5G通信广播融合系统关键技术研究

师 霞，何绍丹，李 罡

（云南广播电视台，云南 昆明 650500）

1 研究背景

随着时代的发展，人类社会的通信技术也在不断地进步和变化。近年来，5G通信技术作为一种新兴的移动通信技术，已经成为业界热议的话题。5G通信技术的出现给通信产业带来了巨大的发展机遇，同时也促进了整个社会的数字化转型。在5G通信技术的基础之上，5G通信广播融合系统应运而生。5G通信广播融合系统是一种将5G通信技术和广播技术相结合的新型通信系统，它能够实现更加高效、灵活、可靠的信息传输，为广大消费者带来更加优质的通信服务。因此，本文将从5G通信广播融合系统的应用、技术优势和未来发展等方面，对5G通信广播融合系统的关键技术进行深入探讨，以期为相关行业和领域的专业人士提供有价值的参考和帮助。

2 物理层关键技术

2.1 天线设计

天线是5G通信广播融合系统的核心组成部分，决定了信号的传输距离和质量。5G天线设计需要满足多频段、高增益、低剖面等特点，以适应复杂的信道环境和多样的用户需求。目前，5G通信广播融合系统使用最为广泛的是微带天线和超材料天线。微带天线由于设计简单、制造便捷、成本低廉等优点受到了广泛应用。通过对微带天线的改进，可以达到更高的增益和更好的抗干扰能力。超材料天线是5G通信广播融合系统中的新型天线，具有优异的电磁特性和宽频特性。超材料天线的出现，解决了微带天线模式复杂性和效率问题。

2.2 波束赋形

波束赋形技术是5G通信广播融合系统中的又一重要技术，可以有效提高信号传输效率和质量。波束赋形也称波束成形或波束调制，是一种通过改变电磁波传输方向和形状来提高传输效率的技术。波束赋形技术被广泛应用于毫米波通信中。毫米波通信因频段高、衰减大的特点，信号容易受干扰和衰减。通过波束赋形，可以将信号传输范围缩小，提高信号的传输距离和准确性。目前，波束赋形技术主要包括基于反馈、基于预测和基于组合等多种方式[1]。

2.3 调制识别

在5G通信广播融合系统中，调制识别技术是实现多用户并行传输的关键。调制识别技术可以识别不同用户发送的信号，并将其分离出来，实现多用户并行传输。调制识别技术主要包括基于峰值、基于瞬态、基于统计和基于机器学习等多种方法。其中，基于机器学习的方法在5G通信广播融合系统中更具优势。

3 网络层关键技术

3.1 网络架构

5G通信广播融合系统的网络架构需要具备高效、灵活、可扩展的特点。目前，5G通信广播融合系统中最为常见的网络架构是SDN/NFV架构。SDN（Software Defined Network）即软件定义网络，是一种新型的网络架构，其主要特点是网络控制与数据转发分离。SDN架构可以实现网络控制集中管理，从而提高网络的灵活性和可管理性。NFV（Network Function Virtualization）即网络功能虚拟化，可以将网络功能部署在虚拟化环境中，从而降低网络部署和运维成本。SDN/NFV架构的引入，可以实现5G通信广播融合系统的灵活可扩展，并有效提高系统的性能和可管理性[2]。

3.2 协议优化

协议是5G通信广播融合系统中不可或缺的部分。在5G通信广播融合系统中，通过对网络层协议的优化，可以实现更高效、安全和可靠的数据传输。目前，5G通信广播融合系统中主要应用的协议包括IP、TCP和UDP等。其中，IP是数据在网络中传输的基础协议，TCP是保证数据传输完整性和可靠性的关键协议，UDP则具有传输速度快的特点。针对不同的应用场景和用户需求，5G通信广播融合系统需要根据实际情况进行协议优化，为系统的稳定性和可靠性提供有力支持。

3.3 无线资源调度

无线资源调度是5G通信广播融合系统中的又一重要技术，可以有效提高系统的资源利用率和性能。无线资源调度主要包括功率控制、频谱分配和用户调度等方面。在5G通信广播融合系统中，通过对无线资源的精细调度，可以实现多频段、多技术的无缝衔接。目前，5G通信广播融合系统最为常见的无线资源调度方案是基于深度学习的调度算法。基于深度学习的无线资源调度算法具有自适应、智能的特点，并且能够通过大量数据训练来提高自身的准确率和鲁棒性，进一步提高系统的资源利用率和性能。

4 应用层关键技术

4.1 音视频解码

在5G通信广播融合系统中，音视频编解码技术是实现高品质、高清晰度音视频传输的关键。目前，5G通信广播融合系统中广泛使用的音视频编解码技术包括H.265、VP9、AV1等。H.265是5G通信广播融合系统中最常用的编解码标准，具有传输速度快、存储空间小的特点。VP9和AV1则是目前最新的编解码标准，具有更高的图像清晰度和更低的延迟[3]。通过对音视频编解码技术的优化，可以实现更高品质、高清晰度音视频传输，为提升5G通信广播融合系统的用户体验提供有力支持。

4.2 传输协议

在5G通信广播融合系统中，传输协议是实现数据传输的关键。目前，5G通信广播融合系统最常用的传输协议包括HTTP/2、QUIC、WebRTC等。HTTP/2是目前应用最为广泛的传输协议，具有传输速度快、安全性强的特点。QUIC则是Google公司开发的一种新型传输协议，可以实现更快、更稳定的数据传输。WebRTC则是一种基于浏览器的实时音视频传输技术，可以实现实时音视频传输和互动应用。

