5G時代廣播電視無線發射技術淺論

周嘉煒

（作者單位：江西省七〇七電視臺）

信息產業對世界的發展有巨大的推動作用，就目前來說，第五代移動通信技術（5th Generation Mobile Communication Technology，5G）已經成為全面建設信息化社會的基本技術手段，并廣泛應用于各個行業和領域。同時，5G技術的發展和應用創新有助于推動國家信息化社會建設，為廣播電視無線發射技術的更新換代提供了強有力的技術支持。目前，我國的5G通信技術已經取得了非常大的進步，在一些領域達到世界領先水平，這為優化廣播電視無線發射技術提供了重要的技術保障，為我國廣播電視產業的創新發展奠定了堅實的技術基礎[1]。

1 基于5G技術的廣播電視無線發射體系技術架構

基于5G技術的應用，可以對廣播電視無線發射體系技術架構進行重新設計，使其在性能和功能上得到更大提升，并實現對單項廣播、功能設計、應用場景分析等的優化與完善。我國廣播電視無線發射技術的一個重要拓展方向，就是針對移動終端進行節目內容的傳輸。通過將5G技術引入廣播電視無線發射體系，集成整合多種通信技術，形成綜合優化方案，隨著相關測試的成功，5G技術的應用也成為廣播電視無線發射體系重要的技術創新發展方向，得到業界的高度重視[2]。

1.1 基于5G技術的廣播電視技術架構設計

因為5G技術在通信中體現出的巨大優勢，所以在廣播電視技術領域引入5G技術是必然的選擇。本文對5G廣播電視系統的具體應用進行具體分析，為達到應用要求，在技術設計中選擇在通用網元中增加3個網元，即組播協調實體（Multicast coordination entity，MCE）、廣播組播業務中心（Broadcast Multicast Business Center，BM-SC）、多媒體廣播組播業務網關（Multimedia broadcast and multicast service gateway，MBMS GW）。上述設計的目的是為增強多媒體廣播多播業務（Multimedia Broadcast Multicast Service，MBMS）提供更有效的支持，具體作用體現在以下幾個方面：

第一，MCE負責向增強多媒體廣播多播業務（Enhanced Multimedia Broadcast Multicast Service，E-MBMA）完成時域和頻域資源的分配，還要針對無線信道確定其調制方法和編碼方式，MCE一方面屬于獨立實體，可以完成設定功能；另一方面作為基站邏輯實體發揮其邏輯處理功能。

第二，BM-SC可以負責系統與用戶相關的多項管理功能，具體包括用戶管理、安全管理、業務聲明、會話傳輸、內容同步等內容。

第三，MBMS GW負責基于網際互連協議組播流形式將用戶面數據向基站進行傳輸，同時利用移動管理節點（Mobile management node）處理一些控制信息和指令，這些信息和指令與接入網內的MBMS會話直接相關。MBMS-GW不但支持單頻網組網方式，也支持小區廣播組網模式，這使得5G廣播電視技術架構得以充分實現（見圖1）。

圖1 5G廣播電視技術架構設計示意圖

1.2 廣播電視無線發射系統功能模塊設計功能分析

在應用5G技術對廣播電視無線發射系統功能模塊進行設計時，需要注意系統網絡用戶及其控制體系間不存在直接聯系，二者相對處于分離狀態。因此，在具體設計時對于用戶平面的設計主要基于網絡定義程序軟件來實現，這些用戶所需功能從本質上來說還是要借助網絡資源，通過虛擬化方式將其進行平面化處理。對于系統控制功能的設計，重點在于將虛擬化的網絡資源與實際發射業務相結合，提供包括數字化媒體信息內容發射相關的解碼功能。具體功能模塊設計包括三個部分（見圖2）：

圖2 5G技術的廣播電視無線發射系統功能模塊

一是設備監測模塊。設備監測模塊包括采集發射設備的天線角度、播出頻率、發射和反射功率、主備切換狀態等內容。在廣播電視無線發射系統中，采用5G技術的設備監測模塊主要是對系統中各設備的工作狀態進行實時監測。為完成設定監測功能，該模塊會連接數據庫服務器以獲取各設備工作參數，將相關信息直接傳輸給控制模塊，并對比數據庫服務器中正常閾值范圍內的工作參數。如果所采集的數據不在設定值范圍，設備監測模塊會以畫面形式進行報警，同時記錄相關信息。設備監測模塊還可以對系統的固態功率放大器工作狀態參數進行采集，所采集信息內容包括輸入/輸出功率和系統增益等信息內容。設備監測模塊按照規定數據對系統增益進行自動調節，進而可以對無線發射系統的輸出功率及其輸出頻率等指標進行有效控制。

