5G通信技術與廣播電視技術的融合發(fā)展
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摘要：近年來，隨著我國移動通信市場蓬勃發(fā)展，廣播電視傳播方式也在不斷創(chuàng)新，并逐漸向移動化與網(wǎng)絡化發(fā)展。那么，在信息高速發(fā)展的今天，5g通信技術與廣播電視技術該如何融合發(fā)展，這是新一代廣電人所需要面對的問題之一。本文首先介紹了5G通信技術與其優(yōu)勢，說明了廣播電視技術的特點，隨后討論了5G通信技術與廣播電視技術融合發(fā)展。
關鍵詞：5G通信；廣播電視技術；4K超高清；C波段
1引言
由于5G采用了比前幾代通信技術更高的通信頻率，所以具有高速度、低時延、高可靠的特點?？梢哉f，它是當今民用通信行業(yè)中最為先進的技術。目前，工信部已向我國三大通信運營商與中國廣電頒發(fā)了5G商用牌照，我國5G商用市場正在大規(guī)模建設中。近年來，廣播電視行業(yè)積極響應“要加強傳播手段和話語方式創(chuàng)新”的號召，與時俱進地推動以移動優(yōu)先為核心概念的融媒體的發(fā)展。當5G通信技術大范圍應用時，傳統(tǒng)的廣播電視技術應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人員需要思考的問題。
25G通信技術簡介
5G是第五代通信網(wǎng)絡的簡稱，其中的“G”代表的是英文“Generation”，中文意思為“代”，而不是指5G通信技術的帶寬或速率。當然，它的傳輸速率比之前任何一代移動通信技術要高出很多，其理論峰值可達到每秒10Gb以上。舉個例子，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，甚至更長時間。這得益于5G網(wǎng)絡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，所能實現(xiàn)的傳輸速率自然也就越快。隨著數(shù)字時代的信息量呈爆炸式擴張狀態(tài)，更高的數(shù)據(jù)量代表著需要使用更多的移動帶寬。目前，我國三大通信運營商所分配到的5G實驗頻段主要為中低頻段，分別為中國電信獲得3400MHz~3500MHz頻段，中國移動獲得2515MHz~2575MHz與4800MHz~4900MHz頻段，中國聯(lián)通則獲得3500MHz~3600MHz頻段。此外，中國廣電也獲得5G商用牌照，擁有號稱“黃金頻段”的700MHz使用權。
35G通信的關鍵技術與其優(yōu)勢
5G通信技術采用較高的頻率資源，因此擁有很高的傳輸速率。5G的關鍵技術與其優(yōu)勢還有如下幾個。首先，5G網(wǎng)絡采用了切片技術。這就好比一個車道，5G不僅把車道拓寬了，能讓更多的車在同一時間通過，還把一個寬車道，按類別分成不同屬性的片層，供不同用途的“車”在特定的片層“行駛”，這既提高了速度又防止了因接入過多的設備而帶來的擁堵。至于前幾代通信技術只是單一地把“道路”拓寬，并沒有對“車輛”進行有效地規(guī)劃分流。5G通過該技術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，其波長越短，電波就越容易損耗。根據(jù)我國頒發(fā)給三大通信運營商的5G頻譜資源來看，它們的波長都屬于毫米波。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)射的無線電波只向用戶一個方向固定，并且該電波方向能根據(jù)該用戶的方向改變而改變。因此，5G通信憑借微基站、多布局、波束賦形等技術，大大提高了網(wǎng)絡通信的穩(wěn)定性與質量。最后，5G通信還使用了D2D技術，即兩個用戶之間通信不再像前幾代通信技術，需要通過基站第三方中轉信號，這不僅大大提高了通信的效率，還降低了延時。綜上所述，5G通信技術，不僅具備頻段高、速率快的特點，還具有延時低、通信質量佳、能海量物聯(lián)等優(yōu)勢。因此，它是新時代下物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、融合媒體發(fā)展的基礎。
45G通信與廣播電視技術的融合發(fā)展
廣播電視技術發(fā)展較早，是技術密集型行業(yè)，也是典型的單向通信技術。廣播電視技術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，并逐漸向移動化與網(wǎng)絡化發(fā)展。網(wǎng)絡支撐也已深入滲透到廣播電視技術的各個領域，如采編系統(tǒng)，播出系統(tǒng)，發(fā)射覆蓋系統(tǒng)、監(jiān)管監(jiān)測系統(tǒng)等。目前，廣播電視技術系統(tǒng)正在逐步往外開放，并朝著多元化方向演變。因此，5G建設是廣播電視發(fā)展的重大契機。2020年，5G通信技術將正式商用，成為通信市場上的主流。那么，當新一代的通信技術與傳統(tǒng)的廣播電視技術相融合，會給廣播電視行業(yè)帶來哪些機遇與挑戰(zhàn)呢？
4.15G+4K超高清在電視中的應用
2019年全國兩會期間，廣西廣播電視臺與中國聯(lián)通合作，首次使用5G+4K超高清技術進行了新聞直播。目前，北京聯(lián)通在天安門和金融街一帶實現(xiàn)了5G無線覆蓋，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構如圖1所示。4K攝像機方面，我們采用的是松下AG-DVX200，這是一部具有固定鏡頭的13倍光學變焦專業(yè)手持攝像機，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檔動態(tài)范圍）。4K和108050i相比，前者能夠提供非常高的圖像質量和清晰度。當攝像機捕捉到的畫面形成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不僅能夠對無線路由器的Wi-Fi信號進行中繼，還能對基站信號進行中繼。如果用戶所在的地方?jīng)]有4G、5G信號，就可以通過CPE來進行信號中繼，它能擴大基站信號覆蓋面積，使得更多的設備能夠連接5G信號上網(wǎng)。在5G覆蓋初期，它可以很靈活地擴大5G網(wǎng)絡的覆蓋范圍。此外，5GCPE還具有提供5G的Wi-Fi熱點覆蓋或有線連接的功能。所以，我們使用CPE來模擬5G移動終端，使用它和5G基站對接。在這次直播中，我們體會到新技術的確帶來了更清晰的畫質、更流暢的網(wǎng)絡質量。因此，我們相信未來高帶寬、低延時的5G網(wǎng)絡環(huán)境，必將推動廣電技術和相關設備不斷變革與進步。
