5G技術(shù)在有線廣電網(wǎng)絡中的應用

■廣東省廣播電視網(wǎng)絡股份有限公司江門鶴山分公司：胡炎垣

5G技術(shù)是基于4G技術(shù)基礎發(fā)展起來的，是對4G的全新升級，作為當今世界最領(lǐng)先的通信技術(shù)，它具有高帶寬、高速率、低延遲的基本特點和組網(wǎng)靈活、多端連接等獨特優(yōu)勢，可以更廣泛地滿足各種通信業(yè)務的需要。新時代背景下，人民的物質(zhì)生活水平進一步提高，對高品質(zhì)精神生活的需求日益增長，廣播電視作為人民群眾最普遍、最直接的生活娛樂方式，應該充分依托5G技術(shù)，促進廣電網(wǎng)絡的提質(zhì)增效，從而進一步提高自身服務質(zhì)量，以適應現(xiàn)代社會的發(fā)展形勢。為更好地應用5G，最大化發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，我們必須先全面且深入地理解其概念，認識其技術(shù)類型、特點及適用范圍，然后才能做到有針對地選用。筆者就此基于自身認識作以下分析和探討，以備參考。

1.5G技術(shù)概述

1.1 5G基礎概念

5G的全稱為“5th Generation Mobile Communication Technology”，即第5代移動通信技術(shù)。作為最新一代蜂窩移動通信技術(shù)，它主要包括接入網(wǎng)、承載網(wǎng)和核心網(wǎng)三個部分，與以往的蜂窩網(wǎng)絡構(gòu)造相比具有相似性，同時5G在組成網(wǎng)元及其承擔功能方面也有所差異。通常為確保5G網(wǎng)絡廣電業(yè)務的運行質(zhì)量，還需要在其主體架構(gòu)中構(gòu)建一個包含數(shù)據(jù)模型、標準運行模板在內(nèi)的決策部分，其構(gòu)架如圖1所示。5G它相比之前的3G、4G技術(shù)更勝一籌，然而5G并不是獨立而全新的無線接入技術(shù)，從2G到5G是一個長期的技術(shù)迭代更新過程，集中反映了人類科技的進步發(fā)展，而5G的“新”也是基于4G和wifi等多種接入技術(shù)的演進和優(yōu)化，因此5G其實是一種無線接入技術(shù)的集成解決方案，一個寬廣的融合網(wǎng)絡，它為實現(xiàn)人、物三方關(guān)系的高效、安全聯(lián)通提供了重要路徑。

1.2 5G網(wǎng)絡技術(shù)

5G作為技術(shù)集成體，其技術(shù)優(yōu)勢的實現(xiàn)需要依托多種關(guān)鍵技術(shù)的作用，主要核心技術(shù)支撐包括如下幾種：

1.2.1 D2D通信技術(shù)

D2D通信技術(shù)(Device-to-Device Communication)，也叫點到點技術(shù)，它在特定通信系統(tǒng)控制下，可以在沒有基礎網(wǎng)絡設施支撐下，僅利用小區(qū)資源，實現(xiàn)使LTE終端之間的直接通信。這種簡單的通信方式有助于將移動終端設備無縫復用到各種微基站或宏基站，使得終端之間無需任何轉(zhuǎn)接就可以互聯(lián)互通，有效提升終端之間的連接效率。D2D在蜂窩系統(tǒng)控制下可以獲得通信所需的頻率資源和傳輸功率（見圖2），每個D2D通信鏈路所占用的資源與1個蜂窩通信鏈路的資源占用相等，所以應用于移動蜂窩網(wǎng)絡，能夠有效提高資源利用率和增大網(wǎng)絡容量。

