基于“多核心矩陣法”的大型活動通話系統構建

周子龍 金逸樂

【摘要】 現代社會的各類活動中，通話系統是基礎中的基礎。SMG的“天鷹轉播”在近些年的大型活動通話系統構建中，總結出了一套“多核心矩陣法”的辦法。它是以矩陣為核心，配合以不同的通話終端（IOT）和傳輸方式以實現不同環境下的通話系統構建。本文介紹了此方法，并以上海國際女子半程馬拉松賽和第二屆中國國際進口博覽會為案例做了具體的介紹和探討。

【關鍵詞】多核心矩陣 大型通話 進口博覽會 馬拉松賽

一.概述

1.“多核心矩陣法”的定義

近些年來，電視轉播行業中的大型活動的通話需求越來越多，功能越來越復雜，已經成為現場大型活動制作基礎中的基礎。SMG的“天鷹轉播“自從2013開始參與國際賽事制作后，形成了一套行之有效的通話系統構建方法，叫“多核心矩陣”法。

從廣義來說，“多核心矩陣法”的是基于無限多個、相互平行的通話核心，通過核心網絡的交換來實現復雜環境下的移動、固定和編組通信。理論上來講它可以覆蓋無限大的范圍和擁有無限大的帶寬。

從俠義角度來說，“多核心矩陣法”就是通過建立通話需求的“矩陣表”，根據現場需求建設主、從基站網絡，并將目前廣電行業的各類終端（IOT）接入現有通話網絡，以實現大型活動的室內外通話網絡全覆蓋。

2.基本模型和運用方法

“多核心矩陣法”具體運行當中，使用：了解需求、建立模型、添加元素和調試測試的基本模型進行操作。

了解需求，就是先了解整個大型活動的所有通話需求。包含有線通話、無線通話、通話編組、通話人員和通話質量要求。同時，根據現場的情況，到底是室內、室外還是大范圍城市、郊區，來建立基本的通話矩陣模型。

建立模型，這里就是要建立兩個模型，也就是“多核心矩陣法”的關鍵。其主要模型就是矩陣模型和通話模型。矩陣模型是根據第一步的需求所制作的通話人員需求表，通話模型更類似于網絡拓撲模型。雖然從定義上來講，各個核心之間是沒有主從關系的，但是以大范圍的無線通話設備而言我們還是主要采用了DMR技術，以達到無線通話主、從基站能夠做到同頻同播的功能。DMR標準采用時分多址的多址方式，信道間隔為12.5KHz、4FSK調制方式、數據傳輸的速率為9.6Kb/s。

添加元素，即為添加我們所能解決“最后一公里”問題的終端設備（IOT，Internet of things）。這里列舉了部分元素的特點和內容，由下表所示：

調試測試，顧名思義就是最終的調試環節。這里需要強調的一點就是調試測試不僅僅是要系統調試通，還要將整個運營模式進行彩排調試。一個系統的運行除了設備還需要人的參與，所以需要反復測試，來進一步優化大型活動的通話系統。

二.“多核心矩陣法”運用案例分析

1.上海國際女子半程馬拉松賽的用法

（1）系統介紹構建

此次馬拉松賽事整合了各技術的優勢和長處，使用普通網絡的IP鏈路實現了對講機基站主從站之間的級聯，完成了全賽道的對講機基站覆蓋。在此基礎上，不僅可以根據實際需要實現任意擴容，也實現了系統的可視化管理。為以后馬拉松為主的大中型移動轉播的節目制作提供了穩定的通話支持。下面我就將此次轉播是的通話系統布局進行介紹：

此次賽事一共由三套系統、一輛馬拉松跟拍車及三輛跟拍摩托車構成。其中第一套為位于終點的EFP系統，使用有線訊道、無人機航拍、無線游機對賽事的沖刺/頒獎及終點活動進行拍攝；第二套是位于跟隨運動員拍攝的馬拉松轉播車系統，由搭載3臺陀螺儀的攝像機構成，主要任務為跟拍馬拉松運動員在比賽時的畫面。第三套系統為馬拉松單機系統，是由兩輛跟拍摩托車構成。起點、健康跑終點及馬車的信號通過4G背包送到終點EFP系統。

