5G時代廣播電視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)轉(zhuǎn)型升級探析

摘要：隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)廣播電視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)面臨傳輸率低、帶寬小、設(shè)備集成度低、技術(shù)落后等挑戰(zhàn)，難以滿足現(xiàn)代社會需求。同時，還存在傳輸方式單一、信號覆蓋盲區(qū)及安全隱患等問題。對此，5G NR廣播技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)基于第五代移動通信標(biāo)準(zhǔn)“New Radio”，利用5G網(wǎng)絡(luò)特性，為廣播電視提供高效、穩(wěn)定的視頻廣播和信息服務(wù)。然而，5G NR廣播電視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的轉(zhuǎn)型升級也面臨多重挑戰(zhàn)。本文研究深入探討了5G NR廣播的關(guān)鍵技術(shù)及其在廣播電視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)轉(zhuǎn)型升級中的應(yīng)用，分析了面臨的挑戰(zhàn)，并提出相應(yīng)優(yōu)化建議，希望為其發(fā)展提供理論支持和實踐指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：5G NR廣播；廣播電視網(wǎng)絡(luò)；技術(shù)轉(zhuǎn)型升級

引言

當(dāng)今信息化社會，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，傳統(tǒng)廣播電視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)面臨前所未有的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的廣播電視網(wǎng)絡(luò)難以滿足現(xiàn)代社會對高清視頻、即時互動及多樣化信息服務(wù)的需求[1]。在這一背景下，5G NR廣播技術(shù)的出現(xiàn)為廣播電視網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)型升級提供了新的契機(jī)。作為第五代移動通信標(biāo)準(zhǔn)“New Radio”的重要組成部分，5G NR廣播技術(shù)充分利用5G網(wǎng)絡(luò)的高速率、大容量、低時延等特性，為廣播電視提供了更為高效、穩(wěn)定的視頻廣播和信息服務(wù)[2]。這一技術(shù)的引入，有望徹底改變廣播電視網(wǎng)絡(luò)的傳輸方式和服務(wù)模式，推動其向更高層次、更廣領(lǐng)域發(fā)展。

然而，5G NR廣播電視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的轉(zhuǎn)型升級也面臨多重挑戰(zhàn)。如何克服這些挑戰(zhàn)，充分發(fā)揮5G NR廣播技術(shù)的優(yōu)勢，推動廣播電視網(wǎng)絡(luò)的全面轉(zhuǎn)型升級，成為當(dāng)前研究的重要課題。本文研究旨在深入探討5G NR廣播的關(guān)鍵技術(shù)及其在廣播電視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)轉(zhuǎn)型升級中的應(yīng)用，分析當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)，并提出相應(yīng)的優(yōu)化建議。通過本文研究，期望能夠為5G NR廣播電視技術(shù)的發(fā)展提供理論支持和實踐指導(dǎo)，推動廣播電視行業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展。

1. 傳統(tǒng)廣播電視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的局限性

傳統(tǒng)廣電傳輸技術(shù)多采用SDH系統(tǒng)，其首先存在傳輸率低、帶寬小的問題，難以滿足高清電視播放需求，與新興媒體相比，在傳輸多路高清視頻信號方面顯得力不從心。其次，其設(shè)備集成度低、技術(shù)落后，不僅增加了故障風(fēng)險和維護(hù)成本，還在技術(shù)升級和擴(kuò)容方面存在困難，難以適應(yīng)快速變化的環(huán)境[3]。再次，傳統(tǒng)廣電傳輸技術(shù)傳輸方式單一，主要通過無線電波和有線電波進(jìn)行，存在信號覆蓋盲區(qū)，而衛(wèi)星傳輸雖具有覆蓋面積大、傳送距離遠(yuǎn)的優(yōu)點，但仍難以滿足所有用戶的觀看需求。最后，傳統(tǒng)廣電傳輸技術(shù)缺乏與觀眾的互動功能，限制了廣電媒體的發(fā)展空間。此外，該技術(shù)還存在一定的安全隱患，可能受到不法分子的干擾，同時在極端天氣或電磁環(huán)境復(fù)雜地區(qū)，其傳輸穩(wěn)定性也可能受到影響。

2. 5G NR廣播的關(guān)鍵技術(shù)與轉(zhuǎn)型升級的必要性

2.1 5G NR廣播的關(guān)鍵技術(shù)

5G NR廣播技術(shù)是基于第五代移動通信“New Radio”的新型廣播解決方案，利用5G網(wǎng)絡(luò)特性為終端設(shè)備提供高效、穩(wěn)定的視頻廣播和信息服務(wù)。該技術(shù)能無縫切換單播、組播和廣播模式，靈活應(yīng)對不同場景需求，提供個性化服務(wù)[4]。無論是新聞傳播還是應(yīng)急信息廣播，5G NR廣播技術(shù)都能提供優(yōu)質(zhì)傳輸服務(wù)，帶來個性化和智能化的用戶體驗。5G NR廣播的具體關(guān)鍵技術(shù)包括以下四個方面。