1.2.2 SDN技術(shù)

SDN即所謂的“軟件定義網(wǎng)絡”（Software Defined Network），這是一種全新的網(wǎng)絡架構(gòu)。準確來說SDN并不是一種具體的技術(shù)或協(xié)議，而是一種理念和框架，軟件定義網(wǎng)絡只是其狹義概念，廣義的SDN還包括軟件定義安全和軟件定義存儲等。5G中的SDN主要用于虛擬化網(wǎng)絡的構(gòu)建，他依托OpenFlow技術(shù)，分離網(wǎng)絡設備的控制面與數(shù)據(jù)面，可以有效調(diào)控使網(wǎng)絡流量，支持網(wǎng)絡虛擬化編程，增強網(wǎng)絡的智能化，為網(wǎng)絡及應用的創(chuàng)新創(chuàng)造良好條件。

圖1：5G網(wǎng)絡架構(gòu)圖

圖2：蜂窩系統(tǒng)下的D2D通信模型

1.2.3 NFV技術(shù)

NFV是Network Functions Virtualization的簡稱，中文名為“網(wǎng)絡功能虛擬化”，其主要功能與SDN有一定相似性，都是將設備控制層與設備進行分離虛化。NFV是由多種不同類型的網(wǎng)絡設備所構(gòu)成的Data Center Network，諸如：storage、servers、switches等，它以IT虛擬化技術(shù)為關(guān)鍵，以虛擬機（VM）為全新平臺，將網(wǎng)絡識別、網(wǎng)絡控制、網(wǎng)絡切換等功能快速下沉到宏基站或微基站，從而實現(xiàn)設備資源的高效利用和業(yè)務的快速部署。

1.2.4 MIMO技術(shù)

MIMO即多入多出系統(tǒng)，全稱“Multiple-Input Multiple-Output”。它利用安裝在接收端和發(fā)射端的大規(guī)模天線，使由“空時編碼”傳輸產(chǎn)生的多個信息子流從同一頻帶（空時譯碼）傳輸，如圖3，可以在系統(tǒng)帶寬不變化的條件下大幅提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，從而有效提高信號傳輸質(zhì)量，將其用于廣播電視系統(tǒng)，可以實現(xiàn)更高的播出效果。

圖3：MIMO信號模型

1.2.5 UDN技術(shù)

UND（Ultra Dense Networks）也就是超密集網(wǎng)絡技術(shù)，它是由諸如微基站、宏基站共同組成的異構(gòu)超密集網(wǎng)絡，是5G的核心技術(shù)之一，也是蜂窩移動網(wǎng)絡系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢。該技術(shù)既直接影響到5G網(wǎng)絡的系統(tǒng)容量，還對5G網(wǎng)絡的綜合性能構(gòu)成影響，對提高多種中高級移動應用業(yè)務的用戶體驗作用巨大。

1.3 技術(shù)特點

5G具有非常顯著的技術(shù)優(yōu)勢，主要體現(xiàn)為高速率、廣覆蓋、低延時、低成本等，同時滿足多類用戶的使用需求，是當前廣播電視和各種通信業(yè)務的首選。其具體技術(shù)特點如下：

1.3.1 高速率

5G最為顯著的優(yōu)勢就在于傳輸高效，其峰值速率可以達到20Gbit/s以上，其網(wǎng)絡下載速率每秒高達726Mbps，顯著高于4G LTECat.12的62.2Mbps。

1.3.2 廣覆蓋

5G技術(shù)可以實現(xiàn)網(wǎng)絡信號廣度及深度的全面覆蓋，除了地面區(qū)域的全覆蓋外，在地下區(qū)域如地下車庫、隧道等區(qū)域也可以保證信號不中斷，與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合可以實現(xiàn)真正意義上的“萬物互聯(lián)”。

1.3.3 低延時

5G相比4G而言，其對信號傳輸時效的要求更加嚴苛，一般最長延時要求控制在1毫秒之內(nèi)?；谶@種特性，該技術(shù)在很多智能領(lǐng)域得到廣泛應用，如汽車無人駕駛、自動泊車、制動等。