位于終點EFP的導播除了與終點訊道機位、EVS等的通話需求外，還需要與起點、健康跑終點的馬車、跟拍摩托、終點游機及現場導演等進行通話。

因此在終點布設了一套數字對講機通話主基站并在賽事中心位置處高點放置了一臺從站，并通過公網握手的模式完成全賽道的同頻同播信號覆蓋，實現導播與賽道上攜帶對講機的摩托車手、攝像、單邊等人員通話需求。

此次上海國際女子半程馬拉松賽道總長為20公里，起點（中山公園1號門）到最遠折返點（綏寧路）直線距離長度為7.2公里，因此從站架設點在折中處架設，并且需為制高點。此次選擇在距離起點為3.6公里，最遠折返點4.1公里的長寧區威寧大樓，通話方案為置于兩處的主從數字對講機基站，從站放置在樓頂（距離主站直線距離為3.6公里）。通過電信公司所給的固定IP使主、從站進行同步級聯并做到主、從基站同頻同播的功能，將主站的4線信號打包送到固定IP與主站的百兆光貓共同接入到百兆交換機內，并將設置主站的服務器也接入到百兆交換機內，進行主站的IP地址與主站光貓之間的IP地址打通，達到服務器在脫離交換機的情況下直接通過公網就能夠登入到主站的設置界面，這樣就達到了主站的4線信號打包進入到了公網進行傳輸，進行了級聯握手從而覆蓋整個賽道。

（2）工作難點及解決方案

上海女子半程馬拉松是一場半程馬拉松賽，其路程長，覆蓋范圍廣，對通話系統的構建來說，有一定難度。根據此次賽事的情況我們羅列了以下幾個難點，及解決方案。

1.由于EFP總控的位置在公園內，四周有茂密的樹木包圍，給天線架設位置造成了困難。解決方案：將天線放置于較為空曠的草坪處，并借助支撐架將天線升高到4米左右的位置，處于附近的接受制高點，增強信號覆蓋；

2.從站可選擇放置范圍的高層建筑高度接近，怕其覆蓋會受影響。解決方案：在眾多高層建筑中選擇一幢高層建筑其最靠近大部分平層建筑，這樣能否將其他平層建筑覆蓋，并增加從站天線的發射功率，彌補附近高層建筑的干擾情況；

3.尋找到地點后，在一個陌生的環境中需要先做哪些工作？解決方案：

①基站與天線的選擇位置。基站選擇的位置必須是在室內，而天線必須放在靠近平層建筑一邊的室外，同時要避開周圍其他天線，以免出現相互干擾的情況；

②有線公網的開通。并且在開通公網光貓時必須要和運營商進行備注，必須提供百兆的光貓，因為對講機基站的IP端口為百兆口，因此只能和百兆設備進行級聯，在其之間連接的交換機也必須為百兆交換機；

③穩定的電源。需要有一臺小型UPS，并在直播時有技術保障人員實時進行觀察，切勿隨意取用周邊的室電，需與該建筑電力負責人員進行溝通允許后使用。

（3） 調試及設置

在主站與從站通過公網級聯需要進行以下幾個步驟：

a. 需在搭建前與運營商進行協商，必須配備百兆光貓；

b. 將其與主站基站的IP設置端口、設置主站的服務器都接入到百兆的交換機內，進行主站IP地址的設置；

c. 連接好后，將主站的IP地址改為運營商所給的IP地址；

d. 設置完畢以后，可用服務器脫離交換機網絡后，通過公網進行主站登入，如果順利登陸，就說明主站的4線信號已經與公網打通；

e. 從站也必須進行相同的設置操作，唯一不同的地方在于，在Master IP Address處將主站IP地址輸入，其他設置于常規從站設置相同；

f. 當服務器通過公網能夠登陸主、從基站的后，立即打開車載臺或對講機進行測試，查看、駐波比、丟包率是否正常；

g. 可在服務器上將主、從對講機基站的IP地址進行Ping通，可實時進行查看主、從基站的延時量、以及丟包率，并且對該公網的穩定性進行測試。

設置對講機基站軟件的服務器可對主、從基站來實時更改各基站的參數，也能夠實時監控主、從站的各項參數，例如發射功率、駐波比、設備溫度、同步報錯、延時量、丟包率等參數。此次使用了公網級聯后，由于服務器不便于隨身攜帶，只需要配置輕便的筆記本電腦連接了公網后，就可以在任何地方登入到軟件內，對主、從基站的設置進行修改或對各項參數進行監看，并可通過Ping主、從基站的IP地址對網絡情況如延時量、丟包率進行監控，實現了高度便捷的可視化管理。

