5G 網(wǎng)絡(luò)與廣播電視網(wǎng)絡(luò)融合研究

應(yīng)力強(qiáng)

（浙江郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 紹興 312366）

1 5G 網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)

5G 網(wǎng)絡(luò)相較于之前的移動通信技術(shù)，具備顯著的優(yōu)勢，為廣播電視網(wǎng)絡(luò)融合的建設(shè)和進(jìn)步提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。第一，5G網(wǎng)絡(luò)擁有超高的速度。5G 網(wǎng)絡(luò)的峰值速率能夠達(dá)到10 Gb·s-1，是4G 網(wǎng)絡(luò)速度的100 倍。這一特性使其能夠輕松應(yīng)對高清視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等大流量廣播電視應(yīng)用的需求，從而為用戶提供卓越的觀看體驗(yàn)和高品質(zhì)的感知。第二，5G 網(wǎng)絡(luò)具有極低的時(shí)延。其端到端時(shí)延可降低至1 ms，比4G 網(wǎng)絡(luò)快50 倍，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的廣播電視服務(wù)如直播、互動和遠(yuǎn)程控制等，大大增強(qiáng)了用戶的參與感和沉浸感。第三，5G 網(wǎng)絡(luò)具備出色的可靠性。它的可靠性是4G 網(wǎng)絡(luò)的10 倍，能夠確保廣播電視服務(wù)的穩(wěn)定性和安全性，顯著降低信號中斷、數(shù)據(jù)丟失和信息泄露的風(fēng)險(xiǎn)，從而得到更高的用戶信任度和滿意度。第四，5G 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了超高密度的連接。它的連接密度高達(dá)每平方千米100 萬個(gè)，是4G 網(wǎng)絡(luò)的100 倍。這種強(qiáng)大的連接能力支持海量的廣播電視終端和設(shè)備接入，包括智能手機(jī)、平板電腦、電視機(jī)、智能音箱和無人機(jī)等，極大地豐富了用戶的觀看選擇渠道[1]。

2 5G 關(guān)鍵技術(shù)的總體框架

5G 關(guān)鍵技術(shù)的總體框架包括無線傳輸、設(shè)備到設(shè)備（Device to Device，D2D）關(guān)鍵技術(shù)、機(jī)器到機(jī)器（Machine to Machine，M2M）接入網(wǎng)、超密集網(wǎng)絡(luò)、高頻通信和通信無線網(wǎng)絡(luò)等，如圖1 所示。這些技術(shù)都是為了實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速度、更低的延遲以及更可靠的安全性。其中，無線傳輸技術(shù)是實(shí)現(xiàn)5G 的關(guān)鍵技術(shù)之一，它通過使用更高的頻率來提高數(shù)據(jù)傳輸速度并減少干擾。D2D 技術(shù)也非常重要，它允許設(shè)備之間直接進(jìn)行通信，而不是通過中心節(jié)點(diǎn)，可以大大降低延遲，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。

圖1 5G 關(guān)鍵技術(shù)總體框架

3 廣播電視傳輸覆蓋分析

廣播電視傳輸覆蓋是指廣播電視信號通過各種傳輸方式覆蓋到用戶終端和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)廣播電視服務(wù)。廣播電視傳輸覆蓋的方式主要包括有線傳輸、無線傳輸和互聯(lián)網(wǎng)傳輸3 種方式。有線傳輸是指通過光纖、同軸電纜等有線介質(zhì)，將廣播電視信號從發(fā)射源傳輸?shù)接脩舻慕K端和設(shè)備，如有線電視、寬帶網(wǎng)絡(luò)等[2]。有線傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是信號質(zhì)量高、穩(wěn)定性好、干擾小，缺點(diǎn)是覆蓋范圍有限、成本高、靈活性差。無線傳輸指通過無線電波、衛(wèi)星等無線介質(zhì)，將廣播電視信號從發(fā)射源傳輸?shù)接脩舻慕K端和設(shè)備，如無線電視、衛(wèi)星電視、移動電視等。無線傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是覆蓋范圍廣、成本低、靈活性好，缺點(diǎn)是信號質(zhì)量低、穩(wěn)定性差、干擾大。互聯(lián)網(wǎng)傳輸是指通過網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP），將廣播電視信號從發(fā)射源傳輸?shù)接脩舻慕K端和設(shè)備，如網(wǎng)絡(luò)電視、視頻網(wǎng)站、視頻應(yīng)用等。互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是信號質(zhì)量可調(diào)、互動性強(qiáng)、個(gè)性化高，缺點(diǎn)是時(shí)延大、可靠性低、安全性差。5G 網(wǎng)絡(luò)與廣播電視網(wǎng)絡(luò)融合的目標(biāo)是有效整合和優(yōu)化以上3 種傳輸方式，實(shí)現(xiàn)廣播電視信號高效、可靠、智能、靈活的傳輸和覆蓋，滿足用戶的多樣化、多維度、多場景的廣播電視服務(wù)需求[3]。

