【論文轉(zhuǎn)載】基于“5G+微波”的馬拉松轉(zhuǎn)播信號(hào)傳輸應(yīng)用

　　編者按

　　在今年3月刊的《廣播電視信息》雜志中，貴州廣播電視臺(tái)的肖建波、龍小燕、張林共同發(fā)表了題為《基于“5G+微波”的馬拉松轉(zhuǎn)播信號(hào)傳輸應(yīng)用》的論文。該文深入闡述了在2023年貴陽(yáng)馬拉松賽事中，貴州臺(tái)結(jié)合5G移動(dòng)通信技術(shù)與微波無(wú)線傳輸技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)高穩(wěn)定性的移動(dòng)傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了賽事直播所有機(jī)位信號(hào)的全方位可靠回傳。文章特別強(qiáng)調(diào)了TVU  5G直播背包在確保信號(hào)傳輸穩(wěn)定性和實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程直播制作中的關(guān)鍵作用，展示了該技術(shù)方案在馬拉松賽事直播領(lǐng)域的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和創(chuàng)新應(yīng)用。小編特此轉(zhuǎn)載，以饗讀者。

　　基于“5G+ 微波”的馬拉松轉(zhuǎn)播信號(hào)傳輸應(yīng)用

　　文│貴州廣播電視臺(tái) 肖建波 龍小燕 張林

　　摘要： 為了讓 2023 貴陽(yáng)馬拉松賽事的畫面更多樣化地呈現(xiàn)，本文將 5G 移動(dòng)通信技術(shù)與微波無(wú)線傳輸技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，搭建了 1 套具備高穩(wěn)定性的移動(dòng)傳輸技術(shù)系統(tǒng)，介紹了馬拉松賽事中總控傳輸、賽道移動(dòng)視音頻信號(hào)及移動(dòng)通話的全方位覆蓋技術(shù)方案，該系統(tǒng)在實(shí)踐中取得了良好的效果。

　　關(guān)鍵詞： 5G 微波技術(shù) 馬拉松 信號(hào)傳輸

　　1 引言

　　馬拉松作為全世界流行的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，具有深厚的文化底蘊(yùn)和歷史傳承。2023 貴陽(yáng)馬拉松賽以“生態(tài)領(lǐng)跑”為主題，吸引了來自 32 個(gè)國(guó)家和地區(qū)的選手參賽。為更好地展示選手風(fēng)采，把賽事精彩畫面實(shí)時(shí)地呈現(xiàn)給觀眾，貴州廣播電視臺(tái)組織技術(shù)人員提前對(duì)賽道進(jìn)行熟悉、測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，充分利用 5G 移動(dòng)通信技術(shù)和微波無(wú)線傳輸技術(shù)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，并結(jié)合光纖傳輸技術(shù)制定了 1 套無(wú)盲點(diǎn)、全方位覆蓋賽道的轉(zhuǎn)播信號(hào)傳輸技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定、低延時(shí)的實(shí)時(shí)賽道信號(hào)傳輸。

　　2 賽事總體傳輸技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2023 貴陽(yáng)馬拉松賽全程 42.195km，賽道的起終點(diǎn)均在貴陽(yáng)國(guó)際會(huì)議中心北廣場(chǎng)。為確保整個(gè)賽事轉(zhuǎn)播的高  效、高質(zhì)，信號(hào)傳輸通過 5G分包網(wǎng)絡(luò)聚合的傳輸方式和   無(wú)線微波傳輸技術(shù)，將賽道內(nèi)的移動(dòng)信號(hào)傳輸至現(xiàn)場(chǎng)總控系統(tǒng)，由現(xiàn)場(chǎng)總控系統(tǒng)根據(jù)前期測(cè)試結(jié)果將一定時(shí)間內(nèi)的最優(yōu)的賽道信號(hào)傳輸至現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)播車并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)制作， 制作完成后通過衛(wèi)星 + 光纜 + 網(wǎng)絡(luò)等多路由方式匯聚至臺(tái)內(nèi)總控，臺(tái)總控再將信號(hào)分發(fā)至 4K 演播室等節(jié)點(diǎn)形成最終播出信號(hào)，通過貴州衛(wèi)視、動(dòng)靜 APP、G+TV、抖音、視頻號(hào)等平臺(tái)大小屏聯(lián)動(dòng)的方式進(jìn)行同步直播。賽事總體傳輸技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)如圖 1 所示。

