【論文轉載】基于“5G+微波”的馬拉松轉播信號傳輸應用

　　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”的馬拉松轉播信號傳輸應用》的論文。該文深入闡述了在2023年貴陽(yáng)馬拉松賽事中，貴州臺結合5G移動(dòng)通信技術(shù)與微波無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，構建一個(gè)高穩定性的移動(dòng)傳輸系統，實(shí)現了賽事直播所有機位信號的全方位可靠回傳。文章特別強調了TVU  5G直播背包在確保信號傳輸穩定性和實(shí)現遠程直播制作中的關(guān)鍵作用，展示了該技術(shù)方案在馬拉松賽事直播領(lǐng)域的獨特優(yōu)勢和創(chuàng )新應用。小編特此轉載，以饗讀者。

　　基于“5G+ 微波”的馬拉松轉播信號傳輸應用

　　文│貴州廣播電視臺 肖建波 龍小燕 張林

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

　　關(guān)鍵詞： 5G 微波技術(shù) 馬拉松 信號傳輸

　　1 引言

　　馬拉松作為全世界流行的運動(dòng)項目，具有深厚的文化底蘊和歷史傳承。2023 貴陽(yáng)馬拉松賽以“生態(tài)領(lǐng)跑”為主題，吸引了來(lái)自 32 個(gè)國家和地區的選手參賽。為更好地展示選手風(fēng)采，把賽事精彩畫(huà)面實(shí)時(shí)地呈現給觀(guān)眾，貴州廣播電視臺組織技術(shù)人員提前對賽道進(jìn)行熟悉、測試，根據測試結果，充分利用 5G 移動(dòng)通信技術(shù)和微波無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)的優(yōu)勢互補，并結合光纖傳輸技術(shù)制定了 1 套無(wú)盲點(diǎn)、全方位覆蓋賽道的轉播信號傳輸技術(shù)方案，實(shí)現高效穩定、低延時(shí)的實(shí)時(shí)賽道信號傳輸。

　　2 賽事總體傳輸技術(shù)系統設計

　　2023 貴陽(yáng)馬拉松賽全程 42.195km，賽道的起終點(diǎn)均在貴陽(yáng)國際會(huì )議中心北廣場(chǎng)。為確保整個(gè)賽事轉播的高  效、高質(zhì)，信號傳輸通過(guò) 5G分包網(wǎng)絡(luò )聚合的傳輸方式和   無(wú)線(xiàn)微波傳輸技術(shù)，將賽道內的移動(dòng)信號傳輸至現場(chǎng)總控系統，由現場(chǎng)總控系統根據前期測試結果將一定時(shí)間內的最優(yōu)的賽道信號傳輸至現場(chǎng)轉播車(chē)并進(jìn)行現場(chǎng)制作， 制作完成后通過(guò)衛星 + 光纜 + 網(wǎng)絡(luò )等多路由方式匯聚至臺內總控，臺總控再將信號分發(fā)至 4K 演播室等節點(diǎn)形成最終播出信號，通過(guò)貴州衛視、動(dòng)靜 APP、G+TV、抖音、視頻號等平臺大小屏聯(lián)動(dòng)的方式進(jìn)行同步直播。賽事總體傳輸技術(shù)系統架構如圖 1 所示。

　　圖 1 賽事總體傳輸技術(shù)系統架構

　　3 基于“5G+微波”的賽道移動(dòng)信號傳輸系統設計

　　2023 貴陽(yáng)馬拉松賽的賽道移動(dòng)信號傳輸包括移動(dòng)直播車(chē) 1(簡(jiǎn)稱(chēng)“馬 1”，主要負責跟拍男子組第一集團)、移動(dòng)直播車(chē) 2(簡(jiǎn)稱(chēng)“馬 2”，主要負責跟拍女子組第一集團)、賽道移動(dòng)摩托車(chē)、移動(dòng)采訪(fǎng)車(chē)等跟拍以及直升機航拍。整個(gè)傳輸信號采取移動(dòng)微波結合 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(xiàn)信號傳輸的高安全和高穩定。

