5G通信技術(shù)與廣播電視技術(shù)的融合發(fā)展

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摘要：近年來(lái)，隨著我國(guó)移動(dòng)通信市場(chǎng)蓬勃發(fā)展，廣播電視傳播方式也在不斷創(chuàng)新，并逐漸向移動(dòng)化與網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。那么，在信息高速發(fā)展的今天，5g通信技術(shù)與廣播電視技術(shù)該如何融合發(fā)展，這是新一代廣電人所需要面對(duì)的問(wèn)題之一。本文首先介紹了5G通信技術(shù)與其優(yōu)勢(shì)，說(shuō)明了廣播電視技術(shù)的特點(diǎn)，隨后討論了5G通信技術(shù)與廣播電視技術(shù)融合發(fā)展。

關(guān)鍵詞：5G通信；廣播電視技術(shù)；4K超高清；C波段

1引言

由于5G采用了比前幾代通信技術(shù)更高的通信頻率，所以具有高速度、低時(shí)延、高可靠的特點(diǎn)?？梢哉f(shuō)，它是當(dāng)今民用通信行業(yè)中最為先進(jìn)的技術(shù)。目前，工信部已向我國(guó)三大通信運(yùn)營(yíng)商與中國(guó)廣電頒發(fā)了5G商用牌照，我國(guó)5G商用市場(chǎng)正在大規(guī)模建設(shè)中。近年來(lái)，廣播電視行業(yè)積極響應(yīng)“要加強(qiáng)傳播手段和話(huà)語(yǔ)方式創(chuàng)新”的號(hào)召，與時(shí)俱進(jìn)地推動(dòng)以移動(dòng)優(yōu)先為核心概念的融媒體的發(fā)展。當(dāng)5G通信技術(shù)大范圍應(yīng)用時(shí)，傳統(tǒng)的廣播電視技術(shù)應(yīng)如何與其更好地融合發(fā)展，才能使得黨的主旋律更響，正能量更加壯大，這正是我們廣電技術(shù)人員需要思考的問(wèn)題。

25G通信技術(shù)簡(jiǎn)介

5G是第五代通信網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)稱(chēng)，其中的“G”代表的是英文“Generation”，中文意思為“代”，而不是指5G通信技術(shù)的帶寬或速率。當(dāng)然，它的傳輸速率比之前任何一代移動(dòng)通信技術(shù)要高出很多，其理論峰值可達(dá)到每秒10Gb以上。舉個(gè)例子，我們下載一段4K超高清視頻，使用5G可能只需幾秒種，但是使用4G則需要幾分鐘，甚至更長(zhǎng)時(shí)間。這得益于5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸使用了高頻段頻率。與2G、3G、4G頻段相比，5G的頻段更高、帶寬更寬，越高的頻率代表著可以使用的頻率資源越為豐富，所能實(shí)現(xiàn)的傳輸速率自然也就越快。隨著數(shù)字時(shí)代的信息量呈爆炸式擴(kuò)張狀態(tài)，更高的數(shù)據(jù)量代表著需要使用更多的移動(dòng)帶寬。目前，我國(guó)三大通信運(yùn)營(yíng)商所分配到的5G實(shí)驗(yàn)頻段主要為中低頻段，分別為中國(guó)電信獲得3400MHz~3500MHz頻段，中國(guó)移動(dòng)獲得2515MHz~2575MHz與4800MHz~4900MHz頻段，中國(guó)聯(lián)通則獲得3500MHz~3600MHz頻段。此外，中國(guó)廣電也獲得5G商用牌照，擁有號(hào)稱(chēng)“黃金頻段”的700MHz使用權(quán)。

35G通信的關(guān)鍵技術(shù)與其優(yōu)勢(shì)

