历届厦门国际马拉松赛信号传输方案比较

    【摘  要】 本文对历届厦门国际马拉松比赛现场直播信号传输技术方案进行了比较，介绍了历届厦门国际马拉松比赛现场直播信号传输的技术特色。

    2003年3月30日第一届厦门国际马拉松赛的隆重举行。经过几年的运作，由中国田径协会和厦门市政府联合主办的一年一度的厦门国际马拉松赛已成为中国最具影响力和国际知名度的马拉松赛事之一，且于2007年12月被国际田联评为“国际田联路跑金牌赛事”。该赛事到2008年已成功举办6届，从第一届开始，就由中央电视台和厦门电视台联合进行了全程电视直播。
    马拉松比赛全程42.195公里，比赛线路长，空间跨度大，沿途自然、人文地理环境复杂。因此马拉松比赛全程电视直播成为各类大型体育赛事直播中难度最大、技术最复杂的项目。而最大的技术难题就是实现信号的全程采集、传送，实现直播信号的全程移动覆盖。
    厦门国际马拉松比赛，其赛道路线沿途地形复杂，或依山傍海、或高楼林立，且赛道多弯，使得厦门马拉松赛的电视信号覆盖困难重重。回顾从2003年首届到2008年第六届厦门国际马拉松比赛，随着传输技术的发展，厦门国际马拉松比赛现场直播信号传输方案也在不断创新。本文将对历届厦门国际马拉松比赛现场直播信号传输技术方案和特色进行比较。
 
一、 历届厦门国际马拉松比赛现场直播信号传输技术方案简介
    一年一度的厦门国际马拉松赛到目前已连续六年的成功直播，下面先对历届厦门国际马拉松比赛现场直播信号传输技术方案做简单介绍。
    1.2003年首届厦门国际马拉松赛信号传输方案简介
    2003年首届厦门国际马拉松赛，在筹备时间不到3个月的情况下，在中央台的支持下，我们成功地完成了比赛直播工作。为了确定信号传输方案，我们一次次携带微波设备到沿途山顶或者楼顶、岛屿等制高点进行实地勘察测试，再经过反复比较，最终在比赛线路沿途设立了7个移动信号微波接收点（如图1所示，7个点分别为兴业银行微波点、湖滨名宫微波点、日光岩微波点、大学城微波点、云顶岩微波点、曾山微波点、会展中心），使用两发八收模拟微波设备，将移动转播车信号，分段接力传送到比赛线路沿途各个接收点，实现了马拉松移动信号覆盖率达90％左右。此外，补充了4个单机点（中闽大厦、旅游码头、海洋学院、白石炮台），一方面弥补微波信号接收不稳定的区域，另一方面使直播画面更加丰富，同时结合起终点转播车、五公里转播车、半程飞行箱转播系统等，保证了比赛信号的全程覆盖。另外，设立西姑岭、曾山2个微波中继点实现移动信号微波中继，保证各点的信号通过微波或光缆送回广电中心。
 

    2.2004年厦门国际马拉松赛信号传输方案简介
    2004年第二届厦门国际马拉松赛，由于演武跨海大桥的建成，比赛线路作了一些调整，如图2所示。这次直播，我们使用了2.4GHz OFDM 数字微波来实现移动转播车信号传输，在比赛线路沿途设立4个移动信号接收点（如图2所示，4个点分别为闽南大厦微波点、日光岩微波点、白石炮台微波点、明发海景苑微波点）就实现了移动信号基本全程覆盖，比较上届使用模拟微波，既大大减少了人员的投入和微波设备的使用，又取得了更好的移动信号传输效果。同时，使用航拍直升飞机对比赛全程直播的移动信号进行中继，解决了个别信号盲区问题。另外，补充了4个单机点（东渡折返点----拍摄全程运动员折返画面、茗芳大厦----拍摄半程与全程运动员分离画面、华顺食品楼顶----拍摄演武跨海大桥风光、白石炮台----拍摄美丽海滨风景赛道比赛画面），结合起终点转播车、半程马拉松终点转播车等，既使比赛直播画面更加丰富多彩，又保证了比赛信号的全程覆盖。 
    另外，设立西姑岭微波中继点实现日光岩微波点信号中继，西姑岭微波点接收的3路信号通过光缆送回广电中心。而明发海景苑微波点接收的信号则使用无线光通信技术，实现多路视音频信号两点之间的传输，解决了两点之间多路信号传输使用微波传输存在干扰又未铺设光缆无法使用光纤传输的问题。
    该届马拉松比赛使用了直升飞机对比赛进行了全程航拍，弥补了马拉松比赛直播画面单调的不足，既丰富了比赛的画面，又更加完美地展示了厦门美丽的风光。另外，直升飞机还承担了对比赛全程直播的移动信号进行中继的任务。直升飞机信号的传输如图2所示，直升飞机下行的两路信号----机上陀螺仪摄像机拍摄的航拍信号及移动转播车信号的中继信号----各自通过两个微波点接收，再如图2所示，再通过相应途径传输回广电中心。
 

