5G時代下的智慧廣電探索

顧潔旻 金逸樂

【摘要】 5G時代，從本質(zhì)上來說，就是用更低的能量傳遞更多信息的時代。5G網(wǎng)絡建設的初衷就是信息傳送，所以廣電行業(yè)成為了這個新技術應用的先行者。本文從5G的定義和發(fā)展階段出發(fā)，介紹了SMG目前對于5G技術在智慧廣電的應用與探索，并就5G的三大特性：超大帶寬、超低延時、海量通信進行了未來模式的展望。

【關鍵詞】5G時代 探索 智慧廣電 低能耗 高信息超大帶寬 超低延時 海量通信

一.概述

1.5G的定義和解決的問題

5G時代，從本質(zhì)上來說，就是用更低的能量傳遞更多信息的時代。2019年，是5G的元年，那么5G到底是什么呢？5G的定義，其實就是第五代移動通信系統(tǒng)。他解決了什么問題呢？主要是從1.0到2.0的問題，把物與物的連接變成人與人的鏈接。

從3GPP所給出的官方定義，我們知道5G有三大特點：超大帶寬、可靠低延時和海量接入通信。其最本質(zhì)的區(qū)別就是IOT（Internet of Things，物聯(lián)網(wǎng)終端）的設備再一次進行了數(shù)量級的變更。上世紀90年代，PC時代的終端是幾個億；本世紀前10年，手機為主的移動互聯(lián)網(wǎng)時代，其終端數(shù)量為幾十億；在并不遙遠的未來，5G時代的IOT（物聯(lián)網(wǎng)終端），包含手環(huán)、耳機、運動終端、腦機接口等，將可預計達到五百億的規(guī)模。

那個時候，我們所處的世界就將是一個運用移動互聯(lián)網(wǎng)所構成的通信世界。WIFI將退出歷史舞臺，人與人思想、文字、圖像和聲音的交流將有更高的效率。而這一切，目前的廣電行業(yè)成為了先行者，SMG在2019年對超大帶寬、可靠低延時和海量接入通信都有著一定的探索和實踐。

2.5G環(huán)境下的廣電傳輸模式概述

要說5G在廣電行業(yè)的應用，我們必須先談一下5G環(huán)境下的廣電傳輸模式的轉(zhuǎn)變。

以下表為例，我們可以看到一些常用模式的變化：

從上表中我們可以看出，隨著高清到超高清的碼流越來越大從微波、光纖、衛(wèi)星向 光纖、衛(wèi)星、5G 轉(zhuǎn)變，從基帶傳輸向基帶+IP傳輸轉(zhuǎn)變，從深壓縮編碼向淺壓縮編碼轉(zhuǎn)變。基于這些變化，5G將趨向于流信號和多種分發(fā)方式的轉(zhuǎn)變。

3.非獨立組網(wǎng)的5G的優(yōu)劣分析

根據(jù)上文分析，5G技術其實還在探索階段。作為率先嘗試開發(fā)5G技術應用的行業(yè)，我們大部分的探索其實是在非獨立組網(wǎng)的5G下進行的。那么，什么是非獨立組網(wǎng)的5G呢？簡單來說，就是在4G的基礎上進行的優(yōu)化，也就是4G+。3GPP在2019年R16版本的內(nèi)容提出通過8年，建設NRA和RA的5G。

非獨立組網(wǎng)的5G，或者說4G+。目前來說，5G商用能做到的下載帶寬是1Gbps，上行帶寬是125Mb/s。這相當于2個H.265壓縮的超高清流或者4個H.265壓縮的高清流。這就解決了目前廣電行業(yè)最急切解決的問題，就是4K的全鏈路打通。

