江 南

（湖北广播电视台，武汉 430071）

1 5G 发展历程

第五代移动通信系统，简称5G，是为满足新时代移动通信的高要求发展而来的全新移动通信系统。相对于4G，5G 的频谱利用率与能效非常高，数据传输的速率、传输资源的利用率都有一个很大的提升。

2013年5月，韩国三星公司宣布已成功开发5G 核心技术；2015年，美国移动运营商Verizon 无线公司宣布将从2016年开始试用5G 网络；2017年12月，3GPP 组织正式完成并发布5G 非独立组网（NSA）标准；2018年6月，3GPP 5G 独立组网（（SA））标准也宣告完成，这也标志着首个真正完整意义的国际5G 标准已经建立而成，第五代移动通信步入了规范商用的时代。2019年6月，我国工业与信息化部向中国电信、中国广电、中国移动、中国联通分别发放了5G 商用的牌照，标志着中国步入了5G 商用的新时代。

1G 通信时代，拥有一台大哥大就是时髦的象征。但是1G 网络采用模拟信号传输，存在信号不稳定、覆盖不够广、容易被窃听等问题，且仅限于语音通信。2G 网络最大的变化是采用了数字调制，得益于此，发短信成为当时最前卫的交流方式。随着3G 技术的突飞猛进，全世界的移动互联网走上了快速发展的轨道。在3G 时代，屏幕的触摸控制得到广泛应用，安装和升级了多种APP 的智能化终端受到追捧，成为一种时尚。智能终端不再只是接发通信信息的载体，其本身更成为信息的生产工厂。在第三代移动通信网络推出4年之后，高速的4G 网络让视频缓存变得不易察觉，更增强了人与人之间的交流。时隔5年，第五代移动通信技术也走到了台前。结合当下的万物互联的趋势，以及VR/AR、智慧医疗、物联网、车联网等重要应用的出现，第五代移动通信系统不单单成为无线通信的接入方式和技术，更是多种通信技术整合、集约后的总体解决方案。

2 现实需求

在政策上，湖北省5G 产业发展行动计划（2019-2021年）发展目标中提到行业应用目标，包括有重点推进超高清视频和VR即虚拟现实、AR 即增强型虚拟现实、MR 即混合现实、智慧旅游、北斗位置服务、远程医疗、智慧物流商贸、智慧教育、智慧农业和数字政府、智慧园区等领域的5G 应用，其中，视频方面的应用占有较重的比例。

在市场中，现今视频监控行业的传输分为有线和无线两种传输方式，现在主导地位的有线传输视频监控产品与技术正在向着高清化、智能化飞速发展。但是受限于速度和部署，有线传输方式无法满足发展的需求，市场急需5G 技术对传统监控进行提升与革新。在医疗行业中，新冠肺炎的爆发导致医院无法正常接纳众多的病人，远程医疗作为一种有力而高效的应急治疗手段得到了大量应用，并取得了很好的效果。此外，还有远程教育、远程办公、远程会议、远程旅游等应用也在不断涌现，并为疫情期间的人们解决了很多困难。

3 5G 关键技术

下面简单介绍几个主要的5G 关键技术：

（1）关键技术一：全双工。基于自干扰抑制理论和技术，全双工可以使频谱效率提升一倍，主要包括全双工系统的自干扰抑制技术和组网技术。

（2）关键技术二：大规模天线。我们假设5G 基站一边的天线数量远远多于使用者一侧的天线数量时，从5G 基站到每个使用者的信道会趋向于正交；对于这样的情形，使用者之间的干扰会趋向于渐渐减少以至没有。超大的阵列增益则可以高效地使各个使用者的S/N（SIGNAL-NOISE RATIO）得到提升，进而可以在同样的时频资源上让更加多的使用者进行传输。

