无线微波设备在视频直播中的应用

谢东宇 张习国

（新华通讯社通信技术局）

[摘 要] 本文主要研究了无线微波设备的工作原理、特点以及在视频直播过程中的应用，介绍了新华社视频直播系统利用无线图像传输技术解决新闻事件现场视频传输“最后一公里”的问题，并设计了一些应用场景。[关键词] “最后一公里”传输 无线微波传输设备 视频直播 1 引言近年来，新华社视频直播业务已日趋常态化，仅2010年就完成视频直播400余场次，总社及国内31个分社均已具备基本的卫星视频直播能力，如何完善视频直播系统成为下一步的技术建设目标，其中一个重要内容就是在直播过程中如何提升回传视频的现场感，提高新闻报道的质量。原先，在突发事件直播报道中，是将摄像机拍摄的视频信号，通过摄像机电缆送至卫星直播设备或光纤传输设备进行传送的，但在某些突发事件现场，由于地理环境的原因，卫星设备的安置、电缆的铺设常受到摄像机位置的制约，影响节目的摄制，造成报道的现场感不够强烈，新闻报道的质量也受到了很大的影响。因此，如何解决摄制现场“最后一公里”传输问题迫在眉睫。目前，常用的解决方法是使用无线微波传输设备将前方的视频信号以无线方式进行远距离传输后，再连接到卫星设备上进行回传。 2 无线微波摄像设备工作原理高清或标清SDI信号在发射单元中，先经过MPEG编码，通过COFDM调制后，进行上变频，将基带信号调制到1.95-2.7GHz上，经天线将信号发送；接收端通过全向或定向接收天线将该信号接收后，通过下变频器将信号变频到110-860MHz频段上，经接收机中的COFDM解调后，送至MPEG解码单元，最后成为SDI信号（见图1）。

无线微波传输设备系统主要有发射机、接收天线、变频器和接收机组成。其组合方式灵活多样，可组成2分集接收或4分集接收，如果通过接收机的级联组网可获得更多的分集接收。系统组成详见图2。

如图2所示，发射机可以直接挂在ENG摄像机的末端，无论摄像机是“V”型接口还是安顿保尔接口，发射机都可以配合使用。接收端我们可以通过分集接收来获得更好的接收效果，分集接收是利用多副接收天线来实现的。在发射端采用一副天线发射，而在接收端采用多副天线接收。接收端天线之间的距离d≥λ／2（λ为工作波长），以保证接收天线输出信号的衰落特性是相互独立的，也就是说，当某一副接收天线的输出信号很低时，其他接收天线的输出则不一定在这同一时刻也出现幅度低的现象，经相应的合并电路从中选出信号幅度较大、信噪比最佳的一路，得到一个总的接收天线输出信号。这样就降低了信道衰落的影响，改善了传输的可靠性。接收机可根据客户需求配置成2分集或4分集接收，考虑到与卫星直播设备的配套使用我们以2分集接收机为例。其他组网方式介绍1．多接收机共享天线通过一个一分四功分器，可实现四部接收机共享2根接收天线，使用这种方式可以使更多的接收机接入系统而不需要额外增加天线。2．多天线接收系统（蜂窝分集）通过接收机分集接收功能，可以将多个接收机输出的ASI进行分集级联组合形成多天线（最多64路）接收网络。此系统可使用来自于网络中任意天线的有效数据，重构最终的信号。当摄像机从1个接收点移动到下一个时（就像手机），可被无缝追踪到，图像不会发生产生中断的情况。此概念就称为“蜂窝分集”。 3 无线微波摄像设备组成及介绍 1）发射单元关键特性：摄像机高清微波发射单元● 工作频率范围：1.95-2.7GHz● 输出功率10mw-250mw可调● 内置MPEG2 4：2：0/4：2：2编码器和DVB-T COFDM调制器。支持QPSK、8PSK、16QAM调制方式● 输入信号：1路视频信号（模拟复合/SDI），2路模拟/数字音频信号，可发测试彩条和测试音● 具有BISS加密功能，可以对传输内容进行加密，任何没有授权的接收设备无法截获传输内容● 可存储多种预设置，可方便地通过操作按键进行选择●工作电压：11.5- 18VDC工作模式；功耗10W2）全向发射天线技术指标：● 型号：L3421● 接口：‘N’制● 增益：3 dBi● 水平方向角：全向● 垂直方向角：76度● 频率：1.95 to 2.7 GHz3）接收机接收机中的接收器、解嵌部件和解码器提供最佳的功能和最佳的便捷性，三者集中安装于小型机箱内。可提供多样化的接收，也可链接在一起形成多天线的接收系统——最高可将 64 根天线通过此种方式链接在一起。典型的应用包括：应用于新闻采集器的、特定覆盖区域的“热点”接收点。此接收器节约空间、节省成本，即接收系统可跨越时间扩展，满足新的客户或者新增加覆盖区域的需求。关键特性：● 2路U段（110MHz-860MHz）输入● 1路帧同步输入● 内置COFDM解调器、MPEG-2解码器，同时支持4：2：2和4：2：0格式解码● 输出信号：2路SDI视频信号，2路模拟复合视频信号通过接收机设置可选，2路模拟音频信号，1路ASI信号，能够为下变频器提供+24VDC电源● 1RU半机架安装，灵活方便的前面板操作4）变频器技术指标：● 输入口：N-Type（F）50?● 输出口：BNC（F）75?● 增益：L3025-2024 26/41dB（低/高）● 噪声系数：<3dB● 相位噪声：-90dBc/Hz @ 10kHz offset● 杂散发射：<-60dBm● OIP3：>26dBm● OP1dB：>14dBm●环境：-10 to + 55℃● 电源：12.5 to 24V DC5）全向接收天线技术指标：● 型号：L3520● 接口：‘N’制● 增益：3 dBi● 水平方向角：全向● 垂直方向角：76度● 频率：1.95 to 2.7 GHz6）定向接收天线技术指标：● 型号：L3480● 接口：‘N’制● 增益：6 dBi● 水平方向角：170度● 垂直方向角：76度● 频率：1.95 to 2.7 GHz 4 无线微波摄像设备特点1）可靠性微波传输系统就是为实时新闻及突发事件的采集和快速回传设计的，该设备已经为许多电视台圆满的完成了在各种条件下的传输任务。包括2008年各省电视台完成奥运圣火传递直播等。2）先进性系统中所有设备都可达到直播高清信号要求。3）系统性系统严格遵循国际标准。4）易操作性系统中所有主要设备均有LCD面板，操作菜单简洁直观，操作人员可以非常方便的进行设备控制、参数查看、参数设置等。5）传输安全性通过在微波发射环节增加加密功能，可以对传输的素材进行加密，任何一台没有得到授权的接收设备都无法解码传输的节目内容，有效的保障了客户的利益。6）易携带性设备简单轻便，硬件设备数量少、体积小、重量轻，使得设备的组装、拆卸、运输都非常方便。7）使用安全性为了表征电磁波与生物体作用后电磁波对人体的作用程度，制定安全防护卫生标准，业内提出“比吸收率（SAR）”的概念。SAR定义为单位质量所吸收或消耗的电磁能量对时间的导数，其单位大多采用W/Kg。目前国际上大多数国家采用的是FCC（美国联邦通信委员会）和ETSI（欧洲电信标准协会）制定的标准，其中ETSI标准限值为2.0W/Kg，FCC标准限值为1.6W/Kg。根据此标准经进一步核算后，无线微波摄像设备的最大发射功率应不超过250mW。8）风险性虽然无线微波摄像设备具有较宽频率带宽，可以选择多个频点进行传输，但是在像大型会议直播现场中因现场人员多，电磁环境复杂，受到的干扰因素较多，传输会有一定的干扰；另外，由于电磁波对墙的穿透能力较弱，在室内直播而信号需绕过几层墙面时，信号传输会受到很大的影响；除此以外，人和水面对电磁波的吸收能力较强，在此场景直播下也会有一定的风险。但是以上问题，通过改变频点、改变发射功率，增加接收天线高度等方法均可解决。 5 应用在新华社的无线微波摄像设备直播系统设计方案无线微波摄像设备直播系统在前方新闻报道现场只需要在原有设备基础上增加1台发射单元，1台接收机，1个变频器，2个全向天线，就可以完成视频传输任务。1）无线微波摄像设备与卫星设备连接使用方式该系统通过固定在摄像机上的发射单元，将实况转播的视频SDI信号，经编码调制后由全向发射天线发送；系统另一端的全向接收天线将信号接收后送至变频器进行变频，再经接收机解调后还原为SDI信号。该信号直接由电缆连接至便携站终端箱或直播车上的编码器经编码调制后输出中频信号，经由天线BUC后变为KU波段信号，经卫星转发器转发；总社接收天线接收后，经过LNB后变为中频信号，进入解码器解调出SDI信号送至演播室。2）无线微波摄像设备与光纤设备连接使用方式（图7）

