5G技術及其廣播電視應用前景的分析（上）

肖振華 杜艷紅 程宏 官健

【摘要】 隨著計算機技術和移動互聯網的迅猛發展，目前世界上的科技積累深厚的國家，都已經開始研究5G技術，期望在各類傳媒渠道中應用該項技術提高系統的運行效率。基于對5G技術原理和優勢的分析，本文提出了該項技術在廣播電視中的應用方式，并在此基礎上提出今后的廣播電視發展模式，讓5G技術在廣播電視中發揮應有優勢。

【關鍵詞】 5G 媒體融合 頻譜

2019年1月25日，習近平總書記在中共中央政治局第十二次集體學習時，深刻詮釋了“全媒體”的概念：“全媒體不斷發展，出現了全程媒體、全息媒體、全員媒體、全效媒體”。互聯網技術發展，重塑著媒體的產業形態，再造著用戶的心理和習慣，也重構著新聞的生產與風格。媒體界限此消彼融，時空覆蓋之全，受眾涵蓋之廣，生產主體之多樣，傳播渠道之多元，比以往任何一個時代的媒體圖景都更復雜。從傳播的角度看，互聯網的發明是繼文字、印刷術、電信技術之后的又一次革命，各種有形介質都數字化，實現了多種媒體技術的整合。

“全程”，突破了時空尺度，零時差、“五加二”、“白加黑”，傳播隨時隨地都可以發生；“全息”，突破了物理尺度，所有信息都可以變成數據，用一個手機就可以獲得；“全員”，突破了主體尺度，從“我說你聽”的一對多傳播，變成了多對多傳播，互動性也大大增強；“全效”，突破了功能尺度，集成了內容、信息、社交、服務等各種功能，成為“信息一條街”。這樣的全媒體，讓信息無處不在、無所不及、無人不用，導致輿論生態、媒體格局、傳播方式發生深刻變化。

中宣部強調要深入貫徹落實習近平總書記系列重要講話精神，堅定不移推進傳統媒體和新興媒體深度融合，不斷提高新聞輿論傳播力引導力影響力公信力。目前，我國移動新聞用戶已超過5億，占網民總數的70%以上。隨著5G、人工智能等技術的不斷演進，移動媒體必將進入加速發展的新階段。推動媒體融合發展，必須順應移動化大趨勢，強化移動優先意識，實施移動優先戰略。堅持移動優先戰略，打造融合發展生態圈。

一.5G的定義與技術特點

5G（5th-generation）是第五代移動通信技術的簡稱，但與4G、3G、2G不同的是，5G并不是獨立的、全新的無線接入技術，而是對現有無線接入技術（包括2G、3G、4G和WiFi）的技術演進，以及一些新增的補充性無線接入技術集成后解決方案的總稱。從某種程度上講，5G將是一個真正意義上的融合網絡。以融合和統一的標準，提供人與人、人與物以及物與物之間高速、安全和自由的聯通。

5G對社會經濟的拉動也不容小覷。中國信息通信研究院在2017年IMT—2020（5G）峰會上發布的《5G經濟社會影響白皮書》中預測，到2030年，在直接貢獻方面，5G將帶動的總產出、經濟增加值、就業機會分別為6.3萬億元、2.9萬億元和800萬個；在間接貢獻方面，5G將帶動的總產出、經濟增加值、就業機會分別為10.6萬億元、3.6萬億元和1150萬個。5G將全面構筑經濟社會數字化轉型的關鍵基礎設施，從線上到線下、從消費到生產，從平臺到生態，推動我國數字經濟發展邁上一個新的高度。

5G三大應用場景：eMBB：增強移動寬帶，顧名思義針對的是大流量移動寬帶業務；URLLC：超高可靠超低時延通信，例如無人駕駛等業務；mMTC：大連接物聯網，針對大規模物聯網業務（見圖1）。

