5G通信廣播融合系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

師 霞，何紹丹，李 罡

（云南廣播電視臺(tái)，云南 昆明 650500）

1 研究背景

隨著時(shí)代的發(fā)展，人類社會(huì)的通信技術(shù)也在不斷地進(jìn)步和變化。近年來，5G通信技術(shù)作為一種新興的移動(dòng)通信技術(shù)，已經(jīng)成為業(yè)界熱議的話題。5G通信技術(shù)的出現(xiàn)給通信產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)也促進(jìn)了整個(gè)社會(huì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。在5G通信技術(shù)的基礎(chǔ)之上，5G通信廣播融合系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。5G通信廣播融合系統(tǒng)是一種將5G通信技術(shù)和廣播技術(shù)相結(jié)合的新型通信系統(tǒng)，它能夠?qū)崿F(xiàn)更加高效、靈活、可靠的信息傳輸，為廣大消費(fèi)者帶來更加優(yōu)質(zhì)的通信服務(wù)。因此，本文將從5G通信廣播融合系統(tǒng)的應(yīng)用、技術(shù)優(yōu)勢和未來發(fā)展等方面，對5G通信廣播融合系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入探討，以期為相關(guān)行業(yè)和領(lǐng)域的專業(yè)人士提供有價(jià)值的參考和幫助。

2 物理層關(guān)鍵技術(shù)

2.1 天線設(shè)計(jì)

天線是5G通信廣播融合系統(tǒng)的核心組成部分，決定了信號(hào)的傳輸距離和質(zhì)量。5G天線設(shè)計(jì)需要滿足多頻段、高增益、低剖面等特點(diǎn)，以適應(yīng)復(fù)雜的信道環(huán)境和多樣的用戶需求。目前，5G通信廣播融合系統(tǒng)使用最為廣泛的是微帶天線和超材料天線。微帶天線由于設(shè)計(jì)簡單、制造便捷、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛應(yīng)用。通過對微帶天線的改進(jìn)，可以達(dá)到更高的增益和更好的抗干擾能力。超材料天線是5G通信廣播融合系統(tǒng)中的新型天線，具有優(yōu)異的電磁特性和寬頻特性。超材料天線的出現(xiàn)，解決了微帶天線模式復(fù)雜性和效率問題。

2.2 波束賦形

波束賦形技術(shù)是5G通信廣播融合系統(tǒng)中的又一重要技術(shù)，可以有效提高信號(hào)傳輸效率和質(zhì)量。波束賦形也稱波束成形或波束調(diào)制，是一種通過改變電磁波傳輸方向和形狀來提高傳輸效率的技術(shù)。波束賦形技術(shù)被廣泛應(yīng)用于毫米波通信中。毫米波通信因頻段高、衰減大的特點(diǎn)，信號(hào)容易受干擾和衰減。通過波束賦形，可以將信號(hào)傳輸范圍縮小，提高信號(hào)的傳輸距離和準(zhǔn)確性。目前，波束賦形技術(shù)主要包括基于反饋、基于預(yù)測和基于組合等多種方式[1]。

2.3 調(diào)制識(shí)別

在5G通信廣播融合系統(tǒng)中，調(diào)制識(shí)別技術(shù)是實(shí)現(xiàn)多用戶并行傳輸?shù)年P(guān)鍵。調(diào)制識(shí)別技術(shù)可以識(shí)別不同用戶發(fā)送的信號(hào)，并將其分離出來，實(shí)現(xiàn)多用戶并行傳輸。調(diào)制識(shí)別技術(shù)主要包括基于峰值、基于瞬態(tài)、基于統(tǒng)計(jì)和基于機(jī)器學(xué)習(xí)等多種方法。其中，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法在5G通信廣播融合系統(tǒng)中更具優(yōu)勢。

3 網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)

3.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5G通信廣播融合系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要具備高效、靈活、可擴(kuò)展的特點(diǎn)。目前，5G通信廣播融合系統(tǒng)中最為常見的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是SDN/NFV架構(gòu)。SDN（Software Defined Network）即軟件定義網(wǎng)絡(luò)，是一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其主要特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)控制與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)分離。SDN架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制集中管理，從而提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可管理性。NFV（Network Function Virtualization）即網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，可以將網(wǎng)絡(luò)功能部署在虛擬化環(huán)境中，從而降低網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)維成本。SDN/NFV架構(gòu)的引入，可以實(shí)現(xiàn)5G通信廣播融合系統(tǒng)的靈活可擴(kuò)展，并有效提高系統(tǒng)的性能和可管理性[2]。

3.2 協(xié)議優(yōu)化

協(xié)議是5G通信廣播融合系統(tǒng)中不可或缺的部分。在5G通信廣播融合系統(tǒng)中，通過對網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)更高效、安全和可靠的數(shù)據(jù)傳輸。目前，5G通信廣播融合系統(tǒng)中主要應(yīng)用的協(xié)議包括IP、TCP和UDP等。其中，IP是數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)幕A(chǔ)協(xié)議，TCP是保證數(shù)據(jù)傳輸完整性和可靠性的關(guān)鍵協(xié)議，UDP則具有傳輸速度快的特點(diǎn)。針對不同的應(yīng)用場景和用戶需求，5G通信廣播融合系統(tǒng)需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行協(xié)議優(yōu)化，為系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提供有力支持。

