5G时代广播电视网络技术转型升级探析

摘要：随着信息技术的快速发展，传统广播电视网络技术面临传输率低、带宽小、设备集成度低、技术落后等挑战，难以满足现代社会需求。同时，还存在传输方式单一、信号覆盖盲区及安全隐患等问题。对此，5G NR广播技术应运而生，该技术基于第五代移动通信标准“New Radio”，利用5G网络特性，为广播电视提供高效、稳定的视频广播和信息服务。然而，5G NR广播电视网络技术的转型升级也面临多重挑战。本文研究深入探讨了5G NR广播的关键技术及其在广播电视网络技术转型升级中的应用，分析了面临的挑战，并提出相应优化建议，希望为其发展提供理论支持和实践指导。

关键词：5G NR广播；广播电视网络；技术转型升级

引言

当今信息化社会，随着移动互联网和物联网技术的普及，传统广播电视网络技术面临前所未有的挑战。传统的广播电视网络难以满足现代社会对高清视频、即时互动及多样化信息服务的需求[1]。在这一背景下，5G NR广播技术的出现为广播电视网络的转型升级提供了新的契机。作为第五代移动通信标准“New Radio”的重要组成部分，5G NR广播技术充分利用5G网络的高速率、大容量、低时延等特性，为广播电视提供了更为高效、稳定的视频广播和信息服务[2]。这一技术的引入，有望彻底改变广播电视网络的传输方式和服务模式，推动其向更高层次、更广领域发展。

然而，5G NR广播电视网络技术的转型升级也面临多重挑战。如何克服这些挑战，充分发挥5G NR广播技术的优势，推动广播电视网络的全面转型升级，成为当前研究的重要课题。本文研究旨在深入探讨5G NR广播的关键技术及其在广播电视网络技术转型升级中的应用，分析当前面临的挑战，并提出相应的优化建议。通过本文研究，期望能够为5G NR广播电视技术的发展提供理论支持和实践指导，推动广播电视行业的创新与发展。

1. 传统广播电视网络技术的局限性

传统广电传输技术多采用SDH系统，其首先存在传输率低、带宽小的问题，难以满足高清电视播放需求，与新兴媒体相比，在传输多路高清视频信号方面显得力不从心。其次，其设备集成度低、技术落后，不仅增加了故障风险和维护成本，还在技术升级和扩容方面存在困难，难以适应快速变化的环境[3]。再次，传统广电传输技术传输方式单一，主要通过无线电波和有线电波进行，存在信号覆盖盲区，而卫星传输虽具有覆盖面积大、传送距离远的优点，但仍难以满足所有用户的观看需求。最后，传统广电传输技术缺乏与观众的互动功能，限制了广电媒体的发展空间。此外，该技术还存在一定的安全隐患，可能受到不法分子的干扰，同时在极端天气或电磁环境复杂地区，其传输稳定性也可能受到影响。

2. 5G NR广播的关键技术与转型升级的必要性

2.1 5G NR广播的关键技术

5G NR广播技术是基于第五代移动通信“New Radio”的新型广播解决方案，利用5G网络特性为终端设备提供高效、稳定的视频广播和信息服务。该技术能无缝切换单播、组播和广播模式，灵活应对不同场景需求，提供个性化服务[4]。无论是新闻传播还是应急信息广播，5G NR广播技术都能提供优质传输服务，带来个性化和智能化的用户体验。5G NR广播的具体关键技术包括以下四个方面。

2.1.1 NOMA 技术

非正交多址接入（NOMA）技术是一种先进的无线通信技术，允许多用户在相同时间频率资源上并行通信，通过优化信号功率层级实现高速数据传输。在5G NR广播系统中，NOMA技术提升弱信道用户通信质量，同时确保强信道用户通信的可靠性和稳定性[5]。该技术还支持大规模设备接入，对物联网和大型公共活动尤为重要，满足多样化需求，展示其在未来通信技术中的重要地位。

2.1.2 波束成形技术

波束成形技术是一种关键无线通信技术，通过空间处理精准控制信号传播方向，提高接收质量与传输效率。该技术能集中信号能量，扩大覆盖范围，降低干扰和信号泄漏。在5G NR广播系统中，波束成形技术至关重要，支持定向传播，提高频谱利用率并优化用户体验。该技术还减少了基站间干扰，提升了网络性能，使广播系统能覆盖至乡村地区，满足现代化广播电视及多媒体服务需求。

2.1.3 MIMO技术

多入多出（MIMO）技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，利用多个发送和接收天线同时传输和接收多个数据信号。在5G NR广播系统中，MIMO技术通过空间复用增加数据传输路径，提高了网络的吞吐量和速度，并增强了信号在复杂环境中的健壮性，展示了在提高频谱效率方面的优势。该技术能更有效利用频谱资源，降低能量消耗和成本。随着5G技术发展，MIMO技术正逐步普及，将推动5G网络在高容量、高数据速率需求领域的应用部署。