4 5G 網(wǎng)絡(luò)與廣播電視網(wǎng)絡(luò)的融合

4.1 解決網(wǎng)絡(luò)融合架構(gòu)的合理方案

網(wǎng)絡(luò)整合是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)融合架構(gòu)的首要問題。首先，通過引入軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Networking，SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Functions Virtualization，NFV）等技術(shù)，可以構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一、高效的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。SDN 技術(shù)可以分離網(wǎng)絡(luò)的控制平面和數(shù)據(jù)平面，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的靈活配置和動態(tài)管理。而NFV 技術(shù)則可以將網(wǎng)絡(luò)功能以軟件的形式運(yùn)行在通用的硬件設(shè)備上，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營成本。隨著廣播電視內(nèi)容的不斷豐富和用戶需求的多樣化，如何高效地將內(nèi)容分發(fā)給用戶成為一個(gè)重要的挑戰(zhàn)。

其次，利用內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（Content Delivery Network，CDN）和邊緣計(jì)算等技術(shù)可以優(yōu)化內(nèi)容分發(fā)路徑，降低傳輸時(shí)延，加快用戶的訪問速度。CDN 技術(shù)可以在網(wǎng)絡(luò)邊緣部署緩存服務(wù)器，將熱門內(nèi)容緩存到離用戶更近的位置，減少內(nèi)容傳輸?shù)木嚯x和時(shí)間。而邊緣計(jì)算技術(shù)則可以將計(jì)算任務(wù)推送到網(wǎng)絡(luò)邊緣，降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t和帶寬消耗。

最后，建立統(tǒng)一的用戶身份認(rèn)證和管理機(jī)制是實(shí)現(xiàn)用戶管理的基礎(chǔ)。通過引入單點(diǎn)登錄、統(tǒng)一認(rèn)證等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)用戶在不同設(shè)備和服務(wù)間的無縫切換和個(gè)性化體驗(yàn)[4]。同時(shí)，需要建立完善的用戶權(quán)限管理體系，確保不同用戶能夠訪問到與其身份相符的內(nèi)容和服務(wù)。播電視服務(wù)涉及大量的用戶數(shù)據(jù)和敏感信息，一旦泄露或遭到攻擊，將對用戶隱私和社會安全造成嚴(yán)重影響。因此，必須通過加密傳輸、訪問控制、安全審計(jì)等手段，確保網(wǎng)絡(luò)融合的數(shù)據(jù)安全和服務(wù)穩(wěn)定性。加密傳輸可以保護(hù)數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性，防止數(shù)據(jù)被竊取或篡改。訪問控制可以限制不同用戶對數(shù)據(jù)和服務(wù)的訪問權(quán)限，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和操作。安全審計(jì)則可以對網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的安全事件進(jìn)行記錄和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并應(yīng)對潛在的安全威脅。

4.2 網(wǎng)絡(luò)融合架構(gòu)模型

在詳細(xì)分析超密集虛擬網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有的5G 系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)規(guī)范，構(gòu)建一個(gè)高度集成且具備可擴(kuò)展性的5G移動與廣播電視網(wǎng)絡(luò)融合架構(gòu)模型。該模型不僅考慮當(dāng)前的技術(shù)需求，還預(yù)見了未來技術(shù)的發(fā)展趨勢，確保架構(gòu)的先進(jìn)性和實(shí)用性。

