5G在未來電視廣播技術(shù)的思考

王學(xué)博

（山東廣播電視臺，山東 濟(jì)南 250014）

5G作為一種全新的無線接入技術(shù)不是獨(dú)立的，這與2G、3G、4G技術(shù)有所不同，是在現(xiàn)有2G、3G、4G、WiFi技術(shù)的基礎(chǔ)上演進(jìn)而來的，而且也新增了一些補(bǔ)充性的無線技術(shù)，多種技術(shù)集成之后形成了一個全面的解決方案。從某種角度來說，5G技術(shù)是真正意義上的融合網(wǎng)絡(luò)。在融合和統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)下，人和人、物和物、人和物之間的聯(lián)通體現(xiàn)出高速、安全、自由的特點(diǎn)。

一、5G技術(shù)的特征和應(yīng)用前景分析

（一）ITU定義5G技術(shù)的三個應(yīng)用場景

在目前的發(fā)展階段中，5G技術(shù)正在研究制定，5G就是第五代移動通信技術(shù)，由國際電信標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)3GPP起草制定，國際電信聯(lián)盟無線電通信部門發(fā)布這一消息。人與人、物與物、人與物之間的智能互聯(lián)就是5G技術(shù)的目標(biāo)。5G技術(shù)的應(yīng)用場景由ITU定義，共分為三種，分別是增強(qiáng)移動寬帶、海量機(jī)器通信、超高可靠低時延通信。在增強(qiáng)移動寬帶的應(yīng)用場景下，5G有超高的傳輸速率，移動寬帶業(yè)務(wù)就依靠這一優(yōu)勢，這會明顯增強(qiáng)業(yè)務(wù)性能，也會優(yōu)化用戶的使用體驗(yàn)。在海量機(jī)器通信場景下，5G有著強(qiáng)大的連接能力，能全場景覆蓋從消費(fèi)到生產(chǎn)的全過程，也能覆蓋從人到物全場景。在超高可靠低時延時通信場景下，需要發(fā)揮超高可靠低時延通信技術(shù)的優(yōu)勢，此時無人駕駛、工業(yè)自動化都能實(shí)現(xiàn)，而且這些業(yè)務(wù)的完成體現(xiàn)出低時延、高可靠的特點(diǎn)[1]。

（二）5G標(biāo)準(zhǔn)分兩個階段發(fā)布

3GPP已經(jīng)對5G標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施有具體的計劃，分兩個階段實(shí)現(xiàn)，第一階段已經(jīng)在2018年6月發(fā)布，美國圣地哥時間2018年6月13日20:18，召開的3GPP全會批準(zhǔn)第五代移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)立組網(wǎng)功能凍結(jié)，這代表國際5G標(biāo)準(zhǔn)正式出爐，同時這也是首個完整的真正意義上的國際5G標(biāo)準(zhǔn)。SA功能全部凍結(jié)，使得5GNR具備獨(dú)立部署能力，同時也構(gòu)建了全新的端到端新構(gòu)架，在未來，5G技術(shù)必定會正式被投入商用。而第二階段將會在2019年年底發(fā)布。

（三）5G網(wǎng)絡(luò)更加智能，融合度更高

用戶使用5G技術(shù)，體驗(yàn)到最直觀的感受是網(wǎng)絡(luò)傳輸速度極大提升。目前4G/LTE的最大傳輸速度是每秒100M，而5G技術(shù)的傳輸速度將會達(dá)到每秒10G。比如說用4G技術(shù)下載一部電影，需要花費(fèi)1分鐘的時間，而使用5G技術(shù)下載就只需要1秒鐘的時間。5G技術(shù)不僅具有超大的傳輸速度，還具備超可靠、超高容量的特點(diǎn)。能構(gòu)建超大寬帶和超密站點(diǎn)，能隨時滿足接入需求。正是因?yàn)槿绱耍ㄐ沤缙毡檎J(rèn)為5G網(wǎng)絡(luò)綠色節(jié)能，更加智能，融合度也更高。

