5G技术及其广播电视应用前景的分析（上）

肖振华 杜艳红 程宏 官健

【摘要】 随着计算机技术和移动互联网的迅猛发展，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 媒体融合 频谱

2019年1月25日，习近平总书记在中共中央政治局第十二次集体学习时，深刻诠释了“全媒体”的概念：“全媒体不断发展，出现了全程媒体、全息媒体、全员媒体、全效媒体”。互联网技术发展，重塑着媒体的产业形态，再造着用户的心理和习惯，也重构着新闻的生产与风格。媒体界限此消彼融，时空覆盖之全，受众涵盖之广，生产主体之多样，传播渠道之多元，比以往任何一个时代的媒体图景都更复杂。从传播的角度看，互联网的发明是继文字、印刷术、电信技术之后的又一次革命，各种有形介质都数字化，实现了多种媒体技术的整合。

“全程”，突破了时空尺度，零时差、“五加二”、“白加黑”，传播随时随地都可以发生；“全息”，突破了物理尺度，所有信息都可以变成数据，用一个手机就可以获得；“全员”，突破了主体尺度，从“我说你听”的一对多传播，变成了多对多传播，互动性也大大增强；“全效”，突破了功能尺度，集成了内容、信息、社交、服务等各种功能，成为“信息一条街”。这样的全媒体，让信息无处不在、无所不及、无人不用，导致舆论生态、媒体格局、传播方式发生深刻变化。

中宣部强调要深入贯彻落实习近平总书记系列重要讲话精神，坚定不移推进传统媒体和新兴媒体深度融合，不断提高新闻舆论传播力引导力影响力公信力。目前，我国移动新闻用户已超过5亿，占网民总数的70%以上。随着5G、人工智能等技术的不断演进，移动媒体必将进入加速发展的新阶段。推动媒体融合发展，必须顺应移动化大趋势，强化移动优先意识，实施移动优先战略。坚持移动优先战略，打造融合发展生态圈。

一.5G的定义与技术特点

5G（5th-generation）是第五代移动通信技术的简称，但与4G、3G、2G不同的是，5G并不是独立的、全新的无线接入技术，而是对现有无线接入技术（包括2G、3G、4G和WiFi）的技术演进，以及一些新增的补充性无线接入技术集成后解决方案的总称。从某种程度上讲，5G将是一个真正意义上的融合网络。以融合和统一的标准，提供人与人、人与物以及物与物之间高速、安全和自由的联通。

5G对社会经济的拉动也不容小觑。中国信息通信研究院在2017年IMT—2020（5G）峰会上发布的《5G经济社会影响白皮书》中预测，到2030年，在直接贡献方面，5G将带动的总产出、经济增加值、就业机会分别为6.3万亿元、2.9万亿元和800万个；在间接贡献方面，5G将带动的总产出、经济增加值、就业机会分别为10.6万亿元、3.6万亿元和1150万个。5G将全面构筑经济社会数字化转型的关键基础设施，从线上到线下、从消费到生产，从平台到生态，推动我国数字经济发展迈上一个新的高度。

5G三大应用场景：eMBB：增强移动宽带，顾名思义针对的是大流量移动宽带业务；URLLC：超高可靠超低时延通信，例如无人驾驶等业务；mMTC：大连接物联网，针对大规模物联网业务（见图1）。

从专业角度讲，除了要满足超高速的传输需求外，5G还需满足超大带宽、超高容量、超密站点、超可靠性、随时随地可接入性等要求。因此，通信界普遍认为，5G是一个广带化、泛在化、智能化、融合化、绿色节能的网络。2G的是短信的时代，3G、4G是多媒体移动互联网的时代，而5G会给万物互联带来很多的机会。5G有高速率高容量低延时的特点，5G将会在未来随着传感、大数据、人工智能的发展，有力地推动工业级应用和消费级体验的应用。5G具备比4G更高的性能，支持0.1～1Gb/s的用户体验速率，每平方公里一百万的连接数密度，毫秒级的端到端时延，每平方公里数十Tb/s的流量密度，每小时500Km以上的移动性和數十Gb/s的峰值速率。图1所示为5G与4G技术在一些技术指标的对比情况，而其中用户体验速率、时延和连接数密度为5G最基本的三个性能指标。