2. 第二屆中國國際進口博覽會的用法

（1） 概述

第二屆中國國際進口博覽會進行報道的前方導控間放置在國家會展中心3號館8米平臺，同時設置了1個前方演播室，另外在對外開放的11個場館設置單邊報道點。他們將前方演播室的播出信號與各個場館的單邊點信號統一發送到8米平臺的EFP導控間，通過導播和調音師對畫面聲音的制作處理后，將信號送到IBC內設置的總控播出區，再將信號通過光纖傳輸發送到電視臺的S1演播室。在各個環節中，都需要進行實時溝通，報道中使用了大量的無線圖傳設備，無線信號的好壞需要實時進行溝通，如稍有紕漏，就會影響各個環節的直播情況，因此，此次進博會實時報道的通話任務變得格外的重要。

（2） 需求及用法

此次進博會實時報道的通話可分為兩部分：導控區通話、場館區通話。導控區通話，是以有線通話設備或短距離的無線通話設備與導播、導演之間的溝通；場館區區通話，是以遠距離的無線通話設備與導播、導演之間進行實時溝通。

導播區通話，一共有五類工種需要和導控區進行實時溝通：

a. 訊道機攝像。主要是和導播、導演進行溝通，必要時候需要和技術工程師、通話工程師進行溝通，實現方式：通過訊道攝像機的CCU的4W接口接入通話矩陣實現通話功能；

b. 前方演播室的主持人、嘉賓。主要是需要聽到①前方導控室導演的指令，②需要聽到S1演播室的返送信號（返送信號內切勿有主持人本人、嘉賓本人的聲音）③當有國外嘉賓做客演播室的時候，前方主持人和嘉賓需要聽到S1演播室送回來的同傳翻譯信號。實現方式：通過解嵌信號送回來的返送信號、同傳信號以及從通話矩陣輸出導播與主持人、嘉賓的溝通信號送入到調音臺進行編組送出一路混合信號送入到無線耳返中，實現通話功能；

c. 導控區內部的技術工種。包括導播、導演、系統工程師、RF導播、音頻工程師、通話工程師。①導播、導演：需要與前方演播室的訊道攝像、主持人和嘉賓、導控區的各技術工種、S1演播室的導播、現場導演以及現場記者進行實時溝通；②系統工程師：主要與導播、導演、RF導播、音頻工程師、現場技術工種進行溝通，必要的時候需要與IBC總控、演播室訊道攝像進行溝通；③RF導播：主要與導播、導演、音頻工程師、現場技術工種進行溝通；④音頻工程師：主要是需要與導播、導演、RF導播進行溝通；⑤通話工程師：主要是以聽為主，需要監聽所有的有線無線通話內容。實現方式：所有有線面板通過網線接入到通話矩陣，實現通話功能；

b. S1演播室導播。主要是和前方演播室導播、導演、前方現場導演進行溝通。實現方式：通過S1演播室的導播聲音是通過S1演播室送回來的解嵌信號，隨之送進調音臺進行編組輸出送入到通話矩陣，而前方演播室的導播也是通話矩陣將其信號送入至調音臺隨后通過加嵌的播出的第三軌信號通過IBC送到S1演播室，其解出后就能夠聽到前方演播室導播的聲音了，從而實現通話功能；

e. IBC總控室。主要室和導控區的系統工程師進行溝通。實現方式：在導控區和IBC區域都架設了一臺模擬音頻光端機，從而將導控區矩陣的4線信號通過光端機送到IBC區的雙工面板，從而實現通話功能。

場館區通話，一共有三類工種需要和導控區進行實時溝通：

（1）現場單邊報道的記者。主要是聽到前方演播室導播、導演的指令和返送的播出信號實現方式：通過S1演播室的返送聲音是通過S1演播室送回來的解嵌信號，與通話矩陣輸出導播與記者的溝通信號隨之送進調音臺進行編組輸出送入到電話橋接器，而記者使用的采訪話筒說話聲音通過無線接受設備解嵌進入調音臺進行聲音修飾后推前模式送入通話矩陣，從而使導播和記者能夠實時進行溝通；

（2）各場館的現場導演。主要是和前方演播室導播、導演進行溝通，并且能夠聽到S1演播室導播的指令。實現方式：通過S1演播室的導播聲音是通過S1演播室送回來的解嵌信號，與通話矩陣輸出導播與現場導演的溝通信號隨之送進調音臺進行編組輸出送入到數字對講機主基站中，通過部分場館放置的從站覆蓋的通話信號，從而實現該通話功能；