非獨立組網(wǎng)的5G的優(yōu)勢有如下三點：

（1）穩(wěn)定（信噪比高）。在4G運行了6、7年的基礎上進行探索，其帶寬、頻段都是穩(wěn)定的，具有極高的信息傳輸效率。

（2）帶寬大。其實這個帶寬大本質(zhì)上來說是對比現(xiàn)在的帶寬變大。在4G的環(huán)境下，極限100Mb/s的帶寬一般能夠承載50Mb/s的信息流，也就滿足高品質(zhì)高清的需求，對于4K的制作無法企及。而4G演進版的5G則理論上可以實現(xiàn)500Mb/s的傳輸，完全可以覆蓋淺壓縮碼流的超高清。

（3）成本低（本質(zhì)上是4Ge，4G演進版）。這里的

5Ge，e的就是先前版本。我們都知道5G技術的三大特征就是高帶寬、低時延和海量通信?；?G基站優(yōu)化的建設，本質(zhì)上就是大量提升帶寬，在一定范圍內(nèi)降低時延。也就是說，最近一個階段的應用探索，我們都是應用5G的這兩個特性來做的。

當然，其劣勢也十分明顯：

（1）對IOT（物聯(lián)網(wǎng)終端）支持不夠多。目前可穿戴設備已經(jīng)足夠進入到我們的生活，但是可以直接連接到5G主干網(wǎng)的還不多。這部分是一個產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展過程，而廣電作為比較實用的應用場景，本文會就幾個特殊IOT（物聯(lián)網(wǎng)終端）的應用做介紹。

（2）應用場景不夠豐富。正如上文所述，5G所帶來的萬物互聯(lián)是可預見未來的一個趨勢。不過就目前來說，其應用場景還不夠豐富，應用技術還是以超大帶寬和海量通信為主。智慧廣電從本質(zhì)上來說不僅僅是廣電行業(yè)的“廣播式”傳播，更多的則是“散點式”傳播，每個人（受眾）都將會是信號的發(fā)射源，也會是接受點。

二.SMG在5G場景下的應用探索

1.SMG在5G場景下的探索時間表

2019年7月，工信部給予中國廣電發(fā)放了5G拍照。作為廣電行業(yè)新技術的先驅(qū)，SMG早在2018年首屆中國國際進口博覽會上，就進行了基于5G的廣電制作探索和嘗試。具體的時間表和內(nèi)容如下：

從上表中我們可以很明顯的發(fā)現(xiàn)，基于廣電的5G內(nèi)容探索和應用嘗試是基于現(xiàn)有基礎的海量通信開始，解決了廣電多年沒有解決的傳輸通路問題。從原來的微波、衛(wèi)星到現(xiàn)在的光纖、5G，150Mb/s帶寬的傳輸通路已經(jīng)成為成熟的傳輸方式。對信號收集端而言，這還需要進一步擴展帶寬，以實現(xiàn)“淺壓縮”的傳輸；對信號分發(fā)端而言，這是一個大屏、小屏和極小屏的多維度展現(xiàn)。下面，我們就三個典型案例來闡述5G的三大特性（超大帶寬、海量通信、超低延時）所帶來的智慧廣電模式的創(chuàng)新。

2.超強寬帶所帶來的沉浸式體驗測試：中超聯(lián)賽

2019賽季開始，SMG與咪咕視訊、體奧動力一起在中超聯(lián)賽進行了5G+智慧賽事制作的測試。整個測試分為三個階段：

第一階段是將信號傳回來，也就是打通HD信號，大約用到了30Mb/s的帶寬；

第二階段是作為直播鏈路進行4K HDR信號的直播，大約用到了150Mb/s帶寬；

第三階段則是通過5G實現(xiàn)了現(xiàn)場與家庭的互動，實現(xiàn)小范圍IOT（物聯(lián)網(wǎng)終端）的多媒介直播。

以下是整體的測試鏈路圖：

整體的制作鏈路如下：

·4K HDR（通過H.265，HEVC編碼）傳輸?shù)?G CPE；

·5G CPE通過信號接收器和主干網(wǎng)交換器，鏈接到制作中心；

·制作中心進行制作后進行播出：4K HDR和VR的播出；

·制作中心通過衛(wèi)星和傳統(tǒng)有線電視渠道進行播出；

·現(xiàn)場部分IOT（物聯(lián)網(wǎng)終端）通過下行通路實現(xiàn)了低碼流的信號返看；

·部分移動的IOT（物聯(lián)網(wǎng)終端）可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時推送。

