5G移动通信技术与气象融媒服务趋势

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15g技术背景

G，即第五代移动通信技术，这是当前蜂窝移动通信最前端的一种技术。5G意味着其数据传播速度更快、更具时效性、耗能小、成本低以及可支持多台设备同时连接[1-2]。5G第一阶段所建立的Release-15标准，为5G的商业部署提供了规范。第二阶段是建立Release-16，IMT-2020技术标准预计在2020年4月左右完成，并提交ITU作为候选标准。IMT-2020要求低频速率峰值为20Gbit/s，具有宽信道带宽，超大MIMO容量。3GPP所通过的5GNR标准，同时拥有超低频FR1与超高频FR2，涵盖范围达到2.4GHz。初期5GNR部署的速度和延迟，比4G提高了15%～50%。通过对eMBB部署进行独立仿真显示，在5GNR的FR1频段，其总吞吐量比4G高出2.5倍，在5GNR的FR2频段，其总吞吐量是4G的20多倍。5G依然沿用数字蜂窝网络技术，其数据传输速率在10Gbit/s以上，相比2G、3G、4G，传输速率可谓极速，百倍于4GLTE速率，比现有有线互联网还快。5G的网络响应时间，在1毫秒之内，而4G的网络响应时间约为30～70毫秒，网络延迟非常低，这使其不仅大大提高了移动通信的服务功能，更成为办公、家庭等网络服务的最佳选择，在未来的商用网络市场，5G网络将成为有线网络的重要竞争对手。此外，现有的蜂窝网络接入，只能为移动通信所提供的是低数据率应用，使得发射塔无法同时为有线网络客户提供带宽互联网入口，因此发射塔的经济价值受到限制。5G的波段为30～300GHz毫米超低频，其远高于3G、4G的700MHz至3GHz频率的高频率无线电波，能够为这一波段范围内的客户提供高数据速率应用，从而实现同时为移动通信与办公、家庭互联网接入服务。5G技术的服务供应还有低于6GHz的微波频应用，使其服务选择更加多样化。5G技术下的毫米波频段，其带宽相比4G更加丰富，最高带宽更是高达400MHz，为4GLTE的20倍，因为频道足够宽，因此可以实现无线设备的互通。OFDM技术通过对频率信道中的多个载波的调制，来达到同时传输多个比特信息的目的。由于是4G技术的升级版，在5G设备完全可以完成4GLTE下的各项技术要求，因此，5G技术与4G蜂窝之间，可以无障碍连接并有效兼容。与此同时，对于5G网络所无法覆盖的空间，可以继续采用4G网络应用，这样就有效实现了4G与5G的顺利交接。预计5G所具有的高数据传输速率以及低延迟的技术优点，将会为移动通信技术开拓出更多的新用途。例如，通过连续不断的5G通信，移动中的车载电脑，可以通过5G网络保持道路通信连续不断。根据3GPP的计划，5G的使用主要分为三大阶段，在2018年之前，完成首次规范，而第二年将推动5GNR的预商用部署的实行，在2020年正式用于商用。要强调的是，传统通信制式的限制在5G时代中已不复存在，全球关于5G制定了统一的网络标准在全球统一的情况下，使得全球漫游问题迎刃而解，同时也将大大减少移动设备及终端的成本支出。在3G和4G技术中，其通信制式及标准参差不齐，缺乏统一，对人们的使用极为不利。当前的通信标准缺乏统一，这给各个地区保护本国产业利益提供了方便。而在通信技术的不断发展下，该行业的竞争已上升至国际层面，构建一个统一的标准已是大势所趋。而在5G标准的出台下，应用的研发、设备的更新、频谱的确定等模式创新增速将大大提高，5G商用也即将与现实生活正式接轨。