　　圖 1 賽事總體傳輸技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)

　　3 基于“5G+微波”的賽道移動(dòng)信號(hào)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2023 貴陽(yáng)馬拉松賽的賽道移動(dòng)信號(hào)傳輸包括移動(dòng)直播車 1(簡(jiǎn)稱“馬 1”，主要負(fù)責(zé)跟拍男子組第一集團(tuán))、移動(dòng)直播車 2(簡(jiǎn)稱“馬 2”，主要負(fù)責(zé)跟拍女子組第一集團(tuán))、賽道移動(dòng)摩托車、移動(dòng)采訪車等跟拍以及直升機(jī)航拍。整個(gè)傳輸信號(hào)采取移動(dòng)微波結(jié)合 5G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分包聚合傳輸，確保整個(gè)賽道上無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)母甙踩透叻€(wěn)定。

　　3.1 移動(dòng)微波傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　移動(dòng)微波傳輸系統(tǒng)分為 3 個(gè)部分，包括覆蓋全賽道的中繼點(diǎn)選擇、微波發(fā)射，以及微波接收。系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)男子組第一集團(tuán)跟拍任務(wù)(由馬 1 和 1 號(hào)摩托車組成)， 摩托車上配置 1 臺(tái)攝像機(jī)微波發(fā)射單元，摩托車的信號(hào)通過攝像機(jī)微波傳至馬 1 進(jìn)行切換，馬 1 配置 1 套車載大功率微波發(fā)射單元，切換后的信號(hào)通過大功率微波傳至微波中繼點(diǎn)。女子組由馬 2 和 2 號(hào)摩托車組成，傳輸方式與男子組一致。直升機(jī)航拍配置了 1 套大功率微波單元，將航拍信號(hào)通過大功率微波傳至微波中繼點(diǎn)。

　　根據(jù)前期無(wú)線電環(huán)境勘測(cè)結(jié)果，微波使用的 3 個(gè)頻率馬 1 為 590MHz、馬 2 為 570MHz、 航拍為 2680MHz，使用的頻率需要到無(wú)線電管理部門進(jìn)行備案。移動(dòng)微波傳輸系統(tǒng)如圖 2 所示。

　　圖 2 移動(dòng)微波傳輸系統(tǒng)

　　3.1.1 賽道微波中繼點(diǎn)選擇

　　為保障賽道微波信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定，根據(jù)馬拉松路線規(guī)劃圖對(duì)無(wú)線電環(huán)境進(jìn)行了掃頻測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)勘查及技術(shù)測(cè)試。在緊臨賽道的區(qū)域設(shè)立 4 個(gè)微波信號(hào)接收點(diǎn)，保證與接收區(qū)域最遠(yuǎn)處直線距離(最長(zhǎng)半徑)在 3.5km 內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)馬拉松全程賽道的微波覆蓋。

　　3.1.2 微波發(fā)射

　　微波發(fā)射系統(tǒng)部署在馬 1、馬 2 及航拍直升機(jī)上，使用全向天線進(jìn)行發(fā)射。 采用 4 :2 :2 H.264 的編碼方式以最大限度節(jié)約帶寬，并使用穿透能力和繞射能力強(qiáng)的 COFDM-QPSK 的調(diào)制方式，傳輸碼率設(shè)置在 8M 左右，可以最大限度保障移動(dòng)畫面的高穩(wěn)定和高質(zhì)量。延時(shí)量測(cè)試在 100ms 內(nèi)，保障了整個(gè)賽事畫面的及時(shí)性。

　　3.1.3 微波接收

　　微波接收系統(tǒng)架設(shè)在每個(gè)中繼點(diǎn)，每個(gè)中繼點(diǎn)部署 3 套微波接收單元，分別用于接收賽道馬 1、馬 2 和直升機(jī)航拍信號(hào);3 臺(tái)光端機(jī)(發(fā))用以將微波接收的 3 路信號(hào)通過光纜傳輸至起終點(diǎn)的信號(hào)總控;光傳輸采用長(zhǎng)距離單通道 SFP 光發(fā)模塊，傳輸距離可達(dá) 80km。此外，每個(gè)中繼點(diǎn)均配置 1 臺(tái) UPS，保障各中繼點(diǎn)不間斷供電。