這個案例中，主要通過5G的150Mb/s超大帶寬實現(xiàn)了4K HDR信號（50Mb/s）和VR信號的同時傳輸。

運用了下行的更大帶寬實現(xiàn)了球場大屏幕、轉(zhuǎn)播車信號返送的接入。同時，接入到現(xiàn)場HUB，以期待未來整個球場的智慧場館建設中，給現(xiàn)場所有球迷的AR眼鏡中推送現(xiàn)場直播的信號。這樣的一路信號，可以最大限度的彌補現(xiàn)場看比賽所帶來的信息不足。

而在移動IOT（物聯(lián)網(wǎng)終端）端，主教練的可以通過PAD實時看到主隊及客隊的體能數(shù)據(jù)和技術數(shù)據(jù)，讓整個比賽的競技不僅僅是身體上的較量，而是智慧+身體的“力與美”的結合。

對于未來，能否通過強大的下行系統(tǒng)運用海量通信的優(yōu)勢接入電商平臺，并且結合AI的腦機接口實時讀取人類的潛在欲望，進一步拉動內(nèi)需，這將是廣電行業(yè)to C的一個重要途徑和方向。

3.海量通信接入的IOT（物聯(lián)網(wǎng)終端）設備測試：上海國際馬拉松賽

2019年，SMG與飛利浦合作，在上海國際半程馬拉松賽和10月的上海國際馬拉松賽中，使用了5G-CPE技術，運用其海量通信的接入特性，實現(xiàn)了現(xiàn)場參賽選手的實時返送，并期望推廣使用AR技術實現(xiàn)信息推送。在播出端，與PQ的HDR播出參數(shù)結合，實現(xiàn)800～4000nit的IOT（物聯(lián)網(wǎng)終端）自適應播出，成功實現(xiàn)了不同IOT（物聯(lián)網(wǎng)終端）的個性化定制播出。

以上圖是整體測試連路圖：

整體制作鏈路如下：

·4K HDR（通過H.265，HEVC編碼）傳輸?shù)?G CPE；

·5G CPE通過主干網(wǎng)，鏈接到SMG總控；

·SMG總控進行多個IOT（物聯(lián)網(wǎng)終端）的播出

◆大屏：4K HDR PQ模式；

◆小屏：PAD模式HDR PQ模式，可調(diào)節(jié)HDR效果；

◆極小屏：手機HDR模式；

·現(xiàn)場部分IOT（物聯(lián)網(wǎng)終端）通過下行通路實現(xiàn)了低碼流的信號返看。

在這個案例中，多個IOT（物聯(lián)網(wǎng)終端）直接鏈接到CPE實現(xiàn)了IOT（物聯(lián)網(wǎng)終端）的交互傳輸。CPE在這里不僅是一個接收設備，更是一個廣播設備。從廣義角度來說，電視機、手機和PAD上的自定義直播，將現(xiàn)場的每一個鏡頭，或者說是每一個想要體驗的場景（5Dof-VR直播），通過5G的方式完全鏈接了起來；從俠義角度來說，萬物互聯(lián)的另一個意義在于參賽選手可以從全局視角，也就是“上帝視角”觀看比賽，也可以拉回到自己所參與的比賽中。每一個人都是這個活動，這個世界的一份子，也可以通過全局的“作戰(zhàn)地圖”來制定自己的目標，更好的享受當下，享受生活。

4.超低延時環(huán)境下的4K電視直播：上海國際電影節(jié)