（3）各場館的現場技術保障。主要是和前方演播室系統工程師，RF導播進行溝通，確認無線設備正常工作。實現方式：使用無線數字對講機主基站以及部分場館放置的從站覆蓋的通話信號，從而實現該通話功能。

（3） 調試及設置

每個單邊采訪報道信號的好壞，與各個場館的通話質量的好壞是分不開的。下面我就將各場館無線通話系統如何搭建進行介紹。

此次一共在11個場館架設了8臺對講機基站，分別在1號館、3號館、4.1館、5.1號館、6.1號館、7.2號館、8號館以及北廣場。其中3號館的對講機基站為主站，其余的對講機基站為從站。

由于此次上海國際博覽中心處于內部封閉的環境，一共有11個場館需要用無線攝像機做單邊采訪。每個場館相隔甚遠，此次采用叢基站內部的GPS與通過場館的光纖作為媒介進入到交換機后傳輸傳輸到帶有GPS天線的主基站進行同步。主要給單機點的無線攝像以及單機點的技術保障人員與導播間實時進行溝通。

無線通話主、從基站能夠做到同頻同播的功能，主要是采用了DMR技術。在進行DMR同頻同播技術的同時，還必須要解決主站和從站之間的同步問題。通常，基站通過GPS接收器從GPS衛星獲得準確的時間和相位信息。但是從國家安全角度看GPS不是一個可靠的系統；且每個基站都需要專門的GPS天線和接收器對于國家會展中心這樣的封閉式場館來說不太方便。此外，大城市的中央商務區（CBD）中很難為GPS天線找到合適的安裝地點，因為GPS需要天線和太空中多個 GPS定位衛星之間不能被阻隔。另外，GPS，時鐘模塊已成為除射頻模塊外的第二高故障率設備。針對 GPS定時的缺點，我們通過在PTN甚至OTN傳輸網絡中應用1588v2 PTP協議（Precision Time Protocol 精準時間協議）來傳輸TOD信息，以使基站獲得準確的時間/相位信息。因此，DMR同頻同播技術通過PTP同步來解決多個基站級聯時的同步問題。對講機基站的PTP協議是通過網絡傳輸時間的協議，一臺帶有PTP協議的主基站提供時間源，同步一臺或多臺帶有PTP協議的從基站。主基站定期傳輸同步消息和跟進消息，從站使用這些消息導出時間。對稱的點到點IP網絡鏈路的延時可以編程到每臺從基站中，然后從基站偏置收到的包中的時間，導出正確時間。交換式/路由式IP網絡中的延時即可變又不對稱，從基站必須定期向主基站發送延時請求信息，主基站在收到這些消息時打上準確的時間標記，在延時響應消息中把接收時間發回從基站。

三.發展與展望

隨著技術發展的不斷進步，“多核心矩陣法”構建的通話系統所能夠應用的大型活動越來越多。我們也有更多的“元素”來滿足越來越復雜、越來越精密的通話需求。我們覺得在無線需求上要增加以下幾點：

1.通話的通暢性，現在在大型賽事中各工種之間的通話都能夠正常溝通，但是考慮到對講機作為半雙工通話設備的弱點還是暴露無遺，例如，多個點需要和導播同時進行溝通，這就難以解決，因此需要用全雙工模式的無線設備帶替代目前的通話模式提高其通暢性；

2.通話的質量。往往在大范圍的賽事中，通話的音質、延時量由于受到周邊環境的硬性干擾或多或少受到一些影響，因此我們將會結合剛推出的5G技術，它可進行高速率傳輸，實現遠程低時延控制，充分發揮5G低時延和高速率的網絡特征。提高通話質量，為大中型馬拉松轉播提供更加便利的服務。

3.信號覆蓋的靈活性。如果我們將無線專網作為主從基站的綁定網絡的話，那么我們可以將無線基站放置于馬拉松轉播車上來進行使用，這樣可以大大減少成本，增加各工種通話穩定性，目前我們在研究通過APN專網來進行主從基站的綁定，從而提高無線信號覆蓋的靈活性。

綜上所述，我們會在一次次大型活動的實踐中，通過經驗總結，發展通話技術，提高通話質量，為能做出更復雜的大型活動，完成更精彩節目而努力！B&P