5G 與廣播電視技術的融合

李尤佳

（曲靖市廣播電視臺，云南 曲靖 655000）

0 引言

隨著現代社會數字化元素被大量生產出來，越來越多的數據信息開始不斷嵌入人們的生活。為了高效利用這些信息，需要實現多元化通信技術的創新發展。5G 與廣播電視技術的全面融合，可以有效應對這種大通量信息的產生與傳輸。為此，研究廣播電視技術與5G 融合的過程，探討5G 與廣播電視技術融合的策略，有助于理清二者的發展輪廓，加速二者的融合。本文對此展開研究。

1 5G 的概念與特征

1.1 5G 的概念

5G 是第五代移動通信技術的簡稱。與4G 網絡相比，5G 具有顯著的差異性。5G 通信具有高速率信號傳輸、低延時信號傳遞和大通量信息發送等典型特征，是能夠實施數據大規模、瞬時傳輸的新一代移動網絡通信技術[1]。

目前，在5G 網絡下，信號延時時間可以縮短至1 ms。同時，其頻譜效率要比傳統的4G 時代長期演進（Long-Term Evolution，LTE）網絡系統高出3 倍以上[2]。5G 通信在連續廣域信號支撐下，用戶端最終能感受到的信號傳輸速率可以達到100 Mb·s-1[3]。由于5G 通信網絡信號具有低延時、高速度傳播的特征，且能夠容納大容量的信息要素，所以它在應對爆炸式數據增長時能夠平穩地接收和高效地輸出相關信息要素，為通信系統提供便捷、快速化的信號傳輸能力[4]。

1.2 5G 的特征

5G 的特征之一是使用了信息切片功能。5G 網絡中，經過信息切片的延伸，更多的信號通道被拓展，信息密度被提升，從而使信號傳輸速率大幅度提高[5]。

5G 在發展過程中還呈現高頻化特征。與以往的低頻信號相比，5G 通信系統中的信號頻譜更加密集，且波長伴隨著頻段的大幅度躍遷而越來越短[6]。

5G 具有顯著的波束賦形特征。原來非5G 時代的信息通信和信號傳輸都需要無線發射過程向著信號塔四周進行信號傳輸和散播。而5G 信號可以有效地使信息波朝著一個固定的方向傳輸，從而實現波束賦形，使自己能夠適應不同方向上用戶群體的信號使用頻率[7]。

目前，5G 在發展過程中已經使用了端到端直接通信（Device-to-Device，D2D）技術。在這一信號傳輸過程中，兩個用戶進行5G 通信時，可以實現端對端的信息傳輸，避免了以往信息調制的過程[8]。當前，我國5G 商用已經全面推開，中國電信已經獲得3 400 ～3 500 MHz 頻段，廣播電視系統也取得了5G 商用許可，可利用5G 開展融合化的廣播電視技術演進。

2 廣播電視5G 通信信號傳播過程

5G 通信傳輸系統中，核心的系統框架主要由5G 基站系統和5G 網絡傳輸系統構成?；鞠到y主要由信號接收器（如手機）以及信號發射臺（如基站）等組成，網絡系統主要由核心5G 網絡組成[9]。隨著5G 信號的觸發，核心網絡系統內部會產生信息信號并傳輸，大量的網絡信息信號經過基站的接收和定向發射，可以使各種信號接收端口（如手機）接收到高速度、大容量、低延時的5G 信號，從而完成整個5G 信號的傳輸[10]。整個過程如圖1 所示。

圖1 5G 通信傳輸系統信號過程

5G 信號傳輸系統與廣播電視系統實現組網結合，就形成了廣播電視5G 通信信號的傳播過程。以中央廣播電視總臺的5G 廣播電視系統為例，如圖2 所示，廣播電視信號進行5G 傳輸時，整個廣播演播室、辦公區等信息產生場所都會接入5G 信號網絡，由5G 核心網進行信息的接收。這些廣播電視信息經由5G 核心網傳輸到達廣播電視5G 傳輸分發平臺。5G 傳輸分發平臺通過一系列網際互連協議（Internet Protocol，IP）終端的IP 矩陣進行信號的集成制作與信號切換[11]。通過IP 終端的信號傳導，最終5G 信息經由廣播電視傳輸機制實現了信息傳播的內容呈現。