1.3.4 低成本

4G基站最對容納400-450臺同時聯(lián)網(wǎng)運行，一旦超過這個上限就會嚴重拖慢網(wǎng)絡速度，降低工作效率，并且傳統(tǒng)基站的維護管理成本也比較高。以5G為支撐的基站可以同時滿足600-1000臺設備的聯(lián)網(wǎng)工作，保證高效的傳輸速率，這樣一來可以大幅降低設備的維護成本。

2.5G技術(shù)在有線廣電網(wǎng)絡中的應用價值

5G技術(shù)與有線廣電網(wǎng)絡的充分融合和應用是現(xiàn)代廣電行業(yè)高質(zhì)量的必然要求，其強大的技術(shù)優(yōu)勢能夠很好地提高廣電服務質(zhì)量。基于業(yè)務控制層面來看，5G可以促使區(qū)域業(yè)務與局部業(yè)務的并行；基于網(wǎng)絡傳播層面來看，5G技術(shù)可以極好地增大網(wǎng)絡流量，滿足雙向通信；另外，5G還能很好地接入公共廣播服務，提高無線通信傳播范圍。5G技術(shù)在有線廣電網(wǎng)絡的應用中能夠?qū)崿F(xiàn)如下功能價值：

2.1 有助于解決信號干擾問題

信號在傳遞過程中各種頻段的電磁波往往混合交織，同時受到其他各種因素的影響，如惡意攔截等，很容易造成信號減弱、甚至中斷，在廣播電視系統(tǒng)中主要表現(xiàn)為音頻、畫面質(zhì)量問題，嚴重影響到節(jié)目質(zhì)量和觀眾體驗。借助5G的MIMO技術(shù)和超密集網(wǎng)絡技術(shù)，帶有數(shù)據(jù)加密功能，避免信號被攔截，可以提高信號傳輸中的抗干擾能力，從而保證信號的高效、穩(wěn)定傳輸。同時，該技術(shù)還具有語音壓縮、多碼分址功能，可以用于語音圖像的數(shù)字化形式傳輸，從而提高使廣播電視信號的穩(wěn)定性、清晰度，為觀眾提高更好的視聽享受。

2.2 有助于有線與無線網(wǎng)絡融合

4G技術(shù)促進了有線電視網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡的功能初步重疊，但仍有很多缺陷，5G技術(shù)在此基礎上進行加強，進一步提升二者之間的互補性，以此增強有線廣播電視網(wǎng)絡的傳播功能。同時，5G技術(shù)在有線廣電網(wǎng)絡的應用中，還可以很好地保護無線網(wǎng)絡信息的安全和隱私，使得信息傳播數(shù)據(jù)更加密集，助力有線電視網(wǎng)絡更及時、更廣泛地接收各種數(shù)據(jù)信息資源，從而提升網(wǎng)絡內(nèi)容的豐富性，滿足更多用戶不同需求。由此可見，5G技術(shù)在促進有線廣電網(wǎng)絡與無線網(wǎng)絡的全面融合方面具有重要價值。

2.3 有助于有線廣電網(wǎng)絡高速發(fā)展

依托5G技術(shù)的強大功能，不僅可以大幅提升信號傳輸質(zhì)量和安全級別，還可以有效節(jié)省基站、設備、系統(tǒng)等軟硬件的維護、運行成本，具有更高的經(jīng)濟價值，這也是5G技術(shù)必將全面引入廣播電視系統(tǒng)的重要原因。與之同時，5G技術(shù)還可以明顯提升有線廣播電視信息的傳播互聯(lián)性，在增強信號的穩(wěn)定性的同時建立與受眾之間的交流互通渠道，便于廣電及時、全面地了解、把控用戶需求，這樣就可以有針對性地調(diào)整節(jié)目內(nèi)容及呈現(xiàn)形式，最大程度上提高用戶體驗，為廣電贏得更多忠實的用戶，從而推動其高質(zhì)量發(fā)展。

