廣播信源傳輸中5G通信技術(shù)的應(yīng)用

白 盛

（中通服建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

近年來(lái)，隨著5G通信技術(shù)應(yīng)用范圍的進(jìn)一步拓寬，其在廣播電視領(lǐng)域也得到了更多的應(yīng)用，推動(dòng)了廣播信源傳輸技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。通過(guò)在廣播信源傳輸鏈路中應(yīng)用5G通信技術(shù)，其傳輸效率和傳輸質(zhì)量均得到顯著提升，現(xiàn)實(shí)意義較為突出。

1 廣播信源傳輸

廣播信源傳輸是廣播電視領(lǐng)域中的核心內(nèi)容之一，其效率和質(zhì)量直接關(guān)系到廣播電視領(lǐng)域的長(zhǎng)期發(fā)展情況，確保廣播電視信號(hào)高效穩(wěn)定傳輸歷來(lái)是業(yè)界的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。在以往的廣播信源傳輸過(guò)程中，通常采用微波或光纖傳輸方式，這2種模式在成本和便利性上具有一定的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也受到部分地區(qū)地理?xiàng)l件的嚴(yán)重限制[1,2]。特別是在一些地形復(fù)雜的區(qū)域，傳輸過(guò)程中更容易出現(xiàn)信息失真或傳輸速度過(guò)慢等情況。在以往的工作中，為了克服這些問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員通常在偏遠(yuǎn)地區(qū)布置信號(hào)發(fā)射塔，這就帶來(lái)了更高的建設(shè)和維護(hù)成本，對(duì)廣播電視領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展也造成了一定的制約。在這種情況下，就需要基于5G通信技術(shù)的先進(jìn)性對(duì)現(xiàn)有的廣播信源傳輸模式進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

2 廣播信源傳輸中應(yīng)用5G通信技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)

5G通信技術(shù)是在既有4G技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，其峰值傳輸速率等指標(biāo)更加優(yōu)異。相較于4G，5G在能效方面的優(yōu)勢(shì)更加突出，可以更加穩(wěn)定、快速地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，同時(shí)信號(hào)傳輸?shù)木珳?zhǔn)度也大幅提升，顯著改善了以往的傳輸流量浪費(fèi)問(wèn)題[3]。具體來(lái)看，將5G通信技術(shù)融用于廣播信源傳輸領(lǐng)域后，由于5G通信技術(shù)可以高效傳輸甚高頻信號(hào)，大幅提升了無(wú)線信號(hào)通過(guò)障礙的能力，有效避免了地形對(duì)傳輸效果的影響，確保了廣播信號(hào)傳輸效率和質(zhì)量的雙重提升[4]。5G通信信號(hào)具有更強(qiáng)的穿透力，設(shè)計(jì)人員在高海拔山地地形等特殊條件下仍可沿用常規(guī)通信基站設(shè)計(jì)模式進(jìn)行通信基站建設(shè)，有效解決了特殊情況下通信基站建設(shè)成本過(guò)高的問(wèn)題，同時(shí)后期維護(hù)成本也相應(yīng)降低[5]。除此之外，應(yīng)用5G通信技術(shù)后，在用戶訪問(wèn)量居高不下的情況下，仍能維持既有的傳輸速率進(jìn)行信息傳輸，對(duì)于當(dāng)前人口密集區(qū)域的廣播電視通信工作而言具有突出的現(xiàn)實(shí)意義[6]。

3 廣播信源傳輸中5G通信技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 項(xiàng)目概況

某地區(qū)地形以山地丘陵為主，其中有2個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域的平均海拔約為520 m和587 m。在以往的工作中，由于廣播電臺(tái)信號(hào)需要進(jìn)行全覆蓋，工程人員在目標(biāo)區(qū)域預(yù)先布置若干個(gè)轉(zhuǎn)播臺(tái)，轉(zhuǎn)播信號(hào)基于光纜進(jìn)行傳輸。但在后期的系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，用戶多次反映無(wú)法接收到轉(zhuǎn)播信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)光纜故障是導(dǎo)致轉(zhuǎn)播信號(hào)接收不暢的主要原因。為解決這一問(wèn)題，當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門深入目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行實(shí)地調(diào)研。由于當(dāng)?shù)氐匦纹鸱嘧?、水文地質(zhì)條件復(fù)雜且距離城區(qū)較遠(yuǎn)，因此難以沿用常規(guī)模式進(jìn)行光纜施工。針對(duì)這一問(wèn)題，技術(shù)人員通過(guò)調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)仉娦胚\(yùn)營(yíng)商的基站信號(hào)傳輸一直處于較優(yōu)水平，經(jīng)過(guò)有關(guān)部門研究討論后，決定采用5G通信技術(shù)發(fā)射廣播電視信號(hào)進(jìn)行廣播信源傳輸。