圖2 中央廣播電視總臺的5G 廣播電視系統運行機制

3 5G 與廣播電視技術融合的優勢

廣播電視5G 信號的發展能夠有效促進5G 與廣播電視技術的全面融合。二者的融合能夠實現信息的高集成度傳輸，這是二者融合的顯著性優勢之一。

首先，高集成性信號傳輸過程能夠產生高質量的廣播電視信號，確保廣播電視信號傳輸具有高清晰度、高音質和高畫質，能夠實現高密度的信息推送。高集成度的信息傳輸還能夠有效促進廣播電視實現信號的多碼分值、視頻、音頻信號的高密度壓縮和轉制，也能夠有效實現廣播電視信號的加密防偽處理[12]?？偠灾?，二者的全面融合，能夠有效地使廣播電視信號得到高質量保證。

其次，5G 與廣播電視技術全面融合，能夠有效地規避外界的干擾。由于在5G 通信信號傳輸過程中采用的是分布式信息網絡傳輸架構，這種信息傳播過程相比于傳統的信息通信過程有著更強的抗干擾性，能夠有效地使用濾波器過濾掉干擾性信號和其他雜質信號。

最后，5G 與廣播電視技術全面融合構建的新型廣電網絡系統有著更寬的帶寬，能夠實現各種信號接收終端的多路徑接入。如可以同時實現電視終端、平板電腦終端、手機終端等的信號接入，可以有效打破傳統的廣播電視信號傳輸、接收模式，改變以往只能由電視進行廣播電視網絡信號接收的狀態，進而可以實現最大范圍的廣播電視觀眾覆蓋，同時使更多觀眾多元化、自由地進行廣播電視網絡信號的選擇。事實上，正是由于5G 與廣播電視技術實施全面融合，形成的數字化廣播電視信號才代替了傳統的純模擬信號。該數字化廣播電視模擬信號將相關信息傳輸至編碼接收系統，隨后對這些編碼進行標準化統一，再送入前端編碼集合系統，實現直接的數字化信息傳輸過程，最終在解碼器的解碼下，廣播電視信號在終端顯示器上顯示出來。由于5G 大量使用微基站，基站體積大幅度縮減，便攜式的通信基站可以實現大范圍內海量微型5G 基站的部署，使得廣播電視信號的傳輸覆蓋范圍大幅度增加。

4 5G 與廣播電視技術的融合策略

4.1 優化5G 下的4K 超高清電視視頻編碼結構

5G 網絡下，4K 超高清電視技術開發應用需要特別注意對視頻編碼結構進行一定的調整。以5G為支持的4K 超高清電視編碼不同的組合方式會直接對4K 超高清視頻的壓縮率產生重大的影響。而壓縮率是確保超高清電視視頻信號清晰度的關鍵參數，視頻編碼結構還會對4K 超高清電視視頻信號的切割組合產生差異化的影響。因此，以5G 為支持的4K 超高清電視編碼結構可以采用四叉樹的編碼結構原理，實施視頻編碼的壓縮和遞歸計算，從而確保4K 超高清電視視頻信號單元塊不發生結構重組和變化，最終實現5G 下的廣播電視高清4K 信號生成。

4.2 基于5G 的數字化調音臺的集成式開發

基于5G 的數字化廣播電視系統的全面啟用，使得數字音頻技術不斷拓展自身的應用領域，擴大了廣播電視工程中數字化調音臺的應用范圍。實踐中，可以利用數字調音臺，以5G 下的數字化自動控制和精準識別、精準調制為基準，提高調音臺的頻率。一般需要將數字調音臺的固定頻率調制在0.025 ～30 kHz，要保障頻響的不均勻度小于2 dB，總的諧波失真小于0.015%。這樣5G 下的數字音頻技術將可以極大地擴展調音臺調音的精確度和調音的可選擇范圍。相對于傳統型的信號調音臺而言，5G 下的數字調音臺能夠滿足觀眾多樣化的數字信號調制需求，實現不同音頻信號遠距離傳輸時的精準接收，能夠很好地確保聲音信號的相互協調。

