5G通訊技術(shù)在廣播電視傳播覆蓋方面的應(yīng)用

許利民 陳順峰 雷品智 白旭升

【摘要】5G技術(shù)作為我國通訊行業(yè)前沿技術(shù)之一，正加速研發(fā)與應(yīng)用。廣播電視行業(yè)與通訊領(lǐng)域聯(lián)系緊密，因此，有必要探索5G通訊技術(shù)在廣播電視傳輸覆蓋的應(yīng)用。本文闡述了5G通訊技術(shù)優(yōu)越性，從技術(shù)角度探索了5G技術(shù)在廣播電視傳輸覆蓋的應(yīng)用，并提出5G技術(shù)有助于提升廣播電視行業(yè)覆蓋范圍。

【關(guān)鍵詞】5G技術(shù);通信技術(shù);廣播電視;網(wǎng)絡(luò)技術(shù);廣播電視輸傳覆蓋

中圖分類號：TN94 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.06..013

1. 引言

我國5G技術(shù)的發(fā)展走在世界前列。5G技術(shù)所具備的優(yōu)勢與之前移動通信網(wǎng)絡(luò)相比，具有更加高超的速率，更小的延時，更大的網(wǎng)絡(luò)容量，能夠在短時間內(nèi)傳播出更為龐大的信息。

隨著5G技術(shù)的廣泛應(yīng)用，廣播電視領(lǐng)域，必須改革創(chuàng)新加快5G技術(shù)在廣播電視行業(yè)應(yīng)用，跟上5G時代的大發(fā)展趨勢，適應(yīng)嶄新的工作模式。這樣，廣播電視事業(yè)的發(fā)展才能具備多元化的功能，發(fā)展才更加迅速，更好地服務(wù)于大眾。5G技術(shù)的加持也能夠讓廣播電視領(lǐng)域順利轉(zhuǎn)型，能夠在復(fù)雜的市場情形下占據(jù)媒體行業(yè)的重要位置。作為傳統(tǒng)傳播媒體的廣播電視行業(yè)可以在這種新型技術(shù)的支持下具備更加豐富的節(jié)目展現(xiàn)形式。國家廣電總局要求：積極推動5G廣播電視技術(shù)研究、標(biāo)準(zhǔn)制定及測試驗(yàn)證等相關(guān)工作，對技術(shù)路線、方案進(jìn)行充分論證，綜合考慮技術(shù)、業(yè)務(wù)、經(jīng)濟(jì)等因素，依托廣電5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建5G廣播電視網(wǎng)絡(luò)，同步試播5G廣播電視信號，努力實(shí)現(xiàn)新形態(tài)的廣播電視“人人通”“移動通”。

2. 5G通信技術(shù)優(yōu)勢

目前仍處在5G網(wǎng)絡(luò)部署的早期階段，但是5G技術(shù)的特性和功能已經(jīng)明確，其具備催生全新應(yīng)用和改進(jìn)現(xiàn)有應(yīng)用的潛力，也得到了業(yè)界的廣泛認(rèn)可。除了已經(jīng)出現(xiàn)的應(yīng)用場景之外，業(yè)界普遍認(rèn)為，5G將在醫(yī)療保健、汽車、智慧城市、智慧廣電和工業(yè)自動化等多個垂直領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更高水平的創(chuàng)新，這將切實(shí)改變我們生活的各個層面。多數(shù)分析師和行業(yè)評論家一致認(rèn)為，5G將為全球GDP的下一輪增長提供新動能。全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會（GSMA）近期發(fā)布的一份報(bào)告預(yù)測，未來15年，5G將為全球經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)2.2萬億美元，其中制造業(yè)、公用事業(yè)以及金融和專業(yè)服務(wù)業(yè)將成為最大的受益者。

在中國市場，電信運(yùn)營商們正在加快5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)步伐。根據(jù)工信部公布的數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)到2020年底，全國開通的5G基站數(shù)量將超過60萬個。與此同時，5G用戶的數(shù)量也不斷增長，目前累計(jì)終端連接數(shù)已超過1個億。此外，隨著新基建政策的提出，各地政府不斷加大投入，推進(jìn)5G基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，為5G應(yīng)用的創(chuàng)新提供了強(qiáng)勁動力，5G的應(yīng)用場景將更加豐富。

5G將深度賦能多種強(qiáng)大的應(yīng)用場景。

5G網(wǎng)絡(luò)的功能可滿足三大應(yīng)用場景的需求，包括增強(qiáng)型移動寬帶（eMBB）、海量機(jī)器類通信（mMTC）、超可靠低時延通信（uRLLC）。

增強(qiáng)型移動寬帶（eMBB）：eMBB能夠?yàn)橛脩籼峁└哌_(dá)20Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，從而讓消費(fèi)者獲得更好的服務(wù)體驗(yàn)，它可以支持增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、人工智能（AI）和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、4K超高清和8K等對帶寬需求比較高的應(yīng)用。

