無線移動新聞采集回傳系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其應(yīng)用*

蔣曉敏，潘長勇

（1.云南電視臺 傳輸發(fā)射播出中心，云南 昆明 650031；2.清華大學(xué) 電子工程系，北京 100084）

1 引言

新聞的時(shí)效性，歷來被視為新聞?lì)惞?jié)目報(bào)道的首要因素。但由于技術(shù)的限制，電視臺在進(jìn)行突發(fā)新聞事件的報(bào)道時(shí)，通常只能以最快的速度編輯完后在最近一檔新聞中播出或以電話采訪等簡單方式直播，新聞的震撼效果和影響力都大打折扣。近幾年，各電視臺為保持其競爭優(yōu)勢，新聞報(bào)道的方式向更快、更廣、更活、更深、更近的方向發(fā)展，特別是城市環(huán)境下的城市突發(fā)事件的報(bào)道、城市民生新聞的報(bào)道等都希望第一時(shí)間和現(xiàn)場直播。新聞現(xiàn)場制作和播報(bào)能力集中體現(xiàn)了各臺的綜合實(shí)力，對新聞采集的時(shí)效性要求越來越高。

在傳統(tǒng)的電視轉(zhuǎn)播車和電視新聞車的設(shè)計(jì)中，把電視信號送回電視臺有3個(gè)辦法：點(diǎn)對點(diǎn)的微波傳輸、衛(wèi)星上行傳輸、光纖傳輸。但這3種方式在城市復(fù)雜傳輸環(huán)境下進(jìn)行新聞現(xiàn)場回傳都有明顯缺陷，不太適應(yīng)實(shí)時(shí)新聞直播的要求。

2 地面數(shù)字新聞采集系統(tǒng)概念的提出

地面數(shù)字電視的一般模式是由發(fā)射塔發(fā)射出去，用戶使用固定或便攜接收天線接收。目前國際上有DVBT，ISDB-T，ATSC以及中國的DTMB標(biāo)準(zhǔn)，都能很好地適合地面環(huán)境下的空間傳播。

對于電波空間傳播，距發(fā)射中心某一點(diǎn)的場強(qiáng)En表示為

式中：h1為發(fā)射天線高度（m）；h2為接收天線高度（m）；P 為有效發(fā)射功率（W）；λ為發(fā)射信號波長（m）；d為收發(fā)點(diǎn)的距離（km）。

當(dāng)接收點(diǎn)遠(yuǎn)離發(fā)射中心時(shí)，式中的正弦項(xiàng)可近似表示為

此時(shí)場強(qiáng)為

可以看出，接收場強(qiáng)與發(fā)射天線高度和接收天線高度乘積成正比。

由于電磁波傳播信道具有互逆性，故在同樣的有效發(fā)射功率下，交換收發(fā)地點(diǎn)，在原來的發(fā)射天線位置處所得到的場強(qiáng)和原來的收發(fā)模式一致，但在收發(fā)轉(zhuǎn)換后，面臨2個(gè)新的問題：

1）由于發(fā)射地點(diǎn)不確定，導(dǎo)致收發(fā)天線均只能采用全向天線，從而損失天線增益；

2）由于接收天線裝在發(fā)射塔等地點(diǎn)，將受相鄰頻道的電磁干擾，同時(shí)較長的接收饋線也將加大信號損耗。

為解決以上問題，可以采取相應(yīng)的技術(shù)手段進(jìn)行有效彌補(bǔ)：

1）接收端采用分集（多天線和多高頻頭）接收方式以降低接收電平門限，如采用雙集接收，可獲得不低于3 dB的增益，如采用六天線接收，可獲得更高增益；

2）采用帶通濾波器以及采用低噪聲線性放大器，以抵消由于饋線損耗導(dǎo)致的信號衰減。

3 地面數(shù)字新聞采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 發(fā)射參數(shù)選擇

一個(gè)覆蓋城市的新聞采集系統(tǒng)在整個(gè)城市覆蓋區(qū)內(nèi)，至少在室外應(yīng)有穩(wěn)定的高質(zhì)量的信號傳輸鏈路。受目前現(xiàn)有設(shè)備條件的限制，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)采用DVB-T技

式中：Ru為可用凈碼流比特率 （Mbit/s）；Rs是字符率為6.75 MS/s；b 為子載波比特?cái)?shù)，QPSK 時(shí) b=2；CRv為內(nèi)糾錯(cuò)碼率，1/2；CRs為 RS 糾錯(cuò)碼，188/204；Tu為有用字符長度；Ts為保護(hù)間隔字符及有用字符總長度，16/17。