二、5G技術(shù)與廣播電視技術(shù)的融合

（一）5G網(wǎng)絡(luò)4K電視傳輸測試獲得成功

2019年1月13日，中國深圳舉辦5G網(wǎng)絡(luò)4K電視傳輸測試啟動儀式，參與方有中國移動、中央廣播電視總臺、華為公司。在國內(nèi)，這是5G網(wǎng)絡(luò)首次進(jìn)行4K傳輸，這更是5G和新媒體產(chǎn)業(yè)融通發(fā)展的重要舉措。中國移動開通了兩個2.6+4.9GHZ5G雙頻試驗(yàn)點(diǎn)，這兩個試驗(yàn)點(diǎn)分別位于北京光華路辦公區(qū)、深圳市民廣場。在中國移動5G試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)的支持下，央視春晚深圳分會場成功將4K超高清信號回傳至中央廣播電視總臺的北京機(jī)房。與此同時，中央廣播電視總臺的4K超高清北京景觀信號也會被傳送至深圳分會場，會場上的4K超高清轉(zhuǎn)播車就能展現(xiàn)實(shí)時信號。這一實(shí)驗(yàn)過程為2019年春晚5G技術(shù)的正式應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)。

（二）5G和廣播電視技術(shù)融合的應(yīng)用場景

廣播電視應(yīng)用5G技術(shù)使用的應(yīng)用場景涵蓋終端、環(huán)境、業(yè)務(wù)三個要素。三個要素構(gòu)成有實(shí)際意義的組合，形成完整的終端用戶應(yīng)用場景。以屏幕的尺寸和移動性為依據(jù)，可以將終端劃分為兩種類型，一種是小屏的可移動終端，比如智能手機(jī)、車載終端、便攜式電腦[2]。另外一種是大屏的固定終端。應(yīng)用環(huán)境分為兩種，分別是室內(nèi)和室外，移動速度分為三種，分別是步行、車輛和高速車輛。以數(shù)據(jù)流向、內(nèi)容解析度、交互能力劃分業(yè)務(wù)，可分為五種類型，分別是線性視頻廣播、視頻點(diǎn)播、內(nèi)容交互、高解析度內(nèi)容、個性化內(nèi)容。就業(yè)務(wù)需求展開分析，5G網(wǎng)絡(luò)屬無線通信，包括單項(xiàng)廣播和雙向通信。優(yōu)化兩種通信方式，實(shí)現(xiàn)對無線網(wǎng)絡(luò)的高效利用。室外覆蓋和室內(nèi)覆蓋相結(jié)合，局部覆蓋區(qū)域覆蓋相結(jié)合。高速移動也包含在5G網(wǎng)絡(luò)的移動性特點(diǎn)中。就傳輸網(wǎng)絡(luò)問題展開分析，不僅支持雙向通信，而且支持多路、并發(fā)、高清、超高清視頻流。流量得到優(yōu)化，支持網(wǎng)絡(luò)流量在單向廣播和雙向通信方式之間無縫切換。

（三）移動通信網(wǎng)絡(luò)和單項(xiàng)廣播

雙向通信是移動通信網(wǎng)絡(luò)的一大優(yōu)勢，在此條件下單向廣播也能獲得更好發(fā)展。通信資源能夠按照相應(yīng)需求在兩種通信模式之間靈活調(diào)度，從而實(shí)現(xiàn)移動廣播的深度融合。在目前的發(fā)展階段中，單向廣播的性能還受到發(fā)射頻率和發(fā)射塔高度的限制，因此建設(shè)的單向廣播基站間距要控制在10km以內(nèi)。地面數(shù)字電視使用的是高功率、高塔發(fā)射技術(shù)，單向廣播與之相比性能方面還有很大差距，覆蓋面積也有10倍到20倍的差距。雖然廣播網(wǎng)絡(luò)覆蓋的面積比較大，相應(yīng)的回傳能力也受到一定限制，最新一代回傳技術(shù)的上行通信能力，無法與移動通信技術(shù)相媲美。5G移動與廣播電視媒體技術(shù)融合，要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是支持移動接收、為用戶提供個性化服務(wù)、覆蓋更加寬泛的范圍。設(shè)計的構(gòu)架方案應(yīng)當(dāng)以移動通信網(wǎng)和廣播網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)為依據(jù)，在深度融合的過程中注重取長補(bǔ)短。