　　3.1 移動(dòng)微波傳輸系統設計方案

　　移動(dòng)微波傳輸系統分為 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。系統主要負責男子組第一集團跟拍任務(wù)(由馬 1 和 1 號摩托車(chē)組成)， 摩托車(chē)上配置 1 臺攝像機微波發(fā)射單元，摩托車(chē)的信號通過(guò)攝像機微波傳至馬 1 進(jìn)行切換，馬 1 配置 1 套車(chē)載大功率微波發(fā)射單元，切換后的信號通過(guò)大功率微波傳至微波中繼點(diǎn)。女子組由馬 2 和 2 號摩托車(chē)組成，傳輸方式與男子組一致。直升機航拍配置了 1 套大功率微波單元，將航拍信號通過(guò)大功率微波傳至微波中繼點(diǎn)。

　　根據前期無(wú)線(xiàn)電環(huán)境勘測結果，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(xiàn)電管理部門(mén)進(jìn)行備案。移動(dòng)微波傳輸系統如圖 2 所示。

　　圖 2 移動(dòng)微波傳輸系統

　　3.1.1 賽道微波中繼點(diǎn)選擇

　　為保障賽道微波信號傳輸的穩定，根據馬拉松路線(xiàn)規劃圖對無(wú)線(xiàn)電環(huán)境進(jìn)行了掃頻測試、現場(chǎng)勘查及技術(shù)測試。在緊臨賽道的區域設立 4 個(gè)微波信號接收點(diǎn)，保證與接收區域最遠處直線(xiàn)距離(最長(cháng)半徑)在 3.5km 內，以實(shí)現馬拉松全程賽道的微波覆蓋。

　　3.1.2 微波發(fā)射

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

　　3.1.3 微波接收

　　微波接收系統架設在每個(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 和直升機航拍信號;3 臺光端機(發(fā))用以將微波接收的 3 路信號通過(guò)光纜傳輸至起終點(diǎn)的信號總控;光傳輸采用長(cháng)距離單通道 SFP 光發(fā)模塊，傳輸距離可達 80km。此外，每個(gè)中繼點(diǎn)均配置 1 臺 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

　　5G 分包聚合網(wǎng)絡(luò )傳輸系統主要是利用 5G 傳輸設備，將分散在賽道各處的 6 輛移動(dòng)摩托車(chē)跟拍的不同選手、各類(lèi)鏡頭，以及移動(dòng)采訪(fǎng)車(chē)實(shí)時(shí)采集的信號傳輸至起終點(diǎn)的 4K 超高清轉播車(chē)上。此外，在 2 輛直播車(chē)上配置 5G 背包作為備份傳輸方式，當車(chē)載微波出現故障時(shí)，可通過(guò) 5G 傳輸設備將信號直接傳回現場(chǎng)總控，確保安全。5G 分包網(wǎng)絡(luò )聚合傳輸系統如圖 3 所示。