（3）关键技术三：全频谱接入。这个技术牵涉到6 GHz 以下的低频段以及6 GHz 以上的高频段，低频段作为第五代移动通信系统核心频段，会在无缝覆盖中使用到，而高频段则是辅助的频段，可以提升热点区域速率。全频谱接入技术使用高、低频混合组网的模式，可以极大地发挥两者优势，同时保证5G 网络的高速率、大容量、低时延与无缝覆盖。

（4）关键技术四：超密集组网。这个技术可以利用密集的无线网络基础设施的设计和实施，从而会得到更好的频率复用效率，进而提升部分使用频率高的区域的系统容量，量级可达到数百倍。

（5）关键技术五：新型多载波。F-OFDM，FBOFDM，UFOFDM 这三种多载波技术，都使用了滤波器机制，带外泄露相对比较低，保护带开销也可相对减少，通过新型多载波支撑灵活可配的新空口。F-OFDM 可以通过子带滤波实现子带之间参数配置的解耦，因此，系统带宽可以根据业务的不同，划分成不同的子带，并在每个子带上配置不同的TTI、子载波间隔和CP 长度等，从而让空口的使用灵活可控，整个系统对于各类业务的供应完成度也可以增大，系统发展的变化度与可伸缩性更会得到进一步的提升。

4 视频场景下的典型应用

4.1 视频直播

5G 无人机直播。利用无人机搭载高清摄像头进行定向巡航，实现视频场景内外的实时远程直播，结合AI 技术，对人、物进行动作的识别、捕捉和静态识别，以便及时针对直播场景切换镜头、角度。4G 的峰值速率在100 Mb/s 以内，5G 的峰值速率是4G 的10多倍，可以支持多线路的4K 超高清视频实时直播。利用无人机飞行的灵活性和机动性，结合5G 网络高速率、低时延、大带宽的技术特点，5G 无人机视频直播能让人感受到与普通直播不一样的高空视角！

5G 多点VR 直播。在体育赛事中，以足球比赛为例，在足球场上可以安装数个全景超清摄像头，拍摄到的超高清比赛视频可以通过5G 网络进行传输，然后利用5G 的传输终端（CPE）将视频通过网络分发到VR 终端上，头戴VR 终端的观众们可以如临现场一般地观看比赛。传统的VR 直播会让人有一种眩晕感，这种眩晕感是由于网速较慢，画面来不及加载而让人在视觉上产生模糊感带来的眩晕。5G 的高速率、低时延、大带宽特点保证了画面的及时下载和更新，不会让人再产生眩晕感，而是可以实实在在地带给人身临其境的观看体验。

4.2 视频录播

5G 互动式视频录播。例如，通过在某景区多处重点区域规划、布放超高清全景摄像头，将画面通过5G 网络传输到云端。“游客”可以戴上VR 眼镜，通过5G 网络在云端直接观看景区的实况，沉浸式体验让人身临其境。同时还可以加载互动性的解说，“游客”点击相应的按钮即可收到“导游”的针对性讲解，并且可以利用人工智能进行语音互动。

4.3 视频分发

5G 视频时间切片。如果可以在体育赛场周围安装多达100个摄像头，获取不同角度的视频信息，视频流通过5G 网络同步上传到服务器，就可以同时分发到不同的网络平台。用户在通过手机观看比赛时，不仅可以选择从不同的角度观看比赛，还可以在多平台上随意回看精彩瞬间。“时间切片”可以应用于诸如短道速滑、花样滑冰等类型的体育项目。

5 结束语

尽管在一段时间内，信息通信技术建立的基础通信功能给人们的生活与工作带来了极大的便利，但是通信和农业、工业、服务业的结合还有较大的提升空间。第五代移动通信将深入到人们生活和社会生产的每一个角落，它将再次定位传统产业架构，降本增效，让我们的世界更便捷更美好。随着物联网、大数据、人工智能等技术的发展、应用与融合，第五代移动通信必将提升社会的生产力，继而对教育、民生以及人类精神生活等多个方面产生重大影响。