2.1.1 NOMA 技術(shù)

非正交多址接入（NOMA）技術(shù)是一種先進(jìn)的無線通信技術(shù)，允許多用戶在相同時間頻率資源上并行通信，通過優(yōu)化信號功率層級實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。在5G NR廣播系統(tǒng)中，NOMA技術(shù)提升弱信道用戶通信質(zhì)量，同時確保強(qiáng)信道用戶通信的可靠性和穩(wěn)定性[5]。該技術(shù)還支持大規(guī)模設(shè)備接入，對物聯(lián)網(wǎng)和大型公共活動尤為重要，滿足多樣化需求，展示其在未來通信技術(shù)中的重要地位。

2.1.2 波束成形技術(shù)

波束成形技術(shù)是一種關(guān)鍵無線通信技術(shù)，通過空間處理精準(zhǔn)控制信號傳播方向，提高接收質(zhì)量與傳輸效率。該技術(shù)能集中信號能量，擴(kuò)大覆蓋范圍，降低干擾和信號泄漏。在5G NR廣播系統(tǒng)中，波束成形技術(shù)至關(guān)重要，支持定向傳播，提高頻譜利用率并優(yōu)化用戶體驗。該技術(shù)還減少了基站間干擾，提升了網(wǎng)絡(luò)性能，使廣播系統(tǒng)能覆蓋至鄉(xiāng)村地區(qū)，滿足現(xiàn)代化廣播電視及多媒體服務(wù)需求。

2.1.3 MIMO技術(shù)

多入多出（MIMO）技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，利用多個發(fā)送和接收天線同時傳輸和接收多個數(shù)據(jù)信號。在5G NR廣播系統(tǒng)中，MIMO技術(shù)通過空間復(fù)用增加數(shù)據(jù)傳輸路徑，提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和速度，并增強(qiáng)了信號在復(fù)雜環(huán)境中的健壯性，展示了在提高頻譜效率方面的優(yōu)勢。該技術(shù)能更有效利用頻譜資源，降低能量消耗和成本。隨著5G技術(shù)發(fā)展，MIMO技術(shù)正逐步普及，將推動5G網(wǎng)絡(luò)在高容量、高數(shù)據(jù)速率需求領(lǐng)域的應(yīng)用部署。

2.1.4 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)使運(yùn)營商能在單一物理網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建多個可定制虛擬網(wǎng)絡(luò)，滿足特定業(yè)務(wù)需求，實現(xiàn)資源按需分配和靈活管理。在5G NR廣播系統(tǒng)中，不同廣播服務(wù)可在不同特性的網(wǎng)絡(luò)切片上運(yùn)行，以優(yōu)化資源配置和提升服務(wù)質(zhì)量。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（network functions virtualization，NFV），可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的靈活管理與動態(tài)配置，緊急消息系統(tǒng)能迅速調(diào)整資源配置以適應(yīng)緊急廣播需求，提高緊急響應(yīng)效率。

2.2 5G NR廣播電視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)轉(zhuǎn)型升級的必要性

5G NR廣播電視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)轉(zhuǎn)型升級的重要性，這主要因為其關(guān)鍵技術(shù)的，這些技術(shù)的應(yīng)用帶來了多方面的必要性分析。第一，NOMA和MIMO技術(shù)的融合顯著提升了頻譜效率與傳輸帶寬，使得高清電視播放成為可能，從根本上解決了傳統(tǒng)SDH系統(tǒng)傳輸率低、帶寬小的問題。第二，5G NR廣播技術(shù)的引入帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，推動了設(shè)備與技術(shù)的全面升級，提高了系統(tǒng)集成度，降低了故障風(fēng)險與維護(hù)成本，使得廣電行業(yè)更加便捷地適應(yīng)快速變化的技術(shù)環(huán)境。第三，波束成形技術(shù)的運(yùn)用極大地擴(kuò)展了傳輸方式與覆蓋范圍，有效消除了信號盲區(qū)，結(jié)合MIMO技術(shù)進(jìn)一步增強(qiáng)了信號的覆蓋范圍和傳輸質(zhì)量。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，5G NR廣播技術(shù)還顯著增強(qiáng)了互動性與用戶體驗，支持實時投票、彈幕評論等多元化互動功能，極大地提升了用戶的參與度和滿意度。第四，5G NR廣播技術(shù)采用了先進(jìn)的安全機(jī)制和抗干擾技術(shù)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的隔離性，全面提高了傳輸?shù)陌踩耘c穩(wěn)定性，確保了節(jié)目的正常播出。