2通信技术与媒体的发展

20世纪末，无线通信技术的出现掀起了一场浪潮，而在短短20年间内，其保持着高速增长态势，2G时代的通信技术，以话音服务为主，到了3G/4G时代，主要以数据技术为主，4G技术下的网络速率，比3G提高了20倍至30倍，5G技术比4G则一下子提高了100倍，并将实现万物互联。我国在2019年6月发放了5G商用牌照，正式宣告进入5G商用时代。与此同时，5G技术应用也将对4G网络进行重新构架，并将对网络性能进行巨大的革新，其所提供的宽带速率在10Gbps以上，使得网络连接达到了无延迟、高密度的级别。新媒体行业呈现出高速发展的态势，同时也需要依托于通信技术的革新改进。技术时代的逐步推进，使得媒体行业规模迅速扩大，这极大地增加了网络数据传输数量，基于此，网络通信技术就需要提升自身的传输能力，以此来满足与日俱增的信息传输需求。5G技术的出现给新媒体的发展带来了极大便利，将支持更大规模数据传输，信息传播也更具时效性，不仅为超高清视频的直播提供足够的技术支撑，同时也使得AR/VR的高清画质需求得以满足。传输速度的加快促使新产业和新应用的出现，此外，其与传统媒体间的竞争也渗透至更多领域。在4G时代的最初，人们并不能预见到速度的提升将会带来什么，可事实证明速度的提升带来了社会化的剧变；移动支付、共享单车、微信微博、抖音等全新的生活方式悄然诞生，在极大的便利了我们生活的同时也对传统行业造成巨大冲击，例如时代华纳，在之前的媒体行业中，时代华纳可谓是占据了该市场的半壁江山，提供电视、电影等多种业务，甚至还预备从事流媒体业务发展，HBO电视业务作为其旗下的一个业务，在2017年中，在企业总营业收入中占比近50%，为企业发展做出巨大贡献，是目前美国盈利最高的媒体企业。由此可见时代华纳的实力多么雄厚，但如此强大的时代华纳也抵抗不住网络新媒体的来袭，2013年后，新媒体平台的受众以年轻人为主，受到网络新媒体的影响，时代华纳的业务受到了冲击，年收入增速也降至5个百分点。而这一分化趋势也同样出现在我国当中。作为本国网络视频软件，爱奇艺、哔哩哔哩以及虎牙在进入美国发展后，均呈现高速发展态势，尤其是爱奇艺，其当前市值已远超浙江卫视等媒体。出于对地方广电系统的保护，由多个国企来管理一根光线内的数字信号业务。内容制作和电视网络传播是作为广电系统的两大构成，高质量的视频制作成本在不断提高，导致地方电视台甚至省台无法承担高额的制作成本，已丧失内容制作能力，即便是受大众欢迎的芒果台和浙江卫视也开始准备将内容制作外包出去，例如，拥有很高收视率的《中国好声音》，则是由灿星文化制作完成，优质内容制作市场一直处于空缺状态；而关于电视网络传播方面，政府保护已成为支撑地方电视台发展的重要支柱，一旦离开了政府的支持，那么将被通信运营商所吞噬。对广电系统的改革，总是发出这样一种声音：地方电视台是作为地方“口舌”，备受地方政府重视，也对其提供高额的资金补贴，但当电视丧失了群众基础，无论政府实行多么有力的保护措施，都无法解决广电系统的根本问题，不顺应时代的发展，不提高应用技术的水平，就意味着要被市场所淘汰。而速度更快的5G的到来将会深刻的改变传统行业，带来新的传播方式或是新形式的媒体。相关报道的数据显示，至2018年底，5G技术的试验，技术测试范围涵盖81个国家，共有192家运营商进行了测试。世界即将进入5G技术时代。5G技术应用背景下，用户信息的推送与接收，将更具针对性，通过对用户需求进行判断，分析其信息偏好，从而为其推送相应的信息内容。不同用户所接收到的信息界面有所不同，这一点无论是以往还是如今都是如此。在数据分析的日益精确下，应当提高对用户需求的反应速度，提高资源配置效率。基于该速度下，用户们无需再借助电台、报社等机构来发表意见看法，提高了信息表达效率。5G技术所为人们提供的互联网接入，是千兆级别的网络服务，不仅具有更高的可靠性，而且社会各行业的规则将因此而改变。首先，很多家庭将会削减家用有线宽带，而采用5G技术服务，网络供应商将掀起一场技术升级风潮，商用网络市场将重新“洗牌”，佩戴式或者是植入式终端应用，将成为主流，因此必将带来全新的接收设备。5G技术的巨大革新，将推动多种媒体向融合发展，4G的到来已经给我们展现了信息技术对全行业的推动力，带来了一个充满想象力的新时代。

