5G技術及其廣播電視應用前景的分析（上）

肖振華 杜艷紅 程宏 官健

【摘要】 隨著計算機技術和移動互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，目前世界上的科技積累深厚的國家，都已經(jīng)開始研究5G技術，期望在各類傳媒渠道中應用該項技術提高系統(tǒng)的運行效率?；趯?G技術原理和優(yōu)勢的分析，本文提出了該項技術在廣播電視中的應用方式，并在此基礎上提出今后的廣播電視發(fā)展模式，讓5G技術在廣播電視中發(fā)揮應有優(yōu)勢。

【關鍵詞】 5G 媒體融合 頻譜

2019年1月25日，習近平總書記在中共中央政治局第十二次集體學習時，深刻詮釋了“全媒體”的概念：“全媒體不斷發(fā)展，出現(xiàn)了全程媒體、全息媒體、全員媒體、全效媒體”?；ヂ?lián)網(wǎng)技術發(fā)展，重塑著媒體的產(chǎn)業(yè)形態(tài)，再造著用戶的心理和習慣，也重構著新聞的生產(chǎn)與風格。媒體界限此消彼融，時空覆蓋之全，受眾涵蓋之廣，生產(chǎn)主體之多樣，傳播渠道之多元，比以往任何一個時代的媒體圖景都更復雜。從傳播的角度看，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)明是繼文字、印刷術、電信技術之后的又一次革命，各種有形介質都數(shù)字化，實現(xiàn)了多種媒體技術的整合。

“全程”，突破了時空尺度，零時差、“五加二”、“白加黑”，傳播隨時隨地都可以發(fā)生；“全息”，突破了物理尺度，所有信息都可以變成數(shù)據(jù)，用一個手機就可以獲得；“全員”，突破了主體尺度，從“我說你聽”的一對多傳播，變成了多對多傳播，互動性也大大增強；“全效”，突破了功能尺度，集成了內容、信息、社交、服務等各種功能，成為“信息一條街”。這樣的全媒體，讓信息無處不在、無所不及、無人不用，導致輿論生態(tài)、媒體格局、傳播方式發(fā)生深刻變化。

中宣部強調要深入貫徹落實習近平總書記系列重要講話精神，堅定不移推進傳統(tǒng)媒體和新興媒體深度融合，不斷提高新聞輿論傳播力引導力影響力公信力。目前，我國移動新聞用戶已超過5億，占網(wǎng)民總數(shù)的70%以上。隨著5G、人工智能等技術的不斷演進，移動媒體必將進入加速發(fā)展的新階段。推動媒體融合發(fā)展，必須順應移動化大趨勢，強化移動優(yōu)先意識，實施移動優(yōu)先戰(zhàn)略。堅持移動優(yōu)先戰(zhàn)略，打造融合發(fā)展生態(tài)圈。

一.5G的定義與技術特點

5G（5th-generation）是第五代移動通信技術的簡稱，但與4G、3G、2G不同的是，5G并不是獨立的、全新的無線接入技術，而是對現(xiàn)有無線接入技術（包括2G、3G、4G和WiFi）的技術演進，以及一些新增的補充性無線接入技術集成后解決方案的總稱。從某種程度上講，5G將是一個真正意義上的融合網(wǎng)絡。以融合和統(tǒng)一的標準，提供人與人、人與物以及物與物之間高速、安全和自由的聯(lián)通。

5G對社會經(jīng)濟的拉動也不容小覷。中國信息通信研究院在2017年IMT—2020（5G）峰會上發(fā)布的《5G經(jīng)濟社會影響白皮書》中預測，到2030年，在直接貢獻方面，5G將帶動的總產(chǎn)出、經(jīng)濟增加值、就業(yè)機會分別為6.3萬億元、2.9萬億元和800萬個；在間接貢獻方面，5G將帶動的總產(chǎn)出、經(jīng)濟增加值、就業(yè)機會分別為10.6萬億元、3.6萬億元和1150萬個。5G將全面構筑經(jīng)濟社會數(shù)字化轉型的關鍵基礎設施，從線上到線下、從消費到生產(chǎn)，從平臺到生態(tài)，推動我國數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展邁上一個新的高度。

