5G时代广播电视无线发射技术浅论

周嘉炜

（作者单位：江西省七〇七电视台）

信息产业对世界的发展有巨大的推动作用，就目前来说，第五代移动通信技术（5th Generation Mobile Communication Technology，5G）已经成为全面建设信息化社会的基本技术手段，并广泛应用于各个行业和领域。同时，5G技术的发展和应用创新有助于推动国家信息化社会建设，为广播电视无线发射技术的更新换代提供了强有力的技术支持。目前，我国的5G通信技术已经取得了非常大的进步，在一些领域达到世界领先水平，这为优化广播电视无线发射技术提供了重要的技术保障，为我国广播电视产业的创新发展奠定了坚实的技术基础[1]。

1 基于5G技术的广播电视无线发射体系技术架构

基于5G技术的应用，可以对广播电视无线发射体系技术架构进行重新设计，使其在性能和功能上得到更大提升，并实现对单项广播、功能设计、应用场景分析等的优化与完善。我国广播电视无线发射技术的一个重要拓展方向，就是针对移动终端进行节目内容的传输。通过将5G技术引入广播电视无线发射体系，集成整合多种通信技术，形成综合优化方案，随着相关测试的成功，5G技术的应用也成为广播电视无线发射体系重要的技术创新发展方向，得到业界的高度重视[2]。

1.1 基于5G技术的广播电视技术架构设计

因为5G技术在通信中体现出的巨大优势，所以在广播电视技术领域引入5G技术是必然的选择。本文对5G广播电视系统的具体应用进行具体分析，为达到应用要求，在技术设计中选择在通用网元中增加3个网元，即组播协调实体（Multicast coordination entity，MCE）、广播组播业务中心（Broadcast Multicast Business Center，BM-SC）、多媒体广播组播业务网关（Multimedia broadcast and multicast service gateway，MBMS GW）。上述设计的目的是为增强多媒体广播多播业务（Multimedia Broadcast Multicast Service，MBMS）提供更有效的支持，具体作用体现在以下几个方面：

第一，MCE负责向增强多媒体广播多播业务（Enhanced Multimedia Broadcast Multicast Service，E-MBMA）完成时域和频域资源的分配，还要针对无线信道确定其调制方法和编码方式，MCE一方面属于独立实体，可以完成设定功能；另一方面作为基站逻辑实体发挥其逻辑处理功能。

第二，BM-SC可以负责系统与用户相关的多项管理功能，具体包括用户管理、安全管理、业务声明、会话传输、内容同步等内容。

第三，MBMS GW负责基于网际互连协议组播流形式将用户面数据向基站进行传输，同时利用移动管理节点（Mobile management node）处理一些控制信息和指令，这些信息和指令与接入网内的MBMS会话直接相关。MBMS-GW不但支持单频网组网方式，也支持小区广播组网模式，这使得5G广播电视技术架构得以充分实现（见图1）。

图1 5G广播电视技术架构设计示意图

1.2 广播电视无线发射系统功能模块设计功能分析

在应用5G技术对广播电视无线发射系统功能模块进行设计时，需要注意系统网络用户及其控制体系间不存在直接联系，二者相对处于分离状态。因此，在具体设计时对于用户平面的设计主要基于网络定义程序软件来实现，这些用户所需功能从本质上来说还是要借助网络资源，通过虚拟化方式将其进行平面化处理。对于系统控制功能的设计，重点在于将虚拟化的网络资源与实际发射业务相结合，提供包括数字化媒体信息内容发射相关的解码功能。具体功能模块设计包括三个部分（见图2）：

图2 5G技术的广播电视无线发射系统功能模块

一是设备监测模块。设备监测模块包括采集发射设备的天线角度、播出频率、发射和反射功率、主备切换状态等内容。在广播电视无线发射系统中，采用5G技术的设备监测模块主要是对系统中各设备的工作状态进行实时监测。为完成设定监测功能，该模块会连接数据库服务器以获取各设备工作参数，将相关信息直接传输给控制模块，并对比数据库服务器中正常阈值范围内的工作参数。如果所采集的数据不在设定值范围，设备监测模块会以画面形式进行报警，同时记录相关信息。设备监测模块还可以对系统的固态功率放大器工作状态参数进行采集，所采集信息内容包括输入/输出功率和系统增益等信息内容。设备监测模块按照规定数据对系统增益进行自动调节，进而可以对无线发射系统的输出功率及其输出频率等指标进行有效控制。

