5G通信广播融合系统关键技术研究及应用

2022-12-12田宇

通信电源技术 2022年15期

田宇

（吉林吉大通信设计院股份有限公司，吉林长春 130000）

0 引言

随着科学技术迅速发展，5G在各类新媒体、平台中推广应用，与广播电视结合后研发出5G通信广播融合系统，在改善广播电视画面质量、加速广电信号传输方面具有较大优势。广播电视作为媒体行业中的资深行业，对全媒体发展具有促进作用，各大广电机构从业者应认清行业发展形势，主动迎接挑战，将5G通信技术与广播行业有机融合，依靠融合系统的力量使广播行业实现新的发展。

1 5G通信广播融合系统的应用优势

1.1 加速广播电视信号传输

5G广播融合系统可以使广播信号更加稳定，加快信号传输速度，还可以免受外界因素干扰，提高信号质量。在广电发展期间，5G通信技术可以满足用户在线高清观看与快捷缓存的需求。特别是在高清4K标准模式下，5G基站的覆盖面积逐渐扩大，能够为用户群体带来更好的网络体验。在融合系统应用中，高级硬件与5G通信有机配合不但能够高清播放电视节目，还能促进集成化程度提升。在电视信号传输中，依靠5G通信技术将其稳定传输到新媒体平台、网络机房内，即便在复杂环境下仍可确保传输稳定，依靠数字光纤收发设备进行信息备份，确保节目稳定播出。

1.2 优化广播电视画面质量

针对以往电视图像失真的问题，在5G通信技术应用后可以使信号传输更加稳定。利用相同设备同时开展多项业务，促进网络资源高效利用，优化广播电视画面质量。在广电行业中，通过融合系统的应用还能促进资源高效配置，即便在复杂状态下仍可精准筛选出精品节目。该系统应用对操作者的技术水平要求较高，需要实时监测设备并定期维护管理，这就需要从业者不断提高自身技能与素养，推动整个行业转型升级[1]。

2 5G通信广播融合系统的技术要点

2.1 空口技术

融合系统拥有与前代通信系统不同的优势，主要体现在广播与单播空口资源切分方面。5G广播利用单播一体化设计模式，使会话管理与业务解耦，依靠现有单播网元功能刺激组播的应用，使移动性管理目标得以实现。在流程与功能方面，除基础的会话、业务功能之外，还要求运营商按照实际需求部署网元，节约投资。在融合系统中，空口技术的应用可使广播与单播的业务资源有机结合。融合状态的空口技术可在物理层基础上对共享信道进行动态调度，促进资源优化配置，同时还支持单播混合自动重传请求（Hybrid Automatic Repeat Request，HARQ）共享机制，使终端对硬件的改动程度得以降低，有助于产业化研发。在动态单组播技术应用中，利用统一组播承载框架，在组播业务体验度降低的情况下依靠基站调整组播动态，将其切换成单播，从而提高业务质量。同时，还可在核心网基础上对分组数据汇聚协议（Packet Data Convergence Protocol，PDCP）序列进行优化配置，加快基站内数据包的传输速度，有效弥补组播业务持续性的不足[2]。

2.2 切片式子带滤波器增强方案

在通信方式层面，广播与5G通信网有所区别，在频谱应用形式上也明显不同。前者利用下行链路，频谱为下行规划，后者则利用上下双向链路，频谱规划也与之相对应。要想使广播中的低频谱适用于融合系统，必须实现上下行链路中频谱共存[3]。以700 MHz频段中的融合系统为例，针对广播塔在该频段受到的干扰，应利用特定的组网方式，业务开展主要采用下行链路。针对蜂窝移动网络中的宏基站受干扰情况进行分析，并制定相应的清退方案，确保融合系统的正常使用。针对基站在干扰状态下难以完成上行信号发射的问题，可在干扰图谱基础上制定避让方案，对广播信号的跳频部署进行优化，确保终端可准确避让接入系统，使配置与业务2个信道均处于低干扰的环境下。

