四．广电5G融合媒体技术与业务发展前景探讨
5G是广电行业进行技术创新、业态创新、服务创新的重要机遇，将有力推进媒体融合与智慧广电发展，让广播电视行业在新时代焕发全新生命力。在高清化和融媒体迅速发展的背景下，5G可以大大增强移动端分发能力、现场制作能力与新媒体业务提供能力，更多地满足行业与终端用户的多元化需求。
1.广电基于5G的多媒体制作平台
2019年1月13日，在央视春晚深圳分会场，中央广播电视总台联合中国移动和华为公司成功地开展了4K超高清电视5G传输测试，4K超高清电视传输码率达到60Mbps，是当前微波传输速率的2倍。传输测试中，将2个基于5G传输的4K超高清电视机位纳入央视春晚深圳分会场4K超高清电视制作系统，应用于春晚的4K超高清电视节目制作。
图4 5G制作域的4K、VR集成制作平台
2019年2月26日至28日，将北京、上海、广州、深圳等16个城市的4K超高清电视信号和VR信号，通过三大电信运营商的5G网络实时传输到“5G媒体应用实验室”进行评估测试。图4是面向制作域的4K、VR集成制作平台，在采集前端，4K超高清电视摄像机拍摄的信号通过5G CPE传输到5G基站，再通过三大运营商的核心网传输到“5G媒体应用实验室”，来自16个城市的近20路4K超高清电视信号接入到4K切换系统进行集成制作；还可通过设在实验室的5G无线覆盖网，完成4K超高清电视信号的无线下载、在线编辑等移动编辑制作功能。
2019年全国“两会”期间，为便于记者通过5G网络开展4K超高清直播，中央广播电视总台联合华为公司共同开发5G 4K传输背包，传输背包包括H.265 4K编码器和5G无线传输模块（CPE），以及对应的H.265 4K解码器，由华为CPE组装的第一代5G 4K传输背包，成功地应用于2019年“两会”4K超高清电视直播。
2.广电基于5G的移动分发应用平台
2019年初，三大电信运营商在中央广播电视总台建设了室内和室外5G覆盖网，“5G媒体应用实验室”设在位于北京的总台光华路办公区央视新大楼顶层 ,“5G媒体应用实验室”建设了两个应用测试平台，一个是面向制作域的4K超高清电视直播传输、移动实时切换制作和移动非实时编辑制作应用测试平台；另一个是面向用户服务域的基于5G手机的移动新媒体和4K电视大屏融合传播及呈现的应用测试平台，“5G媒体应用实验室”于2019年2月完成初步的建设任务，后续将根据应用测试需求不断完善。
图5 面向服务域的移动客户端运行和用户体验平台
中央广播电视总台所属的移动客户端通过公有云和内容分发网络推送到5G基站，再由5G基站接入到用户的家庭5G网关或手机。从中央广播电视总台“5G媒体应用实验室”的研究表明，通过手机上的移动客户端，采用投屏技术，从手机小屏便捷地切换到电视大屏，流畅地收看4K超高清电视节目；还可采用AI技术为用户提供个性化推荐服务，可大幅度提升用户收看电视的体验。
目前，中央广播电视总台在5G媒体应用实验室研究测试的基础上，还为“两会”记者会、北京世园会、北京国际电影节等开展了多场5G+4K超高清电视直播。MWC2019期间，总台、中国移动、华为联合完成业界首次5G+8K超高清视频跨省传输测试，实现了最高320Mb/s速率的8K视频传输
基于5G的媒体应用还是主要以5G的高速率技术特点开展应用实践，在低时延和VPN专网等技术特点方面，还有待运营商技术成熟后，再开展媒体应用相关实验。在面向用户服务域方面，还要研究通过电视媒体机构与运营商的合作，实现用户家庭固定宽带和5G网络的协同传输接入，并将家庭电视机顶盒的大部分功能转移到个人手机上的移动客户端，用户不仅可通过手机收看低码的视频等新媒体内容，还可通过手机遥控电视播放4K超高清电视节目，推动电视媒体建立全媒体传播技术体系，满足电视媒体可迭代升级开展新业务的要求，满足不断提升用户收视体验的要求。