二是设备控制模块。设备控制模块是完成对所有无线发射系统设备管理控制的功能单元，具体实施各种控制指令的发送和对接收的状态信息进行处理等任务，同时还要执行设备监控画面和工作状态数据的实时显示功能。当5G无线发射系统某设备发出报警信号时，设备控制模块要将相关故障信息实时准确显示，使值班人员和技术人员第一时间了解故障信息。如果这些故障问题能够通过软件自动处理，则由设备控制模块自动对设备参数进行调整，有效处理此类故障，同时通过调节参数将故障范围限定在一定设备单元内，避免产生更大的损坏。

三是日常管理模块。广播电视无线发射系统日常管理模块的主要功能是对获取的信息数据进行必要的管理，包括对系统数据库内的设备状态信息进行实时动态更新，利用监控系统将汇总表信息输出打印，整理完成后生成相应的报表。这些报表能够显示系统整体工作情况，可以长期存档，为系统的检修维护和设备管理提供依据。日常管理模块还可以提供检索功能，用户可以按时间或其他条件信息对所有设备不同时间段的运行状态进行查询，了解相关情况。为了让系统应用管理更加便捷高效，日常管理模块设计了很多辅助功能，包括系统设置和操作日志管理等，这对用户使用系统有很大的帮助。

相比4G等通信技术在广播电视无线发射系统中的应用，5G技术的应用场景有更充分的拓展，其技术优势主要体现在三个方面：业务、终端及环境。这三个要素可以建构比较全面的用户应用场景。用户终端设备对于应用场景的设置需要考虑的因素主要有两个方面：一是屏幕的大小；二是移动能力。基于此，用户终端设备可以描述为小屏移动终端设备和大屏固定终端设备，小屏移动终端设备以智能手机、车载移动终端设备、便携式电脑等类型设备为主；而大屏固定终端设备则主要是家庭等室内使用的电视、电脑等设备。室内、室外应用环境的差异、移动速度、平稳度的变化，都会对5G广播电视无线发射系统的工作状态造成影响，如系统交互能力、对数据流向的控制、信息内容的解析度等，因此，具体应用场景的业务内容也要有相应的设计。5G技术对广播电视系统的服务功能可以起到强化和完善的作用，其服务质量的提升体现在五个方面：内容交互、视频点播、个性化内容、线性视频广播、高解析度内容。5G网络在单向广播和双向通信方式都实现了充分优化，无线网络应用达到了前所未有的高效性，通过网络流量能够实现广播电视无线发射系统内容的无缝切换[3]。

2 我国5G通信技术在广播电视产业中的应用

广播电视无线发射系统对无线通信技术有非常高的标准要求，就目前的通信技术发展水平而言，5G技术在我国的广播电视无线发射系统中有着巨大的应用发展空间。

2.1 技术应用基础

近些年来，关于5G通信技术的研发和应用创新，已经成为世界范围内最重要的通信技术竞争，而我国华为公司在5G技术领域的重要突破，更是为我国信息产业提高全球范围内的竞争力提供巨大契机。5G技术不仅是一种技术，更是一整套技术运用体系，能够对相关产业产生无法估量的巨大动力。就广播电视无线发射技术而言，5G技术具有极大的优势。相比4G通信技术，5G通信在广播/组播传输方面可以实现非常大的拓展，将相同信息内容提供给多用户设备，其传输机制更加高效。5G技术可以保障用户实现高速接入速率，在广播传输方式中也能够表现出良好的应用适应性，同时可以支持向多用户提供信息服务或程序下载及使用[4]。

总的来说，5G技术的运用更加灵活、开放，其创新发展可以体现在多个领域，充分保障了垂直行业的多样化应用需求。从广播电视技术具体应用领域来看，5G技术的应用主要表现在三个方面：媒体娱乐、应急广播、车联网和物联网[5]。

运用5G技术，广播电视技术的视听内容和服务分发方面得到显著加强，尤其是对现场直播等活动的支持，采用多种高质量的互动模式，可以达到前所未有的流畅程度。5G广播电视网络有效覆盖更广阔区域，甚至扩大到全国，推动了广播电视产业的发展。在广播电视射频技术方面，要实现各种高质量、沉浸式的音视频内容的推出和普及，如超高清（Ultra High Definition，UHD）、三维图形（Three Dimensional，3D）、虚拟现实（Virtual Reality，VR）和增强现实（Augmented Reality，AR）等服务内容，只有充分利用5G技术才可以高质量传输这些视频内容，保证广播电视发射技术的应用质量和效率。

