5G在广播电视中的应用

5G在广播电视中的应用

摘要：目前世界上的科技积累深厚的国家，都已经开始研究5G技术，期望在各类传媒渠道中应用该项技术提高系统的运行效率。基于对5G技术原理和优势的分析，本文提出了该项技术在广播电视中的应用方式，并在此基础上提出今后的广播电视发展模式，让5G技术在广播电视中发挥应有优势。

关键词：5G技术;广播电视;技术应用和发展

Application of 5G in Broadcast Television

Abstract:At present， countries with profound accumulation of science and technology in the world have begun to study 5G technology， hoping to apply this technology in various media channels to improve the operational efficiency of the system. Based on the analysis of the principle and advantages of 5G technology， this paper puts forward the application mode of 5G technology in radio and television， and puts forward the development mode of radio and television in the future， so that 5G technology can play its due advantages in radio and television.

Key words: 5G technology; radio and television; technology application and development

目录

一、5G移动网络概述 1
（一）5G移动网络的基本概念 1
（二）5G移动网络的发展背景 1
（三）5G移动网络的发展历程 2
二、5G移动网络的网络特点 3
三、5G移动通讯网络的关键技术分析 4
四、5G技术应用领域 5
五、5G技术在广播电视中的应用方式 5
六、5G技术在广播电视中的未来发展方向 6
七、小结 7

在我国移动网络最初的发展过程中，4G网络是我国移动网络发展的重要基础，随着移动通信技术和互联网科技革命的发展，在现代社会发展中，5G网络在现代移动网络发展中凸显出日益重要的作用，将会是改变产业结构乃至社会结构模式的关键技术应用。随着这一技术的发展，世界各国在移动网络通信技术上也开始将重点聚焦于5G网络发展，作为拥有约12.7亿手机网民的大国，移动网络的发展更是举足轻重。