從專業角度講，除了要滿足超高速的傳輸需求外，5G還需滿足超大帶寬、超高容量、超密站點、超可靠性、隨時隨地可接入性等要求。因此，通信界普遍認為，5G是一個廣帶化、泛在化、智能化、融合化、綠色節能的網絡。2G的是短信的時代，3G、4G是多媒體移動互聯網的時代，而5G會給萬物互聯帶來很多的機會。5G有高速率高容量低延時的特點，5G將會在未來隨著傳感、大數據、人工智能的發展，有力地推動工業級應用和消費級體驗的應用。5G具備比4G更高的性能，支持0.1～1Gb/s的用戶體驗速率，每平方公里一百萬的連接數密度，毫秒級的端到端時延，每平方公里數十Tb/s的流量密度，每小時500Km以上的移動性和數十Gb/s的峰值速率。圖1所示為5G與4G技術在一些技術指標的對比情況，而其中用戶體驗速率、時延和連接數密度為5G最基本的三個性能指標。

（1）高速率

據中國通信研究院發布的《5G經濟社會影響白皮書》指出，5G可以達到100Mb/s至1Gb/s的用戶體驗速率，是4G的10倍以上。而現實中，北京已經落成了國內首條5G精品參觀線路，全程約3.5公里，網絡帶寬約為200Mb/s。

（2）低時延

時延即數據傳輸時端到端的所需時間，傳統的3G技術時延是100ms，4G則是20～30ms，而5G的空口時延水平將降至1ms，相當于人眨眼時間的百分之一，膝跳反射所需時間的五十分之一。也就是說，理論上5G的數據傳輸水平甚至優于人的生理反應時間，幾乎可以做到實時反映。超低時延能夠極大改善傳播過程中人的體驗。

（3）大連接

據白皮書介紹，5G的連接數密度可達到100萬連接/平方公里，在同等頻譜資源條件下達到4G的50倍以上。3G和4G的使用場景中，常常出現因區域內連接人數過多而降低網速的情形，而5G的超大連接容量則可以在人員密度大、使用需求高的區域依然實現高速數據傳輸。

2018年6月14日，3GPP在美國舉行全體會議，正式批準凍結第五代移動通信技術標準（5G NR）獨立組網（SA）功能，即Rel-15標準的凍結。3GPP TSG RAN主席、諾基亞資深技術專家巴拉斯·伯尼（Balázs Bertényi）代表3GPP宣布，第五代移動通信技術標準（5G NR）獨立組網（SA）功能凍結。至此第一階段全功能完整版5G標準正式出臺，5G商用進入全面沖刺階段。來自全球的主要電信運營商、網絡設備商、終端和芯片廠商、互聯網公司和其它垂直行業公司等各方的數百名代表共同見證了這一歷史時刻。 按照3GPP規劃，5G標準分為NSA和SA（Standalone獨立組網）兩種。其中5G NSA組網是一種過渡方案，主要以提升熱點區域帶寬為主要目標，沒有獨立信令面，依托4G基站和核心網工作。Rel-15標準的凍結只是5G發展的第一步，3GPP將繼續努力對其進行完善，使其可以更好地滿足客戶和工業界的需求。中國企業在5G首個國際標準中作出了重要貢獻，其在大規模天線與波束賦形、新型多址技術、超密集組網、車聯網、信道編碼新型移動性管理、TDD動態幀結構、5G核心網絡架構、5G CU/DU架構設計等5G標準化領域處于國際領先水平，多項技術方案進入國際核心標準規范。3GPP還會陸續完成并發布后續版本的5G標準：R16、R17、R18等。巴拉斯·伯尼指出，R16的重點是確保滿足IMT-2020的所有需求，并不斷擴展5G的生態系統。“未來的5-10年，我們將致力于提升移動寬帶網絡效率，并且努力將更多的垂直行業納入5G生態系統”。

二.4G改變了生活，那么5G將改變社會

與4G時期相比，5G網絡服務具備更貼近用戶需求、定制化能力進一步提升、網絡與業務深度融合以及服務更友好等特征，其中代表性的網絡服務能力包括：網絡切片、移動邊緣計算、按需重構的移動網絡、以用戶為中心的無線接入網和網絡能力開放等。網絡切片是網絡功能虛擬化（NFV）應用于5G階段的關鍵特征。一個網絡切片將構成一個端到端的邏輯網絡，按切片需求方的需求靈活地提供一種或多種網絡服務。移動邊緣計算（MEC，Mobile Edge Computing）改變4G系統中網絡與業務分離的狀態，將業務平臺下沉到網絡邊緣，為移動用戶就近提供業務計算和數據緩存能力，實現網絡從接入管道向信息化服務使能平臺的關鍵跨越，是5G的代表性能力。