3.3 無線資源調(diào)度

無線資源調(diào)度是5G通信廣播融合系統(tǒng)中的又一重要技術(shù)，可以有效提高系統(tǒng)的資源利用率和性能。無線資源調(diào)度主要包括功率控制、頻譜分配和用戶調(diào)度等方面。在5G通信廣播融合系統(tǒng)中，通過對無線資源的精細(xì)調(diào)度，可以實(shí)現(xiàn)多頻段、多技術(shù)的無縫銜接。目前，5G通信廣播融合系統(tǒng)最為常見的無線資源調(diào)度方案是基于深度學(xué)習(xí)的調(diào)度算法。基于深度學(xué)習(xí)的無線資源調(diào)度算法具有自適應(yīng)、智能的特點(diǎn)，并且能夠通過大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練來提高自身的準(zhǔn)確率和魯棒性，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的資源利用率和性能。

4 應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)

4.1 音視頻解碼

在5G通信廣播融合系統(tǒng)中，音視頻編解碼技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)、高清晰度音視頻傳輸?shù)年P(guān)鍵。目前，5G通信廣播融合系統(tǒng)中廣泛使用的音視頻編解碼技術(shù)包括H.265、VP9、AV1等。H.265是5G通信廣播融合系統(tǒng)中最常用的編解碼標(biāo)準(zhǔn)，具有傳輸速度快、存儲(chǔ)空間小的特點(diǎn)。VP9和AV1則是目前最新的編解碼標(biāo)準(zhǔn)，具有更高的圖像清晰度和更低的延遲[3]。通過對音視頻編解碼技術(shù)的優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)更高品質(zhì)、高清晰度音視頻傳輸，為提升5G通信廣播融合系統(tǒng)的用戶體驗(yàn)提供有力支持。

4.2 傳輸協(xié)議

在5G通信廣播融合系統(tǒng)中，傳輸協(xié)議是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵。目前，5G通信廣播融合系統(tǒng)最常用的傳輸協(xié)議包括HTTP/2、QUIC、WebRTC等。HTTP/2是目前應(yīng)用最為廣泛的傳輸協(xié)議，具有傳輸速度快、安全性強(qiáng)的特點(diǎn)。QUIC則是Google公司開發(fā)的一種新型傳輸協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)更快、更穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。WebRTC則是一種基于瀏覽器的實(shí)時(shí)音視頻傳輸技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)音視頻傳輸和互動(dòng)應(yīng)用。

4.3 儲(chǔ)存管理

在5G通信廣播融合系統(tǒng)中，存儲(chǔ)管理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理的關(guān)鍵。5G通信廣播融合系統(tǒng)需要處理大量的數(shù)據(jù)，因此需要存儲(chǔ)管理技術(shù)來保證數(shù)據(jù)的安全和可管理性。目前，5G通信廣播融合系統(tǒng)中最常用的存儲(chǔ)管理技術(shù)包括快閃存儲(chǔ)器、云存儲(chǔ)和分布式存儲(chǔ)等?？扉W存儲(chǔ)器具有讀寫速度快、穩(wěn)定性強(qiáng)、功耗低的特點(diǎn)，是移動(dòng)設(shè)備中常用的存儲(chǔ)技術(shù)。云存儲(chǔ)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程存儲(chǔ)和管理，具有存儲(chǔ)空間大、安全性高的優(yōu)點(diǎn)[4]。分布式存儲(chǔ)則可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)和備份，提高數(shù)據(jù)的可靠性和可用性。通過對存儲(chǔ)管理技術(shù)的優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)高效、可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理，為5G通信廣播融合系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提供有力支持。

5 5G通信技術(shù)與廣播電視技術(shù)融合策略

5.1 5G+4K超高清電視技術(shù)融合

5G通信技術(shù)具有高速、低時(shí)延、廣覆蓋等優(yōu)勢，而4K超高清電視技術(shù)則是指分辨率達(dá)到3 840×2 160的電視技術(shù)。將兩者融合可實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量、更快速、更完美的視頻體驗(yàn)。在技術(shù)層面方面，5G技術(shù)擁有高速穩(wěn)定的特性，可以為4K超高清電視提供更好的網(wǎng)絡(luò)支持，實(shí)現(xiàn)更加流暢的視頻播放和更高質(zhì)量的畫面顯示。在產(chǎn)業(yè)層面方面，電信運(yùn)營商可以提高網(wǎng)絡(luò)帶寬、改善網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，以滿足4K超高清電視技術(shù)的傳輸需求；電視廠商也可以根據(jù)5G通信技術(shù)特性設(shè)計(jì)更完美的產(chǎn)品；而內(nèi)容提供商則可以開發(fā)更加高清、更加流暢的4K超高清電視內(nèi)容，從而為用戶提供更好的使用體驗(yàn)。在市場層面方面，5G通信技術(shù)與4K超高清電視技術(shù)融合能夠帶來更好的商業(yè)前景。5G網(wǎng)絡(luò)的完善使得越來越多的人可以享受到高清晰度、高質(zhì)量的4K超高清電視內(nèi)容，同時(shí)也為電視廠商、內(nèi)容提供商等帶來更大的市場需求和商業(yè)機(jī)會(huì)。因此，通過技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)合作和市場推廣等策略，可以實(shí)現(xiàn)更好的5G通信技術(shù)與4K超高清電視技術(shù)的融合，為用戶打造更佳的視頻體驗(yàn)。