3目前的5G与气象服务

目前由于5G即将起步，很多基础性工作还未完善到位，需要在实践中慢慢磨合。平台方面，气象服务平台必须通过创新，来找寻5G与气象服务的重合点。华为“鸿蒙”系统的，为未来的5G服务设备打造软件基础，由于其分布式的特点，使得在气象领域可以用途广泛，如百叶箱、无人机、雷达等软件系统都可以更好的链接5G。硬件方面，5G的微基站也可以降低气象观测设备的部署难度，更好的推动5G气象设备等平台的构建与应用。气象服务中基于价值链或供应链模式的传统业务模式将要逐渐向基于创造内容的定制化个性化平台模式演进，如目前的基于河南省各卫视的午间预报、晚间18:25和18:55电视台天气预报、与通信公司合作的短信预报天气等传统形式，在新时代的媒体语言下显然已经无法脱引而出，而更加内容化的5G可以有效助力5G的融媒体建设。传播方面，目前河南地区多个时间段的气象节目还是以高清1080P甚至新农村气象预报还是标清720P格式，使用的VisionMagic的线性非编系统，而5G的电视节目可以基于4K、8K、VR、全息等体验形式为主导的”体验式传播“的形式，这需要新的配套设备和编辑软件，这也会成为5G与气象融媒体发展的又一结合点。商业模式方面，目前主要是以政府服务、公众服务等传统的收入为主，而5G时代将要向多元服务、产品向服务过渡、数据与连接变现，这将成为实现多元化商业模式的强大驱动力。正是5G技术才能给媒体融合提供强大技术支持，并加快其形成进程。网络侧的技术革新和深入融合，也将电视、移动通讯等连接起来，这是作为通信技术不断发展下的必然产物。对于经常提及的智慧气象来说，智慧式的防灾和减灾也是不可或缺的部分。5G技术背景下，万物将实现互联，同时，极快的数据传递，为气象灾害信息的预警、重大灾害下的多单位协调联动以及远程协助等高时效的多方协调机制的建立，提供了技术支撑。从制作方面看，气象相关行业产业链的发展仍需提速，较之于4G，5G主要胜在其容量大、时效性强、传播速度快等方面，与气象信息传播联系的较为紧密，成为发展气象新媒体的重要技术保障，但若想加快产业深度融合发展，还需借助全产业链的改革升级，从而来推进气象行业和5G技术的发展。比如，高清视频直播，目前所采用的方式大多是用无人机进行航拍，这就要求航拍无人机必须具有强大的电池续航能力，强大的续航电池就成为直播保障的关键因素。再如，现有的摄像设备都还无法与网络进行直接传输，而是需要先通过CPE转换，使视频信号转换成Wi-Fi信号，才能与5G进行传输，因此，直播的航拍无人机必须携带CPE，这也大大限制了无人机的空中续航时间。此外，现有无人机的搭载摄像镜头所拍摄出来的视频，远未达到高清晰度的传播要求。而目前的8K以及VR/AR的信号传输，因为拍摄设备硬件的技术配套不足，使得视频源稀缺，在一定程度上阻碍了8K、VR/AR产业链的形成与发展，也因此限制了5G网络多元应用的展开。因此，目前的综合气象服务，虽然对于新媒体也是有所尝试，比如双微、抖音等新媒体模式，可是效果并不十分明显。目前气象服务融媒体总体上还是依赖于传统媒体，急需结构化的调整，以适应新的挑战，这反映了整个地区的整体基础建设还很不足，还需要统筹规划。5G更是一个互联时代，仅靠一方努力也是孤掌难鸣。但我们也可以看到，5G与气象服务有相当多重合的属性与交集，有很多好的结合点，这需要我们勇于开拓创新，充分挖掘新技术与气象服务相关的可能性，才能给下一个信息时代的到来打好基础。