3.2 整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于5G的廣播信源傳輸系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 基于5G的廣播信源傳輸系統(tǒng)整體架構(gòu)

基于5G的廣播信源傳輸系統(tǒng)整體架構(gòu)由2大部分組成，即平臺(tái)端與臺(tái)站端。平臺(tái)端主要負(fù)責(zé)廣播信源的流媒體服務(wù)，由于其基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，因此設(shè)計(jì)人員在云服務(wù)器中增設(shè)了1個(gè)虛擬機(jī)模塊。該虛擬機(jī)系統(tǒng)選用Linux，承擔(dān)流媒體服務(wù)器的職能。同時(shí)，內(nèi)網(wǎng)的IP復(fù)用器將傳輸流（Transfer Stream，TS）進(jìn)行傳導(dǎo)，TS流經(jīng)過(guò)交換機(jī)和防火墻處理后進(jìn)入流媒體服務(wù)器，流媒體服務(wù)器則實(shí)時(shí)接收IP復(fù)用器的推流，創(chuàng)建實(shí)時(shí)流傳輸協(xié)議（Real Time Streaming Protocol，RTSP）服務(wù)。臺(tái)站端的主要作用是拉取TS流，設(shè)計(jì)人員使用嵌入式計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)仍選用Linux，通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)連接，而后基于此計(jì)算機(jī)登陸虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network，VPN）服務(wù)器，向該服務(wù)器發(fā)出連接請(qǐng)求。當(dāng)二者建立連接后，開(kāi)始進(jìn)行TS流拉取，而后基于IP推流模式將TS流傳輸?shù)絀P復(fù)用器，以此實(shí)現(xiàn)廣播信源傳輸。

3.3 RTSP服務(wù)創(chuàng)建和TS流轉(zhuǎn)發(fā)

在基本架構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，基于服務(wù)器的Linux系統(tǒng)登陸github下載最新版本的easydarwin軟件并解壓，解壓完成后打開(kāi)軟件文件夾，以記事本方式打開(kāi)文件夾中的easydarwin.ini配置文件，在配置文件中對(duì)rtsp服務(wù)端口、服務(wù)界面用戶密碼和端口號(hào)進(jìn)行修改。具體修改情況如表1所示。

表1 配置文件修改內(nèi)容

當(dāng)easydarwin.ini配置修改內(nèi)容設(shè)置完成后，輸入“./start.sh”并以服務(wù)方式啟動(dòng)即可進(jìn)入控制頁(yè)面，成功啟動(dòng)RTSP服務(wù)。在RTSP服務(wù)啟動(dòng)完成后，設(shè)計(jì)人員將最新版本的ffmpeg安裝包放置在臺(tái)站端的嵌入式計(jì)算機(jī)中，對(duì)此安裝包解壓后輸入“./ffmpeg”命令啟動(dòng)該軟件，輸入配置IP端口的命令，實(shí)現(xiàn)TS流的拉取，并將TS流推送給臺(tái)站的IP復(fù)用器，完成廣播信源鏈路的傳輸。

3.4 5G路由器選擇

為了確保能夠利用5G信號(hào)進(jìn)行廣播信源的高效傳輸，在本次設(shè)計(jì)中選用型號(hào)為YH2000-C5G的工業(yè)級(jí)5G路由器。該路由器支持VPN、傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）、超文本傳輸協(xié)議（HyperText Transfer Protocol，HTTP） 和 文 件 傳 輸 協(xié) 議（File Transfer Protocol，F(xiàn)TP）等多種協(xié)議，最大傳輸速率可達(dá)1 000 Mb/s，整機(jī)功耗相對(duì)較低。