海量機(jī)器類通信（mMTC，即大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)）：mMTC能夠?qū)崿F(xiàn)廣域覆蓋和深度室內(nèi)穿透，支持海量的設(shè)備連接，使得每平方公里范圍內(nèi)可以連接的設(shè)備數(shù)量高達(dá)100萬臺。此應(yīng)用場景通過提供低功耗廣域網(wǎng)（LPWA）技術(shù)來滿足快速增長的移動物聯(lián)網(wǎng)需求。LPWA技術(shù)能使用較低功耗，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離覆蓋，其優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸可以支持小型和間歇性的設(shè)備數(shù)據(jù)塊（Data Blocks）。

超可靠低時延通信（uRLLC）：uRLLC適用于需要執(zhí)行許多關(guān)鍵任務(wù)的應(yīng)用領(lǐng)域，這些應(yīng)用需要超低的端到端時延（1毫秒甚至更短）以及高可靠性和實(shí)用性。

實(shí)際上，并非所有應(yīng)用都需要使用5G技術(shù)的全部功能，有些應(yīng)用可能需要不同的功能組合，通常這會是一個動態(tài)變化的過程。例如，遠(yuǎn)程物聯(lián)網(wǎng)傳感器使用電池供電，耗電量低、功耗低，采用低數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)行通信，屬于典型的mMTC應(yīng)用。而遠(yuǎn)程機(jī)器人手術(shù)則需要綜合eMBB和uRRLC的功能，因?yàn)樵搼?yīng)用場景需要將大量的傳感器數(shù)據(jù)從機(jī)器人設(shè)備傳送給外科醫(yī)生，同時還要在手術(shù)過程中實(shí)現(xiàn)近乎實(shí)時的響應(yīng)，5G技術(shù)在廣播電視上的應(yīng)用更多考慮是mMTC、eMBB和uRRLC功能的綜合應(yīng)用。

5G的網(wǎng)絡(luò)切片功能足以應(yīng)對這種需求的不斷變化，該功能可以對網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行分割和管理，并且能夠根據(jù)不用應(yīng)用的需求做出動態(tài)的調(diào)整。

3. 5G技術(shù)與廣播電視技術(shù)的融合

在5G技術(shù)應(yīng)用的過程中，廣播領(lǐng)域能夠具備更強(qiáng)的實(shí)踐功能。隨著新媒體技術(shù)的高速發(fā)展，信息傳輸效率與質(zhì)量水平不斷提升，網(wǎng)絡(luò)用戶規(guī)模不斷擴(kuò)展。5G技術(shù)高速發(fā)展，移動網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的普及程度進(jìn)一步提高，移動媒體信息傳播效率實(shí)現(xiàn)了新的提升，5G技術(shù)將必然形成以用戶為核心的技術(shù)發(fā)展，搭建全方位的技術(shù)應(yīng)用體系，業(yè)務(wù)和用戶感知更加智能化，大大改變并提升了生活體驗(yàn)和生活方式。

近幾年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展以及智能終端的普及，視頻業(yè)務(wù)的需求特別是對移動視頻的業(yè)務(wù)需求井噴式增長。隨時隨地播放、下載視頻已經(jīng)成為人們生活中的重要組成部分，甚至成為一種生活方式。眾所周知，視頻業(yè)務(wù)的用戶體驗(yàn)很大程度取決于網(wǎng)絡(luò)的性能和帶寬，特別是稀缺的無線帶寬資源，已經(jīng)成為當(dāng)前制約移動視頻業(yè)務(wù)發(fā)展的最大瓶頸。在這樣的背景之下，5G及eMBMS增強(qiáng)型廣播與組播技術(shù)的出現(xiàn)為解決這一矛盾提供了很好的解決方案。

所謂的eMBMS技術(shù)則指的是讓傳統(tǒng)廣播業(yè)務(wù)能夠具備多播業(yè)務(wù)。此項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)是通過對空口層的利用而實(shí)現(xiàn)的，能夠?yàn)槭鼙娞峁┒嗝襟w領(lǐng)域的業(yè)務(wù)。在新型5G技術(shù)的支持下，廣播領(lǐng)域不僅能夠傳遞音頻信息，還能夠?qū)崿F(xiàn)對視頻信息的傳播。因此，在5G技術(shù)的引領(lǐng)下，eMBMS技術(shù)也可以具備更多的應(yīng)用場合，進(jìn)而促進(jìn)廣播事業(yè)的穩(wěn)步前行。