（1）高速率

据中国通信研究院发布的《5G经济社会影响白皮书》指出，5G可以达到100Mb/s至1Gb/s的用户体验速率，是4G的10倍以上。而现实中，北京已经落成了国内首条5G精品参观线路，全程约3.5公里，网络带宽约为200Mb/s。

（2）低时延

时延即数据传输时端到端的所需时间，传统的3G技术时延是100ms，4G则是20～30ms，而5G的空口时延水平将降至1ms，相当于人眨眼时间的百分之一，膝跳反射所需时间的五十分之一。也就是说，理论上5G的数据传输水平甚至优于人的生理反应时间，几乎可以做到实时反映。超低时延能够极大改善传播过程中人的体验。

（3）大连接

据白皮书介绍，5G的连接数密度可达到100万连接/平方公里，在同等频谱资源条件下达到4G的50倍以上。3G和4G的使用场景中，常常出现因区域内连接人数过多而降低网速的情形，而5G的超大连接容量则可以在人员密度大、使用需求高的区域依然实现高速数据传输。

2018年6月14日，3GPP在美国举行全体会议，正式批准冻结第五代移动通信技术标准（5G NR）独立组网（SA）功能，即Rel-15标准的冻结。3GPP TSG RAN主席、诺基亚资深技术专家巴拉斯·伯尼（Balázs Bertényi）代表3GPP宣布，第五代移动通信技术标准（5G NR）独立组网（SA）功能冻结。至此第一阶段全功能完整版5G标准正式出台，5G商用进入全面冲刺阶段。来自全球的主要电信运营商、网络设备商、终端和芯片厂商、互联网公司和其它垂直行业公司等各方的数百名代表共同见证了这一历史时刻。 按照3GPP规划，5G标准分为NSA和SA（Standalone独立组网）两种。其中5G NSA组网是一种过渡方案，主要以提升热点区域带宽为主要目标，没有独立信令面，依托4G基站和核心网工作。Rel-15标准的冻结只是5G发展的第一步，3GPP将继续努力对其进行完善，使其可以更好地满足客户和工业界的需求。中国企业在5G首个国际标准中作出了重要贡献，其在大规模天线与波束赋形、新型多址技术、超密集组网、车联网、信道编码新型移动性管理、TDD动态帧结构、5G核心网络架构、5G CU/DU架构设计等5G标准化领域处于国际领先水平，多项技术方案进入国际核心标准规范。3GPP还会陆续完成并发布后续版本的5G标准：R16、R17、R18等。巴拉斯·伯尼指出，R16的重点是确保满足IMT-2020的所有需求，并不断扩展5G的生态系统。“未来的5-10年，我们将致力于提升移动宽带网络效率，并且努力将更多的垂直行业纳入5G生态系统”。

二.4G改变了生活，那么5G将改变社会

与4G时期相比，5G网络服务具备更贴近用户需求、定制化能力进一步提升、网络与业务深度融合以及服务更友好等特征，其中代表性的网络服务能力包括：网络切片、移动边缘计算、按需重构的移动网络、以用户为中心的无线接入网和网络能力开放等。网络切片是网络功能虚拟化（NFV）应用于5G阶段的关键特征。一个网络切片将构成一个端到端的逻辑网络，按切片需求方的需求灵活地提供一种或多种网络服务。移动边缘计算（MEC，Mobile Edge Computing）改变4G系统中网络与业务分离的状态，将业务平台下沉到网络边缘，为移动用户就近提供业务计算和数据缓存能力，实现网络从接入管道向信息化服务使能平台的关键跨越，是5G的代表性能力。