（四）系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

移動通信網(wǎng)絡(luò)和廣播共用有線網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)用戶平面和控制平面相互之間是分離的狀態(tài)。其中用戶平面能夠用軟件定義網(wǎng)絡(luò)，同時也支持網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化?？刂茖用嬷С志W(wǎng)絡(luò)資源虛擬化，全面考量業(yè)務(wù)需求，適當(dāng)增加一些虛擬網(wǎng)絡(luò)的功能模塊，在此基礎(chǔ)上以滿足業(yè)務(wù)需求為目標(biāo)，有效整合各種服務(wù)。設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架將5G系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)規(guī)范作為基礎(chǔ)依據(jù)，其中不包括漫游網(wǎng)絡(luò)參考構(gòu)架。二者融合使用的無線網(wǎng)絡(luò)是HPHT和LPLT的聯(lián)合部署。在核心網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)中，控制面和用戶面是相互分離的狀態(tài)?？刂泼嫣峁┑姆?wù)依靠5G技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，設(shè)計的功能模塊包括用戶權(quán)限、接入控制、資源調(diào)配、計費(fèi)認(rèn)證。用戶面和5G網(wǎng)絡(luò)使用的是同一個傳輸網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)模式下網(wǎng)絡(luò)的前端系統(tǒng)能為用戶提供數(shù)據(jù)源和內(nèi)容源。在前端系統(tǒng)中，控制功能是獨(dú)立的，核心網(wǎng)架構(gòu)以服務(wù)為基礎(chǔ)，融入5G技術(shù)。

（五）未來5G技術(shù)將深刻影響廣播電視行業(yè)的發(fā)展

對傳統(tǒng)數(shù)字地廣播技術(shù)來說，5G技術(shù)的出現(xiàn)也是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)，積極迎接挑戰(zhàn)，廣播電視移動接收技術(shù)就能獲得新的發(fā)展機(jī)遇。5G愿景的需求報告指明5G支持移動視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)。從當(dāng)前的情況來看，網(wǎng)絡(luò)世界產(chǎn)生的音頻、視頻、圖像業(yè)務(wù)正在快速增長，與此同時網(wǎng)絡(luò)流量也呈爆炸式增長。這意味著用戶訪問移動通信量會受到一定影響。單純地增加寬帶的數(shù)量不能有效解決這一問題[3]，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為支持廣播業(yè)務(wù)是解決這一問題的最佳途徑，不管是點(diǎn)到面的廣播技術(shù)，還是一點(diǎn)對多點(diǎn)的廣播技術(shù)都有一定優(yōu)勢。一直以來，通信領(lǐng)域都想把廣播技術(shù)應(yīng)用在通信技術(shù)中。比如3GPP就在4G標(biāo)準(zhǔn)中提出將eMBMS技術(shù)應(yīng)用在廣播業(yè)務(wù)中，但是由于受到實(shí)際條件的限制，這一計劃始終沒有實(shí)現(xiàn)，無法完成實(shí)際部署，也不能真正投入使用。而在5G工作中，3GPP已經(jīng)構(gòu)建了“用于廣播電視業(yè)務(wù)的用戶增強(qiáng)方案”，目的在于預(yù)先研究現(xiàn)有的廣播電視業(yè)務(wù)，并希望在外來取得更有價值的突破。

綜上所述，在未來，網(wǎng)絡(luò)通信將會進(jìn)入5G時代，移動通信網(wǎng)絡(luò)傳輸速度更高，能承載更為豐富的音頻和視頻內(nèi)容。5G技術(shù)會對媒體信息傳播網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生較大的影響作用。廣播電視的發(fā)展將會在5G技術(shù)的支持下獲得更好發(fā)展。從理論上來說，5G技術(shù)與廣播電視技術(shù)的合理配置能支持視頻廣播，也能實(shí)現(xiàn)視頻點(diǎn)播。多種多樣的創(chuàng)新媒體業(yè)務(wù)都有可能在5G技術(shù)的支持下獲得突破性進(jìn)展。