5G技术在有线广电网络中的应用

■广东省广播电视网络股份有限公司江门鹤山分公司：胡炎垣

5G技术是基于4G技术基础发展起来的，是对4G的全新升级，作为当今世界最领先的通信技术，它具有高带宽、高速率、低延迟的基本特点和组网灵活、多端连接等独特优势，可以更广泛地满足各种通信业务的需要。新时代背景下，人民的物质生活水平进一步提高，对高品质精神生活的需求日益增长，广播电视作为人民群众最普遍、最直接的生活娱乐方式，应该充分依托5G技术，促进广电网络的提质增效，从而进一步提高自身服务质量，以适应现代社会的发展形势。为更好地应用5G，最大化发挥其技术优势，我们必须先全面且深入地理解其概念，认识其技术类型、特点及适用范围，然后才能做到有针对地选用。笔者就此基于自身认识作以下分析和探讨，以备参考。

1.5G技术概述

1.1 5G基础概念

5G的全称为“5th Generation Mobile Communication Technology”，即第5代移动通信技术。作为最新一代蜂窝移动通信技术，它主要包括接入网、承载网和核心网三个部分，与以往的蜂窝网络构造相比具有相似性，同时5G在组成网元及其承担功能方面也有所差异。通常为确保5G网络广电业务的运行质量，还需要在其主体架构中构建一个包含数据模型、标准运行模板在内的决策部分，其构架如图1所示。5G它相比之前的3G、4G技术更胜一筹，然而5G并不是独立而全新的无线接入技术，从2G到5G是一个长期的技术迭代更新过程，集中反映了人类科技的进步发展，而5G的“新”也是基于4G和wifi等多种接入技术的演进和优化，因此5G其实是一种无线接入技术的集成解决方案，一个宽广的融合网络，它为实现人、物三方关系的高效、安全联通提供了重要路径。

1.2 5G网络技术

5G作为技术集成体，其技术优势的实现需要依托多种关键技术的作用，主要核心技术支撑包括如下几种：

1.2.1 D2D通信技术

D2D通信技术(Device-to-Device Communication)，也叫点到点技术，它在特定通信系统控制下，可以在没有基础网络设施支撑下，仅利用小区资源，实现使LTE终端之间的直接通信。这种简单的通信方式有助于将移动终端设备无缝复用到各种微基站或宏基站，使得终端之间无需任何转接就可以互联互通，有效提升终端之间的连接效率。D2D在蜂窝系统控制下可以获得通信所需的频率资源和传输功率（见图2），每个D2D通信链路所占用的资源与1个蜂窝通信链路的资源占用相等，所以应用于移动蜂窝网络，能够有效提高资源利用率和增大网络容量。

1.2.2 SDN技术

SDN即所谓的“软件定义网络”（Software Defined Network），这是一种全新的网络架构。准确来说SDN并不是一种具体的技术或协议，而是一种理念和框架，软件定义网络只是其狭义概念，广义的SDN还包括软件定义安全和软件定义存储等。5G中的SDN主要用于虚拟化网络的构建，他依托OpenFlow技术，分离网络设备的控制面与数据面，可以有效调控使网络流量，支持网络虚拟化编程，增强网络的智能化，为网络及应用的创新创造良好条件。

图1：5G网络架构图

图2：蜂窝系统下的D2D通信模型

1.2.3 NFV技术

NFV是Network Functions Virtualization的简称，中文名为“网络功能虚拟化”，其主要功能与SDN有一定相似性，都是将设备控制层与设备进行分离虚化。NFV是由多种不同类型的网络设备所构成的Data Center Network，诸如：storage、servers、switches等，它以IT虚拟化技术为关键，以虚拟机（VM）为全新平台，将网络识别、网络控制、网络切换等功能快速下沉到宏基站或微基站，从而实现设备资源的高效利用和业务的快速部署。

1.2.4 MIMO技术

MIMO即多入多出系统，全称“Multiple-Input Multiple-Output”。它利用安装在接收端和发射端的大规模天线，使由“空时编码”传输产生的多个信息子流从同一频带（空时译码）传输，如图3，可以在系统带宽不变化的条件下大幅提高通信系统的容量和频谱利用率，从而有效提高信号传输质量，将其用于广播电视系统，可以实现更高的播出效果。

图3：MIMO信号模型

1.2.5 UDN技术

UND（Ultra Dense Networks）也就是超密集网络技术，它是由诸如微基站、宏基站共同组成的异构超密集网络，是5G的核心技术之一，也是蜂窝移动网络系统的未来发展趋势。该技术既直接影响到5G网络的系统容量，还对5G网络的综合性能构成影响，对提高多种中高级移动应用业务的用户体验作用巨大。

