李永明

（山東省招遠市廣播電視臺，招遠，山東 265400）

4G通信技術及其在廣播電視領域的應用

李永明

（山東省招遠市廣播電視臺，招遠，山東 265400）

本文首先對4G移動通信技術進行了簡單介紹，然后對4G的網絡結構、技術特征和關鍵技術進行了闡述，最后對我國主導的4G國際標準TD-LTE在多個城市應用體驗情況，以及4G電視直播系統(tǒng)的優(yōu)越性進行了重點分析。

4G技術；TD-LTE；應用體驗；電視直播

1 引言

當今電視媒體面臨著多重的挑戰(zhàn)，除了要應對同類媒體其他電視節(jié)目的收視競爭，還要與互聯網等新興媒體搶占受眾，客觀環(huán)境和內在需求迫使電視媒體急需提升節(jié)目質量，吸引更多觀眾。在這樣的背景下，引入各種新技術手段來豐富電視內容，提高電視媒體的反應速度，是較為有效的方法。

3G網絡技術早已悄無聲息地融入我們的生活，它不但使我們的生活變得更精彩，讓我們的工作更輕松，甚至改變了我們工作和生活的方式。正在人們?yōu)橹畾g呼之時，第四代（4G）網絡及技術在世界各國已經悄然興起，由于其具有傳輸速率高、時延短、頻譜效率高等特點，為廣播電視借用“現代通信”手段實現高清電視信號的實時無線傳輸提供了新的手段。

2 4G移動通信技術概述

4G是第四代移動通信及其技術的簡稱，是能夠傳輸高質量視頻圖像以及圖像傳輸質量與高清晰度電視不相上下的技術產品。4G的概念可稱為廣帶接入和分布網絡，具有超過2Mb/s的非對稱數據傳輸能力，對全速移動用戶能提供150Mb/s的高質量的影像服務，并首次實現三維圖像的高質量傳輸，無線用戶之間可以進行三維虛擬現實通信。它包括廣帶無線固定接入、廣帶無線局域網、移動廣帶系統(tǒng)和互操作的廣播網絡。在不同的固定無線平臺和跨越不同頻帶的網絡中提供無線服務，可以在任何地方寬帶接入互聯網（包括衛(wèi)星通信和平流層通信），提供信息通信之外的定位定時、數據采集、遠程控制等綜合功能。同時，4G系統(tǒng)還是多功能集成的寬帶移動通信系統(tǒng)，是寬帶接入IP系統(tǒng)。

3 4G網絡結構和技術特征

3.1 網絡結構

4G移動通信網絡的根本任務是能夠接受、獲取到終端的呼叫，在多個運行網絡（平臺）之間或者多個空中接口之間，建立其最有效的通信路徑，并對其進行實時的定位和跟蹤。

4G采用單一的全球范圍的蜂窩核心網來取代3G中密密麻麻的蜂窩網絡，其采用全數字全IP技術，這是從網絡內智能化及網絡邊緣智能化向全網智能化的發(fā)展，核心網能夠支持不同的接入方式，如IEEE 802.11a，WCDMA，Bluetooth等，同時每個用戶設備擁有唯一可識別的號碼，通過分層結構實現異構系統(tǒng)間的互操作。這種結構使得多種業(yè)務透明地與IP核心網連接，具有較好的的通用性和可擴展性。

3.2 技術特征

（1）多種業(yè)務的完整融合。個人通信、信息系統(tǒng)、廣播、娛樂等業(yè)務無縫連接成一個整體，滿足用戶的各項需求。4G有望集成不同模式的無線通信，從無線局域網和藍牙等室內網絡、蜂窩信號、廣播電視到衛(wèi)星通信，移動用戶可以自由地從一個標準漫游到另一個標準。各種業(yè)務應用、各種平臺間的互連將更為便捷、安全，針對不同用戶要求，更富于個性化。

（2）高速移動中不同系統(tǒng)之間的無縫連接。用戶在高速移動中，能夠接入到系統(tǒng)中，并在不同系統(tǒng)之間無縫切換，進行高速率的多媒體業(yè)務數據傳送。

