5G與廣播電視工程的融合應(yīng)用

楊春麗

（蘭陵縣融媒體中心，山東 臨沂 277700）

0 引言

5G是新一代的無線移動(dòng)通信技術(shù)，具有高速率、低延時(shí)、高可靠性、大連接等特點(diǎn)，能夠支持多種業(yè)務(wù)場景和用戶需求[1]。5G對(duì)廣播電視事業(yè)的發(fā)展具有重要的作用，可以提升廣播電視的傳播效率、內(nèi)容質(zhì)量、用戶體驗(yàn)和融合能力[2]。基于此，探討5G在廣播電視工程中的應(yīng)用。

1 5G概述

1.1 5G的概念

5G是第五代移動(dòng)通信技術(shù)，是2020年之后推出的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)[3]。與之前的通信技術(shù)不同，5G并非單一的無線接入技術(shù)，而是對(duì)新舊無線接入技術(shù)進(jìn)行了高度融合。其目標(biāo)是滿足各種業(yè)務(wù)需求和用戶體驗(yàn)，包括增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（enhanced Mobile Broadband，eMBB）、超高可靠低時(shí)延通信（ultra Reliable Low Latency Communication，uRLLC）和大規(guī)模機(jī)器類通信（massive Machine Type Communication，mMTC）這3大類應(yīng)用場景。增強(qiáng)移動(dòng)寬帶主要應(yīng)對(duì)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量激增的挑戰(zhàn)，旨在為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶提供更卓越的應(yīng)用體驗(yàn)，如虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和超高清視頻等。超高可靠低時(shí)延通信主要服務(wù)于對(duì)時(shí)延和可靠性有極高要求的行業(yè)應(yīng)用，包括工業(yè)控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療和自動(dòng)駕駛等[4]。這要求網(wǎng)絡(luò)能夠提供毫秒級(jí)的時(shí)延和極高的可靠性。機(jī)器類通信主要應(yīng)用于智慧城市、智能家居和環(huán)境監(jiān)測等需要傳感和數(shù)據(jù)采集的領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)需支持大規(guī)模設(shè)備連接和低功耗的數(shù)據(jù)傳輸。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)和特性

5G的關(guān)鍵技術(shù)和特性涵蓋了多個(gè)創(chuàng)新領(lǐng)域，旨在滿足物聯(lián)網(wǎng)多樣化的需求。在基礎(chǔ)技術(shù)方面，5G在正交頻分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）和多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）的基礎(chǔ)上進(jìn)行全新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以支持3大主要應(yīng)用場景[5]。與4G相比，5G在頻段利用上更加靈活，同時(shí)支持中低頻和高頻頻段。中低頻用于滿足覆蓋和容量需求，高頻則用于提升熱點(diǎn)區(qū)域的容量。為了統(tǒng)一中低頻和高頻的技術(shù)方案，并確保支持百兆基礎(chǔ)帶寬，5G采用了創(chuàng)新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)高速率傳輸和更優(yōu)的覆蓋，5G引入新型信道編碼方案，如低密度奇偶校驗(yàn)（Low-Density Parity-Check，LDPC）和極化碼（Polar Code），以及性能更強(qiáng)大的大規(guī)模天線技術(shù)[6]。這些技術(shù)的融合旨在提供卓越的網(wǎng)絡(luò)性能。為了滿足低時(shí)延和高可靠性的需求，5G采用了短幀、快速反饋以及多層/多站數(shù)據(jù)重傳等先進(jìn)技術(shù)，確保網(wǎng)絡(luò)能夠在各種復(fù)雜環(huán)境下提供可靠的連接。

1.3 5G發(fā)展現(xiàn)狀

目前，世界上70多個(gè)國家的169個(gè)運(yùn)營商都推出了5G業(yè)務(wù)，加上正在投資5G的運(yùn)營商，總數(shù)已突破400個(gè)。歐洲、亞太和北美是5G最早發(fā)展的區(qū)域，5G網(wǎng)絡(luò)已基本實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)營。隨后，南亞、東歐、北非、中南美洲也相繼開始5G的應(yīng)用，并開始了預(yù)商業(yè)化。在非洲、撒哈拉南部，5G仍然處于一片空白狀態(tài)。目前，我國已建成全球規(guī)模最大、技術(shù)領(lǐng)先的5G網(wǎng)絡(luò)，迎來5G規(guī)?；瘧?yīng)用關(guān)鍵期。截至2023年9月底，我國累計(jì)建成開通5G基站318.9萬個(gè)，超90%的5G基站實(shí)現(xiàn)共建共享，5G網(wǎng)絡(luò)加快向集約高效、綠色低碳發(fā)展。5G移動(dòng)電話用戶達(dá)7.14億戶，比上年末凈增1.54億戶，占移動(dòng)電話用戶的41.7%。5G行業(yè)虛擬專網(wǎng)超過2萬個(gè)。5G應(yīng)用已廣泛融入97個(gè)國民經(jīng)濟(jì)大類中的67個(gè)，對(duì)各行各業(yè)5G賦能作用日益深入。