一、5G移动网络概述
（一）5G移动网络的基本概念
5G移动网络与早期的2G、3G和4G移动网络一样，5G网络是数字蜂窝网络，在这种网络中，供应商覆盖的服务区域被划分为许多被称为蜂窝的小地理区域。表示声音和图像的模拟信号在手机中被数字化，由模数转换器转换并作为比特流传输。蜂窝中的所有5G无线设备通过无线电波与蜂窝中的本地天线阵和低功率自动收发器（发射机和接收机）进行通信。收发器从公共频率池分配频道，这些频道在地理上分离的蜂窝中可以重复使用。本地天线通过高带宽光纤或无线回程连接与电话网络和互联网连接。与现有的手机一样，当用户从一个蜂窝穿越到另一个蜂窝时，他们的移动设备将自动“切换”到新蜂窝中的天线。
5G网络的主要优势在于，数据传输速率远远高于以前的蜂窝网络，最高可达10Gbit/s，比当前的有线互联网要快，比先前的4G LTE蜂窝网络快100倍。另一个优点是较低的网络延迟（更快的响应时间），低于1毫秒，而4G为30-70毫秒。由于数据传输更快，5G网络将不仅仅为手机提供服务，而且还将成为一般性的家庭和办公网络提供商，与有线网络提供商竞争。以前的蜂窝网络提供了适用于手机的低数据率互联网接入，但是一个手机发射塔不能经济地提供足够的带宽作为家用计算机的一般互联网供应商。
（二）5G移动网络的发展背景
近年来，第五代移动通信系统5G已经成为通信业和学术界探讨的热点。5G的发展主要有两个驱动力。一方面以长期演进技术为代表的第四代移动通信系统4G已全面商用，对下一代技术的讨论提上日程；另一方面，移动数据的需求爆炸式增长，现有移动通信系统难以满足未来需求，急需研发新一代5G系统。
5G的发展也来自于对移动数据日益增长的需求。随着移动互联网的发展，越来越多的设备接入到移动网络中，新的服务和应用层出不穷，全球移动宽带用户在2018年有望达到90亿，到2020年，预计移动通信网络的容量需要在当前的网络容量上增长1000倍。移动数据流量的暴涨将给网络带来严峻的挑战。首先，如果按照当前移动通信网络发展，容量难以支持千倍流量的增长，网络能耗和比特成本难以承受；其次，流量增长必然带来对频谱的进一步需求，而移动通信频谱稀缺，可用频谱呈大跨度、碎片化分布，难以实现频谱的高效使用；此外，要提升网络容量，必须智能高效利用网络资源，例如针对业务和用户的个性进行智能优化，但这方面的能力不足；最后，未来网络必然是一个多网并存的异构移动网络，要提升网络容量，必须解决高效管理各个网络，简化互操作，增强用户体验的问题。为了解决上述挑战，满足日益增长的移动流量需求，亟需发展新一代5G移动通信网络。
（三）5G移动网络的发展历程
2013年2月，欧盟宣布，将拨款5000万欧元。加快5G移动技术的发展，计划到2020年推出成熟的标准。
2013年5月13日，韩国三星电子有限公司宣布，已成功开发第5代移动通信（5G）的核心技术，这一技术预计将于2020年开始推向商业化。该技术可在28GHz超高频段以每秒1Gbps以上的速度传送数据，且最长传送距离可达2公里。相比之下，当前的第四代长期演进（4GLTE）服务的传输速率仅为75Mbps。而此前这一传输瓶颈被业界普遍认为是一个技术难题，而三星电子则利用64个天线单元的自适应阵列传输技术破解了这一难题。与韩国4G技术的传送速度相比，5G技术预计可提供比4G长期演进（LTE）快100倍的速度。利用这一技术，下载一部高画质（HD）电影只需十秒钟。
2014年5月8日，日本电信营运商NTT DoCoMo式宣布将与Ericsson、Nokia、Samsung等六家厂商共同合作，开始测试凌驾现有4G网络1000倍网络承载能力的高速5G网络，传输速度可望提升至10Gbps。预计在2015年展开户外测试，并期望于2020年开始运作。
2015年9月7日，美国移动运营商Verizon无线公司宣布，将从2016年开始试用5G网络，2017年在美国部分城市全面商用。中国5G技术研发试验将在2016-2018年进行，分为5G关键技术试验、5G技术方案验证和5G系统验证三个阶段实施。
从发展态势看，5G还处于技术标准的研究阶段，后来几年4G还将保持主导地位、实现持续高速发展。但5G有望2020年正式商用。
2017年2月9日，国际通信标准组织3GPP宣布了“5G”的官方Logo。
2017年11月15日，工信部发布《关于第五代移动通信系统使用3300-3600MHz和4800-5000MHz频段相关事宜的通知》，确定5G中频频谱，能够兼顾系统覆盖和大容量的基本需求。
2017年11月下旬中国工信部发布通知，正式启动5G技术研发试验第三阶段工作，并力争于2018年年底前实现第三阶段试验基本目标。