5G网络面向垂直行业的基本能力是网络增强的两个能力：网络切片能力、边缘计算能力，5G网络从系统上必须具备这两个能力。移动视频更多是属于5G消费性应用，但电视现场直播这类应用更多属于垂直应用，特别需要网络切片和边缘计算技术。目前5G处在标准进一步完善和技术研发深度推进阶段，尤其是5G网络切片、边缘计算方面的标准化工作、技术研发有待加强；同时，5G在垂直领域的示范应用有待产业各方的深度协作。
3.5G电视广播技术标准与应用
为配合5G技术的发展，国家广电总局无线交互广播电视工作组于2018年4月成立，工作组是推动无线交互广播电视技术研究工作、制定与5G融合的新一代无线广播标准并引领行业发展的一个工作组平台。总局科技司许家奇司长讲到，中央提出了推进媒体深度融合、移动优先的战略要求，广播电视网与移动通信网的协同、融合是支撑广播电视业务发展的客观要求。无线交互广播电视工作组将秉承开放、包容的原则，充分学习、借鉴国际先进标准组织的成功经验，研究5G背景下的无线广播电视技术。
在前一阶段工作中，无线交互广播电视工作组加入了3GPP国际通信标准化组织。在国内，广播行业的单位加入3GPP这还是首次。完成了5G标准现阶段增强广播电视(EnTV)的标准立项工作。2019年将进行实验室测试和外场测试，做评估试验与测试。2019年底，完成全世界瞩目与领先的5G新一代无线广播标准的制定。
5G背景下的广播电视技术是结合3GPP的5G标准，充分利用广电自身优势，盘活行业资源，加强技术创新，构建5G广播与通信融合、有线无线协同的智能交互广播电视网络，实现“内容+技术+网络”的融合发展，形成智能协同覆盖、共建共享高效、绿色安全、可管可控的现代传播新格局的一项重要的基础性技术。利用广电5G 无线网络承载4K/8K、VR/AR 等高新视频内容以及融媒体、应急广播等公共业务，做大做实智慧广电业务，更好满足人民群众对多样个性、优质便捷视听生活的新需要，更好服务数字经济和智能化社会的发展。
图6 5G移动蜂窝电视广播技术
在5G环境下的实际应用方面，5G广电将提供更加灵活的移动广播和组播服务，实现广播电视内容的多网分发、多终端覆盖。并在强大网络承载的支持下，提供4K甚至8K的超高清电视、虚拟现实、增强现实等高质量业务。建立5G移动多媒体交互广播电视技术体系，使老百姓随时随地看电视将不再是高端的增值服务，而是普遍、均等的基础服务（如图6所示）。
2014年，德国慕尼黑进行了全球首个大型的增强型多媒体广播多播业务（eMBMS）4G电视广播单频试验网络，目的在于向业界证明4G LTE网络可作为传统/经典地面数字电视广播网络的补充。该试验所采取的是UHF频段中进行数字电视广播的“黄金”频段——700 MHz频段，即3GPP的Band 28，并采用APT700方案。试验网络覆盖了高达400平方公里的地域。
图7 试验中把商用4G电视广播智能手机作为大屏电视机的机顶盒
欧洲产业界进一步对演进型的eMBMS进行了试验，把它称为“FeMBMS”（Further evolved Multimedia Broadcast Multicast Service）。试验场正在德国巴伐利亚奥伯兰设立，这是巴伐利亚研究项目“5G Today”的一部分，该项目采用FeMBMS的5G广播模式。
在德国巴伐利亚设立的5G广播试验场，是巴伐利亚研究项目“5G Today”的一部分。在著名的广播技术研究所（IRT）的领导下，项目合作伙伴Kathrein公司和罗德与施瓦茨公司在研究5G网络上进一步演进的多媒体广播多播服务（FeMBMS）模式的大规模电视广播。此项目得到关联合作伙伴西班牙电信（德国）和德国巴伐利亚广播公司的支持。该项目主要采用5G广播模式FeMBMS。巴伐利亚高山地区新的大面积5G现场试验由BR发射站两台高性能发射机覆盖，一台位于慕尼黑附近的伊斯曼宁，一台位于文德尔泰因山顶。两台试验发射机在56/57信道(750-760 MHz)上以一个单频网(SFN)运行。凯士林集团提供天线系统，罗德施瓦茨公司提供用于5G传输的HPHT发射机。西班牙电信（德国）公司贡献频率。
