5G与广播电视工程的融合应用

2024-06-11杨春丽

电视技术 2024年3期

杨春丽

（兰陵县融媒体中心，山东临沂 277700）

0 引言

5G是新一代的无线移动通信技术，具有高速率、低延时、高可靠性、大连接等特点，能够支持多种业务场景和用户需求[1]。5G对广播电视事业的发展具有重要的作用，可以提升广播电视的传播效率、内容质量、用户体验和融合能力[2]。基于此，探讨5G在广播电视工程中的应用。

1 5G概述

1.1 5G的概念

5G是第五代移动通信技术，是2020年之后推出的新一代移动通信系统[3]。与之前的通信技术不同，5G并非单一的无线接入技术，而是对新旧无线接入技术进行了高度融合。其目标是满足各种业务需求和用户体验，包括增强移动宽带（enhanced Mobile Broadband，eMBB）、超高可靠低时延通信（ultra Reliable Low Latency Communication，uRLLC）和大规模机器类通信（massive Machine Type Communication，mMTC）这3大类应用场景。增强移动宽带主要应对移动互联网流量激增的挑战，旨在为移动互联网用户提供更卓越的应用体验，如虚拟现实、增强现实和超高清视频等。超高可靠低时延通信主要服务于对时延和可靠性有极高要求的行业应用，包括工业控制、远程医疗和自动驾驶等[4]。这要求网络能够提供毫秒级的时延和极高的可靠性。机器类通信主要应用于智慧城市、智能家居和环境监测等需要传感和数据采集的领域。网络需支持大规模设备连接和低功耗的数据传输。

1.2 关键技术和特性

5G的关键技术和特性涵盖了多个创新领域，旨在满足物联网多样化的需求。在基础技术方面，5G在正交频分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）和多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）的基础上进行全新的系统设计，以支持3大主要应用场景[5]。与4G相比，5G在频段利用上更加灵活，同时支持中低频和高频频段。中低频用于满足覆盖和容量需求，高频则用于提升热点区域的容量。为了统一中低频和高频的技术方案，并确保支持百兆基础带宽，5G采用了创新的系统设计。为了实现高速率传输和更优的覆盖，5G引入新型信道编码方案，如低密度奇偶校验（Low-Density Parity-Check，LDPC）和极化码（Polar Code），以及性能更强大的大规模天线技术[6]。这些技术的融合旨在提供卓越的网络性能。为了满足低时延和高可靠性的需求，5G采用了短帧、快速反馈以及多层/多站数据重传等先进技术，确保网络能够在各种复杂环境下提供可靠的连接。

1.3 5G发展现状

目前，世界上70多个国家的169个运营商都推出了5G业务，加上正在投资5G的运营商，总数已突破400个。欧洲、亚太和北美是5G最早发展的区域，5G网络已基本实现商业运营。随后，南亚、东欧、北非、中南美洲也相继开始5G的应用，并开始了预商业化。在非洲、撒哈拉南部，5G仍然处于一片空白状态。目前，我国已建成全球规模最大、技术领先的5G网络，迎来5G规模化应用关键期。截至2023年9月底，我国累计建成开通5G基站318.9万个，超90%的5G基站实现共建共享，5G网络加快向集约高效、绿色低碳发展。5G移动电话用户达7.14亿户，比上年末净增1.54亿户，占移动电话用户的41.7%。5G行业虚拟专网超过2万个。5G应用已广泛融入97个国民经济大类中的67个，对各行各业5G赋能作用日益深入。

2 5G在广播电视工程中的应用

2.1 超高清传输

超高清视频是指分辨率高于或等于4K（3 840×2 160）的视频。相比于传统的高清视频，超高清视频具有更高的画质、更细腻的细节、更丰富的色彩，能够给观众带来更真实、更震撼的视觉体验。然而，传统的广播电视传输网络如有线电视网络、卫星电视网络、地面无线电视网络等，由于受到频谱资源、传输设备、传输协议等的限制，难以满足超高清视频的传输需求。因此，基于5G的广播电视超高清传输成为一种新的解决方案。