5G三大應用場景：eMBB：增強移動寬帶，顧名思義針對的是大流量移動寬帶業(yè)務；URLLC：超高可靠超低時延通信，例如無人駕駛等業(yè)務；mMTC：大連接物聯(lián)網(wǎng)，針對大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務（見圖1）。

從專業(yè)角度講，除了要滿足超高速的傳輸需求外，5G還需滿足超大帶寬、超高容量、超密站點、超可靠性、隨時隨地可接入性等要求。因此，通信界普遍認為，5G是一個廣帶化、泛在化、智能化、融合化、綠色節(jié)能的網(wǎng)絡。2G的是短信的時代，3G、4G是多媒體移動互聯(lián)網(wǎng)的時代，而5G會給萬物互聯(lián)帶來很多的機會。5G有高速率高容量低延時的特點，5G將會在未來隨著傳感、大數(shù)據(jù)、人工智能的發(fā)展，有力地推動工業(yè)級應用和消費級體驗的應用。5G具備比4G更高的性能，支持0.1～1Gb/s的用戶體驗速率，每平方公里一百萬的連接數(shù)密度，毫秒級的端到端時延，每平方公里數(shù)十Tb/s的流量密度，每小時500Km以上的移動性和數(shù)十Gb/s的峰值速率。圖1所示為5G與4G技術在一些技術指標的對比情況，而其中用戶體驗速率、時延和連接數(shù)密度為5G最基本的三個性能指標。

（1）高速率

據(jù)中國通信研究院發(fā)布的《5G經(jīng)濟社會影響白皮書》指出，5G可以達到100Mb/s至1Gb/s的用戶體驗速率，是4G的10倍以上。而現(xiàn)實中，北京已經(jīng)落成了國內首條5G精品參觀線路，全程約3.5公里，網(wǎng)絡帶寬約為200Mb/s。

（2）低時延

時延即數(shù)據(jù)傳輸時端到端的所需時間，傳統(tǒng)的3G技術時延是100ms，4G則是20～30ms，而5G的空口時延水平將降至1ms，相當于人眨眼時間的百分之一，膝跳反射所需時間的五十分之一。也就是說，理論上5G的數(shù)據(jù)傳輸水平甚至優(yōu)于人的生理反應時間，幾乎可以做到實時反映。超低時延能夠極大改善傳播過程中人的體驗。

（3）大連接

據(jù)白皮書介紹，5G的連接數(shù)密度可達到100萬連接/平方公里，在同等頻譜資源條件下達到4G的50倍以上。3G和4G的使用場景中，常常出現(xiàn)因區(qū)域內連接人數(shù)過多而降低網(wǎng)速的情形，而5G的超大連接容量則可以在人員密度大、使用需求高的區(qū)域依然實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。

2018年6月14日，3GPP在美國舉行全體會議，正式批準凍結第五代移動通信技術標準（5G NR）獨立組網(wǎng)（SA）功能，即Rel-15標準的凍結。3GPP TSG RAN主席、諾基亞資深技術專家巴拉斯·伯尼（Balázs Bertényi）代表3GPP宣布，第五代移動通信技術標準（5G NR）獨立組網(wǎng)（SA）功能凍結。至此第一階段全功能完整版5G標準正式出臺，5G商用進入全面沖刺階段。來自全球的主要電信運營商、網(wǎng)絡設備商、終端和芯片廠商、互聯(lián)網(wǎng)公司和其它垂直行業(yè)公司等各方的數(shù)百名代表共同見證了這一歷史時刻。 按照3GPP規(guī)劃，5G標準分為NSA和SA（Standalone獨立組網(wǎng)）兩種。其中5G NSA組網(wǎng)是一種過渡方案，主要以提升熱點區(qū)域帶寬為主要目標，沒有獨立信令面，依托4G基站和核心網(wǎng)工作。Rel-15標準的凍結只是5G發(fā)展的第一步，3GPP將繼續(xù)努力對其進行完善，使其可以更好地滿足客戶和工業(yè)界的需求。中國企業(yè)在5G首個國際標準中作出了重要貢獻，其在大規(guī)模天線與波束賦形、新型多址技術、超密集組網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、信道編碼新型移動性管理、TDD動態(tài)幀結構、5G核心網(wǎng)絡架構、5G CU/DU架構設計等5G標準化領域處于國際領先水平，多項技術方案進入國際核心標準規(guī)范。3GPP還會陸續(xù)完成并發(fā)布后續(xù)版本的5G標準：R16、R17、R18等。巴拉斯·伯尼指出，R16的重點是確保滿足IMT-2020的所有需求，并不斷擴展5G的生態(tài)系統(tǒng)?！拔磥淼?-10年，我們將致力于提升移動寬帶網(wǎng)絡效率，并且努力將更多的垂直行業(yè)納入5G生態(tài)系統(tǒng)”。