經(jīng)計(jì)算，可傳輸5.85 Mbit/s有效碼率，可以支持編碼器的編碼輸出。

3.2 系統(tǒng)規(guī)劃

城市無線傳輸環(huán)境復(fù)雜，諸如干擾、信號衰落等因素都將導(dǎo)致接收失敗，參照地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的原理，在城市里設(shè)置多個(gè)接收點(diǎn)，不管發(fā)射地點(diǎn)在何處，均有一個(gè)或多個(gè)接收點(diǎn)能夠穩(wěn)定接收，同時(shí)，接收點(diǎn)為同頻轉(zhuǎn)發(fā)方式，使用高增益天線傳回主站。這樣，系統(tǒng)就由發(fā)射、同頻轉(zhuǎn)發(fā)、接收系統(tǒng)構(gòu)成，如圖1所示。術(shù)；信源壓縮編碼采用MPEG-2標(biāo)清，編碼率圖像5 Mbit/s；伴音512 Kbit/s。

發(fā)射參數(shù)為：內(nèi)碼碼率1/2；子載波調(diào)制方式QPSK；保護(hù)間隔1/16；載波模式2k。

根據(jù)可用凈碼流計(jì)算公式

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

發(fā)射端：為適應(yīng)應(yīng)急直播的特點(diǎn)，在轉(zhuǎn)播車前設(shè)置便攜式小功率發(fā)射系統(tǒng)，將攝像機(jī)信號以小功率傳往附近的轉(zhuǎn)播車，轉(zhuǎn)播車可以設(shè)置多個(gè)便攜式機(jī)位，并通過切換臺、編碼、調(diào)制、放大和濾波將信號發(fā)射出去。

同頻轉(zhuǎn)發(fā)：同頻轉(zhuǎn)發(fā)站利用多集天線接收到新聞采集車傳來的信號，濾波、整型、放大后用高增益高定向天線傳往接收主站。

接收主站：接收主站配備至少雙集接收天線，高質(zhì)量的濾波放大器，低損耗電纜，接收機(jī)配備數(shù)字輸出ASI接口和信號質(zhì)量監(jiān)測，同時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測各同頻直放站的工作狀態(tài)。

3.3 發(fā)射機(jī)功率規(guī)劃

發(fā)射功率的確定受城市規(guī)模、地形、高樓密度以及直放站等諸多因素影響，同時(shí)也受發(fā)射天線增益、發(fā)射機(jī)性能等影響，以下僅以理想狀態(tài)下說明計(jì)算方法。

發(fā)射功率

式中：Pr為接收功率，Pr=C/N+N+Nf，N 為接收機(jī)噪波功率N=kTBr，k為玻爾茲曼常數(shù)k=1.38×10-23J/K，T為絕對溫度T=290 K，Br為視頻帶寬Br=5.75×106Hz；Ld為自由空間損耗，Ld=92.4+20lg（f×d），f為中心頻率（GHz），d 為傳輸距離（km）；Gt為接收天線增益，Lf為饋線損耗，LN為接頭和其他損耗，Gr為接收天線增益，△L為電平裕量。

根據(jù)以上公式，以43頻道（中心頻率754 MHz），平原地形，覆蓋半徑60 km，不考慮樓房等阻擋的理想環(huán)境為例計(jì)算覆蓋所需發(fā)射機(jī)功率，由工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)綜合分析，發(fā)射機(jī)功率可選擇10～40 W。為確認(rèn)覆蓋效果，應(yīng)使用確定的發(fā)射功率對所覆蓋城市進(jìn)行實(shí)況路測，從而確定同頻直放站位置及個(gè)數(shù)。使用初期也可先就重點(diǎn)地段進(jìn)行覆蓋，分期完成覆蓋區(qū)內(nèi)的優(yōu)質(zhì)覆蓋。

4 數(shù)字地面新聞采集系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

云南省電視臺擬在昆明市建立一個(gè)無線新聞采集系統(tǒng)為節(jié)目制作部門提供現(xiàn)場直播的業(yè)務(wù)。

昆明地勢北高南低，城區(qū)坐落在滇池盆地北部，主城區(qū)面積超過14 000 hm2，直徑約12 km（三環(huán)）。岷山位于城區(qū)西部，相對高度近200 m，上有1座近百米的云南省廣播電視發(fā)射塔。同時(shí)在城市東部有相對高度100余米的發(fā)射塔。

要求覆蓋昆明市三環(huán)城內(nèi)，考慮未來城市發(fā)展，對于三環(huán)外東南部盡可能增加覆蓋面積。

根據(jù)需要，在昆明市內(nèi)五華區(qū)、盤龍區(qū)、官渡區(qū)、西山區(qū)、經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、高新技術(shù)開發(fā)區(qū)6個(gè)區(qū)需實(shí)現(xiàn)覆蓋率90%～95%，主要架設(shè)點(diǎn)位于城市最西端的岷山發(fā)射塔上。同時(shí)為了覆蓋市內(nèi)北面長蟲山所遮擋的部分地區(qū)，在曇華寺原官渡電視臺發(fā)射塔上再架設(shè)一個(gè)同頻接收點(diǎn)。實(shí)際系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