（3）各種價格低廉的用戶設備便捷的入網連接。這些設備體積小巧便攜、甚至無須接入電源網即可工作。用戶與設備不再局限于聽、說、讀、寫的簡單交流方式，為滿足用戶的特殊需要和特殊用戶（如殘疾人用戶）的需要，更多新的人機交換方式將出現。

（4）高度智能化的網絡。4G通信網絡將是一個高度自治、自適應的網絡。它具有良好的重構性、尺度可變性、自組織性等，用以滿足不同環(huán)境、不同用戶的通信需求。

（5）獨立的軟件平臺。技術的發(fā)展和市場的需求，將加快并實現目前的計算機網、電信網、廣播電視網和衛(wèi)星通信網等多網融合，寬帶IP技術和光網絡將成為多網融合和支撐技術和結合點。

4 4G關鍵技術

4.1 正交頻分復用（OFDM）技術

4G采用了正交頻分復用（OFDM）技術，其基本原理是在頻域內將給定的信道劃分成若干正交子信道，將高速數據信號轉換成并行的低速子數據流，調制到每個子信道上進行傳輸。在每個子信道上使用一個子載波進行調制，并且各子載波并行傳輸。盡管總的信道是非平坦的，具有頻率選擇性，但是每個子信道是相對平坦的，在每個子信道上進行的是窄帶傳輸，從而可以消除符號間干擾。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易。由于在OFDM系統(tǒng)中各個子信道的載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波（ICI）間的相互干擾，同時又提高了頻譜利用率。OFDM技術還具有以下優(yōu)點：可以對抗多徑干擾和頻率選擇性衰落；調制解調實現容易；支持非對稱業(yè)務；適合高速數據傳輸；OFDM技術還易與和其他多址方式結合使用。

4.2 智能天線技術

智能天線也叫自適應天線陣列（AAA），它由天線陣、波束形成網絡、波束形成算法三部分組成。智能天線采用了空時多址（SDMA）的技術，利用信號在傳輸方向上的差別，將同頻率或同時隙、同碼道的信號進行區(qū)分，動態(tài)改變信號的覆蓋區(qū)域，將主波束對準用戶方向，旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，并能夠自動跟蹤用戶和監(jiān)測環(huán)境變化，為每個用戶提供優(yōu)質的上行鏈路和下行鏈路信號，從而達到充分利用移動用戶信號并消除或抑制干擾信號的目的。這種技術既能改善信號質量又能增加傳輸容量。

4.3 軟件無線電技術

軟件無線電技術是將標準化、模塊化的硬件功能單元經過一個通用硬件平臺，利用軟件加載方式來實現無線電通信系統(tǒng)功能的一種具有開放式結構的新技術，各種功能和信號處理盡可能利用軟件實現，包括各類無線信令規(guī)則與處理軟件、信號流變換軟件、信源編碼軟件、信道糾錯編碼軟件、調制解調算法軟件等。軟件無線電技術使無線電通信系統(tǒng)具有靈活性和適應性，能夠適應不同的網絡和接口，能支持不同接口的多模式手機和基站，能實現各種不同應用的可變QoS。

4.4 多輸入多輸出技術（MIMO）

MIMO（多輸入多輸出）技術又稱為多天線技術，是LTE移動通信系統(tǒng)為了提高吞吐量而應用的一項關鍵技術，MIMO技術是利用多發(fā)射、多接收天線進行空間分集和空間復用的技術，能夠有效地將通信鏈路分解成許多并行的子信道，能夠提高系統(tǒng)抗衰落與噪聲性能，提高系統(tǒng)通信容量、數據傳輸速率和傳輸質量。

4.5 多用戶檢測技術

4G主要是在系統(tǒng)的基站以及終端運用到此技術，多用戶監(jiān)測主要是利用將信道的信號不是進行噪聲方面的處理而是作為有用的信號，從而可以充分地利用用戶的信號、時間以及碼元、相位等的信息進行各個用戶之間的聯合檢測，因此，具有良好的精確度以及檢測能力，該技術還可以對碼間的干擾及時消除，從而可以有效地提供系統(tǒng)的性能。

