5G 無線通信技術與廣電融合的應用研究

宋 杰

（中通服網盈科技有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

移動通信已經深刻改變了人們的生產、社會和學習方式的格局[1]。隨著數據流量的爆發式增長、設備接入數量的急劇增加、服務需求的激增以及新型使用場景的不斷涌現，5G 技術應運而生，成為第5代移動互聯網網絡[2]。

5G 技術的商用化標志著移動通信行業迎來一個新的革命性變革，數據傳輸速度快、時延低、安全等優勢，將會推動各個行業實現智能化、自動化進程，促進數字經濟與實體經濟的深度融合[3]。例如，在醫療領域，5G 技術可以支持遠程醫療與高難度手術，實現智能化醫療服務，大大提高了醫療服務的質量與便捷程度。在智能物流方面，5G 技術可以實現實時物流追蹤，讓物流更安全、快捷、高效[4]。同時，5G 技術的商業化將推動智能城市建設向前邁進，實現城市管理的自動化與智能化。由下調700 MHz 波段頻率利用計劃的通告可知，中國政府為了推動5G技術的發展，積極為相關產業進行政策扶持，從而打造具有全球競爭力的5G 產業生態系統[5]。廣電業和電信業的融合是數字時代的必然趨勢，優質內容可以成為5G 發展的重要資源，也可以為廣播電視行業注入新動能。總的來說，隨著5G 技術的商用化和發展，各行各業都將迎來新的機遇和挑戰，需要不斷創新、拓展應用場景，為數字化時代的發展提供新動力。

1 5G 網絡與廣電網絡融合的關鍵技術

在“四網融合”中，5G 網絡與廣播電視網絡的融合是一個重要組成部分，目的是將傳統的計算機網絡、物聯網、電信網和廣播電視網進行重新組合，建立新平臺[6]。這將推動我國廣播電視網絡的時代化發展，并為新服務和應用的開發提供豐富的機會，也有助于智慧城市應用和服務的部署。未來，隨著 5G技術的應用擴展到全國范圍，將在更大范圍內實現互聯互通，提升廣播電視網絡服務的質量和水平。

廣播電視網絡主要使用時分雙工（Time Division Duplexing，TDD）和頻分雙工（Frequency Division Duplexing，FDD）2 種技術，防止信號在傳輸過程中受到干擾。FDD 系統代表了1G 到4G 的技術。而我國所采用的TD-SCDMA 和TD-LTE 則屬于TDD 系統。時分雙工系統可在同一個頻帶上實現上行和下行傳輸，因此具有靈活性和效率高的優勢。頻分雙工系統則需要分配2 個不同的頻段，一般用于語音通信和長時間穩定的數據傳輸。隨著5G 技術的發展，TDD 系統在5G通信中被廣泛采用，以滿足高速數據傳輸的需求[7]。這2 種技術在信號傳輸過程中，由于發射和接收系統為實現信號穩定傳輸，造成了時域或頻域資源的損耗，同時增強移動寬帶（enhanced Mobile Broadband，eMBB）導致資源的浪費。

在5G 中，全雙工通信模式被廣泛采用。針對不同的業務需求，它靈活地協調上下行通信的信道資源，實現了合理的信道資源分配。以傳統語音通信為例，如果采用對稱的信道分配方式，上下行流量將占用相同的資源，而其他業務的信道需求可能不同，無法最大程度地利用信道資源。在5G 中，根據不同業務的特點，采用不同的上、下行通信信道分配方式，以最大限度地提高信道資源利用率。因此，靈活的全雙工模式可以根據業務需求調整信道分配，實現資源最大化利用其業務上下行流量對比，如表1 所示。

表1 各種業務上下行流量對比

文章提出了一種同時同頻雙工技術。同時同頻全雙工技術（Co-time Co-frequency Full Duplex，CCFD）是一項創新性的技術，可以實現將2 種信號處于同頻段，從而將頻譜效率提高一倍，為5G 通信提供更快、更高效的數據傳輸。這項技術需要克服雙工干擾（Duplex Interference，DI）的問題它由接收節點所產生的射頻干擾引起。這種干擾會造成接收端信號的不穩定，從而影響信號質量。為了解決這個問題，一些技術方案被提出來。例如，利用天線的數字干擾消除法或抑制法來減少信號的干擾，還可以通過實現發射端和接收端在極化方向形成正交，減少端口的功率等。這些方案可以有效地降低雙工干擾，從而提高5G 通信的性能和可靠性。CCFD 技術是5G 通信技術的一個重要方向，可以極大地提高頻譜效率，但需要克服雙工干擾等技術難題。通過不斷探索和創新，相信CCFD 技術在未來將會得到廣泛應用，并為人們帶來更加高效、可靠的通信體驗。CCFD 系統結構，如圖1 所示。