作為5G標準中的兩種組網方式，NSA（非獨立組網）和SA（獨立組網）。NSA（非獨立組網）是5G與4G LTE聯合組網，利用現有的4G設備基礎上進行5G網絡的部署；SA（獨立組網）則是新建5G網絡。目前看來運用現有的4G技術與5G聯合組網NSA（非獨立組網）可以更快的、更經濟的構建5G網絡。但因為SA（獨立組網）憑借其業務能力更強的特點還是會成為網絡演進的目標方案，成為物聯網、工業互聯網的網絡基礎和支撐，進而推動整個社會經濟的轉型升級。

5G技術距離正式大范圍推廣應用變得越來越近，不斷有支持5G技術的終端設備陸續上市。2019年7月23日，中興天機Axon 10 Pro 5G版預售通道正式開啟，并公布售價：4999元。這是國內首款公布價格并開啟預售的5G旗艦，有望成為國人的第一部5G手機。Axon 10 Pro 5G版搭載高通X50，支持中國移動n41頻段、中國電信和中國聯通n78頻段。Axon 10 Pro 5G版在中興通訊架構的5G NSA實驗網下，采用EN-DC技術，實現4G、5G頻段的數據聚合，可實現2Gb/s速率。

海思5G芯片支持NSA和SA組網方式，雙模的華為5G雙模手機Mate 20X 5G版拿到中國第一張編號為001的5G終端電信設備進網許可證。7月26日華為正式發布5G智能手機中唯一一款支持SA/NSA的5G雙模手機，同時向下兼容4G。中國聯通上海公司8月16日舉行華為Mate 20 X 5G版手機首銷儀式，購機可獲贈100GB 5G流量。此次開售的Mate 20 X5G搭載了業界首款7nm 5G雙模全網通芯片巴龍5000，于6月25日獲得國內首張5G終端電信設備進網許可證，同時還獲得了首張泰爾5G通信能力五星證書、首張GCF 5G能力認證證書。

正是因為5G技術擁有強大的技術優勢，使得人們從它身上看到了一些需求得以解決的可能。

（1）云業務的需求

目前云計算已經成為一種基礎的信息架構，基于云計算的業務也層出不窮，包括桌面云、游戲云、云存儲、云備份、云加速、云下載和云同步等，未來移動互聯網的基礎就是云計算。不同于傳統的業務模式，云計算的業務部署在云端，終端和云之間大量采用信令交互，信令的時延、海量的信令數據等，都對5G提出了巨大的挑戰。云業務要求5G需求端到端時延小于5ms，數據速率大于1Gb/s。

（2）虛擬現實的需求

虛擬現實（Virtual Reality，VR）是利用計算機模擬合成三維視覺、聽覺、嗅覺等感覺的技術，產生一個三維空間的虛擬世界，讓使用者擁有身臨其境的感受。要滿足虛擬現實和浸入式體驗，相應的視頻分辨率需要達到人眼的分辨率，網絡速度必須達到300Mb/s以上，端到端時延要小于5ms，移動小區吞吐量要大于10Gb/s，VR作為5G的殺手業務，要求5G網絡必須滿足這些業務指標需求。

（3）高清視頻的需求

現在高清視頻已經成為人們的基本需求，4K視頻或將成為5G網絡的標配業務。不僅如此，保證用戶在任何地方都可以欣賞到高清視頻，即移動用戶隨時隨地就能在線獲得超高速的、端到端的通信速率，是5G面臨的更大挑戰。

（4）物聯網的需求

5G之前的移動通信是一種以人為中心的通信；而5G將圍繞人和周圍的事物，是一種萬物互聯的通信。5G需要考慮IoT（Internet of Thing）業務，IoT帶來海量的數據連接，5G對海量傳感設備及機器與機器通信（Machine to Machine，M2M；Machine Type Communication，MTC）的支撐能力將成為系統設計的重要指標之一。

M2M的5G需求被劃分為Massive MTC和Critical MTC兩類，其中前者定位于滿足海量數據連接，后者定位于高可靠、低時延的M2M業務的通信。低時延是電子醫療、自動駕駛等遠程精確控制類應用成功的關鍵。在5G網絡中，時延將從4G的50ms縮短到1ms。以自動駕駛汽車為例，速度為60km/h的汽車在50ms時延內將開出約1m遠；如果為1ms，則車輛移動距離僅為1.6cm，安全性將大大提高。