5G通信技術(shù)采用較高的頻率資源，因此擁有很高的傳輸速率。5G的關(guān)鍵技術(shù)與其優(yōu)勢(shì)還有如下幾個(gè)。首先，5G網(wǎng)絡(luò)采用了切片技術(shù)。這就好比一個(gè)車(chē)道，5G不僅把車(chē)道拓寬了，能讓更多的車(chē)在同一時(shí)間通過(guò)，還把一個(gè)寬車(chē)道，按類(lèi)別分成不同屬性的片層，供不同用途的“車(chē)”在特定的片層“行駛”，這既提高了速度又防止了因接入過(guò)多的設(shè)備而帶來(lái)的擁堵。至于前幾代通信技術(shù)只是單一地把“道路”拓寬，并沒(méi)有對(duì)“車(chē)輛”進(jìn)行有效地規(guī)劃分流。5G通過(guò)該技術(shù)提高了信道的利用率，真正做到快速。第二，由于5G所使用的頻段很高，頻率越高，其波長(zhǎng)越短，電波就越容易損耗。根據(jù)我國(guó)頒發(fā)給三大通信運(yùn)營(yíng)商的5G頻譜資源來(lái)看，它們的波長(zhǎng)都屬于毫米波。因此，5G基站大多采用微基站、多布局的形式。第三，5G通信還使用了波束賦形的概念。即把向四處發(fā)射的無(wú)線電波只向用戶(hù)一個(gè)方向固定，并且該電波方向能根據(jù)該用戶(hù)的方向改變而改變。因此，5G通信憑借微基站、多布局、波束賦形等技術(shù)，大大提高了網(wǎng)絡(luò)通信的穩(wěn)定性與質(zhì)量。最后，5G通信還使用了D2D技術(shù)，即兩個(gè)用戶(hù)之間通信不再像前幾代通信技術(shù)，需要通過(guò)基站第三方中轉(zhuǎn)信號(hào)，這不僅大大提高了通信的效率，還降低了延時(shí)。綜上所述，5G通信技術(shù)，不僅具備頻段高、速率快的特點(diǎn)，還具有延時(shí)低、通信質(zhì)量佳、能海量物聯(lián)等優(yōu)勢(shì)。因此，它是新時(shí)代下物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、融合媒體發(fā)展的基礎(chǔ)。

45G通信與廣播電視技術(shù)的融合發(fā)展

廣播電視技術(shù)發(fā)展較早，是技術(shù)密集型行業(yè)，也是典型的單向通信技術(shù)。廣播電視技術(shù)在早前已完成了模擬化向數(shù)字化的改革。隨著雙向通信的迅速發(fā)展，廣播電視也注重與受眾的互動(dòng)，并逐漸向移動(dòng)化與網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)支撐也已深入滲透到廣播電視技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，如采編系統(tǒng)，播出系統(tǒng)，發(fā)射覆蓋系統(tǒng)、監(jiān)管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。目前，廣播電視技術(shù)系統(tǒng)正在逐步往外開(kāi)放，并朝著多元化方向演變。因此，5G建設(shè)是廣播電視發(fā)展的重大契機(jī)。2020年，5G通信技術(shù)將正式商用，成為通信市場(chǎng)上的主流。那么，當(dāng)新一代的通信技術(shù)與傳統(tǒng)的廣播電視技術(shù)相融合，會(huì)給廣播電視行業(yè)帶來(lái)哪些機(jī)遇與挑戰(zhàn)呢？

4.15G+4K超高清在電視中的應(yīng)用

2019年全國(guó)兩會(huì)期間，廣西廣播電視臺(tái)與中國(guó)聯(lián)通合作，首次使用5G+4K超高清技術(shù)進(jìn)行了新聞直播。目前，北京聯(lián)通在天安門(mén)和金融街一帶實(shí)現(xiàn)了5G無(wú)線覆蓋，下行最高傳輸速率1966Mbps，平均傳輸速率1975.8Mbps。5G+4K超高清直播的鏈路結(jié)構(gòu)如圖1所示。4K攝像機(jī)方面，我們采用的是松下AG-DVX200，這是一部具有固定鏡頭的13倍光學(xué)變焦專(zhuān)業(yè)手持?jǐn)z像機(jī)，最大的特色就是擁有4K的60p拍攝性能，以及內(nèi)置V-logL伽瑪曲線（具有12檔動(dòng)態(tài)范圍）。4K和108050i相比，前者能夠提供非常高的圖像質(zhì)量和清晰度。當(dāng)攝像機(jī)捕捉到的畫(huà)面形成4K視頻流后，經(jīng)由編碼器輸出，形成IP視頻流后，便送往可支持5G的CPE。在這里，我們要特別說(shuō)明下這次使用的CPE。與其他中繼器不同的是，該款CPE不僅能夠?qū)o(wú)線路由器的Wi-Fi信號(hào)進(jìn)行中繼，還能對(duì)基站信號(hào)進(jìn)行中繼。如果用戶(hù)所在的地方?jīng)]有4G、5G信號(hào)，就可以通過(guò)CPE來(lái)進(jìn)行信號(hào)中繼，它能擴(kuò)大基站信號(hào)覆蓋面積，使得更多的設(shè)備能夠連接5G信號(hào)上網(wǎng)。在5G覆蓋初期，它可以很靈活地?cái)U(kuò)大5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。此外，5GCPE還具有提供5G的Wi-Fi熱點(diǎn)覆蓋或有線連接的功能。所以，我們使用CPE來(lái)模擬5G移動(dòng)終端，使用它和5G基站對(duì)接。在這次直播中，我們體會(huì)到新技術(shù)的確帶來(lái)了更清晰的畫(huà)質(zhì)、更流暢的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。因此，我們相信未來(lái)高帶寬、低延時(shí)的5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，必將推動(dòng)廣電技術(shù)和相關(guān)設(shè)備不斷變革與進(jìn)步。

