关于移动通信技术发展对广电领域影响的思考
发布时间：2019-05-13
摘 要： 我国经济社会的发展带动了科技技术水平持续提升，目前 4G 时代已经给人类生产生活提供更优质的服务，而 5G 技术的推出更将使广电得到更大的发展空间。本文结合移动通信技术的发展，探讨其对广电领域的影响，并做出相应的预测。
关键词： 5G 技术优势 广电
一、引言
人类自发明了移动通信技术以来，一直希冀凭借技术的变革将更海量、更多元化的信息，即时地发送到世界的角角落落，试图通过技术将世界联通。2G 技术虽然作为初代数字技术的使用，较 1G 模拟时代在通话质量上有了大幅提升，然而却仅限于语音与文字的传输与处理。3G 时代的数据传输速度有所提升，使得能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式。目前，4G 技术已成为移动通信市场的主流，可以 100Mbps 的速度下载，可利用移动终端流畅的收看在线视频。此外终端之间的通信响应速度大幅提升，整个社会的沟通障碍进一步得到消除。而日前随着 5G 技术的逐步商用，通信技术将再一次重构这个世界。
二、4G 移动通信技术及特点
4G 为第四代移动通信技术的简称，主要包括 TD-LTE 和 FDD-LTE 两种制式。通信速度的提高有利地支持了图像、声音、视频和动画多媒体产品在移动端的应用，为用户提供了更加全面和方便的移动端体验。它的主要关键技术包括：
1、正交频分复用与多址接入
正交频分复用(OFDM)是一种在无线通信环境下的高速数据传输技术。它将信道在频域内划分成许多相互正交的子信道，且每个子信道传输一个子载波，各子载波之间可以并行工作，进而可以采用多址方式进行接入。这种多信道传输模式最大限度的降低了传输码的相互干扰，且子信道带宽较窄，更加有利于信道之间的均衡。但是多子信道的划分也降低了信道整体的传输效率。
2、高效编码及调制技术
2G 以语音传输技术为核心，只能提供文字类的短信息进行数据传递，3G 以蜂窝移动通讯技术为核心可支持高速数据通信，而 4G 通讯技术将通信速度提升了几个数量级，能够满足更多数据(如视频)的流畅、高速传输 。在调制技术上分为正交频分复用和自适应均衡调制等。
3、MIMO 技术
MINO(Multiple-Input Multiple-Output)即多输入多输出技术。指在发射端和接收端使用多个天线传送和接收信号，采用空时处理技术进行信号处理，在空间上采取多收多发的天线分集;在时间上把不同信号在不同时隙内使用同一根天线发射，在不增加带宽的情况下成倍提升通信系统容量和频谱利用率，提升了通讯效率，同时也是数据高速率传送的一个技术前提。
三、基于 4G 移动通信的直播系统
1、系统架构
4G 全媒体直播系统主要包括采集设备、编码设备、传输网络、解码设备、播出发布设备等环节。采集设备包括手机、摄像机与等常用拍摄设备;编码设备主要有移动电脑编码系统、聚合硬件编码器、手机软件编码系统;传输网络主要由中国电信、中国移动、中国联通 3 家 4G 移动网络承载;解码由一台接入公网的解码服务器完成 ，网络发布也可直接调用解码服务器的 IP 流，无需额外网络编码器 。
2、工作原理
4G 移动直播系统从结构上可划分为发送系统、传输系统以及接收系统三部分 ，发送系统把手机、摄像机等采集设备输出的信号编码成 H.264 的 IP 流 ，传输系统通过中国电信、中国移动、中国联通 3 家的 4G 公共网络，传输到接收服务器系统和云平台 。接收系统接收到 4G 网络传输过来的 IP 流通过软件解码成 SDI 基带信号供电视直播使用 。网站、微信与 App 客户端一般直接调用接收服务器或云平台的 IP 流 ，通过转码、发布服务器转换成各自需要的码流发布。接收系统根据 4G 网络环境可设定不同的时延的量，延时参数设置越长，信号越流畅;也可设定不同的编码码流，码流越低，信号越流畅 。
3、实践应用
4G 技术将小型现场节目的采、编、播变得轻量而简单化，每个单机只需挂载 4G 视音频编码器，于是多机位信号可以实时推流至云服务器，并且云平台提供云导播、转码、存储、审核、推流、拉流直播以及评论互动等服务，广电新媒体节目的制播变得低成本而轻量化。面对突发的新闻事件，采编人员无需再利用卫星车来传输现场信号至电视台内，在最短的时间内即可将重大新闻事件向公众播报，提高了媒体人的传播效率。4G 通信也可广泛运用于体育赛事。马拉松以及自行车赛这种赛程较长，且需要跟拍途中选手的体育节目，受益于 4G 技术，比赛沿途不用再依靠架设大量的微波基站接收信号，再通过光缆专线回传电视台演播室或者现场的电视转播车，各移动跟拍系统仅需携带装有电池供电的 4G 编码器，插入中国移动、中国电信、中国联通三家移动通信运营商的 4G SIM 卡，利用 H.264 视频编码技术、流量池管理技术以及 CDN 加速，将原始的基带信号压缩编码后以最高 10Mb/s 的速度，延时最低 0.3 秒上传至云服务端，服务器端再解码 IP 流，将视音频信号完美还原成 SDI 基带信号供直播使用。
四、5G 移动通信时代
1、 5G 的优势特点
5G 作为 3G、4G 的延伸，可从多个方面来分析：