2017年12月21日，在国际电信标准组织3GPP RAN第78次全体会议上，5G NR首发版本正式冻结并发布。
2017年12月，发改委发布《关于组织实施2018年新一代信息基础设施建设工程的通知》，要求2018年将在不少于5个城市开展5G规模组网试点，每个城市5G基站数量不少50个、全网5G终端不少于500个。
2018年2月23日，在世界移动通信大会召开前夕，沃达丰和华为宣布，两公司在西班牙合作采用非独立的3GPP 5G新无线标准和Sub6 GHz频段完成了全球首个5G通话测试。
2018年2月27日，华为在MWC2018大展上发布了首款3GPP标准5G商用芯片巴龙5G01和5G商用终端，支持全球主流5G频段，包括Sub6GHz(低频)、mmWave(高频)，理论上可实现最高2.3Gbps的数据下载速率。
2018年6月13日，3GPP 5G NR标准 SA（Standalone，独立组网）方案在3GPP第80次TSG RAN全会正式完成并发布，这标志着首个真正完整意义的国际5G标准正式出炉。
2018年6月14日，3GPP全会（TSG#80）批准了第五代移动通信技术标准（5G NR）独立组网功能冻结。加之2017年12月完成的非独立组网NR标准，5G已经完成第一阶段全功能标准化工作，进入了产业全面冲刺新阶段。
2018年6月28日，中国联通公布了5G部署：将以SA为目标架构，前期聚焦eMBB，5G网络计划2020年正式商用。
2018年8月2日，奥迪与爱立信宣布，计划率先将5G技术用于汽车生产。在奥迪总部德国因戈尔施塔特，两家公司就一系列活动达成一致，共同探讨5G作为一种面向未来的通信技术，能够满足汽车生产高要求的潜力。奥迪和爱立信签署了谅解备忘录在未来几个月内，两家公司的专家们将在位于德国盖梅尔斯海姆的“奥迪生产实验室”的技术中心进行现场测试。
2018年11月21日，重庆首个5G连续覆盖试验区,建设完成，5G远程驾驶、5G无人机、虚拟现实等多项5G应用同时亮相。
2018年12月1日，韩国三大运营商SK、KT与LG U+同步在韩国部分地区推出5G服务，这也是新一代移动通信服务在全球首次实现商用。第一批应用5G服务的地区为首尔、首都圈和韩国六大广域市的市中心，以后将陆续扩大范围。按照计划，韩国智能手机用户2019年3月份左右可以使用5G服务，预计2020年下半年可以实现5G全覆盖。
2018年12月7日，工信部同意联通集团自通知日至2020年6月30日使用3500MHz-3600MHz频率，用于在全国开展第五代移动通信（5G）系统试验。12月10日，工信部正式对外公布，已向中国电信、中国移动、中国联通发放了5G系统中低频段试验频率使用许可。这意味着各基础电信运营企业开展5G系统试验所必须使用的频率资源得到保障，向产业界发出了明确信号，进一步推动我国5G产业链的成熟与发展。
2018年12月18日，AT&T宣布，将于12月21日在全美12个城市率先开放5G网络服务。
2019年2月20日，韩国副总理兼企划财政部部长洪南基提到，2019年3月末，韩国将在全球首次实现5G的商用。
2019年6月6日，工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照，中国正式进入5G商用元年。
2019年9月10日，中国华为公司在布达佩斯举行的国际电信联盟2019年世界电信展上发布《5G应用立场白皮书》，展望了5G在多个领域的应用场景，并呼吁全球行业组织和监管机构积极推进标准协同、频谱到位，为5G商用部署和应用提供良好的资源保障与商业环境。
2019年10月，5G基站入网正式获得了工信部的开闸批准。工信部颁发了国内首个5G无线电通信设备进网许可证，标志着5G基站设备将正式接入公用电信商用网络。而运营商预计将在10月31日分别公布其5G套餐价格，并于11月1日起正式执行5G套餐。随着5G即将商用，北京移动副总经理李威介绍，在金融方面，市民能体验到建行等银行推出的5G+无人银行；交通方面，5G自动驾驶方兴未艾；在民生领域，远程医疗等5G+医疗和5G+环保等应用也已经闪亮登场。北京联通方面还特别表示，其将推出北京地区专属5G产品套餐，给予用户相关权益。2019年10月19日，北京移动助力301医院远程指导金华市中心医院完成颅骨缺损修补手术；在北京水源地密云水库，北京移动通过5G无人船实现了水质监测、污染通量自动计算、现场数据采集以及海量检测结果的分析和实时回传等。凡此种种，都是5G技术在各行各业落地的最新应用案例。
2019年10月31日，三大运营商公布5G商用套餐，并于11月1日正式上线5G商用套餐。