2.1.4 网络切片技术

网络切片技术使运营商能在单一物理网络上构建多个可定制虚拟网络，满足特定业务需求，实现资源按需分配和灵活管理。在5G NR广播系统中，不同广播服务可在不同特性的网络切片上运行，以优化资源配置和提升服务质量。结合网络功能虚拟化（network functions virtualization，NFV），可实现网络的灵活管理与动态配置，紧急消息系统能迅速调整资源配置以适应紧急广播需求，提高紧急响应效率。

2.2 5G NR广播电视网络技术转型升级的必要性

5G NR广播电视网络技术转型升级的重要性，这主要因为其关键技术的，这些技术的应用带来了多方面的必要性分析。第一，NOMA和MIMO技术的融合显著提升了频谱效率与传输带宽，使得高清电视播放成为可能，从根本上解决了传统SDH系统传输率低、带宽小的问题。第二，5G NR广播技术的引入带来了新的发展机遇，推动了设备与技术的全面升级，提高了系统集成度，降低了故障风险与维护成本，使得广电行业更加便捷地适应快速变化的技术环境。第三，波束成形技术的运用极大地扩展了传输方式与覆盖范围，有效消除了信号盲区，结合MIMO技术进一步增强了信号的覆盖范围和传输质量。结合网络切片技术，5G NR广播技术还显著增强了互动性与用户体验，支持实时投票、弹幕评论等多元化互动功能，极大地提升了用户的参与度和满意度。第四，5G NR广播技术采用了先进的安全机制和抗干扰技术，结合网络切片技术的隔离性，全面提高了传输的安全性与稳定性，确保了节目的正常播出。

3. 5G NR广播电视网络技术转型升级案例分析及优化建议

3.1 案例分析

2021年，为深入探索和验证5G NR广播技术在商用场景下的系统性能与应用潜力，中国广播电视网络集团有限公司（以下简称“中国广电”）携手华为、中兴等领先的通信设备供应商，共同在北京五棵松体育中心成功举办了一场名为“相约北京”的冰球场地测试赛。此次测试赛不仅是对体育赛事现代化呈现方式的一次重要展示，更标志着全球范围内首次在真实的商用环境下，对5G NR广播技术的系统能力进行了全面而深入的验证与评估，为5G技术在广播电视及更广泛领域的深入应用奠定了坚实的基础[6]。

5G NR广播技术的核心优势在于其高效的数据传输能力和广泛的覆盖范围。在测试赛中，该技术充分利用大规模MIMO和高频段毫米波等关键技术，显著提高了数据传输速率和信号质量，为高清视频传输提供了坚实的基础。通过优化5G NR的网络切片技术，为不同的应用场景提供了定制化的网络服务，确保了每个用户都能获得最佳的观看体验。此外，与传统的单播传输相比，5G NR广播技术能够更有效地利用网络资源，实现大规模用户的同时接入和高清视频传输，从而验证了5G NR广播技术的组播和广播能力。在测试赛中，多机位拍摄的视频信号被实时传输至5G网络，并通过组播方式分发给场馆内的观众，使他们能够使用普通的5G手机或平板设备自由选择观看不同视角的直播内容，享受到了身临其境的观赛体验。

3.2 面临的挑战

5G NR广播电视网络技术作为一种前沿的通信技术，虽然在提升数据传输效率和媒体广播质量等方面显示出巨大的潜力，但在当前发展阶段也遭遇了多重挑战。

3.2.1 技术标准与兼容性

5G NR作为全球5G标准已在3GPP中立项，但实际应用时不同国家和地区存在标准和频段分配差异，给广电网络公司带来兼容性问题。同时，5G NR广播电视技术须适配市场上所有类型的5G通用终端，而终端设备的多样性和快速更新换代，导致确保所有终端在不同标准和频段下顺利接收并处理5G NR广播信号成为亟须解决的关键技术问题。

3.2.2 网络建设与部署

频谱资源的分配和获取是5G NR广播网络建设中的一大挑战。尽管中国广电在700MHz频段上取得了重要进展，但仍须努力高效利用这些资源，并确保与其他运营商的协调共存。此外，5G NR广播网络的建设不仅涉及无线基站的建设，还需要考虑与现有广播网络的融合，这无疑增加了网络建设和运维的复杂性。

3.2.3 技术实现与运维

5G NR广播技术融合了包括大规模MIMO、网络切片、边缘计算在内的多种先进技术，这些技术的实现和优化对技术能力提出了极高的要求。与传统广播网络相比，5G NR广播网络的运维更加复杂，需要实时监控和调整网络资源，以确保广播信号的稳定传输。此外，在超密集异构网络中，干扰问题更加突出。