4.3 储存管理

在5G通信广播融合系统中，存储管理技术是实现数据存储和管理的关键。5G通信广播融合系统需要处理大量的数据，因此需要存储管理技术来保证数据的安全和可管理性。目前，5G通信广播融合系统中最常用的存储管理技术包括快闪存储器、云存储和分布式存储等。快闪存储器具有读写速度快、稳定性强、功耗低的特点，是移动设备中常用的存储技术。云存储可以实现数据的远程存储和管理，具有存储空间大、安全性高的优点[4]。分布式存储则可以实现数据的分布式存储和备份，提高数据的可靠性和可用性。通过对存储管理技术的优化，可以实现高效、可靠的数据存储和管理，为5G通信广播融合系统的稳定性和可靠性提供有力支持。

5 5G通信技术与广播电视技术融合策略

5.1 5G+4K超高清电视技术融合

5G通信技术具有高速、低时延、广覆盖等优势，而4K超高清电视技术则是指分辨率达到3 840×2 160的电视技术。将两者融合可实现更高质量、更快速、更完美的视频体验。在技术层面方面，5G技术拥有高速稳定的特性，可以为4K超高清电视提供更好的网络支持，实现更加流畅的视频播放和更高质量的画面显示。在产业层面方面，电信运营商可以提高网络带宽、改善网络质量，以满足4K超高清电视技术的传输需求；电视厂商也可以根据5G通信技术特性设计更完美的产品；而内容提供商则可以开发更加高清、更加流畅的4K超高清电视内容，从而为用户提供更好的使用体验。在市场层面方面，5G通信技术与4K超高清电视技术融合能够带来更好的商业前景。5G网络的完善使得越来越多的人可以享受到高清晰度、高质量的4K超高清电视内容，同时也为电视厂商、内容提供商等带来更大的市场需求和商业机会。因此，通过技术创新、产业合作和市场推广等策略，可以实现更好的5G通信技术与4K超高清电视技术的融合，为用户打造更佳的视频体验。

5.2 5G可视化直播技术

5G可视化直播技术主要是指将广播电视节目采集、传输和制作过程中的图像、声音和数据等多种信号集成到一个平台上，通过5G网络进行高速传输和交互，以实现更加优质的直播体验。相较于传统的广播电视技术，5G可视化直播技术具有更加灵活、高效、智能的特点，能够满足用户对高清、多元化、个性化等特定需求。5G可视化直播技术除了可提供高品质、多格式的内容，还可以通过对用户的兴趣、位置、行为等多维度数据分析，实现精准推送、智能匹配和数据挖掘等功能[5]。

5.3 C波段广播电视与5G通信干扰

C波段广播电视和5G通信作为两种不同的技术体系，二者之间会存在干扰问题。其中，5G通信技术采用更高的频率带宽，对C波段的广播电视会产生较大的干扰。因此，在广播电视和5G通信融合的过程中，需要考虑如何处理这些干扰问题。针对这个问题，可以使用不同的干扰处理方法。首先，对于5G通信的发射站，需要加强其干扰的监测和控制，尽量避免5G信号对C波段频谱的侵占。其次，对于C波段广播电视的接收设备，需要使用更好的滤波器，以实现对频谱的更好限制和过滤，从而减小5G信号的干扰影响。另外，可采用动态和静态共存的方式，实现C波段广播电视与5G通信技术的融合发展。

5.4 5G智能移动广播技术

5G智能移动广播技术是指通过5G网络实现的一种新型广播通信技术。图1展示了5G广电信号的传播网络结构，拟通过联通5G基站，构建广播备份无线播出信源。该方案系统架构如图1所示。

图1 调频无线发射信源5G信号链路方案系统图

相比传统的广播技术，该技术能够向目标用户个性化推送信息，更好地满足用户需求。采用基于位置服务的方式，可以根据用户所处的位置、移动状态和所选择的服务类型等因素，对广播信息进行分类和筛选。这样就能够精确地将广播信息发送给目标用户，大大提高广播信息的受众体验效果。5G智能移动广播技术在传输过程中采用多路径通信方式，即同时使用多个传输路径进行信息传输，增加了传输的稳定性和可靠性。并且该技术还支持多路并行传输和数据压缩等功能，进一步提升了传输效率和速度。5G智能移动广播技术还支持多媒体信息传输和处理，可将音频、视频、图像等形式的广播信息可以更加生动、直观地呈现给用户，提高了用户的体验感受。

6 结束语

5G通信广播融合系统将广播和5G通信技术相结合，实现了信号的高效传输和广播媒体的无缝衔接。这不仅能够提升广播节目的传输质量和接收效果，还能够拓展5G通信领域的应用场景和市场空间。要实现5G通信广播融合系统，需要解决一系列技术难题，如多用户接入、网络优化、鉴权认证等问题。其中，最关键的技术包括信号调制技术、频谱资源管理技术、干扰抑制技术等，通过这些关键技术的不断创新和进步，才能够实现5G通信广播融合系统的高效、稳定、安全的运行。对此，要持续加强技术创新、深入研究关键技术，实现5G通信广播融合系统的快速发展和全面推广。