5G背景下的廣播電視傳輸技術(shù)發(fā)展

胡澄宇，王 陽(yáng)，李 巖

（1.湖北廣播電視臺(tái)，湖北 武漢 430070；2.克拉瑪依廣播電視臺(tái)，新疆 克拉瑪依 834000；3.中國(guó)廣電山東網(wǎng)絡(luò)有限公司青島市分公司，山東 青島 266000）

0 引 言

移動(dòng)通信技術(shù)經(jīng)歷了1G向5G的迭代升級(jí)。2019年6月6日，中國(guó)廣電、中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通同時(shí)獲得5G商用牌照。截至2022年8月末，我國(guó)5G基站總數(shù)達(dá)210.2萬(wàn)個(gè)，占移動(dòng)基站總數(shù)的19.8%。5G通信技術(shù)助力廣播電視傳輸技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，有助于加速傳播體系創(chuàng)新，重塑智慧廣電新網(wǎng)絡(luò)。對(duì)此，本文將詳細(xì)介紹5G背景下的廣播電視傳輸技術(shù)發(fā)展。

1 5G通信技術(shù)

5G即第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5th Generation Mobile Communication Technology）。從1G發(fā) 展至5G，每一代通信技術(shù)的迭代升級(jí)，都推動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。國(guó)際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）定義了5G三大類應(yīng)用場(chǎng)景，即增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（enhance Mobile Broad Band，eMBB）、超高可靠低時(shí)延通信（ultra Reliable Low Latency Communication，uRLLC）和海量機(jī)器類通信（massive Machine Type Communication，mMTC），如圖1所示。5G技術(shù)憑借高速率、低時(shí)延、大連接優(yōu)勢(shì)，能夠滿足廣播電視傳輸需求，實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物、系統(tǒng)全面連接。自2019年中國(guó)正式進(jìn)入5G商用元年，5G商用經(jīng)過(guò)三年發(fā)展，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)加速落地，基礎(chǔ)設(shè)施穩(wěn)步部署，應(yīng)用探索縱橫深化，創(chuàng)新生態(tài)逐步完善。

圖1 5G三大應(yīng)用場(chǎng)景

2 廣播電視傳輸技術(shù)

廣播電視傳輸技術(shù)也歷經(jīng)多次迭代升級(jí)，主要包括微波傳輸技術(shù)、衛(wèi)星傳輸技術(shù)、光纖傳輸技術(shù)以及無(wú)線傳輸技術(shù)等。

2.1 微波傳輸技術(shù)

微波傳輸是一種靈活性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)的通信技術(shù)，在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、廣播電視、安防視頻監(jiān)控傳輸?shù)阮I(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。廣播電視微波傳輸是我國(guó)廣播電視傳輸覆蓋網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。我國(guó)微波傳輸在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用經(jīng)歷了三個(gè)階段。

第一個(gè)階段是模擬微波傳輸。模擬微波傳輸將視音頻信號(hào)以微波信道與天線發(fā)射至接收站點(diǎn)，最后通過(guò)微波收信機(jī)接收、解調(diào)視音頻信號(hào)。廣播電視行業(yè)發(fā)展初期，各電視臺(tái)節(jié)目較少，模擬微波尚可滿足節(jié)目傳輸需求。隨著廣播電視行業(yè)的發(fā)展，模擬微波傳輸?shù)目垢蓴_能力差、設(shè)備單一、保密性差等問(wèn)題日益凸顯，數(shù)字微波憑借性能優(yōu)勢(shì)逐漸取代了模擬微波。

第二個(gè)階段是數(shù)字微波傳輸。隨著廣播電視行業(yè)的不斷發(fā)展，廣播電視節(jié)目數(shù)量增長(zhǎng)明顯。數(shù)字微波傳輸能夠有效提升頻道資源利用效率，提升視音頻質(zhì)量。同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）是數(shù)字微波傳輸?shù)墓ぞ?，能夠發(fā)揮SDH通信與微波通信的融合優(yōu)勢(shì)[1]。SDH微波通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括自動(dòng)發(fā)信功率控制、多電平編碼調(diào)制、交叉極化干擾抵消器技術(shù)、自適應(yīng)頻域和時(shí)域均衡技術(shù)以及大規(guī)模專用集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)。