1.3 技术特点

5G具有非常显著的技术优势，主要体现为高速率、广覆盖、低延时、低成本等，同时满足多类用户的使用需求，是当前广播电视和各种通信业务的首选。其具体技术特点如下：

1.3.1 高速率

5G最为显著的优势就在于传输高效，其峰值速率可以达到20Gbit/s以上，其网络下载速率每秒高达726Mbps，显著高于4G LTECat.12的62.2Mbps。

1.3.2 广覆盖

5G技术可以实现网络信号广度及深度的全面覆盖，除了地面区域的全覆盖外，在地下区域如地下车库、隧道等区域也可以保证信号不中断，与物联网结合可以实现真正意义上的“万物互联”。

1.3.3 低延时

5G相比4G而言，其对信号传输时效的要求更加严苛，一般最长延时要求控制在1毫秒之内。基于这种特性，该技术在很多智能领域得到广泛应用，如汽车无人驾驶、自动泊车、制动等。

1.3.4 低成本

4G基站最对容纳400-450台同时联网运行，一旦超过这个上限就会严重拖慢网络速度，降低工作效率，并且传统基站的维护管理成本也比较高。以5G为支撑的基站可以同时满足600-1000台设备的联网工作，保证高效的传输速率，这样一来可以大幅降低设备的维护成本。

2.5G技术在有线广电网络中的应用价值

5G技术与有线广电网络的充分融合和应用是现代广电行业高质量的必然要求，其强大的技术优势能够很好地提高广电服务质量。基于业务控制层面来看，5G可以促使区域业务与局部业务的并行；基于网络传播层面来看，5G技术可以极好地增大网络流量，满足双向通信；另外，5G还能很好地接入公共广播服务，提高无线通信传播范围。5G技术在有线广电网络的应用中能够实现如下功能价值：

2.1 有助于解决信号干扰问题

信号在传递过程中各种频段的电磁波往往混合交织，同时受到其他各种因素的影响，如恶意拦截等，很容易造成信号减弱、甚至中断，在广播电视系统中主要表现为音频、画面质量问题，严重影响到节目质量和观众体验。借助5G的MIMO技术和超密集网络技术，带有数据加密功能，避免信号被拦截，可以提高信号传输中的抗干扰能力，从而保证信号的高效、稳定传输。同时，该技术还具有语音压缩、多码分址功能，可以用于语音图像的数字化形式传输，从而提高使广播电视信号的稳定性、清晰度，为观众提高更好的视听享受。

2.2 有助于有线与无线网络融合

4G技术促进了有线电视网络和无线网络的功能初步重叠，但仍有很多缺陷，5G技术在此基础上进行加强，进一步提升二者之间的互补性，以此增强有线广播电视网络的传播功能。同时，5G技术在有线广电网络的应用中，还可以很好地保护无线网络信息的安全和隐私，使得信息传播数据更加密集，助力有线电视网络更及时、更广泛地接收各种数据信息资源，从而提升网络内容的丰富性，满足更多用户不同需求。由此可见，5G技术在促进有线广电网络与无线网络的全面融合方面具有重要价值。

2.3 有助于有线广电网络高速发展

依托5G技术的强大功能，不仅可以大幅提升信号传输质量和安全级别，还可以有效节省基站、设备、系统等软硬件的维护、运行成本，具有更高的经济价值，这也是5G技术必将全面引入广播电视系统的重要原因。与之同时，5G技术还可以明显提升有线广播电视信息的传播互联性，在增强信号的稳定性的同时建立与受众之间的交流互通渠道，便于广电及时、全面地了解、把控用户需求，这样就可以有针对性地调整节目内容及呈现形式，最大程度上提高用户体验，为广电赢得更多忠实的用户，从而推动其高质量发展。

3.5G技术在有线广电网络中的应用

5G技术为实现广播电视技术的跨行业融合打下坚实基础，将加速广电的智能化进程。在有线广电网络中引入5G技术是广电积极顺应时代发展潮流，不断提升自身服务水平的必然选择和有效手段。随着5G技术的深度发展，其功能越来越强大和丰富，在有线广电网络中可以实现如下方面的应用：

3.1 应用于移动视频业务方面

当今社会，智能化移动设备越来越普及，网络覆盖越来越宽广，这都为移动视频的蓬勃发展提供了良好条件，广播电视也应该积极开拓和这方面业务，以此有力应对当前新媒体的强烈冲击。5G技术支持下，广电网络的信号传输速度及质量都将得到明显提升，在传统广播电视节目基础上，升级发展移动视频可以有效解决以往4G网络中视频卡顿、信号中断、黑屏及花屏等问题，从而让广电可以与各类新媒体平台进行同台竞争。利用5G的及时性传播特点，可以进行广播电视节目的现场传播、场景传播以及动态化转播等。5G时代，信息的快速传输需要更高速的移动流量，广电行业应该采取伸缩管理模式，充分发挥电视直播的优势，有效衔接观众的主观体验和网络体验。