3. 5G NR廣播電視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)轉(zhuǎn)型升級案例分析及優(yōu)化建議

3.1 案例分析

2021年，為深入探索和驗證5G NR廣播技術(shù)在商用場景下的系統(tǒng)性能與應(yīng)用潛力，中國廣播電視網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司（以下簡稱“中國廣電”）攜手華為、中興等領(lǐng)先的通信設(shè)備供應(yīng)商，共同在北京五棵松體育中心成功舉辦了一場名為“相約北京”的冰球場地測試賽。此次測試賽不僅是對體育賽事現(xiàn)代化呈現(xiàn)方式的一次重要展示，更標(biāo)志著全球范圍內(nèi)首次在真實的商用環(huán)境下，對5G NR廣播技術(shù)的系統(tǒng)能力進(jìn)行了全面而深入的驗證與評估，為5G技術(shù)在廣播電視及更廣泛領(lǐng)域的深入應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)[6]。

5G NR廣播技術(shù)的核心優(yōu)勢在于其高效的數(shù)據(jù)傳輸能力和廣泛的覆蓋范圍。在測試賽中，該技術(shù)充分利用大規(guī)模MIMO和高頻段毫米波等關(guān)鍵技術(shù)，顯著提高了數(shù)據(jù)傳輸速率和信號質(zhì)量，為高清視頻傳輸提供了堅實的基礎(chǔ)。通過優(yōu)化5G NR的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，為不同的應(yīng)用場景提供了定制化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，確保了每個用戶都能獲得最佳的觀看體驗。此外，與傳統(tǒng)的單播傳輸相比，5G NR廣播技術(shù)能夠更有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)大規(guī)模用戶的同時接入和高清視頻傳輸，從而驗證了5G NR廣播技術(shù)的組播和廣播能力。在測試賽中，多機(jī)位拍攝的視頻信號被實時傳輸至5G網(wǎng)絡(luò)，并通過組播方式分發(fā)給場館內(nèi)的觀眾，使他們能夠使用普通的5G手機(jī)或平板設(shè)備自由選擇觀看不同視角的直播內(nèi)容，享受到了身臨其境的觀賽體驗。

3.2 面臨的挑戰(zhàn)

5G NR廣播電視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為一種前沿的通信技術(shù)，雖然在提升數(shù)據(jù)傳輸效率和媒體廣播質(zhì)量等方面顯示出巨大的潛力，但在當(dāng)前發(fā)展階段也遭遇了多重挑戰(zhàn)。

3.2.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與兼容性

5G NR作為全球5G標(biāo)準(zhǔn)已在3GPP中立項，但實際應(yīng)用時不同國家和地區(qū)存在標(biāo)準(zhǔn)和頻段分配差異，給廣電網(wǎng)絡(luò)公司帶來兼容性問題。同時，5G NR廣播電視技術(shù)須適配市場上所有類型的5G通用終端，而終端設(shè)備的多樣性和快速更新?lián)Q代，導(dǎo)致確保所有終端在不同標(biāo)準(zhǔn)和頻段下順利接收并處理5G NR廣播信號成為亟須解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與部署

頻譜資源的分配和獲取是5G NR廣播網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的一大挑戰(zhàn)。盡管中國廣電在700MHz頻段上取得了重要進(jìn)展，但仍須努力高效利用這些資源，并確保與其他運(yùn)營商的協(xié)調(diào)共存。此外，5G NR廣播網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)不僅涉及無線基站的建設(shè)，還需要考慮與現(xiàn)有廣播網(wǎng)絡(luò)的融合，這無疑增加了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)維的復(fù)雜性。

3.2.3 技術(shù)實現(xiàn)與運(yùn)維

5G NR廣播技術(shù)融合了包括大規(guī)模MIMO、網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計算在內(nèi)的多種先進(jìn)技術(shù)，這些技術(shù)的實現(xiàn)和優(yōu)化對技術(shù)能力提出了極高的要求。與傳統(tǒng)廣播網(wǎng)絡(luò)相比，5G NR廣播網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維更加復(fù)雜，需要實時監(jiān)控和調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源，以確保廣播信號的穩(wěn)定傳輸。此外，在超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，干擾問題更加突出。

3.2.4 安全與隱私

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)安全問題日益凸顯，因此需要加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，確保廣播信號在傳輸過程中的數(shù)據(jù)安全。同時，在提供廣播服務(wù)時，還必須高度重視用戶隱私保護(hù)問題，采取有效措施確保用戶個人信息的安全。

3.3 優(yōu)化建議

為推動5G NR廣播電視技術(shù)的全面發(fā)展，實現(xiàn)其在全球范圍內(nèi)的廣泛應(yīng)用與深入滲透，必須從多維度進(jìn)行系統(tǒng)性優(yōu)化。