5G不是簡單的4G演進范疇，而是萬物互聯網背景下，移動通信網絡（CT）與移動互聯網（IT）及物聯網在技術和業務層面的深入融合。除了增強移動寬帶之外，5G在物聯網等增強場景有著廣泛的空間（如圖2所示）。但在具體應用推進上，5G將與4G長期共存，與WIFI及有線寬帶更多是互補關系。

三.5G頻譜

在目前3GPP定義的頻率范圍分為FR1和FR2。FR1和FR2的具體范圍如表1所示。

FR1就是通常說的sub 6GHz，這部分將是5G當前的主流應用范圍。頻率越低，覆蓋能力越強，穿透能力越好，但目前很多頻段已經在之前的網絡中使用，各國使用狀況不同，目前3.5GHz是5G應用較廣泛的頻譜。FR2范圍主要是高頻，就是通常說的毫米波，穿透能力較弱，但帶寬十分充足，且沒有什么干擾源，頻譜干凈，未來的應用也十分廣泛。因此如何統籌分配利用好各頻段的頻譜就變得十分重要。

了解5G技術的頻譜，可以先從一個公式入手——c=λν。C是光速，是個固定值，真空中光速理論值是每秒3*10^8米/秒，λ是波長，ν是頻率。無線通信就是利用電磁波進行通信，電波和光波都屬于電磁波，而電磁波的功能特性是由它的頻率決定的，不同頻率的電磁波有不同的屬性特點，利用它們各自的特點可以實現不同的用途。例如高頻的γ射線，具有很大的殺傷力，可以用來治療腫瘤。當前通信所用的頻段主要在3GHz以下，頻譜資源十分擁擠，可用帶寬有限，而高頻段可用頻譜資源豐富（在3～300GHz約有252GHz可用頻段），能夠有效緩解頻譜資源緊張的現狀，當頻段在30GHz到300GHz時用上述公式換算可知此時的波長范圍已在1mm到10mm之間，稱之為毫米波。

此前，美國已經釋放了可以以技術中立基礎進行使用的頻譜（2018年底T-Mobile和諾基亞合作，在華盛頓州完成了世界上第一個600MHz頻譜的5G數據傳輸，證明低頻電波可在單個塔內提供數百平方英里的5G覆蓋），確定了可以使用2.5GHz頻段，28GHz（27.5-28.35GHz）和39GHz（37-40 GHz）頻段用于5G服務。巴西、哥倫比亞、薩爾瓦多、墨西哥都在計劃拍賣、分配適用于5G服務的頻譜。歐洲地區大部分都使用3.5GHz頻段，以及700MHz、26GHz。其中一些歐洲國家已經完成了頻譜的拍賣和分配，其余國家也處于正在籌備的過程之中。

在亞太地區已經確定了5G頻譜拍賣、分配的國家有澳大利亞、中國、香港地區、馬來西亞、日本和韓國。2018年6月，韓國完成了3.42-3.7GHz和26.5-28.9GHz頻段的5G拍賣，并已在3.5G頻段商用。

在國內，2019年6月6日，已明確分配了給三大運營商的5G頻譜：中國電信獲得3400MHz-3500MHz共100MHz帶寬的5G頻率資源；中國移動獲得2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz頻段的共260MHz帶寬5G頻率資源，其中2515-2575MHz、2635-2675MHz和4800-4900MHz頻段為新增頻段，2575-2635MHz頻段為中國移動現有的TD-LTE（4G）頻段；中國聯通獲得3500MHz-3600MHz共100MHz帶寬的5G頻率資源。中國廣電，手握700MHz 5G頻率資源，在4.9GHz也獲得頻譜。中國廣電手握700MHz頻段一直以來被看做是發展移動通信的黃金頻段，其具有信號傳播損耗低、覆蓋廣、穿透力強、組網成本低等優勢特性，作為5G的底層網絡，用作廣覆蓋是非常合適的。

中國移動、中國電信、中國聯通、中國廣電這4家運營商的發證日期為2019年6月5日，中國廣電的有效期截止時間為2026年4月12日，但另外3家運營商的有效期截止時間均為2029年1月6日（在注冊資本方面，三大電信運營商都是千億級別，中國廣電為45億元，差距確實比較大）。

（未完待續）