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

來源:TVU 享你        編輯:ZZZ    2024-03-27 09:23:34     加入收藏

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(zhuǎn)播信號傳輸應(yīng)用》的論文。

  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(zhuǎn)播信號傳輸應(yīng)用》的論文。該文深入闡述了在2023年貴陽馬拉松賽事中,貴州臺結(jié)合5G移動通信技術(shù)與微波無線傳輸技術(shù),構(gòu)建一個高穩(wěn)定性的移動傳輸系統(tǒng),實現(xiàn)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(diào)了TVU  5G直播背包在確保信號傳輸穩(wěn)定性和實現(xiàn)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(yīng)用。小編特此轉(zhuǎn)載,以饗讀者。

  基于“5G+ 微波”的馬拉松轉(zhuǎn)播信號傳輸應(yīng)用

  文│貴州廣播電視臺 肖建波 龍小燕 張林

  摘要: 為了讓 2023 貴陽馬拉松賽事的畫面更多樣化地呈現(xiàn),本文將 5G 移動通信技術(shù)與微波無線傳輸技術(shù)進行有效結(jié)合,搭建了 1 套具備高穩(wěn)定性的移動傳輸技術(shù)系統(tǒng),介紹了馬拉松賽事中總控傳輸、賽道移動視音頻信號及移動通話的全方位覆蓋技術(shù)方案,該系統(tǒng)在實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項目,具有深厚的文化底蘊和歷史傳承。2023 貴陽馬拉松賽以“生態(tài)領(lǐng)跑”為主題,吸引了來自 32 個國家和地區(qū)的選手參賽。為更好地展示選手風(fēng)采,把賽事精彩畫面實時地呈現(xiàn)給觀眾,貴州廣播電視臺組織技術(shù)人員提前對賽道進行熟悉、測試,根據(jù)測試結(jié)果,充分利用 5G 移動通信技術(shù)和微波無線傳輸技術(shù)的優(yōu)勢互補,并結(jié)合光纖傳輸技術(shù)制定了 1 套無盲點、全方位覆蓋賽道的轉(zhuǎn)播信號傳輸技術(shù)方案,實現(xiàn)高效穩(wěn)定、低延時的實時賽道信號傳輸。

  2 賽事總體傳輸技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計

  2023 貴陽馬拉松賽全程 42.195km,賽道的起終點均在貴陽國際會議中心北廣場。為確保整個賽事轉(zhuǎn)播的高  效、高質(zhì),信號傳輸通過 5G分包網(wǎng)絡(luò)聚合的傳輸方式和   無線微波傳輸技術(shù),將賽道內(nèi)的移動信號傳輸至現(xiàn)場總控系統(tǒng),由現(xiàn)場總控系統(tǒng)根據(jù)前期測試結(jié)果將一定時間內(nèi)的最優(yōu)的賽道信號傳輸至現(xiàn)場轉(zhuǎn)播車并進行現(xiàn)場制作, 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內(nèi)總控,臺總控再將信號分發(fā)至 4K 演播室等節(jié)點形成最終播出信號,通過貴州衛(wèi)視、動靜 APP、G+TV、抖音、視頻號等平臺大小屏聯(lián)動的方式進行同步直播。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”的賽道移動信號傳輸系統(tǒng)設(shè)計

  2023 貴陽馬拉松賽的賽道移動信號傳輸包括移動直播車 1(簡稱“馬 1”,主要負責(zé)跟拍男子組第一集團)、移動直播車 2(簡稱“馬 2”,主要負責(zé)跟拍女子組第一集團)、賽道移動摩托車、移動采訪車等跟拍以及直升機航拍。整個傳輸信號采取移動微波結(jié)合 5G 移動網(wǎng)絡(luò)分包聚合傳輸,確保整個賽道上無線信號傳輸?shù)母甙踩透叻€(wěn)定。

  3.1 移動微波傳輸系統(tǒng)設(shè)計方案

  移動微波傳輸系統(tǒng)分為 3 個部分,包括覆蓋全賽道的中繼點選擇、微波發(fā)射,以及微波接收。系統(tǒng)主要負責(zé)男子組第一集團跟拍任務(wù)(由馬 1 和 1 號摩托車組成), 摩托車上配置 1 臺攝像機微波發(fā)射單元,摩托車的信號通過攝像機微波傳至馬 1 進行切換,馬 1 配置 1 套車載大功率微波發(fā)射單元,切換后的信號通過大功率微波傳至微波中繼點。女子組由馬 2 和 2 號摩托車組成,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,將航拍信號通過大功率微波傳至微波中繼點。