4.2.1 基礎(chǔ)設(shè)施層

在基礎(chǔ)設(shè)施層，運(yùn)用多入多出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技術(shù)構(gòu)建高效、穩(wěn)定的5G通信網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)信號覆蓋與容量。MIMO 技術(shù)通過多天線傳輸，能夠顯著提高信號覆蓋范圍和系統(tǒng)容量，確保廣播電視服務(wù)在高速移動場景下也能夠保持穩(wěn)定的傳輸質(zhì)量[5]。同時(shí)，結(jié)合廣播電視網(wǎng)絡(luò)的物理層技術(shù)，如正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技術(shù)等，確保信號的可靠傳輸和高效利用。

4.2.2 網(wǎng)絡(luò)功能層

網(wǎng)絡(luò)功能層采用NFV 技術(shù)，將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能以軟件形式實(shí)現(xiàn)，并運(yùn)行在通用硬件上，大大降低了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的復(fù)雜性和成本，同時(shí)提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴(kuò)展性。通過應(yīng)用NFV 技術(shù)，可以快速部署和配置新的網(wǎng)絡(luò)功能，滿足不斷變化的業(yè)務(wù)需求。

4.2.3 內(nèi)容分發(fā)層

內(nèi)容分發(fā)層采用CDN 技術(shù)，通過在網(wǎng)絡(luò)邊緣部署緩存服務(wù)器，將熱門內(nèi)容緩存到離用戶更近的位置[6]。這樣可以顯著減少內(nèi)容傳輸?shù)难舆t和帶寬消耗，提高用戶訪問的速度，同時(shí)結(jié)合5G 網(wǎng)絡(luò)的高速率和低時(shí)延特性，確保廣播電視內(nèi)容能夠快速、流暢地傳輸?shù)接脩艚K端。

4.2.4 應(yīng)用服務(wù)層

在應(yīng)用服務(wù)層，運(yùn)用人工智能（Artificial Intelligence，AI）技術(shù)提供個(gè)性化的廣播電視服務(wù)。AI 技術(shù)可以分析用戶的歷史行為、喜好等信息，為用戶推薦符合其興趣的內(nèi)容。同時(shí)，結(jié)合5G 網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)互動特性，可以提供投票、評論等互動服務(wù)，增強(qiáng)用戶的參與感和體驗(yàn)。

4.2.5 用戶接口層

用戶接口層采用版本號為5 的超文本標(biāo)記語言（HyperText Markup Language，HTML）技術(shù)，構(gòu)建統(tǒng)一、跨平臺的用戶界面。HTML5 具有良好的兼容性和可擴(kuò)展性，能夠適配各種終端設(shè)備，提供一致的用戶體驗(yàn)。通過HTML5，可以方便用戶在不同設(shè)備上訪問廣播電視服務(wù)和其他應(yīng)用服務(wù)，實(shí)現(xiàn)無縫切換和交互。

4.2.6 安全保障層

安全保障層采用端到端加密技術(shù)，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性[7]。端到端加密能夠在數(shù)據(jù)從發(fā)送端到接收端的整個(gè)傳輸過程中進(jìn)行加密保護(hù)，防止數(shù)據(jù)被竊取或篡改。另外，結(jié)合訪問控制、安全審計(jì)等技術(shù)手段，構(gòu)建全面的網(wǎng)絡(luò)安全保障體系，確保網(wǎng)絡(luò)融合架構(gòu)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)安全。

5 結(jié)語

5G 網(wǎng)絡(luò)與廣播電視的融合，為傳統(tǒng)的廣播電視行業(yè)帶來重大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。在5G 高速率、低時(shí)延的支撐下，廣播電視實(shí)現(xiàn)了全媒體化、互動化和智能化，極大地改善了用戶體驗(yàn)。同時(shí)，這一融合也需要解決網(wǎng)絡(luò)整合、內(nèi)容分發(fā)、用戶管理和數(shù)據(jù)安全等問題。行業(yè)各方需要借鑒網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型，把握機(jī)遇，共同推動5G 與廣播電視網(wǎng)絡(luò)融合的發(fā)展，并積極應(yīng)對各種挑戰(zhàn)，以適應(yīng)未來的廣播電視形式。