圖 3 5G 分包網(wǎng)絡(luò )聚合傳輸系統

　　3.2.1 5G 背包聚合傳輸策略

　　此 次 5G 背 包 傳 輸 采 用 統 計 多 路 復 用(Inverse Statmux Plus，ISX+)技術(shù)，將完整的視頻數據切片為小數據包，然后把這些小數據包通過(guò)多鏈路進(jìn)行聚合并傳輸發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器按照規則將其組包后通過(guò) SDI 傳輸至總控臺，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)行低碼率信號傳輸，確保傳輸畫(huà)面信號不中斷。每臺背包分布在賽道各處移動(dòng)摩托車(chē)及移動(dòng)采訪(fǎng)車(chē)上，根據前期對整個(gè)賽道的網(wǎng)絡(luò )測試結果、運營(yíng)商丟包率以及分布在賽道各處的基站情況，配置了 3 張中國移動(dòng)、3 張中國聯(lián)通、2 張中國電信共 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。為確保信號高質(zhì)量接收，與中國移動(dòng)、中國電信 2 家運營(yíng)商進(jìn)行協(xié)商，提供了移動(dòng)、電信 2 條網(wǎng)絡(luò )專(zhuān)線(xiàn)，每條專(zhuān)線(xiàn)提供 3 個(gè)固定公網(wǎng) IP 地址，并開(kāi)設相應的業(yè)務(wù)端口號，上下行網(wǎng)絡(luò )帶寬不低于 100Mbps。同時(shí)，根據網(wǎng)絡(luò )帶寬測試，將移動(dòng)與電信網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行交叉部署和冗余設計，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(huà)系統設計

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

　　為確保整個(gè)賽事過(guò)程中賽道全程通話(huà)無(wú)死角，貴州廣播電視臺打造了“全覆蓋通信、可視化調度、多層級管理”的通話(huà)系統，結合 5G 移動(dòng)通信技術(shù)及微波無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，在轉播過(guò)程中設置了 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(huà)系統和同頻同播通話(huà)系統，形成冗余設計，每套系統均配置有導演組和技術(shù)組，實(shí)現不同組使用不同集群信道、互不干擾、同組內群呼群通，以及總控實(shí)時(shí)監聽(tīng)、調度。賽道通話(huà)系統如圖 4 所示。

　　圖 4 賽道通話(huà)系統

　　4.1 基于 VoIP 的通話(huà)系統

　　2023 貴陽(yáng)馬拉松賽事轉播的 2 輛直播車(chē)使用 VoIP 通話(huà)系統作為主路通話(huà)，VoIP通話(huà)矩陣設置在起終點(diǎn)總控，通話(huà)矩陣配置導演組和技術(shù)組共 2 組不同集群，互不干擾。馬車(chē)使用TVU Router /5G CPE 結合配置的通話(huà)面板;移動(dòng)摩托車(chē)采用手機端 APP 通過(guò) 5G 網(wǎng)絡(luò )接入通話(huà)矩陣，整個(gè)通話(huà)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)現整個(gè)通話(huà)網(wǎng)絡(luò )的無(wú)延時(shí)感。

　　4.2 同頻同播通話(huà)系統

　　同頻同播通話(huà)系統采用數字集群通信進(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)設置，采用專(zhuān)網(wǎng)專(zhuān)用頻率進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信，終端上行信號將被一個(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)基站根據分發(fā)指令和高精度 GPS 同步時(shí)鐘，精確全網(wǎng)轉發(fā)下行信號，整個(gè)同頻同播通話(huà)系統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分的限制，實(shí)現僅用最低的頻率資源即可實(shí)現全賽道無(wú)縫覆蓋的通話(huà)需求。單機點(diǎn)(移動(dòng)摩托車(chē)、移動(dòng)采訪(fǎng)車(chē))使用同頻同播系統通話(huà)，賽道上使用數字對講機通過(guò)搭建的同頻同播通話(huà)系統進(jìn)行實(shí)時(shí)通話(huà)，導演組通道設置為 CH-1、技術(shù)組通道設置為 CH-2。

　　5 結語(yǔ)

　　基于 5G 移動(dòng)通信技術(shù)與無(wú)線(xiàn)微波傳輸技術(shù)搭建的賽道移動(dòng)傳輸技術(shù)系統，很好地將 2023 貴陽(yáng)馬拉松賽上運動(dòng)員的反應、各種具有沖擊力和個(gè)性化特色的鏡頭及航拍貴陽(yáng)(現狀、地標等)畫(huà)面悉數呈現給觀(guān)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(xiàn)傳輸技術(shù)的融合在馬拉松體育賽事中的創(chuàng )新型應用。