若在具有光纤传输条件的直播场景中，该系统通过固定在摄像机上的发射单元，将实况转播的视频SDI信号，经编码调制后由全向发射天线发送；系统另一端的全向接收天线将信号接收后，送至变频器进行变频，再经接收机解调后还原为SDI信号。该信号可以通过光端机直接通过光纤传输送至演播室。 6 无线微波摄像设备测试经过前期调研、完善测试报告，基于新华社准备筹建的无线实验室的平台，利用示波器、场强仪、功率计、网络分析仪、误码分析仪及频谱仪等测试仪器仪表，搭建一个完整的测试环境。组织国内外生产厂家携带其微波传输设备参与测试，对其设备的各项性能指标及在不同的应用场景下、不同工作环境下的信号传输质量进行测量记录。1）测试框图（图8）：

2）测试方法：A．使用同一款高清摄像机作为数据源，用分路器将视频信号分别接入各发射机中；B．各发射机采用相同的射频发射频段，但发射频点间隔尽量拉大（至少50MHz）；C．各发射机的调制方式、编码方式、时隙格式及发射功率等参数均设为相同；D．接收端在下变频器后用分路器将信号分别接入各接收机中，或者用型号性能相同的天线及下变频器（天线安放位置需相同）分别接入各接收机；E．每款接收机输出均接入一个监视器；F．发射端可模拟各种模式分别进行测试，如移动中测试、传输距离测试、遮挡环境下测试等，从监视器上实时观测传输质量。G．待所有参加测试的设备在标准调制方式下都已经测试完毕，若有自己的调制方式或传输模式，可设置成相应参数进行测量，与标准制式传输下的测量结果进行比对。 7 结论综上所述，无线微波传输设备较适用于新华社在复杂报道环境中进行突发事件的视频直播报道，可以在一定程度上满足分社所提出的“解决突发事件现场视频传输最后一公里问题”的需求。无线通信技术可以用于各类新闻数据的采集、传输和发布，在新华社下一代技术体系中将扮演重要角色。 编辑：中国新闻技术工作者联合会