二是設備控制模塊。設備控制模塊是完成對所有無線發射系統設備管理控制的功能單元，具體實施各種控制指令的發送和對接收的狀態信息進行處理等任務，同時還要執行設備監控畫面和工作狀態數據的實時顯示功能。當5G無線發射系統某設備發出報警信號時，設備控制模塊要將相關故障信息實時準確顯示，使值班人員和技術人員第一時間了解故障信息。如果這些故障問題能夠通過軟件自動處理，則由設備控制模塊自動對設備參數進行調整，有效處理此類故障，同時通過調節參數將故障范圍限定在一定設備單元內，避免產生更大的損壞。

三是日常管理模塊。廣播電視無線發射系統日常管理模塊的主要功能是對獲取的信息數據進行必要的管理，包括對系統數據庫內的設備狀態信息進行實時動態更新，利用監控系統將匯總表信息輸出打印，整理完成后生成相應的報表。這些報表能夠顯示系統整體工作情況，可以長期存檔，為系統的檢修維護和設備管理提供依據。日常管理模塊還可以提供檢索功能，用戶可以按時間或其他條件信息對所有設備不同時間段的運行狀態進行查詢，了解相關情況。為了讓系統應用管理更加便捷高效，日常管理模塊設計了很多輔助功能，包括系統設置和操作日志管理等，這對用戶使用系統有很大的幫助。

相比4G等通信技術在廣播電視無線發射系統中的應用，5G技術的應用場景有更充分的拓展，其技術優勢主要體現在三個方面：業務、終端及環境。這三個要素可以建構比較全面的用戶應用場景。用戶終端設備對于應用場景的設置需要考慮的因素主要有兩個方面：一是屏幕的大小；二是移動能力。基于此，用戶終端設備可以描述為小屏移動終端設備和大屏固定終端設備，小屏移動終端設備以智能手機、車載移動終端設備、便攜式電腦等類型設備為主；而大屏固定終端設備則主要是家庭等室內使用的電視、電腦等設備。室內、室外應用環境的差異、移動速度、平穩度的變化，都會對5G廣播電視無線發射系統的工作狀態造成影響，如系統交互能力、對數據流向的控制、信息內容的解析度等，因此，具體應用場景的業務內容也要有相應的設計。5G技術對廣播電視系統的服務功能可以起到強化和完善的作用，其服務質量的提升體現在五個方面：內容交互、視頻點播、個性化內容、線性視頻廣播、高解析度內容。5G網絡在單向廣播和雙向通信方式都實現了充分優化，無線網絡應用達到了前所未有的高效性，通過網絡流量能夠實現廣播電視無線發射系統內容的無縫切換[3]。

2 我國5G通信技術在廣播電視產業中的應用

廣播電視無線發射系統對無線通信技術有非常高的標準要求，就目前的通信技術發展水平而言，5G技術在我國的廣播電視無線發射系統中有著巨大的應用發展空間。

2.1 技術應用基礎

近些年來，關于5G通信技術的研發和應用創新，已經成為世界范圍內最重要的通信技術競爭，而我國華為公司在5G技術領域的重要突破，更是為我國信息產業提高全球范圍內的競爭力提供巨大契機。5G技術不僅是一種技術，更是一整套技術運用體系，能夠對相關產業產生無法估量的巨大動力。就廣播電視無線發射技術而言，5G技術具有極大的優勢。相比4G通信技術，5G通信在廣播/組播傳輸方面可以實現非常大的拓展，將相同信息內容提供給多用戶設備，其傳輸機制更加高效。5G技術可以保障用戶實現高速接入速率，在廣播傳輸方式中也能夠表現出良好的應用適應性，同時可以支持向多用戶提供信息服務或程序下載及使用[4]。

總的來說，5G技術的運用更加靈活、開放，其創新發展可以體現在多個領域，充分保障了垂直行業的多樣化應用需求。從廣播電視技術具體應用領域來看，5G技術的應用主要表現在三個方面：媒體娛樂、應急廣播、車聯網和物聯網[5]。

運用5G技術，廣播電視技術的視聽內容和服務分發方面得到顯著加強，尤其是對現場直播等活動的支持，采用多種高質量的互動模式，可以達到前所未有的流暢程度。5G廣播電視網絡有效覆蓋更廣闊區域，甚至擴大到全國，推動了廣播電視產業的發展。在廣播電視射頻技術方面，要實現各種高質量、沉浸式的音視頻內容的推出和普及，如超高清（Ultra High Definition，UHD）、三維圖形（Three Dimensional，3D）、虛擬現實（Virtual Reality，VR）和增強現實（Augmented Reality，AR）等服務內容，只有充分利用5G技術才可以高質量傳輸這些視頻內容，保證廣播電視發射技術的應用質量和效率。

