5G技术在广播通信工程中的应用-第1篇

5G技术在广播通信工程中的应用

Summary：我国5G通信技术日益成熟，应用范围越来越广泛，推动各行业的创新发展。在广播电视行业中5G技术具有重要应用，而且随着5G技术的融合，逐渐成为广播电视行业发展的主导方向。在实际应用中，要找准契合点，不断增强整个行业的创新能力，充分发挥出各类资源的利用率，从而提高广播电视的产出质量。Keys：5G技术;广播工程;网络融合架构引言现如今，社会经济和科学技术的不断提高，在一定程度上促进了我国移动通信工程技术的发展。当前5G技术已被人们熟知，因此对5G技术进行全方位的分析研究，成为运营商们关注的重点内容。当前，5G技术的大力发展，给各个行业的发展也注入了新鲜的活力，也促进了我国当代经济发展。所以，分析和研究5G技术在我国通信项目中的运用，具有一定的现实意义。15G时代通信技术的演变趋势1.1更快的传输速率相较于4G网络静止通信速率的标准峰值1000Mbps，5G网络的静止传输速率已经达到20000Mbps，理论传输速率扩大了近20倍。截至2022年上半年，全国5G网络移动连接存量达到120亿，相较4G网络（自2016年起至今，移动连接存量85亿），在普及规模、连接数量和传输速率上都有着明显的优势。当前，在广播电视工程中，一般选用低频传输，频段在600MHz~2.925GHz之间。低频传输的优势在于能做到大面积的覆盖且维护成本较低，在4G时代，利用载波聚合技术也能将数个不连续的低频载波加以整合，以满足网络传输需求，但随着技术迭代，广播电视传播对传输速率的要求越来越高，广播电视工程在应用传输技术时，更关注高频段（70~600GHz）的开发，5G的信号传输模式正符合高频段资源开发的技术趋势。1.2更高的通信质量5G传输的一个重要特征是D2D（DevicetoDevice，终端直联）模式。传统模式下，广播电视的信号传输需要将信号从起始终端发送至中间基站，再由中间基站转发至另一终端。而在D2D模式下，蜂窝频谱的复用使频谱在免授权的情况下即可在终端间建立直接通信，不再依赖中间基站的数据转发，网络频谱的工作效率、吞吐量均得到大幅提升，通信容量较4G时代更大。D2D模式对频谱的复用可以在保证被复用的蜂窝用户的通信质量的前提下，传输较大的数据量，同时依靠PBS（ProximityBasedService，邻近服务）解决基站中转的能耗和延时问题，显著提升小范围内的信号质量，因此，其在公共安全通信、近场通信、社交通信、车载通信领域均得到了广泛的应用。1.3更低的传输延时随着技术的发展，4G-LTE的网络延迟已经被控制在10毫秒以内，5G时代网络延迟被进一步降低。以5G技术中的uRLLC为例，LTE的传输时间间隔（TTI）为固定的1毫秒，而5G的灵活帧技术可以将数据传输的时隙值压缩至最短0.125毫秒[3]，信号传输可以不具备固定的传输时间间隔，新空口（NewRadio，NR）技术还允许子帧独立，将数据传输、信令控制等步骤在单独的子帧内分别完成，从整体上大幅降低传输延时。集成了5G蜂窝网络的TSN技术，可以将内置的5G网络转化为高速TSN网桥，将精确时间协议数据单元的5GQoS流指示符映射到TSN网络，实现以太网传输的低延。25G技术在广播工程中的应用2.1网络融合架构设计在广播电视领域中引进5G技术的主要目的在于为用户提供更好的服务。通过合理应用5G技术可以拓展业务,例如可以将无线局域网覆盖区域开放接到公共广播中；促进局域广播与区域广播的业务相互融合，共同发展；创建双向通信传输网络。为了充分挖掘出5G技术的优势，有关部门人员要认真分析其特征,进行统筹规划,以无漫游网络为基础，制定完善的网络架构方案。与HPHT、LPLT开展无线网络部署,将控制面、用户面分开,让5G网络能够和用户之间实现共享传输网络。其中，控制面通常负责以5G服务为基础建立资源调度、计费标准、用户管理集一体的功能模块。建设网络融合功能模块一般包括分发控制、广播宽带切换、媒体控制、用户画像生成等内容,能够改进系统，便于切换网络，实现双向传输。其中UPCF模块的主要作用是对用户行为进行综合分析,从而给用户提供更好的服务，为其精准投放广告。MCF模块的主要作用是调整封装协议和内容编码，改进媒体内容与时间设置。CDCF模块的主要作用是从空间层次上对用户的访问内容进行随时检测，并采取双向通信方式为用户提供点播服务,还能对用户需要进行持续分析，从而能够及时调整节目。