1)传输速度。当前 4G 网络速度已经能够满足用户大部分日常应用，但是对于影视资料画面清晰度的要求有的时候仍不那么完美，而 5G 则能够以超出 4G 数百倍的传输速度为人们提供服务，根据理论来看，可达到 20GB/s，一部两个小时的超清画质电影能够在 1 秒钟内下载完成;
2)低时延。移动终端的通信时延构成大致是手机终端 -> 基站 -> 基站回传核心网光缆链路 -> 核心网信息处理 -> 核心网回传互联网服务器链路 -> 互联网服务器，每一个环节都有相应的时延。据第三方网络测试机构测试结果表明，2G 网络的通信时延为 629 毫秒;3G 网络时延为 212 毫秒;WIFI 网络时延为 151 毫秒;4G LTE 技术时延为 98 毫秒。而 5G 的网络标准希望将时延控制在 1 毫秒以内。研究发现，当痛觉从指尖传导到脑干，也就是相当于痛觉传导距离 1 米左右，需要花费 29 到 200 毫秒。这只是信息传导到了脑干，而人体要作出反应，还需要一点时延，这个时延大概是几十毫秒。那么 5G 网络将比人类反应速度还快。
3)带宽性能良好。5G 毫米波使得基站中可安放更多的天线，当频率处于 30GHz 时，基站最多可使用 256 个天线同时收发信号，5G 可以将移动网络的带宽容量提升数十倍乃至更大;
4)信号的精准投放。波束赋形又叫波束成型、空域滤波，是一种使用传感器阵列定向发送和接收信号的信号处理技术。波束赋形技术通过调整相位阵列的基本单元的参数，使得某些角度的信号获得相长干涉，而另一些角度的信号获得相消干涉。波束赋形既可以用于信号发射端，又可以用于信号接收端。
5)终端点对点通信。5G 另一项领先技术就是可以实现基于蜂窝网络的 D2D 通信，也被称为邻近服务，通过此技术，用户的数据可以不经基站中转就可以直接在两个终端之间进行传输，提高了通信效率。
2、5G 需克服的挑战 5G 技 术 有 两 种 方 案。 一 种 是 sub-6GHz 频 段， 它 在 4GLTE 的基础上略有改进;另一种则使用了 2.4GHz 以上的频率，最终形式是毫米波技术。一般而言，随着频率的提升，数据传输速度和以更快速度传输更多数据的能力也会提高。另一方面，随着频率的提高，信号传播距离也在降低;结果就是，需要部署更多中继器和基站，意味着 5G 网络的建设成本大幅度提升。面对海量的基站，解决 5G 基站以及手机终端功耗问题也应势在必行。
五、5G 与未来
从以上对 5G 技术的介绍可以大胆推测，5G 通讯将对社会上众多领域产生重大，甚至是颠覆性的影响。5G 技术的高带宽通讯以及低延时特性结合人工智将催生可靠自动驾驶、编队驾驶、远控驾驶的场景诞生。此外，云、VR/AR、在线高清 8K 视频、云游戏、联网无人机、智能能源、无线医疗、智能制造、个人 AI 辅助等都随着 5G 的崛起而将纷纷成为现实。那么从广电的层面来说，受众在线观看高质量 VR/AR，超高清视频的需求将对广播电视技术架构提出新的理念，而节目内容创意及生产也伴随着 5G 技术出现更多的形式。2019 年 3 月的全国两会新华社记者佩戴的一副 AR 智能直播眼镜，借助于 5G 技术可快速人脸识别，并将所见场景做实时直播回传，轰动一时，使得大众对将来 5G 时代下的广电内容的制作充满期待。假设未来在足球比赛中让主裁判以及边裁佩戴上这样的装备，并将几个超高清现场视频信号实时回传至云端，供屏幕前的观众自由切换观看，那么观众们的临场感将大幅提升，看球乐趣势必也相应提高。5G 技术让移动终端不再成为超高清视频的禁区，那么广电领域在开拓超高清视频节目内容方面将不遗余力，全面加速对于 4K HDR 甚至是 8K 超高清的追求。个人认为，未来广电的节目制作一定是倾向于沉浸式的、超高清的、极具互动意义的智慧广电内容。
六、5G 对广电的影响
1、广电网络的新布局。5G 的强大技术使得广电网也加入 5G 牌照的争夺，最终拿下 4.9GHz 频段 50MHz 频谱。
2、内容分发的多元化。在 5G 时代，广电网络必须为用户提供足够的速率和容量。对许多用户来说，速率要提升到 100 兆以上，并实现多屏分享、多屏互动、多屏同看和多屏续看。
3、内容承载的多样性。在内容方面，要能承载电视节目、OTT 内容、社交媒体、互动游戏、数字音频、应急广播等内容。
4、传输与覆盖。用户可使用广域网、城域网、移动通信网、数字地面广播网、无线局域网等访问方式，实现覆盖无处不在、通信质量稳定。
5、未来的广电网络。能支持智能调度和传输，即根据用户需求，协调调动内容、网络资源;要能进行智能分析和预测，即挖掘、预测用户行为。
七、结语
人类对技术极限的追求从未停歇，4G 已经改变了人们的生活方式，5G 很可能将改变这个社会的各个领域。就广电领域而言，5G 将不仅仅改变传播通路和传播方式，还将很大程度上改变广电内容的生产方式。因此借助于 5G 网络，传统广电可以将触角更高效的、更迅速的、覆盖范围更广地深入到大众的生活之中，将党和政府的政策、思想宣传到位;将时事新闻、社会动态及时、准确的发布;更好地把控舆论导向，帮助提升整个社会的运转效率。因此，5G 的到来，可以说是广电重新崛起的强心剂。
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