【论文转载】基于“5G+微波”的马拉松转播信号传输应用

贵州台采用TVU 5G方案直播2023年贵阳马拉松赛事。

编者按
在今年3月刊的《广播电视信息》杂志中,贵州广播电视台的肖建波、龙小燕、张林共同发表了题为《基于“5G+微波”的马拉松转播信号传输应用》的论文。该文深入阐述了在2023年贵阳马拉松赛事中,贵州台结合5G移动通信技术与微波无线传输技术,构建一个高稳定性的移动传输系统,实现了赛事直播所有机位信号的全方位可靠回传。文章特别强调了TVU 5G直播背包在确保信号传输稳定性和实现远程直播制作中的关键作用,展示了该技术方案在马拉松赛事直播领域的独特优势和创新应用。小编特此转载,以飨读者。

基于“5G+ 微波”的马拉松转播信号传输应用

文│贵州广播电视台 肖建波 龙小燕 张林

摘要:为了让 2023 贵阳马拉松赛事的画面更多样化地呈现,本文将 5G 移动通信技术与微波无线传输技术进行有效结合,搭建了 1 套具备高稳定性的移动传输技术系统,介绍了马拉松赛事中总控传输、赛道移动视音频信号及移动通话的全方位覆盖技术方案,该系统在实践中取得了良好的效果。

关键词:5G 微波技术 马拉松 信号传输

1 引言

马拉松作为全世界流行的运动项目,具有深厚的文化底蕴和历史传承。2023 贵阳马拉松赛以“生态领跑”为主题,吸引了来自 32 个国家和地区的选手参赛。为更好地展示选手风采,把赛事精彩画面实时地呈现给观众,贵州广播电视台组织技术人员提前对赛道进行熟悉、测试,根据测试结果,充分利用 5G 移动通信技术和微波无线传输技术的优势互补,并结合光纤传输技术制定了 1 套无盲点、全方位覆盖赛道的转播信号传输技术方案,实现高效稳定、低延时的实时赛道信号传输。

2 赛事总体传输技术系统设计

2023 贵阳马拉松赛全程 42.195km,赛道的起终点均在贵阳国际会议中心北广场。为确保整个赛事转播的高  效、高质,信号传输通过 5G分包网络聚合的传输方式和   无线微波传输技术,将赛道内的移动信号传输至现场总控系统,由现场总控系统根据前期测试结果将一定时间内的较高的赛道信号传输至现场转播车并进行现场制作, 制作完成后通过卫星 + 光缆 + 网络等多路由方式汇聚至台内总控,台总控再将信号分发至 4K 演播室等节点形成最终播出信号,通过贵州卫视、动静 APP、G+TV、抖音、视频号等平台大小屏联动的方式进行同步直播。赛事总体传输技术系统架构如图 1 所示。

图 1 赛事总体传输技术系统架构

图 1 赛事总体传输技术系统架构

3 基于“5G+微波”的赛道移动信号传输系统设计

2023 贵阳马拉松赛的赛道移动信号传输包括移动直播车 1(简称“马 1”,主要负责跟拍男子组第一集团)、移动直播车 2(简称“马 2”,主要负责跟拍女子组第一集团)、赛道移动摩托车、移动采访车等跟拍以及直升机航拍。整个传输信号采取移动微波结合 5G 移动网络分包聚合传输,确保整个赛道上无线信号传输的高安全和高稳定。

3.1 移动微波传输系统设计方案

移动微波传输系统分为 3 个部分,包括覆盖全赛道的中继点选择、微波发射,以及微波接收。系统主要负责男子组第一集团跟拍任务(由马 1 和 1 号摩托车组成), 摩托车上配置 1 台摄像机微波发射单元,摩托车的信号通过摄像机微波传至马 1 进行切换,马 1 配置 1 套车载大功率微波发射单元,切换后的信号通过大功率微波传至微波中继点。女子组由马 2 和 2 号摩托车组成,传输方式与男子组一致。直升机航拍配置了 1 套大功率微波单元,将航拍信号通过大功率微波传至微波中继点。

根据前期无线电环境勘测结果,微波使用的 3 个频率马 1 为 590MHz、马 2 为 570MHz、 航拍为 2680MHz,使用的频率需要到无线电管理部门进行备案。移动微波传输系统如图 2 所示。

图 2 移动微波传输系统

图 2 移动微波传输系统

 

3.1.1 赛道微波中继点选择

为保障赛道微波信号传输的稳定,根据马拉松路线规划图对无线电环境进行了扫频测试、现场勘查及技术测试。在紧临赛道的区域设立 4 个微波信号接收点,保证与接收区域最远处直线距离(最长半径)在 3.5km 内,以实现马拉松全程赛道的微波覆盖。

3.1.2 微波发射

微波发射系统部署在马 1、马 2 及航拍直升机上,使用全向天线进行发射。 采用 4 :2 :2 H.264 的编码方式以最大限度节约带宽,并使用穿透能力和绕射能力强的 COFDM-QPSK 的调制方式,传输码率设置在 8M 左右,可以最大限度保障移动画面的高稳定和高质量。延时量测试在 100ms 内,保障了整个赛事画面的及时性。