3.5G技術(shù)在有線廣電網(wǎng)絡中的應用

5G技術(shù)為實現(xiàn)廣播電視技術(shù)的跨行業(yè)融合打下堅實基礎，將加速廣電的智能化進程。在有線廣電網(wǎng)絡中引入5G技術(shù)是廣電積極順應時代發(fā)展潮流，不斷提升自身服務水平的必然選擇和有效手段。隨著5G技術(shù)的深度發(fā)展，其功能越來越強大和豐富，在有線廣電網(wǎng)絡中可以實現(xiàn)如下方面的應用：

3.1 應用于移動視頻業(yè)務方面

當今社會，智能化移動設備越來越普及，網(wǎng)絡覆蓋越來越寬廣，這都為移動視頻的蓬勃發(fā)展提供了良好條件，廣播電視也應該積極開拓和這方面業(yè)務，以此有力應對當前新媒體的強烈沖擊。5G技術(shù)支持下，廣電網(wǎng)絡的信號傳輸速度及質(zhì)量都將得到明顯提升，在傳統(tǒng)廣播電視節(jié)目基礎上，升級發(fā)展移動視頻可以有效解決以往4G網(wǎng)絡中視頻卡頓、信號中斷、黑屏及花屏等問題，從而讓廣電可以與各類新媒體平臺進行同臺競爭。利用5G的及時性傳播特點，可以進行廣播電視節(jié)目的現(xiàn)場傳播、場景傳播以及動態(tài)化轉(zhuǎn)播等。5G時代，信息的快速傳輸需要更高速的移動流量，廣電行業(yè)應該采取伸縮管理模式，充分發(fā)揮電視直播的優(yōu)勢，有效銜接觀眾的主觀體驗和網(wǎng)絡體驗。

3.2 應用于廣播電視方面

5G技術(shù)可以用于應急廣播和VR或AR技術(shù)方面。首先，用于應急廣播建設。傳統(tǒng)廣電網(wǎng)絡，由于傳遞速度有限且安全風險較大，同時龐大數(shù)據(jù)信息，也很容易讓網(wǎng)絡傳輸平臺因過載而造成通信系統(tǒng)癱瘓，難以確保預警信息及救援信息能夠在突發(fā)情況下的批量性傳遞，將嚴重影響對突發(fā)情況的有效應對。利用5G技術(shù)的廣覆蓋、高速率、穩(wěn)定安全的等傳輸特點，建立應急廣播平臺，完善有線、無線、衛(wèi)星應急廣播傳輸覆蓋網(wǎng)絡，構(gòu)建統(tǒng)一可控且多級互聯(lián)的應急廣播體系，在突發(fā)情況下不僅可以向各類媒體多通道地傳遞信息，還可以直接面向終端用戶進行傳遞，可以保證特殊情況下的緊急信息及時發(fā)出和廣泛傳遞。

虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）將是廣播電視行業(yè)未來發(fā)展的重要方向，以往VR技術(shù)主要受網(wǎng)絡傳導速率與帶寬的制約，導致其功能發(fā)揮不充分。借助于5G的UDN、MIMO等新技術(shù)，構(gòu)建起一種嶄新的網(wǎng)絡架構(gòu)，不僅極大地提升了帶寬解決了時延問題，還擴大了信息傳遞范圍，為全面升級網(wǎng)絡性能提供了關(guān)鍵技術(shù)支持。同時5G網(wǎng)絡與VR/AR技術(shù)的深度融合和應用，也極大地增強了影像交互功能，提高了信號和圖像分辨率，使得廣播電視的節(jié)目更加逼真、生動，從而帶給受眾更好體驗。為充分發(fā)揮5G技術(shù)在有線廣電網(wǎng)絡中的應用價值，廣電單位必須加強對原有廣播系統(tǒng)的升級改造，引入5G關(guān)鍵技術(shù)將廣播信號與網(wǎng)絡進行有機結(jié)合，構(gòu)建一個綜合性廣電網(wǎng)絡體系，以便于大幅提高廣播信息量，拓展業(yè)務資源，給予用戶更寬泛的服務選擇。