4.3 5G 下的數字信號接收開發

5G 下的數字音頻技術集成式開發應用，可以提升廣播電視工程中數字信號的接收能力。原來的數字音頻模擬信號傳輸與接收程序中，模擬信號在傳輸過程中會產生顯著的衰減，在音頻上限20 ～25 Hz 處，其衰減為0.7 ～0.9 dB，會導致其遇到其他信號干擾時可能出現信號失真、信息丟失。

對此，可以在廣播電視中使用5G+數字信號集成開發模式，嵌入數字信號音頻集成式開發的電路模型。這樣數字信號形成的音頻傳輸系統就能夠大大增強信號傳輸中的信息接收能力、信號抗干擾能力，從而實現廣播電視傳播信號與接收終端之間的信息匹配，提高數字信號信息承載效率，加大數字信號的脈沖強度。在音頻上限20 ～25 Hz 處，5G+數字信號僅衰減0.3 ～0.4 dB，故采用這種方法可提高數字音頻信號傳輸的效能。

4.4 加大5G 頻譜與廣播電視C 波段干擾處理

在5G 和廣播電視技術融合發展的過程中，為有效實現二者的高效率融合，需要切實有效地加強5G 頻譜與廣播電視C 波段的抗干擾處理。

目前，我國5G 通信網絡系統所使用的5G 頻譜與廣播電視系統中所使用的C 波段之間有著較好的融合性。所以在二者實現頻譜信號融合時能夠做到較好的融合。但是，由于廣播電視C 波段的信號內部往往夾雜著其他不穩定的信號源，會對5G 信號和廣播電視信號之間的融合產生干擾。這種干擾會導致廣播電視數字化信號在終端接收時產生頻閃或信號波動，導致接收到的視頻信號花屏、音頻信號失真。為此，需要全面強化5G 頻譜與廣播電視C 波段信號的抗干擾處理，可以同時在廣播電視網絡數字化通信系統中加入信號屏蔽網，對干擾性的信號進行識別，通過對屏蔽網的參數進行自動化調整，可以有效實現5G 廣播電視網絡信號的高質量輸出。另外，可以在廣播電視網絡信號接收系統中嵌入濾波器，實現高效的干擾信號過濾。

4.5 實現LTE 與eMBMS 的技術融合

目前，隨著移動視頻業務的全面擴張，廣播電視系統對于視頻類流量的渴求越來越強烈，移動終端視頻業務成為重要的廣播電視傳播信息。為此，在進一步促進5G 與廣播電視技術融合過程中，應當進一步加大LTE 與增強型多媒體廣播多播業務（evolved Multimedia Broadcast Multicast Service，eMBMS）的全面融合。在5G 通信基礎上，eMBMS在整個信號網絡架構上進行了容量擴容、技術升級和優化。使用eMBMS 技術嵌入到LTE 技術框架下，可以有效地減少廣播電視在移動終端、視頻業務、網絡信號拓展方面的發展成本，同時也優化了客戶的終端視頻感知體驗，使客戶能夠獲得更加清晰穩定的視頻傳輸信號。

當前，隨著我國在LTENGB-W 標準上持續投入，整個eMBMS 網絡架構的適應性會越來越強。中國聯通2019 年將LTE 主播平臺融合eMBMS 技術實施商業化應用，大幅度提升了廣播電視網絡信號傳輸效率，極大地優化了廣播電視網絡信號頻譜資源配置，使得廣播電視網絡信號傳輸質量得到明顯提升。下一步繼續推動LTE 技術與eMBMS 技術的拓展性創新，有助于實現更加高效化、穩健化的廣播電視網絡信號傳輸。

5 結語

隨著5G 的不斷開發，廣播電視技術的全面深化，二者之間的融合范圍進一步加大，融合領域越來越多。下一步，在做好二者各自技術創新發展的前提下，持續加大4K 超高清電視視頻編碼結構優化，實現數字信號的創新式開發，進一步優化5G 頻譜與廣播電視C 波段干擾處理，實現LTE 與eMBMS 技術的全面融合等，將是5G 與廣播電視技術全方面融合的重要方向，也是進一步實現5G 與廣播電視技術協調發展的重要渠道。