4.25G技術(shù)與廣播可視化直播

2019年7月，MDSK音樂(lè)節(jié)在廣西南寧舉行，為了給廣大受眾帶來(lái)高質(zhì)量的視聽(tīng)覺(jué)盛宴，我臺(tái)決定與中國(guó)移動(dòng)聯(lián)合，運(yùn)用5G網(wǎng)絡(luò)在我臺(tái)旅游廣播頻率進(jìn)行音樂(lè)節(jié)的可視化直播。這次可視化直播，我們共使用了4個(gè)攝像頭，其中兩個(gè)攝像頭，是還未正式面世的5G移動(dòng)終端，這也是本次直播中一大亮點(diǎn)。剩下的兩個(gè)攝像頭由于并不支持5G，我們先將這兩個(gè)攝像頭拍攝到的信號(hào)送往相關(guān)設(shè)備輸出視頻流后，再用一臺(tái)支持5G的CPE設(shè)備進(jìn)行5G信號(hào)的傳輸。值得一提的是，因中國(guó)移動(dòng)掌握著2515MHz~2575MHz、4800MHz~4900MHz這兩段5G頻譜資源，所以，在本次直播活動(dòng)中，我們也分別使用了這兩個(gè)5G頻段進(jìn)行傳輸，為視頻直播提供了備份保障。無(wú)論是在測(cè)試還是實(shí)際直播過(guò)程中，我們都做了4G與5G的比對(duì)試驗(yàn)。第一，在開(kāi)場(chǎng)兩小時(shí)，隨著現(xiàn)場(chǎng)觀眾不斷增多，4G信號(hào)出現(xiàn)異常，5G信號(hào)仍然處在正常工作范圍。第二，使用5G的視頻流，其整體延遲時(shí)間要比4G少2~3s。使用5G，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況拍攝到受眾終端，可在4~7s內(nèi)實(shí)現(xiàn)流暢性觀看。在本次直播中，我們也發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題。本次直播活動(dòng)持續(xù)了9個(gè)小時(shí)，時(shí)間跨度非常大。目前發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題有兩個(gè)，一是當(dāng)5G設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間工作，其耗電量、發(fā)熱量非常大；二是因?yàn)槭褂肅PE，4G基站負(fù)荷量太大，會(huì)導(dǎo)致5G基站發(fā)熱，從而影響了4G轉(zhuǎn)換5G信號(hào)這條鏈路傳輸速率與連線的穩(wěn)定性。長(zhǎng)時(shí)間、高效能與大規(guī)模地使用5G設(shè)備，無(wú)疑是對(duì)這項(xiàng)新技術(shù)的重大考驗(yàn)。但不可否認(rèn)，使用5G為我們廣播電視帶來(lái)了視聽(tīng)覺(jué)上的驚喜。