二、5G移动网络的网络特点
峰值速率需要达到Gbit/s的标准，以满足高清视频，虚拟现实等大数据量传输。
空中接口时延水平需要在1ms左右，满足自动驾驶，远程医疗等实时应用。
超大网络容量，提供千亿设备的连接能力，满足物联网通信。
频谱效率要比LTE提升10倍以上。
连续广域覆盖和高移动性下，用户体验速率达到100Mbit/s。
流量密度和连接数密度大幅度提高。
系统协同化，智能化水平提升，表现为多用户，多点，多天线，多摄取的协同组网，以及网络间灵活地自动调整。
以上是5G区别于前几代移动通信的关键，是移动通信从以技术为中心逐步向以用户为中心转变的结果。

三、5G移动通讯网络的关键技术分析
（1）高频段传输技术
传统的移动通信工作频段普遍采用的是3GHz以下的低频段波，而对毫米波、厘米波等高频段的频谱资源利用率很小，这就使得传统的频谱资源十分拥挤。高频段在移动通信网络中的应用是未来的一个发展趋势，5G移动通讯网络技术可以实现极高速短距离通信，可以有效缓解频谱资源紧张的现状。但高频段资源的应用仍然需要科学规划和统筹兼顾，以使宝贵的频谱资源得以最优配置。
（2）新型多天线传输技术
多天线传输技术是目前5G移动通讯网络关键技术之一，它主要是由多输入多输出技术即MTMO技术的升级版，其工作原理是运用发射基站的多个天线独立发送信号，又同时接收信号并能够完整复原信息的一种技术，随着多天线传输技术的引入，发射基站将有望支持128根协作天线同时工作，并且可以有效地降低信号间的互相干扰，很大程度上改善无线信号的覆盖性能。
（3）同时同频全双工技术
传统的移动通讯网络利用的是分时分频模式，其在工作效率上存在着很大的限制，而同时同频全双工技术，在相同的频谱上，通信的接收和发射工作可以同时进行，这就大大提高了移动通信的信号传输效率，但是，同时同频全双工技术需要极高的干扰消除能力，而目前移动通信方面的干扰消除技术还存在着诸多不足，尤其还存在着相邻小区同频干扰问题，因此，全双工技术在多天线及合作网络下所面临的难度更大。
（4）D2D技术
以基站为中心实现小区覆盖的组网方式是传统的蜂窝通信系统的普通应用方式，由于基站和中继站不能移动，所以这种网络连接结构的灵活度存在着很大的不足，当今社会，由于无线多媒体业务发展迅速，这种网络结构已不能满足海量用户在不同环境下的应用需求。因此，迫切需要研究出一种新的网络连接技术来解决当下所面临的通信难题，因此D2D技术就应运而生了。D2D技术的最大优势就在于它可以直接连接通信终端，而无需借助基站的转接，实现通信信号的短距离直接传输。同时，它还可以通过广泛分布的终端，改善网络之间的覆盖，支持更灵活的网络架构和连接方法，更高效地利用频谱资源。目前，D2D采用的组播、单播和广播的技术方案，尚存在着很大的不足，未来，D2D的增强技术将是业界继续研究的方向。
（5）超密集网络技术
近年来，各种电子设备、智能终端被广泛应用于移动通信领域，数据流量的使用量将会直线上升，尤其是在一些网络热点地区，局部网络的压力将越来越大，这就迫切需要超密集网络技术的运用和支持了。超密集网络将成为局部网络压力的主力军，它不仅能够改善网络覆盖，减少网络信号干扰，大大提升系统容量，而且还可以对通信业务进行分流，进行集中高效的频率复用和灵活的网络部署。
（6）新型网络架构技术
现阶段，移动通信设备接入网架构大都采用的是网络扁平化架构，未来5G移动通讯网络可能会采用绿色无线接入网架构，即C-RAN接入网架构，这种新型网络架构采用协同技术，大大减少了信号干扰和设备功耗，并显著提升了频谱效率。目前，C-RAN技术的研究重点内容包括C-RAN的架构和功能等几个方面。

四、5G技术应用领域
（1）车联网与自动驾驶
车联网技术经历了利用有线通信的路侧单元（道路提示牌）以及2G/3G/4G网络承载车载信息服务的阶段，正在依托高速移动的通信技术，逐步步入自动驾驶时代。根据中国、美国、日本等国家的汽车发展规划，依托传输速率更高、时延更低的5G网络，将在2025年全面实现自动驾驶汽车的量产，市场规模达到1万亿美元。
（2）外科手术
2019年1月19日，中国一名外科医生利用5G技术实施了全球首例远程外科手术。这名医生在福建省利用5G网络，操控30英里（约合48公里）以外一个偏远地区的机械臂进行手术。在进行的手术中，由于延时只有0.1秒，外科医生用5G网络切除了一只实验动物的肝脏。5G技术的其他好处还包括大幅减少了下载时间，下载速度从每秒约20兆字节上升到每秒50千兆字节——相当于在1秒钟内下载超过10部高清影片。5G技术最直接的应用很可能是改善视频通话和游戏体验，但机器人手术很有可能给专业外科医生为世界各地有需要的人实施手术带来很大希望。
5G技术将开辟许多新的应用领域，以前的移动数据传输标准对这些领域来说还不够快。5G网络的速度和较低的延时性首次满足了远程呈现、甚至远程手术的要求。
（3）智能电网
因电网高安全性要求与全覆盖的广度特性，智能电网必须在海量连接以及广覆盖的测量处理体系中，做到99.999%的高可靠度；超大数量末端设备的同时接入、小于20 ms的超低时延，以及终端深度覆盖、信号平稳等是其可安全工作的基本要求。