二.4G改變了生活，那么5G將改變社會

與4G時期相比，5G網(wǎng)絡服務具備更貼近用戶需求、定制化能力進一步提升、網(wǎng)絡與業(yè)務深度融合以及服務更友好等特征，其中代表性的網(wǎng)絡服務能力包括：網(wǎng)絡切片、移動邊緣計算、按需重構的移動網(wǎng)絡、以用戶為中心的無線接入網(wǎng)和網(wǎng)絡能力開放等。網(wǎng)絡切片是網(wǎng)絡功能虛擬化（NFV）應用于5G階段的關鍵特征。一個網(wǎng)絡切片將構成一個端到端的邏輯網(wǎng)絡，按切片需求方的需求靈活地提供一種或多種網(wǎng)絡服務。移動邊緣計算（MEC，Mobile Edge Computing）改變4G系統(tǒng)中網(wǎng)絡與業(yè)務分離的狀態(tài)，將業(yè)務平臺下沉到網(wǎng)絡邊緣，為移動用戶就近提供業(yè)務計算和數(shù)據(jù)緩存能力，實現(xiàn)網(wǎng)絡從接入管道向信息化服務使能平臺的關鍵跨越，是5G的代表性能力。

作為5G標準中的兩種組網(wǎng)方式，NSA（非獨立組網(wǎng)）和SA（獨立組網(wǎng)）。NSA（非獨立組網(wǎng)）是5G與4G LTE聯(lián)合組網(wǎng)，利用現(xiàn)有的4G設備基礎上進行5G網(wǎng)絡的部署；SA（獨立組網(wǎng)）則是新建5G網(wǎng)絡。目前看來運用現(xiàn)有的4G技術與5G聯(lián)合組網(wǎng)NSA（非獨立組網(wǎng)）可以更快的、更經(jīng)濟的構建5G網(wǎng)絡。但因為SA（獨立組網(wǎng)）憑借其業(yè)務能力更強的特點還是會成為網(wǎng)絡演進的目標方案，成為物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡基礎和支撐，進而推動整個社會經(jīng)濟的轉型升級。

5G技術距離正式大范圍推廣應用變得越來越近，不斷有支持5G技術的終端設備陸續(xù)上市。2019年7月23日，中興天機Axon 10 Pro 5G版預售通道正式開啟，并公布售價：4999元。這是國內首款公布價格并開啟預售的5G旗艦，有望成為國人的第一部5G手機。Axon 10 Pro 5G版搭載高通X50，支持中國移動n41頻段、中國電信和中國聯(lián)通n78頻段。Axon 10 Pro 5G版在中興通訊架構的5G NSA實驗網(wǎng)下，采用EN-DC技術，實現(xiàn)4G、5G頻段的數(shù)據(jù)聚合，可實現(xiàn)2Gb/s速率。