4.6 基于IP的核心網

4G的核心網是基于全IP的開放式移動網絡，IP兼容多種無線接入協議，便于靈活設計核心網絡，可以實現不同網絡間的無縫互聯，能允許各種空中接口接入核心網，不必考慮無線接入究竟采用何種方式和協議，能夠提供端到端的IP業(yè)務。

5 4G 在廣電領域的應用

為了加速信息化建設、提高信息技術競爭力，國務院將開發(fā)信息技術納入到國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)體系，積極推進信息技術研發(fā)、應用、推廣的配套設施建設，極大地促進了我國4G的發(fā)展。2010年10月，我國主導開發(fā)的新一代寬帶移動技術TD-LTE被國際電信聯盟定為國際4G通信標準之一。我國先后在多個大中城市對TD-LTE大進行了有益的嘗試，國內4G技術應用取得可喜成果。

5.1 上海世博會TD-LTE演示網

2010年中國移動在上海世博會園區(qū)建設了全球首個TD-LTE實驗網，室外覆蓋全園5.28平方公里、共建15個宏基站，約45個小區(qū)，室內共覆蓋9個場館，約20個小區(qū)。上海文廣在世博園多次測試和試用基于4G的電視直播系統(tǒng)，期間設備和網絡進行了持續(xù)的優(yōu)化和改進工作，8月30日使用該系統(tǒng)在信息通信館進行了直播活動，較為成功。上海世博TD-LTE演示網采用2.3GHz頻段，20MHz帶寬實現下行峰值速率75Mb/s，上行25Mb/s，下行平均速率40Mb/s，上行15Mb/s。室外覆蓋17個站點，包括世博村、主題館、園二站等；室內覆蓋1軸：世博軸；4館：中國館+演藝中心+主題館+世博中心，提供豐富多彩的TD-LTE業(yè)務，包括即拍即傳、安保、視頻監(jiān)控、網真、視頻會議、移動監(jiān)控等。

5.2 深圳大運動TD-LTE典型業(yè)務體驗

2011年8月，第26屆世界大學生夏季運動會期間，深圳也面向全球展示了TD-LTE的典型業(yè)務和體驗，深圳移動通信分公司建立了“高清電視中心系統(tǒng)”，將現場即攝即傳信號使用LTE網絡傳輸到中心，進而分配發(fā)送到深圳廣電集團電視總控機房等7個視頻系統(tǒng)，為高清電視的采訪信號傳輸，做了新的嘗試。系統(tǒng)應用于大運會的各項現場連線，如火炬?zhèn)鬟f、開幕式、賽事報道等。2012年5月17日（世界電信日），深圳啟動TD-LTE試商用，其覆蓋面積已達37.58平方公里，包括深圳市中心區(qū)，城市主干道和人流密集場所均有較強信號。現TD-LTE網絡已覆蓋深圳主要城區(qū)、各行政區(qū)人口密集區(qū)域，TD-LTE基站在各試點城市中最多。

5.3 杭州快速公交體驗和電視直播

2012年3月30日，浙江移動在杭州B1快速公交線路開通4G體驗；6月5日，又在杭州啟動了“4G全城”體驗。10月13日，中國移動在杭州嘗試開放4G網絡用于電視直播，浙江電視臺經濟生活頻道被中國移動選為合作伙伴。這是國內首次使用民用4G網絡傳輸的電視直播，雙方合作，成功在杭州的民用4G網絡上實現清晰流暢電視直播。目前，中國移動在杭州已完成主城區(qū)200平方千米的4G網絡覆蓋，4G的網速經測試能夠達到80Mb/s以上。

5.4 江蘇廣電總臺4G專用網絡測試

在4G網絡尚未完全商用的情景下，北京星光公司利用4G通信核心技術，開發(fā)了廣播電視LTE無線專用網絡，即在沒有LTE環(huán)境的情況下，利用LTE技術，按照傳輸需求設計與搭建LTE無線覆蓋網絡環(huán)境，實現即攝即傳。其工作頻點/傳輸帶寬/系統(tǒng)模式（固定式、游牧式、移動式），均可選操作。2012年9月，總臺技術部門聯合北京星光公司在奧體中心和總臺電視劇場進行了綜合測試與實傳案例，取得了成功。