作为5G标准中的两种组网方式，NSA（非独立组网）和SA（独立组网）。NSA（非独立组网）是5G与4G LTE联合组网，利用现有的4G设备基础上进行5G网络的部署；SA（独立组网）则是新建5G网络。目前看来运用现有的4G技术与5G联合组网NSA（非独立组网）可以更快的、更经济的构建5G网络。但因为SA（独立组网）凭借其业务能力更强的特点还是会成为网络演进的目标方案，成为物联网、工业互联网的网络基础和支撑，进而推动整个社会经济的转型升级。

5G技术距离正式大范围推广应用变得越来越近，不断有支持5G技术的终端设备陆续上市。2019年7月23日，中興天机Axon 10 Pro 5G版预售通道正式开启，并公布售价：4999元。这是国内首款公布价格并开启预售的5G旗舰，有望成为国人的第一部5G手机。Axon 10 Pro 5G版搭载高通X50，支持中国移动n41频段、中国电信和中国联通n78频段。Axon 10 Pro 5G版在中兴通讯架构的5G NSA实验网下，采用EN-DC技术，实现4G、5G频段的数据聚合，可实现2Gb/s速率。

海思5G芯片支持NSA和SA组网方式，双模的华为5G双模手机Mate 20X 5G版拿到中国第一张编号为001的5G终端电信设备进网许可证。7月26日华为正式发布5G智能手机中唯一一款支持SA/NSA的5G双模手机，同时向下兼容4G。中国联通上海公司8月16日举行华为Mate 20 X 5G版手机首销仪式，购机可获赠100GB 5G流量。此次开售的Mate 20 X5G搭载了业界首款7nm 5G双模全网通芯片巴龙5000，于6月25日获得国内首张5G终端电信设备进网许可证，同时还获得了首张泰尔5G通信能力五星证书、首张GCF 5G能力认证证书。

正是因为5G技术拥有强大的技术优势，使得人们从它身上看到了一些需求得以解决的可能。

（1）云业务的需求

目前云计算已经成为一种基础的信息架构，基于云计算的业务也层出不穷，包括桌面云、游戏云、云存储、云备份、云加速、云下载和云同步等，未来移动互联网的基础就是云计算。不同于传统的业务模式，云计算的业务部署在云端，终端和云之间大量采用信令交互，信令的时延、海量的信令数据等，都对5G提出了巨大的挑战。云业务要求5G需求端到端时延小于5ms，数据速率大于1Gb/s。

（2）虚拟现实的需求

虚拟现实（Virtual Reality，VR）是利用计算机模拟合成三维视觉、听觉、嗅觉等感觉的技术，产生一个三维空间的虚拟世界，让使用者拥有身临其境的感受。要满足虚拟现实和浸入式体验，相应的视频分辨率需要达到人眼的分辨率，网络速度必须达到300Mb/s以上，端到端时延要小于5ms，移动小区吞吐量要大于10Gb/s，VR作为5G的杀手业务，要求5G网络必须满足这些业务指标需求。

（3）高清视频的需求

现在高清视频已经成为人们的基本需求，4K视频或将成为5G网络的标配业务。不仅如此，保证用户在任何地方都可以欣赏到高清视频，即移动用户随时随地就能在线获得超高速的、端到端的通信速率，是5G面临的更大挑战。

（4）物联网的需求

5G之前的移动通信是一种以人为中心的通信；而5G将围绕人和周围的事物，是一种万物互联的通信。5G需要考虑IoT（Internet of Thing）业务，IoT带来海量的数据连接，5G对海量传感设备及机器与机器通信（Machine to Machine，M2M；Machine Type Communication，MTC）的支撑能力将成为系统设计的重要指标之一。

M2M的5G需求被划分为Massive MTC和Critical MTC两类，其中前者定位于满足海量数据连接，后者定位于高可靠、低时延的M2M业务的通信。低时延是电子医疗、自动驾驶等远程精确控制类应用成功的关键。在5G网络中，时延将从4G的50ms缩短到1ms。以自动驾驶汽车为例，速度为60km/h的汽车在50ms时延内将开出约1m远；如果为1ms，则车辆移动距离仅为1.6cm，安全性将大大提高。