　　3.2 5G 分包聚合網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)

　　5G 分包聚合網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)主要是利用 5G 傳輸設(shè)備，將分散在賽道各處的 6 輛移動(dòng)摩托車跟拍的不同選手、各類鏡頭，以及移動(dòng)采訪車實(shí)時(shí)采集的信號(hào)傳輸至起終點(diǎn)的 4K 超高清轉(zhuǎn)播車上。此外，在 2 輛直播車上配置 5G 背包作為備份傳輸方式，當(dāng)車載微波出現(xiàn)故障時(shí)，可通過 5G 傳輸設(shè)備將信號(hào)直接傳回現(xiàn)場(chǎng)總控，確保安全。5G 分包網(wǎng)絡(luò)聚合傳輸系統(tǒng)如圖 3 所示。

圖 3 5G 分包網(wǎng)絡(luò)聚合傳輸系統(tǒng)

　　3.2.1 5G 背包聚合傳輸策略

　　此 次 5G 背 包 傳 輸 采 用 統(tǒng) 計(jì) 多 路 復(fù) 用(Inverse Statmux Plus，ISX+)技術(shù)，將完整的視頻數(shù)據(jù)切片為小數(shù)據(jù)包，然后把這些小數(shù)據(jù)包通過多鏈路進(jìn)行聚合并傳輸發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器按照規(guī)則將其組包后通過 SDI 傳輸至總控臺(tái)，5G 背包的聚合傳輸有效保障了弱網(wǎng)情況下的傳輸安全。

　　3.2.2 5G 移動(dòng)背包傳輸

　　5G 背包傳輸采用 VBR H.264 的編碼方式，碼率設(shè)置為 10Mbps，延時(shí)為 2s，VBR 的動(dòng)態(tài)編碼方式能確保在賽道網(wǎng)絡(luò)環(huán)境劣化的情況下仍能進(jìn)行低碼率信號(hào)傳輸，確保傳輸畫面信號(hào)不中斷。每臺(tái)背包分布在賽道各處移動(dòng)摩托車及移動(dòng)采訪車上，根據(jù)前期對(duì)整個(gè)賽道的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試結(jié)果、運(yùn)營(yíng)商丟包率以及分布在賽道各處的基站情況，配置了 3 張中國(guó)移動(dòng)、3 張中國(guó)聯(lián)通、2 張中國(guó)電信共 8 張 SIM 卡，以確保整個(gè)賽道移動(dòng)傳輸網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的最優(yōu)化。

　　3.2.3 5G 背包傳輸接收

　　5G 背包傳輸接收服務(wù)器部署在起終點(diǎn)的總控處。為確保信號(hào)高質(zhì)量接收，與中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信 2 家運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行協(xié)商，提供了移動(dòng)、電信 2 條網(wǎng)絡(luò)專線，每條專線提供 3 個(gè)固定公網(wǎng) IP 地址，并開設(shè)相應(yīng)的業(yè)務(wù)端口號(hào)，上下行網(wǎng)絡(luò)帶寬不低于 100Mbps。同時(shí)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬測(cè)試，將移動(dòng)與電信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交叉部署和冗余設(shè)計(jì)，防止網(wǎng)絡(luò)單潰點(diǎn)，確保整個(gè)接收網(wǎng)絡(luò)的高可靠和高安全。

　　4 賽道通話系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　馬拉松賽事的通話過程涉及復(fù)雜場(chǎng)區(qū)、跨區(qū)域、多組整體指揮調(diào)度，若僅采用公共通信網(wǎng)絡(luò)作為賽事過程中的主要通信，在人員密集的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)容載不足、網(wǎng)絡(luò)卡頓的情況，且達(dá)不到即時(shí)通信的要求。