海思5G芯片支持NSA和SA組網(wǎng)方式，雙模的華為5G雙模手機Mate 20X 5G版拿到中國第一張編號為001的5G終端電信設備進網(wǎng)許可證。7月26日華為正式發(fā)布5G智能手機中唯一一款支持SA/NSA的5G雙模手機，同時向下兼容4G。中國聯(lián)通上海公司8月16日舉行華為Mate 20 X 5G版手機首銷儀式，購機可獲贈100GB 5G流量。此次開售的Mate 20 X5G搭載了業(yè)界首款7nm 5G雙模全網(wǎng)通芯片巴龍5000，于6月25日獲得國內首張5G終端電信設備進網(wǎng)許可證，同時還獲得了首張?zhí)?G通信能力五星證書、首張GCF 5G能力認證證書。

正是因為5G技術擁有強大的技術優(yōu)勢，使得人們從它身上看到了一些需求得以解決的可能。

（1）云業(yè)務的需求

目前云計算已經(jīng)成為一種基礎的信息架構，基于云計算的業(yè)務也層出不窮，包括桌面云、游戲云、云存儲、云備份、云加速、云下載和云同步等，未來移動互聯(lián)網(wǎng)的基礎就是云計算。不同于傳統(tǒng)的業(yè)務模式，云計算的業(yè)務部署在云端，終端和云之間大量采用信令交互，信令的時延、海量的信令數(shù)據(jù)等，都對5G提出了巨大的挑戰(zhàn)。云業(yè)務要求5G需求端到端時延小于5ms，數(shù)據(jù)速率大于1Gb/s。

（2）虛擬現(xiàn)實的需求

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）是利用計算機模擬合成三維視覺、聽覺、嗅覺等感覺的技術，產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，讓使用者擁有身臨其境的感受。要滿足虛擬現(xiàn)實和浸入式體驗，相應的視頻分辨率需要達到人眼的分辨率，網(wǎng)絡速度必須達到300Mb/s以上，端到端時延要小于5ms，移動小區(qū)吞吐量要大于10Gb/s，VR作為5G的殺手業(yè)務，要求5G網(wǎng)絡必須滿足這些業(yè)務指標需求。

（3）高清視頻的需求

現(xiàn)在高清視頻已經(jīng)成為人們的基本需求，4K視頻或將成為5G網(wǎng)絡的標配業(yè)務。不僅如此，保證用戶在任何地方都可以欣賞到高清視頻，即移動用戶隨時隨地就能在線獲得超高速的、端到端的通信速率，是5G面臨的更大挑戰(zhàn)。

（4）物聯(lián)網(wǎng)的需求

5G之前的移動通信是一種以人為中心的通信；而5G將圍繞人和周圍的事物，是一種萬物互聯(lián)的通信。5G需要考慮IoT（Internet of Thing）業(yè)務，IoT帶來海量的數(shù)據(jù)連接，5G對海量傳感設備及機器與機器通信（Machine to Machine，M2M；Machine Type Communication，MTC）的支撐能力將成為系統(tǒng)設計的重要指標之一。

M2M的5G需求被劃分為Massive MTC和Critical MTC兩類，其中前者定位于滿足海量數(shù)據(jù)連接，后者定位于高可靠、低時延的M2M業(yè)務的通信。低時延是電子醫(yī)療、自動駕駛等遠程精確控制類應用成功的關鍵。在5G網(wǎng)絡中，時延將從4G的50ms縮短到1ms。以自動駕駛汽車為例，速度為60km/h的汽車在50ms時延內將開出約1m遠；如果為1ms，則車輛移動距離僅為1.6cm，安全性將大大提高。

5G不是簡單的4G演進范疇，而是萬物互聯(lián)網(wǎng)背景下，移動通信網(wǎng)絡（CT）與移動互聯(lián)網(wǎng)（IT）及物聯(lián)網(wǎng)在技術和業(yè)務層面的深入融合。除了增強移動寬帶之外，5G在物聯(lián)網(wǎng)等增強場景有著廣泛的空間（如圖2所示）。但在具體應用推進上，5G將與4G長期共存，與WIFI及有線寬帶更多是互補關系。