5.2 5G可視化直播技術(shù)

5G可視化直播技術(shù)主要是指將廣播電視節(jié)目采集、傳輸和制作過程中的圖像、聲音和數(shù)據(jù)等多種信號(hào)集成到一個(gè)平臺(tái)上，通過5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速傳輸和交互，以實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)質(zhì)的直播體驗(yàn)。相較于傳統(tǒng)的廣播電視技術(shù)，5G可視化直播技術(shù)具有更加靈活、高效、智能的特點(diǎn)，能夠滿足用戶對高清、多元化、個(gè)性化等特定需求。5G可視化直播技術(shù)除了可提供高品質(zhì)、多格式的內(nèi)容，還可以通過對用戶的興趣、位置、行為等多維度數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)推送、智能匹配和數(shù)據(jù)挖掘等功能[5]。

5.3 C波段廣播電視與5G通信干擾

C波段廣播電視和5G通信作為兩種不同的技術(shù)體系，二者之間會(huì)存在干擾問題。其中，5G通信技術(shù)采用更高的頻率帶寬，對C波段的廣播電視會(huì)產(chǎn)生較大的干擾。因此，在廣播電視和5G通信融合的過程中，需要考慮如何處理這些干擾問題。針對這個(gè)問題，可以使用不同的干擾處理方法。首先，對于5G通信的發(fā)射站，需要加強(qiáng)其干擾的監(jiān)測和控制，盡量避免5G信號(hào)對C波段頻譜的侵占。其次，對于C波段廣播電視的接收設(shè)備，需要使用更好的濾波器，以實(shí)現(xiàn)對頻譜的更好限制和過濾，從而減小5G信號(hào)的干擾影響。另外，可采用動(dòng)態(tài)和靜態(tài)共存的方式，實(shí)現(xiàn)C波段廣播電視與5G通信技術(shù)的融合發(fā)展。

5.4 5G智能移動(dòng)廣播技術(shù)

5G智能移動(dòng)廣播技術(shù)是指通過5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的一種新型廣播通信技術(shù)。圖1展示了5G廣電信號(hào)的傳播網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，擬通過聯(lián)通5G基站，構(gòu)建廣播備份無線播出信源。該方案系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 調(diào)頻無線發(fā)射信源5G信號(hào)鏈路方案系統(tǒng)圖

相比傳統(tǒng)的廣播技術(shù)，該技術(shù)能夠向目標(biāo)用戶個(gè)性化推送信息，更好地滿足用戶需求。采用基于位置服務(wù)的方式，可以根據(jù)用戶所處的位置、移動(dòng)狀態(tài)和所選擇的服務(wù)類型等因素，對廣播信息進(jìn)行分類和篩選。這樣就能夠精確地將廣播信息發(fā)送給目標(biāo)用戶，大大提高廣播信息的受眾體驗(yàn)效果。5G智能移動(dòng)廣播技術(shù)在傳輸過程中采用多路徑通信方式，即同時(shí)使用多個(gè)傳輸路徑進(jìn)行信息傳輸，增加了傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。并且該技術(shù)還支持多路并行傳輸和數(shù)據(jù)壓縮等功能，進(jìn)一步提升了傳輸效率和速度。5G智能移動(dòng)廣播技術(shù)還支持多媒體信息傳輸和處理，可將音頻、視頻、圖像等形式的廣播信息可以更加生動(dòng)、直觀地呈現(xiàn)給用戶，提高了用戶的體驗(yàn)感受。

6 結(jié)束語

5G通信廣播融合系統(tǒng)將廣播和5G通信技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的高效傳輸和廣播媒體的無縫銜接。這不僅能夠提升廣播節(jié)目的傳輸質(zhì)量和接收效果，還能夠拓展5G通信領(lǐng)域的應(yīng)用場景和市場空間。要實(shí)現(xiàn)5G通信廣播融合系統(tǒng)，需要解決一系列技術(shù)難題，如多用戶接入、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、鑒權(quán)認(rèn)證等問題。其中，最關(guān)鍵的技術(shù)包括信號(hào)調(diào)制技術(shù)、頻譜資源管理技術(shù)、干擾抑制技術(shù)等，通過這些關(guān)鍵技術(shù)的不斷創(chuàng)新和進(jìn)步，才能夠?qū)崿F(xiàn)5G通信廣播融合系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定、安全的運(yùn)行。對此，要持續(xù)加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新、深入研究關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)5G通信廣播融合系統(tǒng)的快速發(fā)展和全面推廣。