能。
《IEEE廣播》雜志論文“ATSC 3.0和用于移動(dòng)手持應(yīng)用3GPP Rel-17 5G廣播系統(tǒng)的評(píng)估”中表11顯示了ATSC 3.0在TU-6、印度城市、印度農(nóng)村和首爾-SFN-3頻道上的性能提升，這是在3、40和120千米/小時(shí)的速度下的理想估計(jì)和線性估計(jì)。
與5G PBCH相比，ATSC 3.0引導(dǎo)信號(hào)的性能增益從最壞情況下的-4.1dB（對(duì)120千米/小時(shí)速度TU-6頻道的線性估計(jì)）到最佳情況下的+10.5dB（對(duì)3千米/小時(shí)速度首爾-SFN-3頻道的線性估計(jì)）變化。在24種情況中，有20種情況的引導(dǎo)信號(hào)性能優(yōu)于PBCH。
PDSCH與L1-Detail的比較表明，ATSC 3.0的性能增益在-3.0dB到+5.0dB之間變化。在24種情況中的3種情況中，PDSCH是不可解碼的。L1-Detail在24種情況中的8種中比PDSCH差，盡管其中6種情況中的差異小于1dB。
當(dāng)將ATSC 3.0子幀與PMCH進(jìn)行比較時(shí)，子幀在每個(gè)信道的5Mb/s、10Mb/s和15Mb/s表現(xiàn)更好，PMCH在15Mb/s的24種情況中有8個(gè)種不可解碼。性能增益從120千米/小時(shí)10Mb/s TU-6頻道的+15dB線性估計(jì)到3千米/小時(shí)和40千米/小時(shí)10Mb/s的+0.6dB理想估計(jì)。
此IEEE論文中討論的研究解釋ATSC 3.0的性能增益來自其優(yōu)越的BICM（比特交織編碼調(diào)制）成分，以及根據(jù)傳播信道情況的時(shí)間交織器。在高移動(dòng)性的非視距信道中，引導(dǎo)信號(hào)表現(xiàn)比PBCH差，但在其它情況下引導(dǎo)信號(hào)有更好的表現(xiàn)。在PDSCH的比較中，L1-Detail在視距上表現(xiàn)更好，但在非視距情況下PDSCH能夠利用兩種PDSCH結(jié)合提供的分集性。
實(shí)際影響：5G廣播與ATSC 3.0
廣播公司擁有ATSC 3.0傳輸基礎(chǔ)設(shè)施，但目前除了固定電視機(jī)和網(wǎng)關(guān)設(shè)備之外，沒有其它消費(fèi)設(shè)備。高通正在向其移動(dòng)設(shè)備芯片組增加5G廣播支持，但目前還沒有支持5G廣播的設(shè)備可供消費(fèi)者使用。原型設(shè)備可用于這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。消費(fèi)者什么時(shí)候能購(gòu)買到這些設(shè)備？
ATSC 3.0廣播已經(jīng)在美國(guó)70多個(gè)市場(chǎng)播出。目前，美國(guó)只有一個(gè)5G廣播電臺(tái)，即前面提到的試驗(yàn)性LPTV。5G媒體行動(dòng)小組的網(wǎng)站上有5G廣播試驗(yàn)的詳細(xì)信息，以及5G廣播參考工具的GITHUB鏈接。預(yù)計(jì)在2023年IBC展會(huì)上將聽到更多關(guān)于全球5G廣播部署的消息。
5G廣播可以建立在現(xiàn)有的調(diào)制解調(diào)器和5G移動(dòng)設(shè)備部件上。因此，制造商在移動(dòng)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)它相對(duì)容易。ATSC 3.0具有不兼容的物理層，需要額外的硬件，這意味著移動(dòng)設(shè)備有額外成本。ATSC 3.0的許多性能優(yōu)勢(shì)來自于需要更多內(nèi)存的時(shí)間交織。我不了解電視機(jī)中的5G功能。如果電視機(jī)需要5G廣播，成本是多少？