三.5G頻譜

在目前3GPP定義的頻率范圍分為FR1和FR2。FR1和FR2的具體范圍如表1所示。

FR1就是通常說的sub 6GHz，這部分將是5G當前的主流應用范圍。頻率越低，覆蓋能力越強，穿透能力越好，但目前很多頻段已經(jīng)在之前的網(wǎng)絡中使用，各國使用狀況不同，目前3.5GHz是5G應用較廣泛的頻譜。FR2范圍主要是高頻，就是通常說的毫米波，穿透能力較弱，但帶寬十分充足，且沒有什么干擾源，頻譜干凈，未來的應用也十分廣泛。因此如何統(tǒng)籌分配利用好各頻段的頻譜就變得十分重要。

了解5G技術的頻譜，可以先從一個公式入手——c=λν。C是光速，是個固定值，真空中光速理論值是每秒3*10^8米/秒，λ是波長，ν是頻率。無線通信就是利用電磁波進行通信，電波和光波都屬于電磁波，而電磁波的功能特性是由它的頻率決定的，不同頻率的電磁波有不同的屬性特點，利用它們各自的特點可以實現(xiàn)不同的用途。例如高頻的γ射線，具有很大的殺傷力，可以用來治療腫瘤。當前通信所用的頻段主要在3GHz以下，頻譜資源十分擁擠，可用帶寬有限，而高頻段可用頻譜資源豐富（在3～300GHz約有252GHz可用頻段），能夠有效緩解頻譜資源緊張的現(xiàn)狀，當頻段在30GHz到300GHz時用上述公式換算可知此時的波長范圍已在1mm到10mm之間，稱之為毫米波。

此前，美國已經(jīng)釋放了可以以技術中立基礎進行使用的頻譜（2018年底T-Mobile和諾基亞合作，在華盛頓州完成了世界上第一個600MHz頻譜的5G數(shù)據(jù)傳輸，證明低頻電波可在單個塔內提供數(shù)百平方英里的5G覆蓋），確定了可以使用2.5GHz頻段，28GHz（27.5-28.35GHz）和39GHz（37-40 GHz）頻段用于5G服務。巴西、哥倫比亞、薩爾瓦多、墨西哥都在計劃拍賣、分配適用于5G服務的頻譜。歐洲地區(qū)大部分都使用3.5GHz頻段，以及700MHz、26GHz。其中一些歐洲國家已經(jīng)完成了頻譜的拍賣和分配，其余國家也處于正在籌備的過程之中。

在亞太地區(qū)已經(jīng)確定了5G頻譜拍賣、分配的國家有澳大利亞、中國、香港地區(qū)、馬來西亞、日本和韓國。2018年6月，韓國完成了3.42-3.7GHz和26.5-28.9GHz頻段的5G拍賣，并已在3.5G頻段商用。

在國內，2019年6月6日，已明確分配了給三大運營商的5G頻譜：中國電信獲得3400MHz-3500MHz共100MHz帶寬的5G頻率資源；中國移動獲得2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz頻段的共260MHz帶寬5G頻率資源，其中2515-2575MHz、2635-2675MHz和4800-4900MHz頻段為新增頻段，2575-2635MHz頻段為中國移動現(xiàn)有的TD-LTE（4G）頻段；中國聯(lián)通獲得3500MHz-3600MHz共100MHz帶寬的5G頻率資源。中國廣電，手握700MHz 5G頻率資源，在4.9GHz也獲得頻譜。中國廣電手握700MHz頻段一直以來被看做是發(fā)展移動通信的黃金頻段，其具有信號傳播損耗低、覆蓋廣、穿透力強、組網(wǎng)成本低等優(yōu)勢特性，作為5G的底層網(wǎng)絡，用作廣覆蓋是非常合適的。

中國移動、中國電信、中國聯(lián)通、中國廣電這4家運營商的發(fā)證日期為2019年6月5日，中國廣電的有效期截止時間為2026年4月12日，但另外3家運營商的有效期截止時間均為2029年1月6日（在注冊資本方面，三大電信運營商都是千億級別，中國廣電為45億元，差距確實比較大）。

（未完待續(xù)）