5G 与广播电视技术的融合

李尤佳

（曲靖市广播电视台，云南 曲靖 655000）

0 引言

随着现代社会数字化元素被大量生产出来，越来越多的数据信息开始不断嵌入人们的生活。为了高效利用这些信息，需要实现多元化通信技术的创新发展。5G 与广播电视技术的全面融合，可以有效应对这种大通量信息的产生与传输。为此，研究广播电视技术与5G 融合的过程，探讨5G 与广播电视技术融合的策略，有助于理清二者的发展轮廓，加速二者的融合。本文对此展开研究。

1 5G 的概念与特征

1.1 5G 的概念

5G 是第五代移动通信技术的简称。与4G 网络相比，5G 具有显著的差异性。5G 通信具有高速率信号传输、低延时信号传递和大通量信息发送等典型特征，是能够实施数据大规模、瞬时传输的新一代移动网络通信技术[1]。

目前，在5G 网络下，信号延时时间可以缩短至1 ms。同时，其频谱效率要比传统的4G 时代长期演进（Long-Term Evolution，LTE）网络系统高出3 倍以上[2]。5G 通信在连续广域信号支撑下，用户端最终能感受到的信号传输速率可以达到100 Mb·s-1[3]。由于5G 通信网络信号具有低延时、高速度传播的特征，且能够容纳大容量的信息要素，所以它在应对爆炸式数据增长时能够平稳地接收和高效地输出相关信息要素，为通信系统提供便捷、快速化的信号传输能力[4]。

1.2 5G 的特征

5G 的特征之一是使用了信息切片功能。5G 网络中，经过信息切片的延伸，更多的信号通道被拓展，信息密度被提升，从而使信号传输速率大幅度提高[5]。

5G 在发展过程中还呈现高频化特征。与以往的低频信号相比，5G 通信系统中的信号频谱更加密集，且波长伴随着频段的大幅度跃迁而越来越短[6]。

5G 具有显著的波束赋形特征。原来非5G 时代的信息通信和信号传输都需要无线发射过程向着信号塔四周进行信号传输和散播。而5G 信号可以有效地使信息波朝着一个固定的方向传输，从而实现波束赋形，使自己能够适应不同方向上用户群体的信号使用频率[7]。

目前，5G 在发展过程中已经使用了端到端直接通信（Device-to-Device，D2D）技术。在这一信号传输过程中，两个用户进行5G 通信时，可以实现端对端的信息传输，避免了以往信息调制的过程[8]。当前，我国5G 商用已经全面推开，中国电信已经获得3 400 ～3 500 MHz 频段，广播电视系统也取得了5G 商用许可，可利用5G 开展融合化的广播电视技术演进。

2 广播电视5G 通信信号传播过程

5G 通信传输系统中，核心的系统框架主要由5G 基站系统和5G 网络传输系统构成。基站系统主要由信号接收器（如手机）以及信号发射台（如基站）等组成，网络系统主要由核心5G 网络组成[9]。随着5G 信号的触发，核心网络系统内部会产生信息信号并传输，大量的网络信息信号经过基站的接收和定向发射，可以使各种信号接收端口（如手机）接收到高速度、大容量、低延时的5G 信号，从而完成整个5G 信号的传输[10]。整个过程如图1 所示。

图1 5G 通信传输系统信号过程

5G 信号传输系统与广播电视系统实现组网结合，就形成了广播电视5G 通信信号的传播过程。以中央广播电视总台的5G 广播电视系统为例，如图2 所示，广播电视信号进行5G 传输时，整个广播演播室、办公区等信息产生场所都会接入5G 信号网络，由5G 核心网进行信息的接收。这些广播电视信息经由5G 核心网传输到达广播电视5G 传输分发平台。5G 传输分发平台通过一系列网际互连协议（Internet Protocol，IP）终端的IP 矩阵进行信号的集成制作与信号切换[11]。通过IP 终端的信号传导，最终5G 信息经由广播电视传输机制实现了信息传播的内容呈现。

图2 中央广播电视总台的5G 广播电视系统运行机制

3 5G 与广播电视技术融合的优势

广播电视5G 信号的发展能够有效促进5G 与广播电视技术的全面融合。二者的融合能够实现信息的高集成度传输，这是二者融合的显著性优势之一。

首先，高集成性信号传输过程能够产生高质量的广播电视信号，确保广播电视信号传输具有高清晰度、高音质和高画质，能够实现高密度的信息推送。高集成度的信息传输还能够有效促进广播电视实现信号的多码分值、视频、音频信号的高密度压缩和转制，也能够有效实现广播电视信号的加密防伪处理[12]。总而言之，二者的全面融合，能够有效地使广播电视信号得到高质量保证。

其次，5G 与广播电视技术全面融合，能够有效地规避外界的干扰。由于在5G 通信信号传输过程中采用的是分布式信息网络传输架构，这种信息传播过程相比于传统的信息通信过程有着更强的抗干扰性，能够有效地使用滤波器过滤掉干扰性信号和其他杂质信号。

最后，5G 与广播电视技术全面融合构建的新型广电网络系统有着更宽的带宽，能够实现各种信号接收终端的多路径接入。如可以同时实现电视终端、平板电脑终端、手机终端等的信号接入，可以有效打破传统的广播电视信号传输、接收模式，改变以往只能由电视进行广播电视网络信号接收的状态，进而可以实现最大范围的广播电视观众覆盖，同时使更多观众多元化、自由地进行广播电视网络信号的选择。事实上，正是由于5G 与广播电视技术实施全面融合，形成的数字化广播电视信号才代替了传统的纯模拟信号。该数字化广播电视模拟信号将相关信息传输至编码接收系统，随后对这些编码进行标准化统一，再送入前端编码集合系统，实现直接的数字化信息传输过程，最终在解码器的解码下，广播电视信号在终端显示器上显示出来。由于5G 大量使用微基站，基站体积大幅度缩减，便携式的通信基站可以实现大范围内海量微型5G 基站的部署，使得广播电视信号的传输覆盖范围大幅度增加。