2.2 我國5G技術研發和應用現狀

5G技術在其技術范疇內也涵蓋了無線接入技術等內容，同時還有屬于新增補充性的無線接入技術。從實際應用角度看，5G技術實現了真正的融合，將人與物之間的聯系變得更加充分、安全、高速、高效和自由。借助5G技術，用戶能夠更加高效利用互聯網資源，同時還可以獲得物聯網等系統提供的服務。智能互聯的實現，極大地提升了5G技術的利用質量，拓展了其應用領域。

在5G技術研究過程中，我國華為公司率先完成核心網功能與業務流程測試，實際通過率高達100%。這一測試對于我國5G技術的研發具有非常重要的意義，對5G技術應用部署有著非常關鍵的作用。對比4G技術和5G技術，4G的主要技術內容為4G/LTE，其峰值傳輸速率約100 Mbps，該速率在5G網絡中可以達到10 Gbps。5G不但在超高速傳輸方面表現優異，同時在超大帶寬、超密站點、超高容量、超可靠性、隨時隨地可接入性等方面更有突出表現。5G技術可以用于4K通信、VR/AR、物聯網等領域，對促進4K高速傳輸的全面普及和研發8K通信傳輸而言是極為關鍵的技術基礎。這些技術應用對于圖像質量、數據量和流暢度的提升有著非常重要的作用。

我國目前廣播電視無線通信網絡中，主要采取雙向通信模式，這也是5G技術得到充分應用的一個重要條件，使其可以在單向廣播體系中發揮應有的作用。在雙向通信模式中，信道資源能夠根據實際需求情況合理調度使用，借助這一特點，5G技術可以和廣播電視的無線發射系統形成深度的融合。從目前我國廣電系統建設情況來看，發射塔高度和發射頻率的選擇會對單向廣播發射性能產生一些影響。為最大限度降低這些負面影響，單向廣播基站間距一般都設置在10 km范圍內。

近些年來，我國加大廣播電視網絡基礎設施建設，無線網絡信號所覆蓋的面積已經達到非常高的水平，但某種程度上也會對無線信號的回傳能力產生一定的影響，這就對系統的處理能力提出了更高的要求。5G技術不但能夠提高無線信號的傳輸速率，而且能夠增強信號的失真度和穩定性。這為廣播電視無線發射技術提供了更加完善和高效的個性化服務。在廣播電視無線發射技術的構架設計上，應當充分發揮5G技術的優勢，為廣播電視信號的傳播質量提供有力保障。

3 我國廣播電視無線發射5G技術的發展展望

5G技術研發和應用是我國廣播電視無線發射技術的巨大發展契機。隨著5G技術在該系統中應用程度的深入，其技術應用水平也得到較大程度提升，基于5G技術的各種系統服務能夠獲得全面優化和完善。就目前可預見的創新發展藍圖而言，包括虛擬現實技術、增強現實技術、移動視頻技術等，都可以成為廣播電視系統的新業務范疇，推動廣播電視網絡的建設。而傳統的廣電業務，包括視頻、音頻等媒體資源業務，可以借助5G強化服務后的網絡支持獲得快速發展，尤其是與移動互聯網絡的共享兼容，為廣播電視網絡提供了更大的發展空間。如果不使用5G技術，只依靠增加帶寬來完成這些業務的拓展，是很難成功的。因此，最有效的方式還是將廣播傳輸模式通過5G技術進行強化，從而解決上述問題[6]。

近年來，我國加大了5G廣播電視發射系統建設，相關業務領域取得較為快速的發展，廣播電視業務用戶大量增加。基于規模效應帶來的成本控制優勢，使得廣播電視網絡業務獲得更大的發展。5G技術將多種信息技術與實際廣播電視網絡業務進行充分融合，形成更具市場競爭力的網絡服務體系。其技術優勢體現在用戶的多樣化終端和全方位傳輸覆蓋方式上，并能夠使訪問方式更靈活，服務內容更豐富，同時還可以根據應用場景的變化對業務模式進行調整，形成具有一定智能化功能的網絡系統。我國廣播電視網絡在未來的發展要充分利用5G技術，對內容、網絡、終端資源的潛力進行挖掘，結合大數據和云計算等科技手段，完成智能分析和對用戶喜好與行為的預測，為用戶提供個性化服務。5G時代的廣播電視網絡，不僅僅是對各種音視頻進行簡單傳輸的渠道，更應該成為可支持全方位業務傳輸的IP化運營服務網絡體系。

4 結語

5G技術對于信息時代的發展起到了極大的推動作用，在各個生產生活領域，都產生了極大的影響。對于廣播電視無線發射系統來說，引入5G技術對無線發射技術進行優化和完善，能夠有效提高信號的傳輸效率和傳輸質量。相比之前的各種無線傳輸技術，5G技術在廣播電視無線發射技術應用方面的優勢顯而易見。采用5G技術對廣播電視無線發射系統進行技術升級和改造，可以對整個系統的功能進行強化，實現更高質量的廣播電視系統服務功能。