45G与气象服务融媒体的展望

在5G技术的早期应用，其速度就是4G的百倍，后期随着技术进步将会达到最高上千倍的水平，足以使得5G进入工业领域，重塑整个工业体系。目前气象系统的观测大多还是使用的GPRSDTU的实用SIM卡传输或是RS485/RS232转换器用于1km内的传输的设备，依赖有线传输或是4G网络，这对速度和距离都是一种限制，所以对气象行业来说，强大的5G也将带来质的飞跃，其潜力也是深不可测。从观测角度举例，届时，在5G覆盖区域，通过5G网络的连接，气象专业数据就可进行极快速传送，站点间的通信能力也将因此而大为提升，灾害信息的传输，无论是预报还是预警的速度，也将更快更准确，大大提高了气象预报的防灾减灾功能，气象业务及服务也将迎来新一轮革新。待5G达成规模后，气象站点通信设备的长距离操作以及检测能力将会得到提升，5G带来的4K高清远程实景操作会成为可能，来帮助专业人员进行精细化的远距离操作，比如观测局部天气变化和雨云的形成，可以利用无人机、高清摄像头和细致的数据传输设备，来远距离进行虚拟人工观测，5G带来的高清画面无论画质、真实度、传输速度来说都是大幅的进化，在目前的依赖数据导向的观测上加入经验丰富观测员的直觉，从而使得观测更加精细化局部化，又免于实地观察节省大量时间，提升效率的同时节省开支。从数据接收角度举例，5G时代传输速度的增加会反向增进硬件的升级，更加充沛的数据带宽可以使得更加多样化的环境数据传感器或者是可穿戴设备更加普及，在5G环境下，装有传感器的设备将会无时无刻的收集所在地的气象数据，形成一整个社会化的观测网络，届时每个人的手机、电子穿戴设备、智能汽车等都会成为一个个无处不在并且可实时传输数据的“电子百叶箱”，使得数据更加精细广泛，气象预报预警更加准确。从公众对天气预报的感知和接收渠道来讲，可能的新的5G设备会带来全新的更加直观的体验。届时凭借5G手机或电子穿戴设备的强大接收能力，5G时代的天气预报可能是以VR或是AR这样的更加直观的形式展现的，如天气预报明日降水，人们可以通过手机屏幕切实的观察到明日此时此地的降水深度将会到达腿深多少、降雨时的可见度等实时的虚拟现实效果，这比目前冰冷的数据天气预报要更加直观，用户体验会有大幅提升。对于气象服务融媒体，5G的到来将会和融媒体的传播方面结合的最为紧密，4G网络的网速率基本在百兆左右，但是5G的出现，成倍的提高了其上网速率，可达到千兆乃至更高，可支持多路视频同时进行直播，且其画质更为清晰，效果更具真实性，视觉体验更加良好。除此之外，超高清VR高清直播在5G时代下也不再遥远，在不久的将来，一个街区内，就可连接到10万多个高速视频，确保社会群体都可享受到VR体验，增强其观众效果[3]。5G技术可支持3D天气播报、VR直播等、360度天气现场体验等。预计5G技术下的视频、AR等流量，将会占到90%左右，而通过加入AR技术，用户可以在直播期间对直播视频进行选择，满足个人的个性化要求。与此同时，5G技术灵活、高效、开放、融合等特点，使得5G技术通过与AR/VR技术、全息技术以及裸眼3D技术等新媒体业务的结合，将能够拓展以创新出更多的新媒体业务，从而为新媒体与其他领域的结合与发展，为垂直行业的应用创新以及新兴信息产品与服务的发展，还有产业模式的重构，奠定坚实的基础。通过5G技术应用，对体育赛事的转播，不仅可以实现全覆盖，而且保证传输全流程都是超高清视频，如果在北京冬奥的比赛转播中采用5G技术，如全景拼接、AR呈现，通过大带宽的远程协同，进行网络切片制作，使得超高清视频在超低时延下，通过云端，实现与全世界的共享，将会使北京冬奥的比赛视频更加清晰而丰富，同时还将能够为不同受众群体提供个性化的视频传输服务，为受众交流观赛体验交互，这将成为北京冬奥上的创新应用亮点。这对同样之前基于电视传统媒体的气象服务是一个很好的预览[4-5]。5G时代，将是大数据共享时代，近乎于0的延迟会使得服务对象的信息也更加细化、用户画像更加精准，那么气象服务就可以利用大数据来搜寻我们需要服务的对象，根据用户习惯制定的气象服务会是一个很好的方向。现在我们提的较多的智慧气象，在5G时代可以更加智慧，针对不同用户群体，比如农业用户，养殖大户，旅游用户等，提供针对性的数据分析以及人工智能服务，可能会实现精准自动推送他们不同兴趣点，如农业用户和养殖大户对气象的长期温湿度数据和重大天气过程比较敏感、旅游用户对当地的实时位置天气过程比较注重，我们气象部门就要对应提供不同的产品来应对这这些气象服务需求，这将会是一个新的市场新的挑战。把握住5G技术的发展机会，将为气象融媒体的发展以及气象服务的商业模式创新，带来发展机遇。进入全媒体时代中，作为气象人，应当紧跟信息发展趋势，把握发展契机，实现媒体与5G的深度融合，推动其长足发展。5G为所有行业的发展，都提供了契机，对于气象融媒体的发展是一个重大机遇，新的传播方式能带来新的体验，届时可能创造新的需求[6]。

5总结

5G的出现给气象服务的内容提供了多种展现方式，同时受到媒体优质内容的作用下，5G技术的应用，也将更加成熟。5G是气象新媒体发展的好契机，同时也会有诸多挑战。清楚的认识技术的发展以及如何跟气象融媒体相结合，将能为气象技术的升级提供基础，也为气象服务的改革与创新，提供强大技术支持，这对推进气象服务升级，具有重要意义。

作者:卜京楠 单位:河南省气象局影视中心