4.25G技術與廣播可視化直播
2019年7月，MDSK音樂節(jié)在廣西南寧舉行，為了給廣大受眾帶來高質量的視聽覺盛宴，我臺決定與中國移動聯(lián)合，運用5G網(wǎng)絡在我臺旅游廣播頻率進行音樂節(jié)的可視化直播。這次可視化直播，我們共使用了4個攝像頭，其中兩個攝像頭，是還未正式面世的5G移動終端，這也是本次直播中一大亮點。剩下的兩個攝像頭由于并不支持5G，我們先將這兩個攝像頭拍攝到的信號送往相關設備輸出視頻流后，再用一臺支持5G的CPE設備進行5G信號的傳輸。值得一提的是，因中國移動掌握著2515MHz~2575MHz、4800MHz~4900MHz這兩段5G頻譜資源，所以，在本次直播活動中，我們也分別使用了這兩個5G頻段進行傳輸，為視頻直播提供了備份保障。無論是在測試還是實際直播過程中，我們都做了4G與5G的比對試驗。第一，在開場兩小時，隨著現(xiàn)場觀眾不斷增多，4G信號出現(xiàn)異常，5G信號仍然處在正常工作范圍。第二，使用5G的視頻流，其整體延遲時間要比4G少2~3s。使用5G，從現(xiàn)場實況拍攝到受眾終端，可在4~7s內(nèi)實現(xiàn)流暢性觀看。在本次直播中，我們也發(fā)現(xiàn)了問題。本次直播活動持續(xù)了9個小時，時間跨度非常大。目前發(fā)現(xiàn)的問題有兩個，一是當5G設備長時間工作，其耗電量、發(fā)熱量非常大；二是因為使用CPE，4G基站負荷量太大，會導致5G基站發(fā)熱，從而影響了4G轉換5G信號這條鏈路傳輸速率與連線的穩(wěn)定性。長時間、高效能與大規(guī)模地使用5G設備，無疑是對這項新技術的重大考驗。但不可否認，使用5G為我們廣播電視帶來了視聽覺上的驚喜。
4.3C波段廣播電視衛(wèi)星接收與5G干擾
中國電信與中國聯(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，可進入LNB。當5G干擾信號達到-60dBm時，依據(jù)國際電聯(lián)報告，變頻后的干擾信號達到接收機時過高，將會形成飽和干擾。這對衛(wèi)星接收機產(chǎn)生的干擾主要表現(xiàn)為解調(diào)出的廣播電視信號無音頻輸出，出現(xiàn)畫面馬賽克與花頻以及信號無法鎖定等現(xiàn)象。雖然目前5G終端較少，但是各運營商都在積極地布局5G建設。目前有不少的5G基站在空載試運行中，雖然空載基站的總功率較低，但由于5G信號的波束賦形的特性，使得其瞬時功率較高，這確實對我們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波段進行廣播電視的傳輸，也是各省級廣播電視臺（站）重要的轉播來源。因此，5G基站發(fā)射的信號對我們干擾較大，不利于安全播出。面對5G信號的干擾，最有效的解決方法就是在衛(wèi)星接收設備加裝C波段濾波器，其性能指標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。圖2、圖3為我臺安裝C波段濾波器前后，廣播電視衛(wèi)星接收機信號的頻譜比對圖。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。加裝濾波器后，在接收強度不變的情況下，從圖3的頻譜圖可以看出，后端已經(jīng)沒有干擾信號。如果使用C波段濾波器抗5G信號的效果不理想，我們還可結合采用加裝屏蔽網(wǎng)，替換有濾波功能的LNA/B，與5G運營商協(xié)調(diào)基站發(fā)射功率、最大輻射角、安裝位置等措施。
4.45G通信技術在廣電行業(yè)的其他應用
近年來，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優(yōu)先為核心概念的融合媒體方向發(fā)展。我臺目前完成了全媒體移動采編系統(tǒng)的建設，這使采編人員能在新聞第一現(xiàn)場，依托外網(wǎng)，通過移動終端，即時完成全媒體稿件的生產(chǎn)流程。如5G通信技術全面應用，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還會在智慧廣電、移動交互廣播電視網(wǎng)、高清視頻上有著重要的應用。同時，隨著5G技術的高速發(fā)展，應該怎樣建設面向5G的廣播電視安全保障體系與監(jiān)管監(jiān)測平臺，也是我們需要思考的方向。
5結束語
科學技術發(fā)展到今天，廣播電視作為傳統(tǒng)的主流媒體，作為意識形態(tài)的主要落實方式，其技術必然不能落后。未來，廣播電視的發(fā)展離不開5G，5G也使廣播電視主流媒體更加壯大。讓我們期待5G通信技術與廣播電視技術更深層次的融合與發(fā)展。
參考文獻
[1]國家廣播電視總局.C波段廣播電視衛(wèi)星接收站與5G基站干擾協(xié)調(diào)實施辦法（試行）[EB/OL].
[2]中華人民共和國工業(yè)和信息化部關于印發(fā)《3000-5000MHz頻段第五代移動通信基站與衛(wèi)星地球站等無線電臺（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