隨著5G探索的深入，2019年的上海國際電影節(jié)直播成為了第一個真正使用5G技術作為直播鏈路的重大節(jié)目。在與中央廣播電視總臺（CMG）的前期方案制訂中，衛(wèi)星傳輸和5G傳輸被定為主備路傳輸手段將4K HDR信號從上海傳輸?shù)奖本?。?jié)目制作中，我們發(fā)現(xiàn)5G的延時讓我們驚喜。通過編碼、信號發(fā)送、接收和編碼、調(diào)制、上星、下星、解調(diào)等步驟，我們發(fā)現(xiàn)5G方式的傳輸延時更低。也就是說，在深壓縮狀態(tài)下，4K HDR（50Mb/s）信號將多一種可靠低延時的信號傳輸通道。

以下是整體測試鏈路圖：

整體制作鏈路如下：

·4K HDR（通過H.265，HEVC編碼）；

·主路：調(diào)制器進行上星，衛(wèi)星傳輸后至CMG總控，延時約140ms；

·備路：5G-CPE通過主干網(wǎng)，鏈接到CMG總控，延時約80ms；

·CMG總控進行對外播出：3840*2160 UHD，PQ模式，BT.2020編碼。

在這個案例中，可靠低延時進行了現(xiàn)場的超高清直播，讓5G進行4K、VR的新聞直播和突發(fā)事件報道成為可能。進一步來說，在人類無法進入的場所和地方，5G的部署將完成更多、更大信息量的探索。

可靠低延時是通過5G技術的時分、波分、光分復用實現(xiàn)的。根據(jù)不同的IOT（物聯(lián)網(wǎng)終端）應用，其帶寬限制已經(jīng)逐漸被釋放，可實現(xiàn)更多電影中“未來科技”的內(nèi)容。

當然，以上測試及辦法是在特定環(huán)境、特定場景下進行的測試，并做了合理的展望。對于5G三大特性的綜合應用，以及未來6G技術通過類似于“星鏈計劃”的方式，其本質(zhì)上還是更大帶寬、更小延時和更多IOT（物聯(lián)網(wǎng)終端）的可靠通信技術。作為“智慧廣電”這樣一個應用領域，我們需要進一步深入挖掘更便捷、更及時、更智能的信號“廣播”和“收集”模式，才能更好的把控輿論導向，在新時代下實現(xiàn)媒體真正的價值。

三.未來發(fā)展趨勢和展望

1.從“拓撲結構”向“星空結構”轉(zhuǎn)變

5G將會被更多的技術賦能。OTT的傳輸將成為未來的常規(guī)形態(tài)，服務于大屏和小屏；基于5G的遠程制作和傳輸將進一步提升人的價值。而物聯(lián)網(wǎng)將現(xiàn)場制作成為一個“星空”的核心，給予現(xiàn)場和家庭不同的消費體驗。

通過對每一位球迷的虹膜掃描，結合AI的情緒判斷，我們就能提前知道中場休息，你想吃什么，喝什么。同時，實時推送進球球員的球衣，完成虹膜支付將成為新的電商平臺運作模式。平臺與平臺的結合，讓廣電行業(yè)原本to B和to G的屬性增加一個to C。同時，每個人都將成為自媒體，大家的參與感和沉浸感更強了，將鏈接為一個“星空結構”。

2.低能耗高信息量構建的IOT（物聯(lián)網(wǎng)終端）世界

低耗能高信息量，是信息傳播和演化的趨勢。

目前所擁有的信息傳輸成本的方式如下：

從上表來看，5G時代下的IOT（物聯(lián)網(wǎng)終端）的新設備，還不能直接連接到交換機，包括：手機、手表、電腦、智能家居等。但這是未來演進的趨勢，也會是“萬物互聯(lián)”的重要一步。

IOT（物聯(lián)網(wǎng)終端）的世界就此構成，人與人的鏈接將會成為下一代世界構建的主題。B&P