3.2 应用于广播电视方面

5G技术可以用于应急广播和VR或AR技术方面。首先，用于应急广播建设。传统广电网络，由于传递速度有限且安全风险较大，同时庞大数据信息，也很容易让网络传输平台因过载而造成通信系统瘫痪，难以确保预警信息及救援信息能够在突发情况下的批量性传递，将严重影响对突发情况的有效应对。利用5G技术的广覆盖、高速率、稳定安全的等传输特点，建立应急广播平台，完善有线、无线、卫星应急广播传输覆盖网络，构建统一可控且多级互联的应急广播体系，在突发情况下不仅可以向各类媒体多通道地传递信息，还可以直接面向终端用户进行传递，可以保证特殊情况下的紧急信息及时发出和广泛传递。

虚拟现实（VR）和增强现实（AR）将是广播电视行业未来发展的重要方向，以往VR技术主要受网络传导速率与带宽的制约，导致其功能发挥不充分。借助于5G的UDN、MIMO等新技术，构建起一种崭新的网络架构，不仅极大地提升了带宽解决了时延问题，还扩大了信息传递范围，为全面升级网络性能提供了关键技术支持。同时5G网络与VR/AR技术的深度融合和应用，也极大地增强了影像交互功能，提高了信号和图像分辨率，使得广播电视的节目更加逼真、生动，从而带给受众更好体验。为充分发挥5G技术在有线广电网络中的应用价值，广电单位必须加强对原有广播系统的升级改造，引入5G关键技术将广播信号与网络进行有机结合，构建一个综合性广电网络体系，以便于大幅提高广播信息量，拓展业务资源，给予用户更宽泛的服务选择。

3.3 应用于智慧广电建设

建设智慧化广电网络，实现高效管理和高质量发展，这是广电行业的必然发展趋势，也是我国广电的奋斗目标。5G技术是智慧广电系统搭建的主要支撑，在整个系统构建中5G连同其他多种先进的信息化技术，可以对原有的系统结构进行改造和升级，比如联合大数据、云计算构建立数据资源库，搭建广电云平台，可以促进多种服务与资源的共享。同时5G与AI技术的紧密结合，可以实现自动化语音播报、精准化新闻采编，以及集中性的电视语音指令控制等，并实现全程自动化管理，提高工作效率，同时5G与物联网的结合，还有助于进一步延展广电业务范围，除了原有的广播电视业务外，扩大化广电网络还将被广泛应用于医疗、教育、家庭看护等多个方面，并且这些义务都可以在智能终端上进行操作实现，如图4。可以增进与观众之间的互动沟通，以便于更加有针对性地提高服务水平。比如，根据节目主题及内容需要自动搭配虚拟场景，展现虚拟主持人或动漫形象，极大地丰富画面，带给观众一种极致的视听享受。

图4：以5G技术为主的智慧广电建设

4.5G技术在有线广电网络中的发展前景

5G技术不仅可以提供良好的网络运行环境和强大的通信载体，还具备与其他多种技术有效兼容使用的特点，具有智能化网络的多样化内容、多元化访问及多通道传输等典型特征。5G是网络信息技术、移动通信技术等不断发展下的产物，也必将随着这些技术的进步而实现新的提升，其功能性将更强。5G技术与有线广电网络的结合，带来了广电系统的全面革新，充分借助于5G技术可以实现大规模广播电视传播，必将全面推进多媒体广播多播服务的加速发展。

同时，伴随着5G技术的持续进步，其应用于有线广播电视网络中，除了满足视频及音频的传播服务需求外，还可以为传播各项业务提供IP支撑，从而进一步促进其服务的多元化发展。未来5G技术将推动广电网络向更宽广的领域拓展，将全面服务于交流互动、政治宣传、医疗卫生、教育教学、舆论监督、商业推广等各个领域，将构建为一个全民生、全生态结构的服务体系。

5.结语

5G技术是一场影响极其深远的通信技术革命，它为广电行业带来了重大发展机遇，将5G技术充分应用于有线广电网络中，不仅可以促进有线电视网络与无线网络的功能叠加，而且还能大幅度提升数据信息的传播效率和传播质量，有助于提高广电网络的运行经济性，促进广电事业的可持续性和深度智慧化发展。