3.2.4 安全与隐私

随着5G网络的快速发展，网络安全问题日益凸显，因此需要加强网络安全防护，确保广播信号在传输过程中的数据安全。同时，在提供广播服务时，还必须高度重视用户隐私保护问题，采取有效措施确保用户个人信息的安全。

3.3 优化建议

为推动5G NR广播电视技术的全面发展，实现其在全球范围内的广泛应用与深入渗透，必须从多维度进行系统性优化。

第一，在国际标准化合作层面，应积极推动各国际标准化组织之间的紧密协作，致力于制定更加统一、兼容且广泛认可的技术标准。此举旨在有效减少不同国家和地区间的技术差异，确保全球广电网络公司在标准制定过程中的积极参与，从而充分反映并满足其特定的技术需求与实际运营场景。同时，针对接收设备，须加大研发力度，开发具有广泛兼容性的5G NR广播电视接收设备，以适应并兼容市场上多样化的终端设备，确保用户能够无缝接入并享受高质量的广播电视服务。

第二，在网络建设与部署策略上，应注重频谱资源的高效利用，并通过持续的技术创新，进一步提高频谱使用效率，以应对日益增长的数据传输需求。加强与其他运营商之间的协调与合作机制，共同推进5G NR广播网络的建设与部署进程，同时注重与现有广播网络的深度融合，确保实现平滑的技术过渡与系统升级，使之对用户服务的影响最小化。

第三，加大技术研发投入是不可或缺的一环。应重点投资大规模MIMO、网络切片、边缘计算等先进技术，以提升技术实现能力与系统性能，为5G NR广播电视的创新发展提供坚实的技术支撑。同时，建立智能化的运维体系，利用人工智能与大数据技术，实现对网络资源的实时监控与动态调整，提升运维效率与服务质量。针对超密集异构网络中潜在的干扰问题，应深入研发有效的干扰协调与管理技术，以确保广播信号的稳定传输与高质量接收。

第四，在安全与隐私保护层面，必须高度重视并加强网络安全防护体系的建设。采用先进的加密技术与安全防护措施，确保广播信号传输过程中的数据安全，防止非法访问与数据泄露。同时，建立健全的用户隐私保护机制，明确用户个人信息的收集、使用与保护规范，增强用户信任。定期对系统进行全面的安全审计与漏洞扫描，及时发现并修复潜在的安全隐患，确保5G NR广播电视系统的稳健运行与用户数据的安全无忧。

结语

本文深入分析了传统广播电视网络技术的局限性，详细阐述了5G NR广播的关键技术，包括NOMA技术、波束成形技术、MIMO技术和网络切片技术，并探讨了这些技术如何推动广播电视网络技术的转型升级。本文以“相约北京”冰球场地测试赛为例，展示了5G NR广播技术在商用场景下的系统性能与应用潜力。5G NR广播电视网络技术在发展过程中仍面临技术标准与兼容性、网络建设与部署、技术实现与运维、安全与隐私保护等多重挑战。

未来，5G NR广播电视网络技术将持续发展完善。这一过程中须推动国际标准化合作，制定统一兼容标准，研发广泛兼容接收设备。此外，网络建设中须高效利用频谱资源，加强运营商间协调合作，实现平滑过渡升级。同时，加大先进技术研发投入，建立智能化运维体系，研发干扰协调管理技术，保障广播信号质量。在安全与隐私方面，须加强网络安全防护，建立用户隐私保护机制。这些努力有望推动5G NR广播电视网络技术更广泛应用和深入发展，提供优质、个性化、智能化服务。

参考文献：

[1]张津.5G通信技术在广播电视工程中的应用[J].电视技术，2023，47（10）：134-136.

[2]张齐.5GNR广播技术及应用[J].电视技术，2024，48（2）：199-201.

[3]杨柳青.5G NR技术在电视外场直播制作中的应用[J].电视技术，2024， 48（3）：90-92.

[4]东海.5G NR广播系统架构及相关应用场景研究[J].广播电视网络，2023， 30（10）：70-73.

[5]肖婧婷，张宇，胡军，等.5G NR广播增强技术研究[J].广播与电视技术，2023， 50（10）：23-30.

[6]首都广播电视.中国广电完成全球首个5G NR广播技术商用场景系统能力验证[EB/OL].（2021-11-12）[2024-07-28].https：//topics.gmw.cn/2021-11/12/content_35307541.htm.

作者简介：曲晓宁，硕士研究生，高级工程师，1375316890@qq.com，研究方向：广播电视网络技术。