4.1 發(fā)射端技術(shù)參數(shù)

圖2 昆明市新聞采集系統(tǒng)系統(tǒng)示意

測試接收點(diǎn)：岷山發(fā)射塔第二平臺，相對高度約240 m；饋線長度240余米，曇華寺發(fā)射臺鐵塔，相對高度150 m，饋線長度160 m。

測試接收天線：全向玻璃鋼天線增益9 dB。

測試設(shè)備：HARRIS（哈里斯）公司DTV660車載發(fā)射機(jī)，發(fā)射功率0～40 W連續(xù)可調(diào)。

測試車載機(jī)功率：5 W。

測試發(fā)射天線：全向車臺天線增益5 dB。

測試頻率：754±4 MHz。

測試區(qū)域：三環(huán)、二環(huán)、城區(qū)主要干道、城東南區(qū)域、城北區(qū)域等全城主要區(qū)域。

4.2 接收端技術(shù)參數(shù)

接收系統(tǒng)包含接收機(jī)和接收天線。接收機(jī)主要用于解調(diào)出數(shù)字TS流，其接收指標(biāo)和特點(diǎn)如下：

接收門限：-98 dBmW（高斯白噪聲）。較現(xiàn)有OFDM設(shè)備能有效增加單點(diǎn)傳輸半徑。

ASI輸出接口，供專業(yè)解碼器輸出播控中心需要的數(shù)字SDI或模擬視音頻信號，同時(shí)還帶有MPEG-2解碼板，輸出模擬視音頻信號，供現(xiàn)場監(jiān)看使用。

接收設(shè)備具有液晶監(jiān)控，可實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)o線信道的傳輸狀況。對于無線信道主要使用信噪比（SNR）和信號誤比特率（SER）進(jìn)行監(jiān)控，可預(yù)知傳輸半徑門限點(diǎn)，供導(dǎo)播及時(shí)提前進(jìn)行信號切換，避免直播信號的黑屏中斷。

4.3 測試效果

全城基本全部覆蓋，覆蓋區(qū)域內(nèi)視音頻信號清晰流暢。通過測試，當(dāng)接收點(diǎn)架于岷山發(fā)射塔山時(shí)，用20 W功率可保證五華區(qū)、西山區(qū)、盤龍區(qū)、官渡區(qū)內(nèi)85%～90%內(nèi)的覆蓋。其他區(qū)在固定點(diǎn)傳輸時(shí)仍可實(shí)時(shí)傳輸圖像。但在長蟲山東北部少量區(qū)域、東三環(huán)火車站附近立交橋短暫停頓過幾秒。

5 數(shù)字地面新聞采集系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

5.1 民生新聞直播

直擊現(xiàn)場是新聞直播中收視率很高的城市民生新聞節(jié)目類型，采用地面新聞采集系統(tǒng)，可在接到新聞線索后快速趕到現(xiàn)場，并立即將信號傳回演播室，可完成連線采訪及現(xiàn)場互動，在直播消防、直播出警、交通直播等事件中均獲得了成功。

5.2 突發(fā)應(yīng)急事件直播

重大突發(fā)應(yīng)急事件地點(diǎn)、時(shí)間都不可能確定，且要求第一時(shí)間趕到現(xiàn)場，在昆明市公交車爆炸及昆明水患的直播報(bào)道中，地面新聞采集系統(tǒng)充分發(fā)揮了其靈活機(jī)動的特點(diǎn)，使該新聞報(bào)道獲得了極高的收視率。

5.3 移動直播

移動直播是能充分體現(xiàn)地面新聞采集系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)的直播方式，在奧運(yùn)火炬?zhèn)鬟f直播以及長跑、花車巡游等大型移動直播中，地面新聞采集系統(tǒng)均能完成任務(wù)。

數(shù)字地面新聞采集系統(tǒng)的建立，大大提高了節(jié)目制作部門、技術(shù)部門的工作水平，尤其是打破了電視報(bào)道突發(fā)新聞事件時(shí)的時(shí)效瓶頸，為在第一時(shí)間內(nèi)多方位報(bào)道新聞事件構(gòu)建了完善的傳輸通道，從而改變了突發(fā)新聞只能延時(shí)和簡單實(shí)時(shí)的播報(bào)方式，從根本上提高了新聞宣傳的力度和效果，并可與衛(wèi)星新聞采集車配合，實(shí)現(xiàn)更大范圍內(nèi)的高效新聞回傳。