利用高功率发射机和高发射塔(HPHT)，可基于新广播模式FeMBMS测试覆盖大区域的电视频道广播。与传统的蜂窝单播服务相比，FeMBMS服务提供比视频点播更好的系统频谱效率。FeMBMS可在半径高达60km的大覆盖区域内广泛地分发内容。5G Today项目旨在为在5G网络中高效传输广播内容打下基础（自2017年以来，该项目一直得到巴伐利亚研究基金会的支持）。IRT正在协调该项目，并正在开发一个基于软件定义无线电(SDR)解决方案的原型FeMBMS接收机。未来，这项技术可以集成到智能手机、平板电脑和电视机中，接收5G实时和线性内容。启动仪式的试验接收机由布伦瑞克工业大学通信技术研究所提供。5G Today的测试运行将持续到2019年秋季，之后将对结果和对结果的进一步利用进行评估。
2019年6月，韩国cellco SK Telecom与Sinclair Broadcast Group和Harman International Industries合作，通过将基于ATSC 3.0的广播网络与SK Telecom的5G网络相结合，成功展示了下一代电视广播。
ATSC 3.0是一套新的广播电视传输标准，不仅可以提供超高清视频和改进的音频，还可以实现有针对性的广告和高级紧急警报。通过无线方式工作的ATSC 3.0也可以与移动网络融合，以创建广播宽带混合流。由于广播电视是单向信号，广播公司将能够通过将ATSC 3.0与支持双向数据通信的移动网络相结合来增强客户体验。
SK Telecom通过将5G网络和ATSC 3.0广播网络首次与车载信息娱乐系统互连，展示了双向媒体服务。该公司在汽车运行时，在三个车载屏幕的每一个上都展示了不同类型的广告。5G网络是这种高度针对性广告的推动者，因为它可以识别每个屏幕的用户。迄今为止，地面电视观众被提供相同的广告。然而，随着该解决方案的采用，美国广播业将能够扩展广播广告市场并提高观众的便利性和收益。此外，在进入特定区域后，车辆通过ATSC 3.0网络自动接收实时交通和受欢迎的餐馆信息更新。同时，SK Telecom展示了其多视图服务，使用户可以同时从多个角度观看地面体育广播。在这里，ATSC 3.0网络传输主摄像头拍摄的视频，而5G网络传输来自其他摄像头的实时馈送，用于多视图显示。
SK Telecom和Sinclair Broadcast Group之间的合资公司现在希望在美国的ATSC 3.0市场创造更多机会。为了向辛克莱广播集团的191个广播电台提供ATSC 3.0解决方案，该合资公司将首先在2020年之前为32个辛克莱广播电台提供解决方案。
2019年8月，国家广电总局广科院在北京开展5G广播现场试验（由罗德与施瓦茨公司为实验网提供发射机和核心网络组件）。3GPP版本14中规定的进一步发展的多媒体广播多播服务和相关的高塔高功率（HTHP）概念比较符合广电的要求。此次北京试验网络包含三个以单频网络（SFN）运行的发射台。中央广播电视塔（如图8）、京广中心和名人广场，中间相距约10公里。Rohde＆Schwarz的输出功率为1kW的发射器将工作在754MHz的中心频率，带宽为5MHz（后来的频率为10MHz）。由德国Technuche Universitaet Braunschweig开发的软件定义无线电接收器和Kathrein信号分析仪包含在同一试验包中。通过这种端到端的实施，广电总局广科院和中国广电计划进行各种测试，例如场强传播、网络覆盖、移动接收、应用可能性以及与LTE单播网络的互通。随着北京5G试验网的启动，该项目对芯片组和手机制造商产生都将产生重要影响，可以成为未来广播技术的商业端到端实现的进一步推动力。
图8
自从中国广电获得5G商用牌照后，5G商用方案就倍受业界关注，在三大运营商纷纷亮出手机5G商用标志时，中国广电在北京国际广播电影电视展览会BIRTV2019国家广播电视总局展台“全国一张网”展区看到中国广电移动终端APP真容，如图9。标识外观像一朵盛开的八瓣蓝色莲花，取名“中国广电涌泉”，目前正在测试阶段。打开APP，可看到设置了点播、直播、随时看、视频圈、等板块，里边整合了许多影视内容和直播频道。