3.3 應用于智慧廣電建設

建設智慧化廣電網(wǎng)絡，實現(xiàn)高效管理和高質(zhì)量發(fā)展，這是廣電行業(yè)的必然發(fā)展趨勢，也是我國廣電的奮斗目標。5G技術(shù)是智慧廣電系統(tǒng)搭建的主要支撐，在整個系統(tǒng)構(gòu)建中5G連同其他多種先進的信息化技術(shù)，可以對原有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行改造和升級，比如聯(lián)合大數(shù)據(jù)、云計算構(gòu)建立數(shù)據(jù)資源庫，搭建廣電云平臺，可以促進多種服務與資源的共享。同時5G與AI技術(shù)的緊密結(jié)合，可以實現(xiàn)自動化語音播報、精準化新聞采編，以及集中性的電視語音指令控制等，并實現(xiàn)全程自動化管理，提高工作效率，同時5G與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，還有助于進一步延展廣電業(yè)務范圍，除了原有的廣播電視業(yè)務外，擴大化廣電網(wǎng)絡還將被廣泛應用于醫(yī)療、教育、家庭看護等多個方面，并且這些義務都可以在智能終端上進行操作實現(xiàn)，如圖4?？梢栽鲞M與觀眾之間的互動溝通，以便于更加有針對性地提高服務水平。比如，根據(jù)節(jié)目主題及內(nèi)容需要自動搭配虛擬場景，展現(xiàn)虛擬主持人或動漫形象，極大地豐富畫面，帶給觀眾一種極致的視聽享受。

圖4：以5G技術(shù)為主的智慧廣電建設

4.5G技術(shù)在有線廣電網(wǎng)絡中的發(fā)展前景

5G技術(shù)不僅可以提供良好的網(wǎng)絡運行環(huán)境和強大的通信載體，還具備與其他多種技術(shù)有效兼容使用的特點，具有智能化網(wǎng)絡的多樣化內(nèi)容、多元化訪問及多通道傳輸?shù)鹊湫吞卣鳌?G是網(wǎng)絡信息技術(shù)、移動通信技術(shù)等不斷發(fā)展下的產(chǎn)物，也必將隨著這些技術(shù)的進步而實現(xiàn)新的提升，其功能性將更強。5G技術(shù)與有線廣電網(wǎng)絡的結(jié)合，帶來了廣電系統(tǒng)的全面革新，充分借助于5G技術(shù)可以實現(xiàn)大規(guī)模廣播電視傳播，必將全面推進多媒體廣播多播服務的加速發(fā)展。

同時，伴隨著5G技術(shù)的持續(xù)進步，其應用于有線廣播電視網(wǎng)絡中，除了滿足視頻及音頻的傳播服務需求外，還可以為傳播各項業(yè)務提供IP支撐，從而進一步促進其服務的多元化發(fā)展。未來5G技術(shù)將推動廣電網(wǎng)絡向更寬廣的領(lǐng)域拓展，將全面服務于交流互動、政治宣傳、醫(yī)療衛(wèi)生、教育教學、輿論監(jiān)督、商業(yè)推廣等各個領(lǐng)域，將構(gòu)建為一個全民生、全生態(tài)結(jié)構(gòu)的服務體系。

5.結(jié)語

5G技術(shù)是一場影響極其深遠的通信技術(shù)革命，它為廣電行業(yè)帶來了重大發(fā)展機遇，將5G技術(shù)充分應用于有線廣電網(wǎng)絡中，不僅可以促進有線電視網(wǎng)絡與無線網(wǎng)絡的功能疊加，而且還能大幅度提升數(shù)據(jù)信息的傳播效率和傳播質(zhì)量，有助于提高廣電網(wǎng)絡的運行經(jīng)濟性，促進廣電事業(yè)的可持續(xù)性和深度智慧化發(fā)展。