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

  圖 2 移動微波傳輸系統(tǒng)

  3.1.1 賽道微波中繼點選擇

  為保障賽道微波信號傳輸?shù)姆€(wěn)定,根據(jù)馬拉松路線規(guī)劃圖對無線電環(huán)境進行了掃頻測試、現(xiàn)場勘查及技術(shù)測試。在緊臨賽道的區(qū)域設(shè)立 4 個微波信號接收點,保證與接收區(qū)域最遠處直線距離(最長半徑)在 3.5km 內(nèi),以實現(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 及航拍直升機上,使用全向天線進行發(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畫面的高穩(wěn)定和高質(zhì)量。延時量測試在 100ms 內(nèi),保障了整個賽事畫面的及時性。

  3.1.3 微波接收

  微波接收系統(tǒng)架設(shè)在每個中繼點,每個中繼點部署 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 路信號通過光纜傳輸至起終點的信號總控;光傳輸采用長距離單通道 SFP 光發(fā)模塊,傳輸距離可達 80km。此外,每個中繼點均配置 1 臺 UPS,保障各中繼點不間斷供電。

  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 輛移動摩托車跟拍的不同選手、各類鏡頭,以及移動采訪車實時采集的信號傳輸至起終點的 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,可通過 5G 傳輸設(shè)備將信號直接傳回現(xiàn)場總控,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 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,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,延時為 2s,VBR 的動態(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行低碼率信號傳輸,確保傳輸畫面信號不中斷。每臺背包分布在賽道各處移動摩托車及移動采訪車上,根據(jù)前期對整個賽道的網(wǎng)絡(luò)測試結(jié)果、運營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、3 張中國聯(lián)通、2 張中國電信共 8 張 SIM 卡,以確保整個賽道移動傳輸網(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)器部署在起終點的總控處。為確保信號高質(zhì)量接收,與中國移動、中國電信 2 家運營商進行協(xié)商,提供了移動、電信 2 條網(wǎng)絡(luò)專線,每條專線提供 3 個固定公網(wǎng) IP 地址,并開設(shè)相應(yīng)的業(yè)務(wù)端口號,上下行網(wǎng)絡(luò)帶寬不低于 100Mbps。同時,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬測試,將移動與電信網(wǎng)絡(luò)進行交叉部署和冗余設(shè)計,防止網(wǎng)絡(luò)單潰點,確保整個接收網(wǎng)絡(luò)的高可靠和高安全。

  4 賽道通話系統(tǒng)設(shè)計

  馬拉松賽事的通話過程涉及復(fù)雜場區(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,在人員密集的時候就會出現(xiàn)容載不足、網(wǎng)絡(luò)卡頓的情況,且達不到即時通信的要求。

  為確保整個賽事過程中賽道全程通話無死角,貴州廣播電視臺打造了“全覆蓋通信、可視化調(diào)度、多層級管理”的通話系統(tǒng),結(jié)合 5G 移動通信技術(shù)及微波無線傳輸技術(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,每套系統(tǒng)均配置有導(dǎo)演組和技術(shù)組,實現(xiàn)不同組使用不同集群信道、互不干擾、同組內(nèi)群呼群通,以及總控實時監(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;移動摩托車采用手機端 APP 通過 5G 網(wǎng)絡(luò)接入通話矩陣,整個通話利用 5G 移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的大帶寬、低延時特點,基本可實現(xiàn)整個通話網(wǎng)絡(luò)的無延時感。

  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)置在起終點總控,從站分布在 4 個中繼接收點。所有基站使用同頻點設(shè)置,采用專網(wǎng)專用頻率進行無線通信,終端上行信號將被一個或多個從站同時接收,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 同步時鐘,精確全網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)下行信號,整個同頻同播通話系統(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,實現(xiàn)僅用最低的頻率資源即可實現(xiàn)全賽道無縫覆蓋的通話需求。單機點(移動摩托車、移動采訪車)使用同頻同播系統(tǒng)通話,賽道上使用數(shù)字對講機通過搭建的同頻同播通話系統(tǒng)進行實時通話,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

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

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