3.1.3 微波接收

微波接收系统架设在每个中继点,每个中继点部署 3 套微波接收单元,分别用于接收赛道马 1、马 2 和直升机航拍信号;3 台光端机(发)用以将微波接收的 3 路信号通过光缆传输至起终点的信号总控;光传输采用长距离单通道 SFP 光发模块,传输距离可达 80km。此外,每个中继点均配置 1 台 UPS,保障各中继点不间断供电。

3.2 5G 分包聚合网络传输系统

5G 分包聚合网络传输系统主要是利用 5G 传输设备,将分散在赛道各处的 6 辆移动摩托车跟拍的不同选手、各类镜头,以及移动采访车实时采集的信号传输至起终点的 4K 超高清转播车上。此外,在 2 辆直播车上配置 5G 背包作为备份传输方式,当车载微波出现故障时,可通过 5G 传输设备将信号直接传回现场总控,确保安全。5G 分包网络聚合传输系统如图 3 所示。

图 3 5G 分包网络聚合传输系统

图 3 5G 分包网络聚合传输系统

3.2.1 5G 背包聚合传输策略

此 次 5G 背 包 传 输 采 用 统 计 多 路 复 用(Inverse Statmux Plus,ISX+)技术,将完整的视频数据切片为小数据包,然后把这些小数据包通过多链路进行聚合并传输发送到服务器,服务器按照规则将其组包后通过 SDI 传输至总控台,5G 背包的聚合传输有效保障了弱网情况下的传输安全。

3.2.2 5G 移动背包传输

5G 背包传输采用 VBR H.264 的编码方式,码率设置为 10Mbps,延时为 2s,VBR 的动态编码方式能确保在赛道网络环境劣化的情况下仍能进行低码率信号传输,确保传输画面信号不中断。每台背包分布在赛道各处移动摩托车及移动采访车上,根据前期对整个赛道的网络测试结果、运营商丢包率以及分布在赛道各处的基站情况,配置了 3 张中国移动、3 张中国联通、2 张中国电信共 8 张 SIM 卡,以确保整个赛道移动传输网络环境的最优化。

3.2.3 5G 背包传输接收

5G 背包传输接收服务器部署在起终点的总控处。为确保信号高质量接收,与中国移动、中国电信 2 家运营商进行协商,提供了移动、电信 2 条网络专线,每条专线提供 3 个固定公网 IP 地址,并开设相应的业务端口号,上下行网络带宽不低于 100Mbps。同时,根据网络带宽测试,将移动与电信网络进行交叉部署和冗余设计,防止网络单溃点,确保整个接收网络的高可靠和高安全。

4 赛道通话系统设计

马拉松赛事的通话过程涉及复杂场区、跨区域、多组整体指挥调度,若仅采用公共通信网络作为赛事过程中的主要通信,在人员密集的时候就会出现容载不足、网络卡顿的情况,且达不到即时通信的要求。

为确保整个赛事过程中赛道全程通话无死角,贵州广播电视台打造了“全覆盖通信、可视化调度、多层级管理”的通话系统,结合 5G 移动通信技术及微波无线传输技术,在转播过程中设置了 2 套不同路径、不同路由的基于 IP 的语音传输(Voice over Internet Protocol,VoIP)通话系统和同频同播通话系统,形成冗余设计,每套系统均配置有导演组和技术组,实现不同组使用不同集群信道、互不干扰、同组内群呼群通,以及总控实时监听、调度。赛道通话系统如图 4 所示。

图 4 赛道通话系统

图 4 赛道通话系统

4.1 基于 VoIP 的通话系统

2023 贵阳马拉松赛事转播的 2 辆直播车使用 VoIP 通话系统作为主路通话,VoIP通话矩阵设置在起终点总控,通话矩阵配置导演组和技术组共 2 组不同集群,互不干扰。马车使用 TVU Router/5G CPE 结合配置的通话面板;移动摩托车采用手机端 APP 通过 5G 网络接入通话矩阵,整个通话利用 5G 移动网络技术的大带宽、低延时特点,基本可实现整个通话网络的无延时感。

4.2 同频同播通话系统

同频同播通话系统采用数字集群通信进行同频同播组网。同频同播使用主 / 从站方式,主站设置在起终点总控,从站分布在 4 个中继接收点。所有基站使用同频点设置,采用专网专用频率进行无线通信,终端上行信号将被一个或多个从站同时接收,并交由主站判定分发。全网基站根据分发指令和高精度 GPS 同步时钟,精确全网转发下行信号,整个同频同播通话系统频率的利用率高且所需带宽较低,有效克服了相邻建站必须作频率区分的限制,实现仅用最低的频率资源即可实现全赛道无缝覆盖的通话需求。单机点(移动摩托车、移动采访车)使用同频同播系统通话,赛道上使用数字对讲机通过搭建的同频同播通话系统进行实时通话,导演组通道设置为 CH-1、技术组通道设置为 CH-2。

5 结语

基于 5G 移动通信技术与无线微波传输技术搭建的赛道移动传输技术系统,很好地将 2023 贵阳马拉松赛上运动员的反应、各种具有冲击力和个性化特色的镜头及航拍贵阳(现状、地标等)画面悉数呈现给观众,展示了贵阳“生态领跑”的城市形象,诠释了“爽爽贵阳”的城市品牌,有助于推动体育、文化和旅游等领域的融合发展。本方案的研究与实施,旨在探索 5G 移动通信技术和微波无线传输技术的融合在马拉松体育赛事中的创新型应用。

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