第一，在國際標(biāo)準(zhǔn)化合作層面，應(yīng)積極推動各國際標(biāo)準(zhǔn)化組織之間的緊密協(xié)作，致力于制定更加統(tǒng)一、兼容且廣泛認(rèn)可的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。此舉旨在有效減少不同國家和地區(qū)間的技術(shù)差異，確保全球廣電網(wǎng)絡(luò)公司在標(biāo)準(zhǔn)制定過程中的積極參與，從而充分反映并滿足其特定的技術(shù)需求與實際運(yùn)營場景。同時，針對接收設(shè)備，須加大研發(fā)力度，開發(fā)具有廣泛兼容性的5G NR廣播電視接收設(shè)備，以適應(yīng)并兼容市場上多樣化的終端設(shè)備，確保用戶能夠無縫接入并享受高質(zhì)量的廣播電視服務(wù)。

第二，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與部署策略上，應(yīng)注重頻譜資源的高效利用，并通過持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新，進(jìn)一步提高頻譜使用效率，以應(yīng)對日益增長的數(shù)據(jù)傳輸需求。加強(qiáng)與其他運(yùn)營商之間的協(xié)調(diào)與合作機(jī)制，共同推進(jìn)5G NR廣播網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與部署進(jìn)程，同時注重與現(xiàn)有廣播網(wǎng)絡(luò)的深度融合，確保實現(xiàn)平滑的技術(shù)過渡與系統(tǒng)升級，使之對用戶服務(wù)的影響最小化。

第三，加大技術(shù)研發(fā)投入是不可或缺的一環(huán)。應(yīng)重點投資大規(guī)模MIMO、網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計算等先進(jìn)技術(shù)，以提升技術(shù)實現(xiàn)能力與系統(tǒng)性能，為5G NR廣播電視的創(chuàng)新發(fā)展提供堅實的技術(shù)支撐。同時，建立智能化的運(yùn)維體系，利用人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)資源的實時監(jiān)控與動態(tài)調(diào)整，提升運(yùn)維效率與服務(wù)質(zhì)量。針對超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中潛在的干擾問題，應(yīng)深入研發(fā)有效的干擾協(xié)調(diào)與管理技術(shù)，以確保廣播信號的穩(wěn)定傳輸與高質(zhì)量接收。

第四，在安全與隱私保護(hù)層面，必須高度重視并加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)體系的建設(shè)。采用先進(jìn)的加密技術(shù)與安全防護(hù)措施，確保廣播信號傳輸過程中的數(shù)據(jù)安全，防止非法訪問與數(shù)據(jù)泄露。同時，建立健全的用戶隱私保護(hù)機(jī)制，明確用戶個人信息的收集、使用與保護(hù)規(guī)范，增強(qiáng)用戶信任。定期對系統(tǒng)進(jìn)行全面的安全審計與漏洞掃描，及時發(fā)現(xiàn)并修復(fù)潛在的安全隱患，確保5G NR廣播電視系統(tǒng)的穩(wěn)健運(yùn)行與用戶數(shù)據(jù)的安全無憂。

結(jié)語

本文深入分析了傳統(tǒng)廣播電視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的局限性，詳細(xì)闡述了5G NR廣播的關(guān)鍵技術(shù)，包括NOMA技術(shù)、波束成形技術(shù)、MIMO技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，并探討了這些技術(shù)如何推動廣播電視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的轉(zhuǎn)型升級。本文以“相約北京”冰球場地測試賽為例，展示了5G NR廣播技術(shù)在商用場景下的系統(tǒng)性能與應(yīng)用潛力。5G NR廣播電視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在發(fā)展過程中仍面臨技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與兼容性、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與部署、技術(shù)實現(xiàn)與運(yùn)維、安全與隱私保護(hù)等多重挑戰(zhàn)。

未來，5G NR廣播電視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將持續(xù)發(fā)展完善。這一過程中須推動國際標(biāo)準(zhǔn)化合作，制定統(tǒng)一兼容標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)廣泛兼容接收設(shè)備。此外，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中須高效利用頻譜資源，加強(qiáng)運(yùn)營商間協(xié)調(diào)合作，實現(xiàn)平滑過渡升級。同時，加大先進(jìn)技術(shù)研發(fā)投入，建立智能化運(yùn)維體系，研發(fā)干擾協(xié)調(diào)管理技術(shù)，保障廣播信號質(zhì)量。在安全與隱私方面，須加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，建立用戶隱私保護(hù)機(jī)制。這些努力有望推動5G NR廣播電視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更廣泛應(yīng)用和深入發(fā)展，提供優(yōu)質(zhì)、個性化、智能化服務(wù)。

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作者簡介：曲曉寧，碩士研究生，高級工程師，1375316890@qq.com，研究方向：廣播電視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。