傳統(tǒng)的無線接入網(wǎng)提供了點(diǎn)對點(diǎn)的單播承載服務(wù)（如文件下載、流媒體等），對于單播承載服務(wù)來說，其必須建立用戶級的獨(dú)立承載，但無法共享接入網(wǎng)的無線和傳輸資源。因此單播承載服務(wù)無法滿足多套視頻節(jié)目同時傳送的業(yè)務(wù)場景。

eMBMS增強(qiáng)型廣播與組播技術(shù)的特點(diǎn)是通過共享無線和傳輸資源，并以點(diǎn)對多點(diǎn)的方式傳輸一組視頻業(yè)務(wù)（如：重大賽事直播視頻、電視節(jié)目推送等），在提升網(wǎng)絡(luò)資源利用率和效率的同時，保證了用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

eMBMS技術(shù)有效地解決了無線網(wǎng)絡(luò)中單點(diǎn)發(fā)送多點(diǎn)接收的問題，實(shí)現(xiàn)了IP網(wǎng)絡(luò)中點(diǎn)到多點(diǎn)的高效數(shù)據(jù)傳送。利用網(wǎng)絡(luò)的組播特性可以滿足較多的業(yè)務(wù)場景，特別是廣播電視傳輸覆蓋行業(yè)，另外在線直播、網(wǎng)絡(luò)電視、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、網(wǎng)絡(luò)電臺等互聯(lián)網(wǎng)多媒體業(yè)務(wù)。對于行業(yè)、企業(yè)的無線專網(wǎng)，比如軌道、能源、制造等垂直行業(yè)，通過eMBMS可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度、集群對講等多種業(yè)務(wù)，這既促進(jìn)了生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，也提升了行業(yè)生產(chǎn)效率。

以隨時隨地滿足人民群眾看電視為己任的廣電從業(yè)者，eMBMS技術(shù)為廣電進(jìn)入移動視頻業(yè)務(wù)領(lǐng)域，適配新的業(yè)務(wù)場景提供了解決方案：

在部分熱點(diǎn)區(qū)域例如公共場所、景區(qū)、商業(yè)區(qū)等，針對廣播大屏幕或者手機(jī)終端，實(shí)時播放視頻節(jié)目、廣告視頻、圖片或及時信息通告等，并支持信息源的在線更新。

針對偏遠(yuǎn)地區(qū)既沒有有線網(wǎng)絡(luò)也沒有DTMB廣播信號的家庭用戶，可利用機(jī)頂盒（內(nèi)嵌eMBMS模組）接收5G網(wǎng)絡(luò)eMBMS視頻廣播，同時支持5G通訊功能。

為滿足廣電行業(yè)對移動視頻的迫切需求，4技術(shù)與廣電業(yè)務(wù)結(jié)合的5G廣播，首次實(shí)現(xiàn)了5G廣播與5G通信網(wǎng)絡(luò)一體化。5GNR廣播相比傳統(tǒng)廣播技術(shù)，具備移動性、時效性、按需定向廣播等特點(diǎn)。5G廣播領(lǐng)域解決方案中包含了端到端的eMBMS網(wǎng)絡(luò)，這其中包括了U頻段接入小塔，融合網(wǎng)業(yè)務(wù)平臺，以及5G所定義的eMBMS專屬功能實(shí)體，包括MCE，eMBMS 及BM-SC等網(wǎng)元（如圖1所示）。對于終端產(chǎn)業(yè)鏈，5G所定義的eMBMS模塊組以供廣電行業(yè)的終端廠家進(jìn)行集成開發(fā)，同時成熟的解決方案將在很大程度上推動產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展和共贏，通過建立產(chǎn)業(yè)鏈間合作，eMBMS可以催生很多商業(yè)模式，推動視頻業(yè)務(wù)的成功，促進(jìn)廣播電視覆蓋市場的培育和發(fā)展。

2020年全國兩會期間，中央廣播電視總臺將5G+8K實(shí)時傳輸和快速剪輯集成制作運(yùn)用到報(bào)道上，并在4K超高清頻道轉(zhuǎn)播了十三屆全國人大三次會議等重要會議。

除了上述超高清視頻的采編、制作、傳輸、直播呈現(xiàn)，基于5G的點(diǎn)對點(diǎn)智能終端也將得到更廣泛的應(yīng)用。4月22日，人民日報(bào)推出了5G+4K高清慢直播，向用戶展示珠穆朗瑪峰的雄壯景致，拓展并豐富了5G新聞應(yīng)用，為用戶提供全新使用體驗(yàn);全國兩會前夕，新華社推出了5G全息異地同屏系列訪談，5G技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

4. 結(jié)束語

近年來，我國已在通信技術(shù)研究、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用方面取得了豐富成果，廣播電視很多應(yīng)用走在世界前列。我們廣播電視科技人員要增強(qiáng)信心、勇于創(chuàng)新，結(jié)合我國實(shí)際參與5G建設(shè)，正視當(dāng)前人民群眾獲取信息的渠道向互聯(lián)網(wǎng)特別是移動互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)移這一變化，將廣播電視進(jìn)手機(jī)作為廣電從業(yè)人員的主責(zé)主業(yè)，強(qiáng)化大小屏互動，力爭在5G廣播電視領(lǐng)域研發(fā)出引領(lǐng)世界廣電發(fā)展的新技術(shù)、新服務(wù)、新業(yè)態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1]諸云卉.關(guān)于5G在廣播電視技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用研究.《萬方數(shù)據(jù)》

[2]基于5G技術(shù)背景下的媒體“立體融合”探析.視聽，2019，11

[3]5G將創(chuàng)造未來無限可能.數(shù)字通信世界