《IEEE廣播雜志》論文顯示，ATSC 3.0在網(wǎng)絡(luò)部署方面具有顯著的成本優(yōu)勢(shì)——等效或更好的覆蓋所需的發(fā)射機(jī)較少。這對(duì)美國(guó)重要嗎？
5G廣播和ATSC 3.0在一起
如果最終的情況是，5G廣播可以在新移動(dòng)設(shè)備上使用，但不能在電視機(jī)上使用，而ATSC 3.0可以在電視機(jī)上使用，但不能在移動(dòng)設(shè)備上使用，將會(huì)怎樣？那在汽車上呢？我們已經(jīng)看到人們對(duì)使用ATSC 3.0向汽車分發(fā)內(nèi)容的興趣，正如IEEE論文中所示，ATSC 3.0在這方面具有性能優(yōu)勢(shì)，但如果5G無線設(shè)備已經(jīng)在車中，這可能會(huì)給5G廣播帶來優(yōu)勢(shì)。
一種解決方案是電視臺(tái)在同一頻道上同時(shí)傳輸5G廣播信號(hào)和ATSC 3.0信號(hào)。這將需要使用時(shí)分復(fù)用（TDM）以共享頻道。2023 NAB展會(huì)上有這方面的演示。
為此，ATSC 3.0或5G廣播標(biāo)準(zhǔn)中的任意一個(gè)或兩個(gè)都需要改變其幀結(jié)構(gòu)。鑒于已經(jīng)在使用的ATSC 3.0電視機(jī)的數(shù)量，對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的任何更改都必須與現(xiàn)有電視機(jī)兼容。
它會(huì)成為現(xiàn)實(shí)嗎?
FCC的規(guī)定要求廣播公司至少向公眾提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)清晰度的免費(fèi)頻道。在向ATSC 3.0轉(zhuǎn)換期間，F(xiàn)CC要求廣播公司確保所有觀眾都能收看節(jié)目，包括在ATSC 1.0上同播。FCC不太可能允許廣播公司同時(shí)關(guān)閉ATSC 1.0和ATSC 3.0，并在短期內(nèi)轉(zhuǎn)向5G廣播。假設(shè)對(duì)無線電視的興趣持續(xù)，ATSC 3.0電視機(jī)的數(shù)量將不斷增加，從而使全面過渡到5G廣播變得困難。
若無新的頻譜，我預(yù)計(jì)在足夠的ATSC 1.0頻譜轉(zhuǎn)移到ATSC 3.0以便與ATSC 3.0共享頻譜之前，美國(guó)廣播頻段上不會(huì)有大量的5G廣播信號(hào)。到那時(shí)，一些電視臺(tái)可能會(huì)完全轉(zhuǎn)向5G廣播，而其它電視臺(tái)則在ATSC 3.0頻道上播放節(jié)目，類似于現(xiàn)在電視臺(tái)向ATSC 3.0過渡的方式。電視臺(tái)也可以使用時(shí)分復(fù)用共享ATSC 3.0和5G廣播之間的頻道。兩者都假定FCC會(huì)批準(zhǔn)。
羅德和施瓦茨在他們的演講中描述的5G廣播/多播未來的幾個(gè)愿景可以應(yīng)用于ATSC 3.0系統(tǒng)。最終，選擇可能不僅取決于技術(shù)，還取決于市場(chǎng)營(yíng)銷、商業(yè)計(jì)劃和消費(fèi)者偏好。
5G廣播正在不斷發(fā)展。3GPP版本18和19應(yīng)該使大功率、高塔廣播公司更容易開始5G廣播，當(dāng)（和如果）移動(dòng)設(shè)備上可接收5G廣播時(shí)，要么單獨(dú)自己廣播，要么與ATSC 3.0時(shí)間共享。