2.2 我国5G技术研发和应用现状

5G技术在其技术范畴内也涵盖了无线接入技术等内容，同时还有属于新增补充性的无线接入技术。从实际应用角度看，5G技术实现了真正的融合，将人与物之间的联系变得更加充分、安全、高速、高效和自由。借助5G技术，用户能够更加高效利用互联网资源，同时还可以获得物联网等系统提供的服务。智能互联的实现，极大地提升了5G技术的利用质量，拓展了其应用领域。

在5G技术研究过程中，我国华为公司率先完成核心网功能与业务流程测试，实际通过率高达100%。这一测试对于我国5G技术的研发具有非常重要的意义，对5G技术应用部署有着非常关键的作用。对比4G技术和5G技术，4G的主要技术内容为4G/LTE，其峰值传输速率约100 Mbps，该速率在5G网络中可以达到10 Gbps。5G不但在超高速传输方面表现优异，同时在超大带宽、超密站点、超高容量、超可靠性、随时随地可接入性等方面更有突出表现。5G技术可以用于4K通信、VR/AR、物联网等领域，对促进4K高速传输的全面普及和研发8K通信传输而言是极为关键的技术基础。这些技术应用对于图像质量、数据量和流畅度的提升有着非常重要的作用。

我国目前广播电视无线通信网络中，主要采取双向通信模式，这也是5G技术得到充分应用的一个重要条件，使其可以在单向广播体系中发挥应有的作用。在双向通信模式中，信道资源能够根据实际需求情况合理调度使用，借助这一特点，5G技术可以和广播电视的无线发射系统形成深度的融合。从目前我国广电系统建设情况来看，发射塔高度和发射频率的选择会对单向广播发射性能产生一些影响。为最大限度降低这些负面影响，单向广播基站间距一般都设置在10 km范围内。

近些年来，我国加大广播电视网络基础设施建设，无线网络信号所覆盖的面积已经达到非常高的水平，但某种程度上也会对无线信号的回传能力产生一定的影响，这就对系统的处理能力提出了更高的要求。5G技术不但能够提高无线信号的传输速率，而且能够增强信号的失真度和稳定性。这为广播电视无线发射技术提供了更加完善和高效的个性化服务。在广播电视无线发射技术的构架设计上，应当充分发挥5G技术的优势，为广播电视信号的传播质量提供有力保障。

3 我国广播电视无线发射5G技术的发展展望

5G技术研发和应用是我国广播电视无线发射技术的巨大发展契机。随着5G技术在该系统中应用程度的深入，其技术应用水平也得到较大程度提升，基于5G技术的各种系统服务能够获得全面优化和完善。就目前可预见的创新发展蓝图而言，包括虚拟现实技术、增强现实技术、移动视频技术等，都可以成为广播电视系统的新业务范畴，推动广播电视网络的建设。而传统的广电业务，包括视频、音频等媒体资源业务，可以借助5G强化服务后的网络支持获得快速发展，尤其是与移动互联网络的共享兼容，为广播电视网络提供了更大的发展空间。如果不使用5G技术，只依靠增加带宽来完成这些业务的拓展，是很难成功的。因此，最有效的方式还是将广播传输模式通过5G技术进行强化，从而解决上述问题[6]。

近年来，我国加大了5G广播电视发射系统建设，相关业务领域取得较为快速的发展，广播电视业务用户大量增加。基于规模效应带来的成本控制优势，使得广播电视网络业务获得更大的发展。5G技术将多种信息技术与实际广播电视网络业务进行充分融合，形成更具市场竞争力的网络服务体系。其技术优势体现在用户的多样化终端和全方位传输覆盖方式上，并能够使访问方式更灵活，服务内容更丰富，同时还可以根据应用场景的变化对业务模式进行调整，形成具有一定智能化功能的网络系统。我国广播电视网络在未来的发展要充分利用5G技术，对内容、网络、终端资源的潜力进行挖掘，结合大数据和云计算等科技手段，完成智能分析和对用户喜好与行为的预测，为用户提供个性化服务。5G时代的广播电视网络，不仅仅是对各种音视频进行简单传输的渠道，更应该成为可支持全方位业务传输的IP化运营服务网络体系。

4 结语

5G技术对于信息时代的发展起到了极大的推动作用，在各个生产生活领域，都产生了极大的影响。对于广播电视无线发射系统来说，引入5G技术对无线发射技术进行优化和完善，能够有效提高信号的传输效率和传输质量。相比之前的各种无线传输技术，5G技术在广播电视无线发射技术应用方面的优势显而易见。采用5G技术对广播电视无线发射系统进行技术升级和改造，可以对整个系统的功能进行强化，实现更高质量的广播电视系统服务功能。