基于5G的广播电视超高清传输具有以下优势。第一，5G网络的峰值速率可达10 Gb·s-1，远高于传统的广播电视传输网络，能够支持超高清视频的实时传输，无须进行压缩或转码，保证了视频的原始质量和完整性。第二，5G网络的部署和运维成本相对较低，无须铺设专用的传输线路或设备，也无须申请专用的频谱资源，可以利用现有的5G基站和终端设备，实现快速的覆盖和接入。第三，5G网络的时延可达1 ms，远低于传统的广播电视传输网络，能够保证超高清视频的实时性和连贯性，避免出现卡顿、延迟等现象。2020年12月5日，中国移动咪咕公司联合中国移动广东公司、北京公司、研究院，在中国移动集团技术部、网络部指导下，首次将5G应用于商用大型8K超高清直播，也是业内首次在5G手机上实现基于切片技术的超高清直播业务演示。

2.2 5G提供的新型服务

5G为广播电视工程带来了革命性的变化，不仅极大地提高了传输效率和质量，还催生了多种创新的服务，包括智慧编排以及大小屏协同等。这些服务充分展示了5G的技术优势，如高速率、低时延、大连接数等，为用户提供了更丰富、更个性化、更互动的视听体验。5G与人工智能技术结合，使得智慧编排成为可能。智慧编排是一种利用5G和人工智能技术，从海量的视频资源中智能筛选、编排和推送适合用户内容的服务。通过智慧编排，用户可以根据自己的喜好、兴趣、场景等，设计想要观看的视频内容，而不需要被动接受统一的节目安排。大小屏协同是一种利用5G的低时延和高可靠性，实现5G频道在不同屏幕之间互动的服务。通过大小屏协同，用户可以在家中通过大屏（如电视机）观看5G频道节目的同时，通过小屏（如手机、平板电脑等移动端）进行互动、评论和投票等，增加用户的参与感和沉浸感。

2.3 优化广播电视的资源分配

5G中的网络切片技术是一种将物理网络按需划分为多个逻辑网络的技术。每个逻辑网络可以根据不同的服务需求进行优化，从而更有效地分配和利用网络资源。在广播电视工程中，这意味着能够为不同的内容提供定制化的网络服务，满足不同的质量要求和用户体验。例如，直播体育赛事可能需要更大的带宽和更低的延迟，以保证画面的清晰度和实时性，而其他类型的内容，如点播电影或电视剧，则可能需要更高的可靠性和安全性，以防止数据丢失或被篡改。通过5G的网络切片技术，广播电视行业可以更灵活地满足不同内容类型的需求，提供更优质的服务。例如，华为公司和中国联通联合开展了5G网络切片在广播电视领域的创新应用，实现了4K超高清视频的实时传输和播放。通过5G网络切片技术，为4K视频提供了专用的网络资源，保证了视频的高清晰度和低延迟，同时节省了网络的总体资源消耗，提高了网络的效率和性能。这种技术的应用，为广播电视行业带来新的商业机会和用户价值，也为5G网络切片技术的推广和发展奠定了基础。

2.4 多角度体验

5G网络的迅速普及和发展为广播电视行业带来了全新的机遇和挑战。其高速数据传输和低延迟的特性为广播电视公司提供了独特的优势。通过充分利用5G网络的高带宽，广播电视公司能够在现场采用多摄像头布局，以捕捉多样的画面和角度，从而为观众提供更为丰富的视角和观看选项。这种技术使得观众能够根据个人兴趣和需求，灵活选择最适合自己的观看方式，为观看体验增添了灵活性。例如，在体育赛事等领域，多摄像头和多视角的技术展现了其卓越的实用性，观众可以自主选择所关注的视角，如追随某位运动员、聚焦某一关键动作或事件。这种个性化的选择权使得观众更深度地参与到比赛过程中，从而提升了他们的观赏乐趣和互动感。

2.5 5G智慧广电平台

5G智慧广电平台是5G在广播电视工程中的重要应用。借助5G、云计算、大数据和人工智能等技术，该平台构建了智慧化的生产、传播、服务和监管体系。通过该平台，广播电视媒体能够实现对传播效果的实时分析、热点事件的快速发现、内容创作的智能辅助以及舆情监测的智能预警等功能。这一平台不仅提高了广播电视媒体的传播力、引导力、影响力和公信力，而且推动了传统媒体与新媒体的深度融合。以中国移动云南分公司与昆明广播电视台合作建设的“5G+智慧广电”联合实验室为例，该实验室采用“连接+算力+能力”的模式，打造了“5G媒体资源聚合平台”“5G融播平台”和“云南数字企业服务平台”等三大平台，以及多个5G应用场景，如“5G大型赛事直播”“5G互动演播室”等。这些应用场景充分展示了5G智慧广电平台在广播电视工程中的重要作用，为广播电视行业的发展带来了新的机遇和挑战。