五、5G技术在广播电视中的应用方式
在分析5G技术在广播电视中应用方法的过程中，需要先明确广播电视在当前的发展形式。目前广播电视已经借助4G通信系统完成信号传递工作，实现电视信号和传统网络的融合。由于5G通信系统的数据传输速度进一步提升，所以在广播电视行业今后的发展中，会继续借助网络系统完成数据传输工作。5G技术在广播电视中的应用方法如下：
（1）移动视频业务
在当前的广播电视业务开设中，一个重要发展防线为移动视频业务，在今后的行业发展中，必然会将移动视频业务作为最重要的研究内容。
基于5G技术的移动视频业务，由于网络信号传输速度提高，所以在系统的运行中，能够有效规避当前存在的视频卡顿等问题，提高用户体验。同时在当前的多种固定设备中，硬件系统已经能够展现4K高清内容，但是受限于现有的网络数据传输速度，这一内容的普及情况较差。在今后的移动视频业务发展中，无论对于移动硬件还是固定硬件，都将支持这类电视内容。
在该项技术的具体应用中，移动设备需要对现有的硬件进行优化和改革，使其支持5G移动信号接收，提高整个系统的运行效率。而对于固定设备来说，需要建成专用的5G信号接收端口，防止5G信号丢失。同时依托于5G信号的移动网络建设中，会提高基站的建设数量，最终构成完善度和全面性大幅提高的网络体系，广播电视行业可以将现有的网络信号设备与基站连接，提高信号的接收效果。
（2）广播业务开发
在一些信息的传递中，通过广播的模式能够取得更好的傳递效果，例如对于突发性信息、行车广播信息等，当前的广播形式主要为各个城市根据自身情况设置广播通信基站，对外发布相关信息，这种方法有极高的地域限制效果，使民众只能接收到当地的各类信息，除了车辆的形成信息，受众对其余方面的信息了解程度不足，所以受众逐渐倾向于应用移动设备获取互联网信息资源。
在5G技术的应用中，除了建成城市独有的广播体系，也能够实现对整个网络资源的融合和处理，建成高效的综合性网络，对于广播业务来说，可以通过这种方式，提高广播内容中的信息量，同时各个区域性广播基站，可以提高数量更多的广播资源，让听众根据个人喜好挑选，这种方式能够逐渐提高广播用户的数量。
（3）现有系统优化
在5G技术的应用中，由于能够实现全区域覆盖运行模式，同时数据传输速度大幅提高，可以全面提高电视信号和网络信号的稳定性，提高整个系统内的运行和发展质量。
在具体的应用中，广播电视行业需要优化现有的硬件设备，由于5G技术能够实现4K高清节目信号的传输，用户对这类节目的热情会大幅提升，对于广播电视行业来说，需要重视这类节目对硬件设备的要求，对于有条件的节目制作单位，可以考虑完成对现有节目制作硬件的全面优化和替换工作，提高节目制作单位的竞争力。

六、5G技术在广播电视中的未来发展方向
5G技术当前已经被逐渐应用，2014年2月初，北美运营商应用该项技术转播超级碗比赛，用户可以借助该项技术完成直播暂停、回放和慢放等操作，这一转播方式作为广播电视行业发展中的里程碑，引起了各国广播电视行业的重视、包括我国在内的一些国家当前已经能够实现这种操作，本文在此基础上提出今后的技术应用方向。具体的应用方法如下：
（1）优化资源渠道
由于5G技术的信号数据传递速度大幅上升，所以除了能够支持用户的互联网使用需求，也能够借助这一系统完成广播电视信号传输，这为更高清晰度的电视节目提供了硬件基础，在广播电视今后的发展中，需要通过优化资源渠道，提高各类节目的受众。
渠道优化的基础工作为，分析高清节目的制作中对设备的需求，节目建设单位通过对当前资金构成、市场竞争力等多种因素的分析，确定是否需要完成对现有设备的优化和替换，让其能够制作更好的电视节目，提高对观众的吸引效果。
（2） 新型功能开发
在当前的观众群体中，一类观众对节目二次加工有很高热情，但是由于当前的广播电视中不包含对视频的截取、存储功能，导致观众只能够借助电脑端或者移动端下载相关节目视频，在此基础上完成视频加工工作。
在今后的广播电视发展中，可以考虑提供这类视频的下载或者截取功能，同时应用互联网系统将这些内容上传到用户的云盘中，或者直接传递到用户的视频制作设备中，这种方式能够大幅提高对节目二次加工的便利性，提高用户的对电视节目的热情。
（3）技术形式融合
5G技术对广播电视行业的运行和发展提出了新的要求，在今后的发展中，需要建成工作融合体系，本文提出的方法为，应用信道和反向信道技术，让用户能够实现对网络资源的调配工作。
对于反向信道技术来说，当前在商务系统中的应用频率较高，所以在今后的发展中，融合语音控制技术、智能操作技術等，用户可以通过语音直接完成对网络资源的调配和划分。例如用户在办公时期，通过对网络设备选项的确定，或者通过语音操作，由网络设备分配各类数据的占比，满足用户的用网需求。

七、小结
综上所述，在广播电视行业中，5G技术的应用方法为，开发移动视频业务、优化广播业务和指导现有设备和系统的优化，为用户提供更好的用网体验。在今后的发展中，发展方向为技术形式融合、优化资源渠道和开发新型功能，满足所有用户的网络使用需求。

【参考文献】
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