第三個(gè)階段是IP微波傳輸，又稱互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議微波技術(shù)（Internet Protocol Microwave Technology，IPMT）。隨著我國(guó)多網(wǎng)融合的推進(jìn)，廣播電視行業(yè)IP化進(jìn)程加快，IP數(shù)字微波技術(shù)具有大帶寬、高兼容性及強(qiáng)可靠性特點(diǎn)。

2.2 衛(wèi)星傳輸技術(shù)

衛(wèi)星傳輸由星載轉(zhuǎn)發(fā)器、上行發(fā)射站及地面接收站三部分組成。衛(wèi)星傳輸技術(shù)優(yōu)點(diǎn)明顯，傳輸范圍廣，傳播能力強(qiáng)，傳播速度快。衛(wèi)星傳輸技術(shù)發(fā)展較為成熟，抗干擾能力突出，在諸多行業(yè)有廣泛的應(yīng)用。衛(wèi)星傳輸技術(shù)目前也被應(yīng)用于廣播電視傳輸中，以衛(wèi)星傳輸、衛(wèi)星直播等形式呈現(xiàn)?！稄V播電視和網(wǎng)絡(luò)視聽(tīng)“十四五”發(fā)展規(guī)劃》明確提出推動(dòng)直播衛(wèi)星廣播電視節(jié)目高清、超高清化進(jìn)程，中央廣播電視臺(tái)及各省市頻道高清信號(hào)直播衛(wèi)星傳輸穩(wěn)步推進(jìn)。2021年10月，中星9B衛(wèi)星傳輸南海波束19套電視節(jié)目、11套廣播節(jié)目，實(shí)現(xiàn)了對(duì)渤海、黃海、東海海域的廣播電視全覆蓋[2]。衛(wèi)星傳輸技術(shù)也被應(yīng)用于應(yīng)急廣播中，國(guó)家級(jí)和省級(jí)應(yīng)急廣播調(diào)度控制平臺(tái)需要建立基于衛(wèi)星方式的快速傳送通道，由衛(wèi)星傳輸覆蓋網(wǎng)將應(yīng)急廣播消息傳送到應(yīng)急廣播終端。

2.3 光纖傳輸技術(shù)

光纖傳輸是通過(guò)纖芯折射完成信號(hào)傳導(dǎo)。當(dāng)前，光纖主要有單模光纖與多模光纖。光纖傳輸技術(shù)的發(fā)展，改善了信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量，提升了信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。光纖傳輸具備安全性、高寬帶、低損耗等優(yōu)勢(shì)。光纖傳輸技術(shù)的主要類型包括光交換技術(shù)、光纖接入技術(shù)、波分復(fù)用技術(shù)。光纖傳輸技術(shù)被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)通信、廣播電視網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)智能化控制以及通信網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域。以廣播電視傳輸為例，光纖傳輸由光纖發(fā)射設(shè)備、光纖接收設(shè)備、光纖輸送設(shè)備、光纖連接設(shè)備以及光纖中繼器等組成。光纖傳輸技術(shù)在廣播電視傳輸中的應(yīng)用有壓縮傳輸與非壓縮傳輸、壓縮傳輸與非壓縮傳輸融合、SDH傳輸技術(shù)、光信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)以及HFC寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接等傳輸方式。北京2022年冬奧會(huì)開(kāi)幕式期間，中國(guó)聯(lián)通保障各類專線471條，綜合布線3 032條，對(duì)冬奧會(huì)傳輸光纜實(shí)施重點(diǎn)保障[3]。

2.4 無(wú)線傳輸技術(shù)

無(wú)線傳輸技術(shù)是公共通信服務(wù)的主要傳輸方式，服務(wù)范圍十分廣泛，多以發(fā)射天線方式開(kāi)展，信號(hào)傳輸范圍受基站、發(fā)射臺(tái)因素影響。無(wú)線傳輸技術(shù)是廣播電視傳輸?shù)闹匾M成部分。無(wú)線傳輸覆蓋網(wǎng)包括廣播電視發(fā)射臺(tái)、轉(zhuǎn)播臺(tái)、差轉(zhuǎn)臺(tái)、收轉(zhuǎn)臺(tái)（站）、微波站、節(jié)目傳送臺(tái)（站）、廣播電視衛(wèi)星、衛(wèi)星地球站以及監(jiān)測(cè)臺(tái)（站）等部分。利用無(wú)線傳輸覆蓋網(wǎng)，能夠傳送廣播電視節(jié)目信號(hào)、應(yīng)急廣播信息[4]。