2 5G在廣播電視工程中的應(yīng)用

2.1 超高清傳輸

超高清視頻是指分辨率高于或等于4K（3 840×2 160）的視頻。相比于傳統(tǒng)的高清視頻，超高清視頻具有更高的畫質(zhì)、更細(xì)膩的細(xì)節(jié)、更豐富的色彩，能夠給觀眾帶來更真實(shí)、更震撼的視覺體驗(yàn)。然而，傳統(tǒng)的廣播電視傳輸網(wǎng)絡(luò)如有線電視網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星電視網(wǎng)絡(luò)、地面無線電視網(wǎng)絡(luò)等，由于受到頻譜資源、傳輸設(shè)備、傳輸協(xié)議等的限制，難以滿足超高清視頻的傳輸需求。因此，基于5G的廣播電視超高清傳輸成為一種新的解決方案。

基于5G的廣播電視超高清傳輸具有以下優(yōu)勢。第一，5G網(wǎng)絡(luò)的峰值速率可達(dá)10 Gb·s-1，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的廣播電視傳輸網(wǎng)絡(luò)，能夠支持超高清視頻的實(shí)時(shí)傳輸，無須進(jìn)行壓縮或轉(zhuǎn)碼，保證了視頻的原始質(zhì)量和完整性。第二，5G網(wǎng)絡(luò)的部署和運(yùn)維成本相對(duì)較低，無須鋪設(shè)專用的傳輸線路或設(shè)備，也無須申請(qǐng)專用的頻譜資源，可以利用現(xiàn)有的5G基站和終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)快速的覆蓋和接入。第三，5G網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延可達(dá)1 ms，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的廣播電視傳輸網(wǎng)絡(luò)，能夠保證超高清視頻的實(shí)時(shí)性和連貫性，避免出現(xiàn)卡頓、延遲等現(xiàn)象。2020年12月5日，中國移動(dòng)咪咕公司聯(lián)合中國移動(dòng)廣東公司、北京公司、研究院，在中國移動(dòng)集團(tuán)技術(shù)部、網(wǎng)絡(luò)部指導(dǎo)下，首次將5G應(yīng)用于商用大型8K超高清直播，也是業(yè)內(nèi)首次在5G手機(jī)上實(shí)現(xiàn)基于切片技術(shù)的超高清直播業(yè)務(wù)演示。

2.2 5G提供的新型服務(wù)

5G為廣播電視工程帶來了革命性的變化，不僅極大地提高了傳輸效率和質(zhì)量，還催生了多種創(chuàng)新的服務(wù)，包括智慧編排以及大小屏協(xié)同等。這些服務(wù)充分展示了5G的技術(shù)優(yōu)勢，如高速率、低時(shí)延、大連接數(shù)等，為用戶提供了更豐富、更個(gè)性化、更互動(dòng)的視聽體驗(yàn)。5G與人工智能技術(shù)結(jié)合，使得智慧編排成為可能。智慧編排是一種利用5G和人工智能技術(shù)，從海量的視頻資源中智能篩選、編排和推送適合用戶內(nèi)容的服務(wù)。通過智慧編排，用戶可以根據(jù)自己的喜好、興趣、場景等，設(shè)計(jì)想要觀看的視頻內(nèi)容，而不需要被動(dòng)接受統(tǒng)一的節(jié)目安排。大小屏協(xié)同是一種利用5G的低時(shí)延和高可靠性，實(shí)現(xiàn)5G頻道在不同屏幕之間互動(dòng)的服務(wù)。通過大小屏協(xié)同，用戶可以在家中通過大屏（如電視機(jī)）觀看5G頻道節(jié)目的同時(shí)，通過小屏（如手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)端）進(jìn)行互動(dòng)、評(píng)論和投票等，增加用戶的參與感和沉浸感。