5G不是简单的4G演进范畴，而是万物互联网背景下，移动通信网络（CT）与移动互联网（IT）及物联网在技术和业务层面的深入融合。除了增强移动宽带之外，5G在物联网等增强场景有着广泛的空间（如图2所示）。但在具体应用推进上，5G将与4G长期共存，与WIFI及有线宽带更多是互补关系。

三.5G频谱

在目前3GPP定义的频率范围分为FR1和FR2。FR1和FR2的具体范围如表1所示。

FR1就是通常说的sub 6GHz，这部分将是5G当前的主流应用范围。频率越低，覆盖能力越强，穿透能力越好，但目前很多频段已经在之前的网络中使用，各国使用状况不同，目前3.5GHz是5G应用较广泛的频谱。FR2范围主要是高频，就是通常说的毫米波，穿透能力较弱，但带宽十分充足，且没有什么干扰源，频谱干净，未来的应用也十分广泛。因此如何统筹分配利用好各频段的频谱就变得十分重要。

了解5G技术的频谱，可以先从一个公式入手——c=λν。C是光速，是个固定值，真空中光速理论值是每秒3*10^8米/秒，λ是波长，ν是频率。无线通信就是利用电磁波进行通信，电波和光波都属于电磁波，而电磁波的功能特性是由它的频率决定的，不同频率的电磁波有不同的属性特点，利用它们各自的特点可以实现不同的用途。例如高频的γ射线，具有很大的杀伤力，可以用来治疗肿瘤。当前通信所用的频段主要在3GHz以下，频谱资源十分拥挤，可用带宽有限，而高频段可用频谱资源丰富（在3～300GHz约有252GHz可用频段），能够有效缓解频谱资源紧张的现状，当频段在30GHz到300GHz时用上述公式换算可知此时的波长范围已在1mm到10mm之间，称之为毫米波。

此前，美国已经释放了可以以技术中立基础进行使用的频谱（2018年底T-Mobile和诺基亚合作，在华盛顿州完成了世界上第一个600MHz频谱的5G数据传输，证明低频电波可在单个塔内提供数百平方英里的5G覆盖），确定了可以使用2.5GHz频段，28GHz（27.5-28.35GHz）和39GHz（37-40 GHz）频段用于5G服务。巴西、哥伦比亚、萨尔瓦多、墨西哥都在计划拍卖、分配适用于5G服务的频谱。欧洲地区大部分都使用3.5GHz频段，以及700MHz、26GHz。其中一些欧洲国家已经完成了频譜的拍卖和分配，其余国家也处于正在筹备的过程之中。

在亚太地区已经确定了5G频谱拍卖、分配的国家有澳大利亚、中国、香港地区、马来西亚、日本和韩国。2018年6月，韩国完成了3.42-3.7GHz和26.5-28.9GHz频段的5G拍卖，并已在3.5G频段商用。

在国内，2019年6月6日，已明确分配了给三大运营商的5G频谱：中国电信获得3400MHz-3500MHz共100MHz带宽的5G频率资源；中国移动获得2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz频段的共260MHz带宽5G频率资源，其中2515-2575MHz、2635-2675MHz和4800-4900MHz频段为新增频段，2575-2635MHz频段为中国移动现有的TD-LTE（4G）频段；中国联通获得3500MHz-3600MHz共100MHz带宽的5G频率资源。中国广电，手握700MHz 5G频率资源，在4.9GHz也获得频谱。中国广电手握700MHz频段一直以来被看做是发展移动通信的黄金频段，其具有信号传播损耗低、覆盖广、穿透力强、组网成本低等优势特性，作为5G的底层网络，用作广覆盖是非常合适的。

中国移动、中国电信、中国联通、中国广电这4家运营商的发证日期为2019年6月5日，中国广电的有效期截止时间为2026年4月12日，但另外3家运营商的有效期截止时间均为2029年1月6日（在注册资本方面，三大电信运营商都是千亿级别，中国广电为45亿元，差距确实比较大）。

（未完待续）