3.5 信源接收設(shè)置

在調(diào)頻設(shè)備間增設(shè)新的信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)以5G路由器為核心組建，能夠?qū)ヂ?lián)網(wǎng)上的廣播流媒體節(jié)目信號(hào)進(jìn)行接收，接收到的信號(hào)則作為廣播節(jié)目源。由于每臺(tái)計(jì)算機(jī)僅支持單個(gè)頻段的廣播節(jié)目信號(hào)，因此使用VMware Workstation16軟件構(gòu)建3個(gè)虛擬機(jī)，并為每臺(tái)虛擬機(jī)配置基于可見(jiàn)光通信技術(shù)（Visible Light Communication，VLC）的媒體播放系統(tǒng)軟件和聲卡設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)?shù)?套廣播節(jié)目信號(hào)的同時(shí)接收。設(shè)計(jì)人員經(jīng)過(guò)分析后決定采用遠(yuǎn)程控制播發(fā)模式，僅在光纜主信號(hào)傳輸出現(xiàn)故障時(shí)再啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)目源。

3.6 遠(yuǎn)程控制

為確保實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的預(yù)期目標(biāo)，設(shè)計(jì)人員基于選定的工業(yè)路由器啟用內(nèi)網(wǎng)穿透功能，將內(nèi)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)設(shè)備映射到外網(wǎng)中。通過(guò)這種設(shè)計(jì)方式，操作人員可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)登錄到機(jī)房的計(jì)算機(jī)設(shè)備中，啟動(dòng)媒體流播放器，開(kāi)啟廣播信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)傳輸。

3.7 信號(hào)切換

為了實(shí)現(xiàn)光纜信號(hào)與備份信號(hào)之間的無(wú)縫切換，本次選用型號(hào)為imod-AAS5103的模擬應(yīng)急切換器。該切換器基于“主路優(yōu)先”的原則運(yùn)行，如果光纜信號(hào)出現(xiàn)故障，則網(wǎng)絡(luò)信號(hào)自動(dòng)切入運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，為確保機(jī)房實(shí)際控制效果，設(shè)計(jì)人員增設(shè)了本地控制面板，以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)切換的功能。

3.8 實(shí)際應(yīng)用效果

在基于5G通信技術(shù)的廣播信源傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，將其投入實(shí)際應(yīng)用并進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示，該系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中高度穩(wěn)定，以往信號(hào)傳輸不暢區(qū)域的信源傳輸問(wèn)題得到了較大改善。當(dāng)光纜信號(hào)傳輸出現(xiàn)故障時(shí)，該系統(tǒng)能夠第一時(shí)間發(fā)揮自身作用，基于遠(yuǎn)程控制自動(dòng)完成信源傳輸任務(wù)。在該系統(tǒng)投入運(yùn)行后的30天內(nèi)，未接收到用戶關(guān)于廣播信號(hào)中斷的反饋，證明本次系統(tǒng)投入使用后具有較高實(shí)用價(jià)值。

4 廣播信源傳輸中5G通信技術(shù)的未來(lái)應(yīng)用展望

整體來(lái)看，在當(dāng)前的廣播信源傳輸過(guò)程中，5G通信技術(shù)的應(yīng)用尚處于初級(jí)階段，仍有著較大的發(fā)展空間。隨著相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，5G通信技術(shù)在廣播電視信號(hào)傳輸中的應(yīng)用深度和廣度也將進(jìn)一步提升。5G通信技術(shù)與當(dāng)前新興的物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)將呈現(xiàn)更具深度的融合，廣播信源傳輸系統(tǒng)模塊中將應(yīng)用更多的感應(yīng)設(shè)施，這些感應(yīng)設(shè)施能夠推動(dòng)廣播信源傳輸系統(tǒng)高度流暢運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)的高效運(yùn)作。除此之外，5G移動(dòng)通信技術(shù)與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)的整合進(jìn)程將得到進(jìn)一步推進(jìn)，通過(guò)這些技術(shù)的融合應(yīng)用，在廣播信源傳輸系統(tǒng)的日常維護(hù)環(huán)節(jié)中，相關(guān)功能模塊會(huì)自動(dòng)收集和分析系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，根據(jù)數(shù)據(jù)信息判斷系統(tǒng)的運(yùn)行情況，為運(yùn)維工作人員提供參考依據(jù)，推動(dòng)廣播信源傳輸模式的智慧化發(fā)展，進(jìn)一步提高廣播傳輸效率和質(zhì)量。

5 結(jié) 論

5G通信技術(shù)在廣播信源傳輸中的應(yīng)用對(duì)于提高廣播電視信號(hào)傳輸效率和質(zhì)量的作用尤為突出，能夠有效解決以往廣播通信領(lǐng)域中長(zhǎng)期存在的技術(shù)性難題。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，5G通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)將得到進(jìn)一步發(fā)揮，切實(shí)促進(jìn)廣播無(wú)線發(fā)射技術(shù)實(shí)現(xiàn)更大的突破。