2.3 優(yōu)化廣播電視的資源分配

5G中的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)是一種將物理網(wǎng)絡(luò)按需劃分為多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。每個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)不同的服務(wù)需求進(jìn)行優(yōu)化，從而更有效地分配和利用網(wǎng)絡(luò)資源。在廣播電視工程中，這意味著能夠?yàn)椴煌膬?nèi)容提供定制化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，滿足不同的質(zhì)量要求和用戶體驗(yàn)。例如，直播體育賽事可能需要更大的帶寬和更低的延遲，以保證畫面的清晰度和實(shí)時(shí)性，而其他類型的內(nèi)容，如點(diǎn)播電影或電視劇，則可能需要更高的可靠性和安全性，以防止數(shù)據(jù)丟失或被篡改。通過5G的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，廣播電視行業(yè)可以更靈活地滿足不同內(nèi)容類型的需求，提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。例如，華為公司和中國聯(lián)通聯(lián)合開展了5G網(wǎng)絡(luò)切片在廣播電視領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了4K超高清視頻的實(shí)時(shí)傳輸和播放。通過5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，為4K視頻提供了專用的網(wǎng)絡(luò)資源，保證了視頻的高清晰度和低延遲，同時(shí)節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)的總體資源消耗，提高了網(wǎng)絡(luò)的效率和性能。這種技術(shù)的應(yīng)用，為廣播電視行業(yè)帶來新的商業(yè)機(jī)會(huì)和用戶價(jià)值，也為5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的推廣和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

2.4 多角度體驗(yàn)

5G網(wǎng)絡(luò)的迅速普及和發(fā)展為廣播電視行業(yè)帶來了全新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。其高速數(shù)據(jù)傳輸和低延遲的特性為廣播電視公司提供了獨(dú)特的優(yōu)勢。通過充分利用5G網(wǎng)絡(luò)的高帶寬，廣播電視公司能夠在現(xiàn)場采用多攝像頭布局，以捕捉多樣的畫面和角度，從而為觀眾提供更為豐富的視角和觀看選項(xiàng)。這種技術(shù)使得觀眾能夠根據(jù)個(gè)人興趣和需求，靈活選擇最適合自己的觀看方式，為觀看體驗(yàn)增添了靈活性。例如，在體育賽事等領(lǐng)域，多攝像頭和多視角的技術(shù)展現(xiàn)了其卓越的實(shí)用性，觀眾可以自主選擇所關(guān)注的視角，如追隨某位運(yùn)動(dòng)員、聚焦某一關(guān)鍵動(dòng)作或事件。這種個(gè)性化的選擇權(quán)使得觀眾更深度地參與到比賽過程中，從而提升了他們的觀賞樂趣和互動(dòng)感。

2.5 5G智慧廣電平臺(tái)

5G智慧廣電平臺(tái)是5G在廣播電視工程中的重要應(yīng)用。借助5G、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)，該平臺(tái)構(gòu)建了智慧化的生產(chǎn)、傳播、服務(wù)和監(jiān)管體系。通過該平臺(tái)，廣播電視媒體能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)傳播效果的實(shí)時(shí)分析、熱點(diǎn)事件的快速發(fā)現(xiàn)、內(nèi)容創(chuàng)作的智能輔助以及輿情監(jiān)測的智能預(yù)警等功能。這一平臺(tái)不僅提高了廣播電視媒體的傳播力、引導(dǎo)力、影響力和公信力，而且推動(dòng)了傳統(tǒng)媒體與新媒體的深度融合。以中國移動(dòng)云南分公司與昆明廣播電視臺(tái)合作建設(shè)的“5G+智慧廣電”聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室為例，該實(shí)驗(yàn)室采用“連接+算力+能力”的模式，打造了“5G媒體資源聚合平臺(tái)”“5G融播平臺(tái)”和“云南數(shù)字企業(yè)服務(wù)平臺(tái)”等三大平臺(tái)，以及多個(gè)5G應(yīng)用場景，如“5G大型賽事直播”“5G互動(dòng)演播室”等。這些應(yīng)用場景充分展示了5G智慧廣電平臺(tái)在廣播電視工程中的重要作用，為廣播電視行業(yè)的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

3 結(jié)語

文章深入探討了5G在廣播電視工程中的應(yīng)用。通過深度整合5G，廣播電視行業(yè)將在更廣泛的領(lǐng)域展現(xiàn)其多元魅力，為觀眾提供更豐富、更沉浸式的視聽享受，同時(shí)助力行業(yè)的創(chuàng)新與升級(jí)。