圖1 CCFD 系統結構圖

2 廣電5G 網絡規劃方案設計

中國廣播電視網絡的5G核心網絡建設采用“兩步走、三大價值、四S 核心網、五個原則”的方法。其中，“兩步走”指先部署NAS 搶占市場，然后逐步向SA 架構演進的分階段策略。“三大價值”是指滿足5G 對增強移動寬帶（enhanced Mobile Broadband，eMBB）、高可靠低時延通信（ultra-Reliable Low Latency Communication，uRLLC）和大規模機器類型通信（massive MachineType Communication，mMTC）的需求。“四S 核心網”包括網絡切片、基于服務的架構（Service Based Architecture，SBA）、控制面和用戶面分離（Control and User plane separation，CUPS）和無狀態架構[9]。盡管CBN 在5G 核心網建設方面起步較晚，但其長期專注于電視和有線寬帶服務，忽略了無線通信網絡建設，因此可以從其他運營商的經驗中學習，并跳過NAS 到SA 過渡步驟。因此，CBN 的5G 核心網可以實現獨立網模式，而不依賴于4G 核心網絡。

2.1 廣電5G 核心網的基礎設施建設

廣電依據 5G 核心網建設標準，從上至下完成基礎設施建設。

（1）實現高可用性和容災備份，其中每個大區建設2 個數據中心機房，以保證數據中心的物理容災。

（2）采用3 層架構和2 層解耦的設計，通過軟硬協同和多維容災保障來提高系統的可靠性和可用性。

（3）采用控制面的熱備容災技術，保證用戶數據的安全性。轉發面采用分布式部署的方案，可以根據需要進行下沉部署，實現了接口標準的成熟度、建設周期以及責任界面等方面的綜合考量。

廣電5G 核心網絡的基礎設施建設架構如圖2所示。

圖2 廣電5G 核心網絡基礎建設架構

2.2 廣電5G 核心網絡的網絡功能建設

廣電正在建設5G 核心網以滿足不斷增長的移動寬帶需求。為了提供更高效、靈活、可靠的網絡服務，廣電采用了“四 S 核心網”原則，包括網絡切片、服務化架構、控制面/用戶面分離和無狀態，旨在優化5G 核心網的功能和性能，提高網絡容量和速度。

（1）網絡切片是5G 核心網的關鍵技術，將網絡資源劃分為多個虛擬網絡，以提升網絡服務質量，如低時延、高可靠性、高帶寬等[10]。

（2）服務化架構將網絡功能模塊化、標準化和可重用化，以適應不同的業務場景和應用需求，提高網絡的靈活性和可擴展性。

（3）控制面/用戶面分離將核心網的控制層和數據層分開，提高了核心網的容錯能力和安全性，同時使控制層的升級和擴展更容易。

（4）無狀態要求核心網中的網絡節點不保存任何會話信息，從而提高網絡的可靠性和性能。

廣電的5G 核心網建設將采用現代化的設計理念和先進的技術手段以滿足用戶的多樣化需求。

3 結 論

移動通信技術經歷了科技的不斷發展和變遷。隨著信息隨時隨地都能獲取，萬物互聯已經不再是夢想。針對這一挑戰，總結移動通信發展歷程，以CCFD 關鍵技術為手段，對5G 核心網的基礎設施建設和網絡功能建設進行詳細研究和闡述。在5G 網絡的建設中，廣電行業需要充分考慮5G 技術的特點和優勢，采用先進的技術手段和架構，構建高效、穩定、安全及智能的5G 無線網絡。廣電行業在5G 網絡建設中需要采用創新的思路和方法，結合自身的特點和需求，積極應對挑戰，抓住機遇，構建高質量、智能化、特色化的5G 無線網絡，為用戶提供更好的網絡服務。