根据干扰源设计更加灵活的子带滤波器电路，并结合广播塔的实际干扰特点选取与之相匹配的滤波器。对于没有安装滤波器的设备，当受到广播塔干扰时，其信号与周围频段相比有所区别，在16～24 MHz频谱内无法使用。在安装子带滤波器后，只有固定几个频谱无法使用，剩余均可恢复正常使用，从整体上提高了频谱的应用率[4]。带滤波器规避干扰方案如图1所示。

图1 带滤波器规避干扰方案

2.3 网络架构优化

在融合系统应用中，需要对网络架构进行优化。将业务面桥接、控制面统一的接入网纳入到网络架构中，使用户的业务需求得到满足，还可保证电信运营商在接入网层面的运维要求。通过网络架构创新，不但能够使控制面统一汇聚起来实现融合网络迅速开通，还有助于业务面的桥接，满足运营双方在网络管理方面的新需求。依靠核心网的桥接管理，实现二者在网络运维标准方面的统一，达到安全隔离的目的[5]。在融合组网架构后，可利用低频融合进行中频性能补充，促进中频段覆盖范围扩大、上行速率提升。但对于700 MHz频段来说，在覆盖性能方面与中低频相差较为显著，可针对非共站部署的差异对上行载波轮方案进行创新，在边界感知基础上进行多频协同切换，促进部署灵活性提升和组网性能完善[6]。

2.4 创建“网络＋业务”共享模式

5G网络可使广播业务服务质量得到良好改善，与传统广电运营商的优质资源相结合，充分发挥平台优势，创建“网络＋业务”的共享模式，促进融媒体生态生成。以往广播业务中不具备定向传输的技能，且业务终端模式较少，难以满足5G产业链创建要求。在5G通信技术引入后，依靠移动通信进行资源高效配置，可使单播与组播自由切换，还可凭借5G设备形态按照实际需求确定传输方向。除此之外，5G终端形态较为丰富，具有较强移动性，可使广播业务更加灵活，促进多屏互动[7]。

3 5G通信广播融合系统的应用与发展

3.1 “5G＋4K超高清”在电视中的应用

在2019年“两会”期间，广西广电与中国联通建立合作关系，将融合系统应用到新闻直播中，并首次利用“5G＋4K超高清”技术进行直播。北京联通在金融街周围覆盖了5G网络，下行传输速率为1 966 Mb/s，速率均值为1 853.2 Mb/s。在4K摄像设备应用中，选择型号为AG-DVX200的设备，具有13倍光学变焦功能。4K摄像机在画面捕捉方面更具优势，在形成视频流后，经过编码可传输到5G 终端接入设备（Customer Premise Equipment，CPE）内。需要注意的是，本次所用的CPE并非普通中继器，不仅能对Wi-Fi信号中继处理，而且还能进行基站信号中继。在本次直播中能够充分感受到融合系统在画面改善、网络传输提速方面的应用价值，后续研究中还可营造出更好的高带宽、低延时网络环境，依靠5G技术促进广电技术创新优化，为整个行业发展提供技术支持[8]。

3.2 “5G＋广播”可视化直播

以某音乐节为例，广电机构与中国移动携手借助5G网络进行可视化直播。在融合系统应用中，投入4个摄像头，其中2个摄像头为5G移动终端，这也是本次直播的亮点所在，剩余2个摄像头因拍摄画面不支持5G，需要将信号传递到其他设备中，待成为视频流后再用支持5G的CPE完成信号传输运作。在直播期间，利用4G与5G进行对比测试，在开场后2 h，现场观众数量不断增加，4G信号使用需求已经无法满足，偶尔出现信号弱、中断情况，而5G信号始终处于正常运行状态。本次直播时长为9 h，时间跨度较大，5G设备在长时间运行中普遍出现发热、耗电量大等情况，进而影响信号传输稳定性[9]。对于融合系统来说，长期处于高效、大规模运行状态下面临较大的挑战，后续研究中亟需解决。

3.3 C波段广电卫星接收与干扰屏蔽

C波段广电卫星工作频率与中国联通、电信的5G频谱较为相近，在运行期间容易相互干扰。按照国际电联报告，当干扰信号超过设定值后便会产生饱和干扰，主要表现为广电信号无音频输出，画面中出现花屏或马赛克等情况。针对信号干扰问题，最行之有效的方式便是在接收设备中安装滤波器。安装前、后的信号频谱情况如图2和图3所示。