图9
目前中国广电已经逐步在北京、上海、广州、深圳、武汉、贵州等16个城市开始5G商用测试，据现场工作人员介绍，由于目前全球5G的3GPP规范第16代版本还没有定版，所以目前包括三大运营商在内，采用的是3GPP规范第15代版本，5G设备跟真正的5G标准并不匹配，5G整体的性能并不能发挥出来，包括联通、移动只是在4G核心网的基础上加入5G基站，5G的相应特性远远没能实现。
广电5G建设与“全国一网”整合旨在以融合电视激活广播电视变革潜能，引领广电媒体优化升级，更好满足人民群众对美好视听生活的新需要，更好服务党和国家工作大局。广电5G将充分发挥5G技术优势，赋能有线电视网络转型升级，努力建成广播电视特色鲜明，集融合媒体传播、移动通信运营、智慧广电承载、智能万物互联、国家公共服务于一体，能与有线电视网络交互协同的新型广电媒体服务网和国家信息化基础新网络。
5G是广播电视“新一代信息通信技术+超高清视频+人工智能”技术发展战略的重要组成部分。如果在应用过程中缺乏驾驭能力，就将被技术发展带来的业务形态演变所抛弃。5G对于广电行业而言，初始阶段的应用主要还是将其作为传统信号传输方式的补充。而在行业之外，人类社会却将随着新一代通信技术的成熟而改变获取信息特别是视音频内容的主流途径。从这个角度看，挑战未必小于机遇。要加强5G技术应用的实验力度和广度，迅速将零散的技术实验推向常态的业务实践，并在实践过程中挖掘业务价值、反过来继续新的实验、形成应用闭环，让新技术、新产品真正为组织发展提供助力。随着5G技术标准的发展与演进，以及媒体应用切片、边缘计算节点以及组网方式的成熟，台内资源密集型的节目制作模式将无缝延展到家庭和移动场景，5G给电视行业带来的不仅是传输手段和方式的丰富，而且是内容生产和传播形态的变革。
由于国内已经基本建立了基于DTMB的地面数字电视覆盖网络，如何利用好全国六千多座发射塔，也是广电机构尤为关心的问题。可重点研究5G背景下的无线广播电视技术，基于广播网与移动通信网融合发展的理念，构建新一代以智能、融合为核心的无线交互广播电视网。5G时代广播技术的发展，将给通信行业和广电行业带来深刻变革，通过技术手段做到大塔小塔的协同覆盖，通过内容、网络、终端实现广播电视网与移动通信网的深度融合，将成为新的研究方向和热点。
五．总结
全媒体时代，媒体融合发展是大势所趋，正如2019年1月，习近平同志在中央政治局第十二次集体学习时的讲话指出：推动媒体融合发展、建设全媒体成为我们面临的一项紧迫课题。要坚持一体化发展方向，通过流程优化、平台再造，实现各种媒介资源、生产要素有效整合，实现信息内容、技术应用、平台终端、管理手段共融互通，催化融合质变，放大一体化效能，打造一批具有强大影响力、竞争力的新型主流媒体。要坚持移动优先策略，让主流媒体借助移动传播，牢牢占据舆论引导、思想引领、文化传承、服务人民的传播制高点。要探索将人工智能运用在新闻采集、生产、分发、接收、反馈中，全面提高舆论引导能力。而5G技术的出现与成熟恰逢其时，但有了好的技术还不够，还需要人们有好的应用，如何用好5G，让它为广电行业在媒体融合的浪潮中充分发挥应有的作用，这还需要人们多加思考。
【参考文献】：
www.imt-2020.cn/zh （IMT-2020(5G)推进组官方网站 ）
《走向5G时代》 何宗就
www.3gpp.org （第三代合作伙伴计划3GPP)
www.lieku.tv （国家新闻出版广电总局广播电视规划院）
《电视媒体5G+4K+AI应用实践》 姜文波
http://www.ccps.gov.cn （中共中央党校）
《基于LTE的5G地面广播技术的发展与研究 》 于 坚 ,何大治 ,徐 胤 ,张奕喆
www.birtv.com.cn （北京国际广播电影电视展览会)