　　為確保整個(gè)賽事過程中賽道全程通話無(wú)死角，貴州廣播電視臺(tái)打造了“全覆蓋通信、可視化調(diào)度、多層級(jí)管理”的通話系統(tǒng)，結(jié)合 5G 移動(dòng)通信技術(shù)及微波無(wú)線傳輸技術(shù)，在轉(zhuǎn)播過程中設(shè)置了 2 套不同路徑、不同路由的基于 IP 的語(yǔ)音傳輸(Voice over Internet Protocol，VoIP)通話系統(tǒng)和同頻同播通話系統(tǒng)，形成冗余設(shè)計(jì)，每套系統(tǒng)均配置有導(dǎo)演組和技術(shù)組，實(shí)現(xiàn)不同組使用不同集群信道、互不干擾、同組內(nèi)群呼群通，以及總控實(shí)時(shí)監(jiān)聽、調(diào)度。賽道通話系統(tǒng)如圖 4 所示。

　　圖 4 賽道通話系統(tǒng)

　　4.1 基于 VoIP 的通話系統(tǒng)

　　2023 貴陽(yáng)馬拉松賽事轉(zhuǎn)播的 2 輛直播車使用 VoIP 通話系統(tǒng)作為主路通話，VoIP通話矩陣設(shè)置在起終點(diǎn)總控，通話矩陣配置導(dǎo)演組和技術(shù)組共 2 組不同集群，互不干擾。馬車使用TVU Router /5G CPE 結(jié)合配置的通話面板;移動(dòng)摩托車采用手機(jī)端 APP 通過 5G 網(wǎng)絡(luò)接入通話矩陣，整個(gè)通話利用 5G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的大帶寬、低延時(shí)特點(diǎn)，基本可實(shí)現(xiàn)整個(gè)通話網(wǎng)絡(luò)的無(wú)延時(shí)感。

　　4.2 同頻同播通話系統(tǒng)

　　同頻同播通話系統(tǒng)采用數(shù)字集群通信進(jìn)行同頻同播組網(wǎng)。同頻同播使用主 / 從站方式，主站設(shè)置在起終點(diǎn)總控，從站分布在 4 個(gè)中繼接收點(diǎn)。所有基站使用同頻點(diǎn)設(shè)置，采用專網(wǎng)專用頻率進(jìn)行無(wú)線通信，終端上行信號(hào)將被一個(gè)或多個(gè)從站同時(shí)接收，并交由主站判定分發(fā)。全網(wǎng)基站根據(jù)分發(fā)指令和高精度 GPS 同步時(shí)鐘，精確全網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)下行信號(hào)，整個(gè)同頻同播通話系統(tǒng)頻率的利用率高且所需帶寬較低，有效克服了相鄰建站必須作頻率區(qū)分的限制，實(shí)現(xiàn)僅用最低的頻率資源即可實(shí)現(xiàn)全賽道無(wú)縫覆蓋的通話需求。單機(jī)點(diǎn)(移動(dòng)摩托車、移動(dòng)采訪車)使用同頻同播系統(tǒng)通話，賽道上使用數(shù)字對(duì)講機(jī)通過搭建的同頻同播通話系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)通話，導(dǎo)演組通道設(shè)置為 CH-1、技術(shù)組通道設(shè)置為 CH-2。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　基于 5G 移動(dòng)通信技術(shù)與無(wú)線微波傳輸技術(shù)搭建的賽道移動(dòng)傳輸技術(shù)系統(tǒng)，很好地將 2023 貴陽(yáng)馬拉松賽上運(yùn)動(dòng)員的反應(yīng)、各種具有沖擊力和個(gè)性化特色的鏡頭及航拍貴陽(yáng)(現(xiàn)狀、地標(biāo)等)畫面悉數(shù)呈現(xiàn)給觀眾，展示了貴陽(yáng)“生態(tài)領(lǐng)跑”的城市形象，詮釋了“爽爽貴陽(yáng)”的城市品牌，有助于推動(dòng)體育、文化和旅游等領(lǐng)域的融合發(fā)展。本方案的研究與實(shí)施，旨在探索 5G 移動(dòng)通信技術(shù)和微波無(wú)線傳輸技術(shù)的融合在馬拉松體育賽事中的創(chuàng)新型應(yīng)用。