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【論文轉載】基于“5G+微波”的馬拉松轉播信號傳輸應用

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、張林共同發表了題為《基于“5G+微波”的馬拉松轉播信號傳輸應用》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年貴陽馬拉松賽事中,貴州臺結合5G移動通信技術與微波無線傳輸技術,構建一個高穩定性的移動傳輸系統,實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現遠程直播制作中的關鍵作用,展示了該技術方案在馬拉松賽事直播領域的獨特優勢和創新應用。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 貴陽馬拉松賽事的畫面更多樣化地呈現,本文將 5G 移動通信技術與微波無線傳輸技術進行有效結合,搭建了 1 套具備高穩定性的移動傳輸技術系統,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方案,該系統在實踐中取得了良好的效果。

  關鍵詞: 5G 微波技術 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“生態領跑”為主題,吸引了來自 32 個國家和地區的選手參賽。為更好地展示選手風采,把賽事精彩畫面實時地呈現給觀眾,貴州廣播電視臺組織技術人員提前對賽道進行熟悉、測試,根據測試結果,充分利用 5G 移動通信技術和微波無線傳輸技術的優勢互補,并結合光纖傳輸技術制定了 1 套無盲點、全方位覆蓋賽道的轉播信號傳輸技術方案,實現高效穩定、低延時的實時賽道信號傳輸。

  2 賽事總體傳輸技術系統設計

  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。為確保整個賽事轉播的高  效、高質,信號傳輸通過 5G分包網絡聚合的傳輸方式和   無線微波傳輸技術,將賽道內的移動信號傳輸至現場總控系統,由現場總控系統根據前期測試結果將一定時間內的最優的賽道信號傳輸至現場轉播車并進行現場制作, 制作完成后通過衛星 + 光纜 + 網絡等多路由方式匯聚至臺內總控,臺總控再將信號分發至 4K 演播室等節點形成最終播出信號,通過貴州衛視、動靜 APP、G+TV、抖音、視頻號等平臺大小屏聯動的方式進行同步直播。賽事總體傳輸技術系統架構如圖 1 所示。

  圖 1 賽事總體傳輸技術系統架構

  3 基于“5G+微波”的賽道移動信號傳輸系統設計

  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”,主要負責跟拍男子組第一集團)、移動直播車 2(簡稱“馬 2”,主要負責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合 5G 移動網絡分包聚合傳輸,確保整個賽道上無線信號傳輸的高安全和高穩定。

  3.1 移動微波傳輸系統設計方案

  移動微波傳輸系統分為 3 個部分,包括覆蓋全賽道的中繼點選擇、微波發射,以及微波接收。系統主要負責男子組第一集團跟拍任務(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。

  根據前期無線電環境勘測結果,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。移動微波傳輸系統如圖 2 所示。

  圖 2 移動微波傳輸系統

  3.1.1 賽道微波中繼點選擇

  為保障賽道微波信號傳輸的穩定,根據馬拉松路線規劃圖對無線電環境進行了掃頻測試、現場勘查及技術測試。在緊臨賽道的區域設立 4 個微波信號接收點,保證與接收區域最遠處直線距離(最長半徑)在 3.5km 內,以實現馬拉松全程賽道的微波覆蓋。

  3.1.2 微波發射

  微波發射系統部署在馬 1、馬 2 及航拍直升機上,使用全向天線進行發射。 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畫面的高穩定和高質量。延時量測試在 100ms 內,保障了整個賽事畫面的及時性。

  3.1.3 微波接收

  微波接收系統架設在每個中繼點,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)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 分包聚合網絡傳輸系統

  5G 分包聚合網絡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,當車載微波出現故障時,可通過 5G 傳輸設備將信號直接傳回現場總控,確保安全。5G 分包網絡聚合傳輸系統如圖 3 所示。

圖 3 5G 分包網絡聚合傳輸系統

  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,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多鏈路進行聚合并傳輸發送到服務器,服務器按照規則將其組包后通過 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,碼率設置為 10Mbps,延時為 2s,VBR 的動態編碼方式能確保在賽道網絡環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,根據前期對整個賽道的網絡測試結果、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 張中國聯通、2 張中國電信共 8 張 SIM 卡,以確保整個賽道移動傳輸網絡環境的最優化。

  3.2.3 5G 背包傳輸接收

  5G 背包傳輸接收服務器部署在起終點的總控處。為確保信號高質量接收,與中國移動、中國電信 2 家運營商進行協商,提供了移動、電信 2 條網絡專線,每條專線提供 3 個固定公網 IP 地址,并開設相應的業務端口號,上下行網絡帶寬不低于 100Mbps。同時,根據網絡帶寬測試,將移動與電信網絡進行交叉部署和冗余設計,防止網絡單潰點,確保整個接收網絡的高可靠和高安全。

  4 賽道通話系統設計

  馬拉松賽事的通話過程涉及復雜場區、跨區域、多組整體指揮調度,若僅采用公共通信網絡作為賽事過程中的主要通信,在人員密集的時候就會出現容載不足、網絡卡頓的情況,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、可視化調度、多層級管理”的通話系統,結合 5G 移動通信技術及微波無線傳輸技術,在轉播過程中設置了 2 套不同路徑、不同路由的基于 IP 的語音傳輸(Voice over Internet Protocol,VoIP)通話系統和同頻同播通話系統,形成冗余設計,每套系統均配置有導演組和技術組,實現不同組使用不同集群信道、互不干擾、同組內群呼群通,以及總控實時監聽、調度。賽道通話系統如圖 4 所示。

  圖 4 賽道通話系統

  4.1 基于 VoIP 的通話系統

  2023 貴陽馬拉松賽事轉播的 2 輛直播車使用 VoIP 通話系統作為主路通話,VoIP通話矩陣設置在起終點總控,通話矩陣配置導演組和技術組共 2 組不同集群,互不干擾。馬車使用TVU Router /5G CPE 結合配置的通話面板;移動摩托車采用手機端 APP 通過 5G 網絡接入通話矩陣,整個通話利用 5G 移動網絡技術的大帶寬、低延時特點,基本可實現整個通話網絡的無延時感。

  4.2 同頻同播通話系統

  同頻同播通話系統采用數字集群通信進行同頻同播組網。同頻同播使用主 / 從站方式,主站設置在起終點總控,從站分布在 4 個中繼接收點。所有基站使用同頻點設置,采用專網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。全網基站根據分發指令和高精度 GPS 同步時鐘,精確全網轉發下行信號,整個同頻同播通話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,實現僅用最低的頻率資源即可實現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)使用同頻同播系統通話,賽道上使用數字對講機通過搭建的同頻同播通話系統進行實時通話,導演組通道設置為 CH-1、技術組通道設置為 CH-2。

  5 結語

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

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