4 5G 与广播电视技术的融合策略

4.1 优化5G 下的4K 超高清电视视频编码结构

5G 网络下，4K 超高清电视技术开发应用需要特别注意对视频编码结构进行一定的调整。以5G为支持的4K 超高清电视编码不同的组合方式会直接对4K 超高清视频的压缩率产生重大的影响。而压缩率是确保超高清电视视频信号清晰度的关键参数，视频编码结构还会对4K 超高清电视视频信号的切割组合产生差异化的影响。因此，以5G 为支持的4K 超高清电视编码结构可以采用四叉树的编码结构原理，实施视频编码的压缩和递归计算，从而确保4K 超高清电视视频信号单元块不发生结构重组和变化，最终实现5G 下的广播电视高清4K 信号生成。

4.2 基于5G 的数字化调音台的集成式开发

基于5G 的数字化广播电视系统的全面启用，使得数字音频技术不断拓展自身的应用领域，扩大了广播电视工程中数字化调音台的应用范围。实践中，可以利用数字调音台，以5G 下的数字化自动控制和精准识别、精准调制为基准，提高调音台的频率。一般需要将数字调音台的固定频率调制在0.025 ～30 kHz，要保障频响的不均匀度小于2 dB，总的谐波失真小于0.015%。这样5G 下的数字音频技术将可以极大地扩展调音台调音的精确度和调音的可选择范围。相对于传统型的信号调音台而言，5G 下的数字调音台能够满足观众多样化的数字信号调制需求，实现不同音频信号远距离传输时的精准接收，能够很好地确保声音信号的相互协调。

4.3 5G 下的数字信号接收开发

5G 下的数字音频技术集成式开发应用，可以提升广播电视工程中数字信号的接收能力。原来的数字音频模拟信号传输与接收程序中，模拟信号在传输过程中会产生显著的衰减，在音频上限20 ～25 Hz 处，其衰减为0.7 ～0.9 dB，会导致其遇到其他信号干扰时可能出现信号失真、信息丢失。

对此，可以在广播电视中使用5G+数字信号集成开发模式，嵌入数字信号音频集成式开发的电路模型。这样数字信号形成的音频传输系统就能够大大增强信号传输中的信息接收能力、信号抗干扰能力，从而实现广播电视传播信号与接收终端之间的信息匹配，提高数字信号信息承载效率，加大数字信号的脉冲强度。在音频上限20 ～25 Hz 处，5G+数字信号仅衰减0.3 ～0.4 dB，故采用这种方法可提高数字音频信号传输的效能。

4.4 加大5G 频谱与广播电视C 波段干扰处理

在5G 和广播电视技术融合发展的过程中，为有效实现二者的高效率融合，需要切实有效地加强5G 频谱与广播电视C 波段的抗干扰处理。

目前，我国5G 通信网络系统所使用的5G 频谱与广播电视系统中所使用的C 波段之间有着较好的融合性。所以在二者实现频谱信号融合时能够做到较好的融合。但是，由于广播电视C 波段的信号内部往往夹杂着其他不稳定的信号源，会对5G 信号和广播电视信号之间的融合产生干扰。这种干扰会导致广播电视数字化信号在终端接收时产生频闪或信号波动，导致接收到的视频信号花屏、音频信号失真。为此，需要全面强化5G 频谱与广播电视C 波段信号的抗干扰处理，可以同时在广播电视网络数字化通信系统中加入信号屏蔽网，对干扰性的信号进行识别，通过对屏蔽网的参数进行自动化调整，可以有效实现5G 广播电视网络信号的高质量输出。另外，可以在广播电视网络信号接收系统中嵌入滤波器，实现高效的干扰信号过滤。

4.5 实现LTE 与eMBMS 的技术融合

目前，随着移动视频业务的全面扩张，广播电视系统对于视频类流量的渴求越来越强烈，移动终端视频业务成为重要的广播电视传播信息。为此，在进一步促进5G 与广播电视技术融合过程中，应当进一步加大LTE 与增强型多媒体广播多播业务（evolved Multimedia Broadcast Multicast Service，eMBMS）的全面融合。在5G 通信基础上，eMBMS在整个信号网络架构上进行了容量扩容、技术升级和优化。使用eMBMS 技术嵌入到LTE 技术框架下，可以有效地减少广播电视在移动终端、视频业务、网络信号拓展方面的发展成本，同时也优化了客户的终端视频感知体验，使客户能够获得更加清晰稳定的视频传输信号。

当前，随着我国在LTENGB-W 标准上持续投入，整个eMBMS 网络架构的适应性会越来越强。中国联通2019 年将LTE 主播平台融合eMBMS 技术实施商业化应用，大幅度提升了广播电视网络信号传输效率，极大地优化了广播电视网络信号频谱资源配置，使得广播电视网络信号传输质量得到明显提升。下一步继续推动LTE 技术与eMBMS 技术的拓展性创新，有助于实现更加高效化、稳健化的广播电视网络信号传输。

5 结语

随着5G 的不断开发，广播电视技术的全面深化，二者之间的融合范围进一步加大，融合领域越来越多。下一步，在做好二者各自技术创新发展的前提下，持续加大4K 超高清电视视频编码结构优化，实现数字信号的创新式开发，进一步优化5G 频谱与广播电视C 波段干扰处理，实现LTE 与eMBMS 技术的全面融合等，将是5G 与广播电视技术全方面融合的重要方向，也是进一步实现5G 与广播电视技术协调发展的重要渠道。