    3.2005年、2006年厦门国际马拉松赛信号传输方案简介
    2005年、2006年厦门国际马拉松赛，采用了800MHz OFDM数字微波来实现移动转播车信号传输，比较2004年2.4GHz OFDM数字微波，克服了2.4G作为公共频段的频率干扰问题，提高了信号传输的稳定性，且具有更好的绕射能力，更好地解决了移动信号的盲区问题，实现了移动信号的全程覆盖。这也是国内首次在马拉松比赛中使用800MHz OFDM移动微波技术进行电视直播，大量减少了人员和设备的投入，并取得了良好的直播效果。
    比赛线路沿途共设立4个移动信号接收点（如图3所示，4个点分别为气象台微波点、大学城微波点、白石炮台微波点、金利蓝湾微波点）就实现了移动信号的全程覆盖，不再需要直升飞机对比赛全程直播的移动信号进行中继。另外，沿途设3个单机点，结合起终点转播车、半程马拉松终点转播车等，以及直升飞机航拍，为比赛全程直播提供了丰富多彩的画面。
    由于移动转播车信号微波接收点的减少以及微波点与广电中心之间光缆的铺设，移动转播车信号的传输实现了全数字化。
 

二、 历届厦门国际马拉松比赛现场直播信号传输技术特色
    从2003年至2008年，厦门国际马拉松赛连续六年成功直播，信号传输技术不断创新、不断进步，直播水平已位居全国前列。
    下表对历届厦门国际马拉松比赛现场直播信号传输技术方案相关内容进行了简要对比：