4.3C波段廣播電視衛(wèi)星接收與5G干擾

中國(guó)電信與中國(guó)聯(lián)通分配到的5G頻譜，和我們的C波段廣播電視衛(wèi)星接收的工作頻率，三者頻率相近，會(huì)產(chǎn)生鄰頻干擾。而用于C波段接收的低噪聲變頻器LNB的工作頻段通常為3400MHz~4200MHz，這就意味著上述頻段的5G信號(hào)，可進(jìn)入LNB。當(dāng)5G干擾信號(hào)達(dá)到-60dBm時(shí)，依據(jù)國(guó)際電聯(lián)報(bào)告，變頻后的干擾信號(hào)達(dá)到接收機(jī)時(shí)過(guò)高，將會(huì)形成飽和干擾。這對(duì)衛(wèi)星接收機(jī)產(chǎn)生的干擾主要表現(xiàn)為解調(diào)出的廣播電視信號(hào)無(wú)音頻輸出，出現(xiàn)畫(huà)面馬賽克與花頻以及信號(hào)無(wú)法鎖定等現(xiàn)象。雖然目前5G終端較少，但是各運(yùn)營(yíng)商都在積極地布局5G建設(shè)。目前有不少的5G基站在空載試運(yùn)行中，雖然空載基站的總功率較低，但由于5G信號(hào)的波束賦形的特性，使得其瞬時(shí)功率較高，這確實(shí)對(duì)我們C波段的廣播電視衛(wèi)星接收產(chǎn)生了干擾。目前，中星6A與中星6B衛(wèi)星主要使用C波段進(jìn)行廣播電視的傳輸，也是各省級(jí)廣播電視臺(tái)（站）重要的轉(zhuǎn)播來(lái)源。因此，5G基站發(fā)射的信號(hào)對(duì)我們干擾較大，不利于安全播出。面對(duì)5G信號(hào)的干擾，最有效的解決方法就是在衛(wèi)星接收設(shè)備加裝C波段濾波器，其性能指標(biāo)要求能抑制大于等于55dB的，且工作頻率在3400MHz~3500MHz、500MHz~3600MHz的干擾信號(hào)。圖2、圖3為我臺(tái)安裝C波段濾波器前后，廣播電視衛(wèi)星接收機(jī)信號(hào)的頻譜比對(duì)圖。從圖2和圖3可以看出，未加裝濾波器前，圖2頻譜的末端部分存在5G干擾信號(hào)。加裝濾波器后，在接收強(qiáng)度不變的情況下，從圖3的頻譜圖可以看出，后端已經(jīng)沒(méi)有干擾信號(hào)。如果使用C波段濾波器抗5G信號(hào)的效果不理想，我們還可結(jié)合采用加裝屏蔽網(wǎng)，替換有濾波功能的LNA/B，與5G運(yùn)營(yíng)商協(xié)調(diào)基站發(fā)射功率、最大輻射角、安裝位置等措施。

4.45G通信技術(shù)在廣電行業(yè)的其他應(yīng)用

近年來(lái)，傳統(tǒng)媒體行業(yè)正在發(fā)生深刻變革，廣播電視不僅在傳播方式上產(chǎn)生了變化，采編方面也逐漸向以移動(dòng)優(yōu)先為核心概念的融合媒體方向發(fā)展。我臺(tái)目前完成了全媒體移動(dòng)采編系統(tǒng)的建設(shè)，這使采編人員能在新聞第一現(xiàn)場(chǎng)，依托外網(wǎng)，通過(guò)移動(dòng)終端，即時(shí)完成全媒體稿件的生產(chǎn)流程。如5G通信技術(shù)全面應(yīng)用，可使稿件生產(chǎn)效率更加高效，表現(xiàn)形式更加豐富。除此之外，5G還會(huì)在智慧廣電、移動(dòng)交互廣播電視網(wǎng)、高清視頻上有著重要的應(yīng)用。同時(shí)，隨著5G技術(shù)的高速發(fā)展，應(yīng)該怎樣建設(shè)面向5G的廣播電視安全保障體系與監(jiān)管監(jiān)測(cè)平臺(tái)，也是我們需要思考的方向。

5結(jié)束語(yǔ)

科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，廣播電視作為傳統(tǒng)的主流媒體，作為意識(shí)形態(tài)的主要落實(shí)方式，其技術(shù)必然不能落后。未來(lái)，廣播電視的發(fā)展離不開(kāi)5G，5G也使廣播電視主流媒體更加壯大。讓我們期待5G通信技術(shù)與廣播電視技術(shù)更深層次的融合與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]國(guó)家廣播電視總局.C波段廣播電視衛(wèi)星接收站與5G基站干擾協(xié)調(diào)實(shí)施辦法（試行）[EB/OL].

[2]中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部關(guān)于印發(fā)《3000-5000MHz頻段第五代移動(dòng)通信基站與衛(wèi)星地球站等無(wú)線電臺(tái)（站）干擾協(xié)調(diào)管理辦法》的通知[EB/OL].

作者：周沖 陳冠霖 蘇紹熙 單位：廣西廣播電視臺(tái)