2.2基于FPGA技术形成立体化应用结构FPGA技术和传统的芯片技术相比，具有很大的优势，能够研究、设计芯片，还可以利用合适的芯片模型对许多产品进行优化设计。同时，对芯片设计进行改进能够开拓芯片的功能，还能简化结构，提高整体的性能。FPGA内部模块有信道接口、信道FIFO、PID处理器、PID后处理器、内部音视频接口和节目时钟提取电路等组成。FPGA技术较为复杂，主要用来处理巨大的数据，可以将大量的数据资料快速进行整合和汇总，便于后期的剪辑和处理，使节目内容更为清晰、立体，从而有效提高节目的整体质量。同时，在原来应用结构的条件下，利用FPGA技术能够设立可编程阵列，得出逻辑单元传输作用标准的设定参数。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的连接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程。（1）式中，ωk代表动态传输的适应度；∂R代表静态传输的特征参数；∂x代表5G技术的适应度函数。结合编程控制器和动态逻辑单元，能够得出逻辑单元传输作用标准，具体如表1所示。能够开展逻辑单元传输结构的设定。等设定好后，可以把编程得到的数据资料导进静态存储单元里，而且能够使各模块和逻辑单元之间做到有效衔接，促进资源共享。此外，在传输视频资料时应用5G技术能够大大加快速度，节约时间。2.3创立人工智能+5G技术的广播电视服务助手最近几年，社会各界都非常关注人工智能，能够利用网络和编程等技术手段，使机器人拥有人类的一些行为，促进人机之间的交互性。对于广播电视行业而言，这项技术主要用于新闻智能采编、电视语音控制以及语音播报等方面，推进了“智慧广电”的快速发展。随着5G技术的不断成熟，人工智能和网络之间的联系更加密切，应用范围和方式也更为广泛，主要包括以下几方面：（1）使用人工智能+5G技术能够结合实际情况创建虚拟人物。同时，可以和虚拟动画有效结合在一起，为人们提供更多虚拟角色，使形象更为生动、具体，给人们更好的视觉体验。（2）使用人工智能+5G技术能够对智能化媒体管理系统进行优化和改进，而且通过合理利用环境背景、语音图像等，可以促进语音、视频向着标签化、文字化的方向发展，从而可以使工作效率和质量得到显著提高，可以缓解人工压力，节约相应资源。2.4电视信号转播系统建设中的5GCP-OFDM调制技术电视转播的5G信号传输系统，其调制方案根据具体场景有所不同，但核心都是OFDM调制技术的改进。在OFDM调制下，不同的滤波器结构会导致调制结果不同，而5G技术在此的应用方案CP-OFDM可以借助快速傅里叶变换等方式，与MIMO结构相结合，灵活调整时域与频域下的载波，可以在频道资源非紧张的状态下，省去带通滤波器，大幅简化转播系统的硬件构成。在时域上，5G传输能够对子载波间隔进行灵活控制，可以满足低时延、低覆盖范围或高时延、高覆盖范围两种不同的转播需求；在频域上，5G下的OFDM支持多种子载波间隔，其嵌套关系相当于利用5G网络支持多重子载波的特性制电视信号转播系统建设中的5GCP-OFDM调制技术电视转播的5G信号传输系统，其调制方案根据具体场景有所不同，但核心都是OFDM（OrthogonalFrequencypisionMultiplexing，正交频分复用技术）调制技术的改进。在OFDM调制下，不同的滤波器结构会导致调制结果不同，而5G技术在此的应用方案CP-OFDM可以借助快速傅里叶变换等方式，与MIMO结构相结合，灵活调整时域与频域下的载波，可以在频道资源非紧张的状态下，省去带通滤波器，大幅简化转播系统的硬件构成。在时域上，5G传输能够对子载波间隔进行灵活控制，可以满足低时延、低覆盖范围或高时延、高覆盖范围两种不同的转播需求；在频域上，5G下的OFDM支持多种子载波间隔，其嵌套关系相当于利用5G网络支持多重子载波的特性制。结束语随着我国科学技术的快速发展，5G技术越来越完善，可以用于许多行业中。对广播电视行业来说，在人们的生活中占有非常关键的地位，是传播信息的重要途径。为了促进广播电视行业的良好发展，给用户提供更加优质的节目，要积极引入5G技术，和其他技术有效结合在一起，创建出智能化、科学化的广播电视模式。Reference[1]栾钦程.5G在广播电视技术领域的应用[J].中国传媒科技,2021(11):63-65.[2]韩卫兵.5G通信技术在广播电视技术领域的应用