    历届厦门国际马拉松比赛现场直播信号传输技术特色简述如下。

    1.2003年第一届使用模拟微波传输进行移动转播车信号传输，比赛沿途设立了7个移动信号接收点、两个微波中继点，另补充了4个单机点实现比赛电视直播信号的全程覆盖；2004年采用2.4GHz OFDM数字微波进行移动信号传输，还在国内首创使用直升飞机对马拉松进行全程航拍和对全程移动信号进行中继，比赛沿途设立4个移动信号接收点。OFDM数字微波的使用，不仅大大减少了微波设备数量，节省了人力物力，而且，收到了更加良好的传输效果。
    OFDM即正交频分复用技术 ，是一种多载波数字通信调制技术。基本原理就是将高速数据流通过串并转换，分配到传输速率较低的若干子信道中进行传输，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。这样，尽管总的信道是非平坦的，具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此就大大消除了信号波形间的干扰。由于在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交，频谱可以部分相互重叠，这样不但减小了子载波间的相互干扰，还提高了频谱利用率。OFDM通过子载波的联合编码，具有很强的抗频率选择性衰落能力和很强的抗多径干扰能力。所以，OFDM技术在城市等地形复杂的环境下进行移动信号传输有着特别的优势，这也在厦门马拉松直播中得到了充分的体现。传统微波要求在直线传播路径上没有障碍物的情况下才能进行信号传输，而厦门国际马拉松比赛路线沿途地形复杂，或依山傍海、或高楼林立，信号经过反射、散射等传播路径，容易形成多径干扰，引起信号的频率选择性衰减，导致信号畸变。而OFDM技术的应用，有效地克服了这些问题，遇到高大建筑物或山体等障碍物时还可以利用障碍物之间的反射来传送信号，保证了信号的高质量传输。
    但是因为2.4GHz为公共频段，存在频率干扰的问题，信号传输的稳定性还不理想，部分路段仍有信号闪烁、静帧等情况出现。因此，采用直升飞机对全程移动信号进行中继。而直升飞机要兼顾航拍和信号中继，这对直升机的飞行高度、飞行路线都带来更高的要求。
    2.2005年在国内率先采用800MHz OFDM数字微波技术进行马拉松移动信号传输，进一步提高了移动信号传输质量和抗干扰能力，实现了马拉松移动电视信号的全程高质量稳定覆盖。比赛线路沿途设立4个移动信号接收点，不再需要直升飞机对比赛全程直播的移动信号进行中继。
    比较2004年使用的2.4GHz OFDM数字微波，800MHz OFDM数字微波技术有着以下优势：
    （1）2.4GHz是公共频段，容易受干扰；800MHz频段是固定业务使用频段，管理严格，更不容易受到干扰，信号传输的稳定性更高。
    （2）比较2.4GHz OFDM数字微波，800MHz数字微波频率低，波长长，绕射损耗小，绕射能力强。而在实际传输过程中，绕射分量远远大于穿透分量，因此800MHz系统穿越建筑物的损耗要明显小于2.4GHz系统。对于马拉松赛道的复杂环境，频率较低的800MHz有着更突出的优势。
    在实际运用中，使用800MHzOFDM数字微波传输马拉松移动信号，比较2.4GHz OFDM数字微波，路途中遇到上下坡，或连续遇到楼宇、树木等障碍物，信号也不会出现闪烁、静帧等现象。
       3.2007年率先在国内使用“动中通”移动卫星电视直播系统，实现了马拉松比赛男子第一梯队、女子第一梯队运动员比赛画面的同步实时直播，并采用视频信号编码复用技术，由“动中通”卫星车改善直升飞机航拍信号的中继传输，实现了马拉松直播技术水平的更进一步。
    “动中通”移动卫星电视直播系统是国内首创将航天控制技术、移动卫星通信技术与电视制作技术相结合，实现移动电视信号直播功能的系统。该系统能够在移动状态下通过卫星进行广播级视音频信号实时传输，实现了载体天线移动状态下不间断地传送广播级质量的电视信号。区别于目前广泛应用于广播电视领域的传统的数字卫星新闻采集系统(DSNG)，该系统增加了“动中通”天线天线稳控系统，采用高精度惯性仪表及高速计算机组成的激光捷联惯导系统，能够自动解算卫星车所处的地理坐标和实时测量卫星车运动状态，自动完成天线与卫星的对准与跟踪；通过卫星信标信号完成天线漂移修正，实现天线姿态高精度实时解算和空间稳定控制，使得卫星天线从传统的只能在静止的情况下与地球同步卫星通信，变为可在移动过程中与地球同步卫星保持通信。而传统的的DSNG系统当车体移动时，天线的姿态和地理位置就会发生变化，引起原对准卫星的天线偏离卫星，就会导致通信中断。
    “动中通”移动卫星电视直播系统能在移动状态下稳定地实现高质量电视信号传输的优势，特别适合象马拉松比赛这样路线长、沿途环境复杂的移动信号直播。在2007年、2008年厦门国际马拉松比赛直播中，“动中通”移动卫星电视直播系统的优势得到了充分的体现。与跟踪拍摄直播男子第一梯队运动员比赛实况的马拉松移动转播车的信号传送方式相比，“动中通”卫星车不必在车上加装数字微波发射系统，也无需沿途多个微波接收点，也不用考虑接收点铺设光纤至广电中心，节省了大量的人力物力，减少了多个传输环节，从而降低了故障概率，进一步提高了直播工作的安全性。此外，“动中通”卫星车上还装备了接收直升机航拍信号的全向接收天线，成为赛道上的一个移动的直升机信号接收点，弥补了地面固定接收点的信号盲区，展现给观众更加稳定并且更加丰富多彩的航拍图像。“动中通”卫星车采用复用方式，通过卫星同时传输女子第一梯队运动员比赛画面和直升机航拍的中继信号。[Page]
    综上所述，六年来，厦门国际马拉松直播信号传输技术水平得到了不断提高。从2003年第一届使用模拟微波传输进行移动转播车信号传输，到第二届在国内首创使用直升飞机对马拉松进行全程航拍和对全程电视直播的移动信号进行中继，并在国内率先采用2.4G OFDM数字微波实现马拉松比赛电视直播移动信号的全程覆盖。2005年又率先在国内采用800MHz OFDM数字微波技术实现移动信号的全程覆盖，提高了移动信号质量和抗干扰能力，达到国内移动电视信号传送和转播效果最好的水平。2007年率先在国内使用“动中通”移动卫星电视直播系统，实现了男子第一梯队、女子第一梯队的同步实时直播，并采用视频编码复用技术，由“动中通”卫星车改善航拍信号的中继传输，实现了马拉松直播技术的不断进步。
    一年一度的厦门国际马拉松赛直播，充分展现了厦门广电集团大型活动直播水平。我们综合利用了各种先进的信号传输技术，使用了光纤传输、地面微波传输、卫星 传输等设备，组建一只包括地下（光纤）、地面（微波）、天上（卫星）的立体传输网，实现了马拉松移动直播信号高质量高稳定的全程覆盖。