3 5G通信技術(shù)背景下的廣播電視傳輸技術(shù)發(fā)展

3.1 千兆光網(wǎng)

千兆光網(wǎng)具備高帶寬、低時(shí)延、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。隨著5G商用的持續(xù)推進(jìn)，5G網(wǎng)絡(luò)和千兆光網(wǎng)建設(shè)相關(guān)政策逐漸出臺(tái)。2020年，國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議明確提出“建設(shè)千兆城市”。2021年3月，政府工作報(bào)告提出“加大5G網(wǎng)絡(luò)和千兆光網(wǎng)建設(shè)力度，豐富應(yīng)用場(chǎng)景”要求，國(guó)家“十四五”規(guī)劃明確“加快建設(shè)新型基礎(chǔ)設(shè)施，推廣升級(jí)千兆光纖網(wǎng)絡(luò)”[5]。千兆光網(wǎng)具備基礎(chǔ)支撐、融合賦能、集成創(chuàng)新三大特征，具有超大帶寬、超低時(shí)延、先進(jìn)可靠等優(yōu)勢(shì)，能夠?yàn)?G、數(shù)據(jù)中心、物聯(lián)網(wǎng)等新型基礎(chǔ)設(shè)施提供基礎(chǔ)支撐。千兆光網(wǎng)與5G網(wǎng)絡(luò)協(xié)同發(fā)展，以固移融合的“雙千兆”網(wǎng)絡(luò)賦能千兆百業(yè)的新應(yīng)用，千兆光網(wǎng)與5G、VR/AR、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)深度集成，加速了信息技術(shù)的高效融合[6]。截至2022年第一季度，我國(guó)千兆及以上接入速率的固定互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入用戶已達(dá)到4 596萬(wàn)戶，用戶規(guī)模全球第一。千兆光網(wǎng)保障廣播電視超高清視頻傳輸品質(zhì)，助力超高清視頻、4K/8K直播、VR/AR、賽事直播等發(fā)展。例如，2021年，中央廣播電視總臺(tái)春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)啟動(dòng)了千兆光網(wǎng)8K全鏈路直播試驗(yàn)。

3.2 5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)

5G通信技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了廣播電視傳輸網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)迭代。5G商用至今已三年多時(shí)間，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化升級(jí)，網(wǎng)絡(luò)切片和多接入邊緣計(jì)算（MEC）發(fā)展迅速。5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)憑借高速率、低時(shí)延、大連接等優(yōu)勢(shì)，有效解決了廣播電視超高清視頻信號(hào)的實(shí)時(shí)傳輸問(wèn)題[7]。5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)目前被廣泛應(yīng)用于廣播電視直播、電視劇、新聞等領(lǐng)域。2020年5月，中央廣播電視總臺(tái)運(yùn)用5G+8K移動(dòng)直播技術(shù)，開(kāi)展全國(guó)兩會(huì)“5G+8K+衛(wèi)星”直播；2021年，中央廣播電視總臺(tái)對(duì)2021年春晚進(jìn)行了8K直播，將春晚8K超高清電視信號(hào)傳送到十個(gè)城市的公共場(chǎng)所。

4 結(jié) 語(yǔ)

5G通信技術(shù)具備高速率、低時(shí)延、大連接等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物、系統(tǒng)全面連接，能夠滿足廣播電視傳輸需求，改變傳統(tǒng)廣播電視傳輸格局。千兆光網(wǎng)、5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，催生了廣播電視行業(yè)大量新場(chǎng)景、新應(yīng)用、新模式，推動(dòng)“雙千兆”網(wǎng)絡(luò)協(xié)同發(fā)展，能夠保障廣播電視傳輸品質(zhì)。