此外，該系統(tǒng)采用新一代的互聯網流媒體技術解決方案，在傳輸的同時，其多分辨率可實現包括電視/STB、電腦、MP4播放器、iPad/iPhone和智能手機等的實時監(jiān)審，其多碼率可在150kb/s～8Mb/s帶寬范圍內自適應，可適用于Internet，3G，IPTV，Wi-Fi，局域網等多網絡環(huán)境，這使得各級領導與相關人員，在各種環(huán)境下實施節(jié)目傳輸直播管理。

6 4G電視直播系統(tǒng)優(yōu)勢

⊙ 圖像質量高：4G系統(tǒng)能夠以100Mb/s的速度下載，上傳的速度也能達到50Mb/s，可以達到廣播級的視頻圖像質量。

⊙ 成本低廉：一輛衛(wèi)星轉播車的造價高達千萬元，其中衛(wèi)星傳輸設備大約為百萬元。TD-LTE遠低于衛(wèi)星和微波信道的使用費，初期固定設備投入低，信道租賃費與衛(wèi)星可競爭，無需專用的衛(wèi)星轉播車。僅此一項就可節(jié)約大量成本開支，且使用費用也將不斷下降。

⊙ 信號有保障：使用LTE專用頻段，不受干擾。而微波使用開放頻段，容易受到其他無線應用的干擾。

⊙ 快速反應：像其他移動終端一樣接入，無需經過租用信道等手續(xù)，且體積小，可工作于狹小環(huán)境。

⊙ 信號有保障：使用LTE專用頻段，不受干擾。而微波使用開放頻段，容易受到其他無線應用的干擾。

7 結束語

隨著4G技術的不斷成熟和推廣，作為移動互聯網時代的典型應用，視頻業(yè)務前景廣闊，包括高清視頻點播、高清即攝即傳、高清視頻會議、高清視頻監(jiān)控等移動視頻應用等。4G技術在廣播電視領域的應用，將突破以往時間、空間對電視節(jié)目的掣肘，將對電視節(jié)目制作帶來全新的解決方案，為廣播電視領域開辟新的制作環(huán)境。

[1] 李薔薇．移動通信技術[M]．北京：人民郵電出版社，2005．

[2] 劉肖強，鄧憲法．現代移動通信技術[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2008．

捷德和Verimatrix演示智能手機的DRM解決方案

近日，在阿姆斯特丹舉辦的2014年IBC展會上，端對端安全移動解決方案的領先供應商捷德（G&D）與全球知名的、保證提高多網絡以及多屏幕數字電視服務收入方面的專家Verimatrix，演示了用于移動視頻服務的用戶友好數字版權管理（DRM）解決方案，該方案包含了較高的付費電視解決方案安全標準。捷德和Verimatrix是在Verimatrix的展臺（四號廳4.A55展位）演示的數字版權管理解決方案。

對于終端用戶來說，這一應用程序的用法非常簡單：終端用戶只需從其兼容的安卓手機的應用商店下載相應的視頻服務應用程序，使用用戶憑證登錄進去，首次登錄成功后，只需幾秒鐘的時間，終端用戶即可開始使用視頻產品。在如今常見的固定付費電視應用程序中，必要的加密密碼被儲存在了智能卡上，而該解決方案可省略這一點。關鍵的數字數據會通過空中方式直接下載至兼容手機的保護區(qū)域內，在這一區(qū)域內，該應用程序在其整個使用期限內都非常安全，且會受到遠程遙控管理。

Application of 4G Communication Technology in the Field of Radio and Television

Li Yongming
(Zhaoyuan Television Station, Zhaoyuan, Shandong, 265400)

First, the 4G mobile communication technology is introduced, And then to the 4G mobilecommunication system network structure, technical features and key technologies are described, Finally, thesuperiority of the TD-LTE 4G international standard of China leading in the application of multiple city experienceand 4G television broadcast system are analyzed.

4G Technology; TD-LTE; Application experience; Live TV

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.10.009

TN929.5，TN943

A

1672-7274（2014）10-0030-04

李永明，1974年生，助理工程師，主要從事廣播電視技術工作。