PF-503數字移動(dòng)微波在馬拉松直播中的應用
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在馬拉松比賽中，微波傳輸一直是一個(gè)技術(shù)難題。在2003年進(jìn)行第一屆廈門(mén)馬拉松賽轉播時(shí)，在比賽線(xiàn)路沿途設立了7個(gè)移動(dòng)信號接收點(diǎn)，但仍有部分路段信號無(wú)法覆蓋，只能以單機點(diǎn)信號作為補充。由于廈門(mén)馬拉松比賽賽道分布于環(huán)島路和市區，環(huán)島路部分路段地形復雜，市區內高樓大廈林立，對微波信號傳輸影響很大。移動(dòng)轉播車(chē)發(fā)送的信號經(jīng)過(guò)反射、散射等傳播路徑后，到達接收端的信號往往是多個(gè)幅度和相位各不相同的信號的疊加，形成多徑干擾，進(jìn)而引起信號的頻率選擇性衰減，導致信號畸變。針對這種情況，我臺于2005年第3屆馬拉松直播前購買(mǎi)了日本池上公司的PF-503（800M OFDM）便攜式移動(dòng)數字微波收發(fā)系統。并成功地在第3屆和第4屆廈門(mén)國際馬拉松賽的直播中圓滿(mǎn)完成了移動(dòng)信號的收發(fā)任務(wù)！
PF-503系統使用OFDM多載波調制方式。OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 即：正交頻分復用。它是一種無(wú)線(xiàn)環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)，其主導思想就是在頻域內將給定信道分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調制，并且各子載波并行傳輸。這樣，盡管總的信道是非平坦的，具有頻率選擇性，但是每個(gè)子信道是相對平坦的，在每個(gè)子信道上進(jìn)行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相應帶寬，因此可以大大消除信號波形間的干擾。由于在OFDM系統中各個(gè)子信道的載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時(shí)又提高了頻譜利用率。在OFDM系統中，任何瞬間都傳送多個(gè)數據，單個(gè)數據只占用可用頻帶的一小部分。這樣可以將頻率選擇性衰減擴展到多個(gè)符號上，可以有效地將由于衰減和脈沖干擾引起的突發(fā)錯誤隨機化，用許多符號受到的較小干擾代替少數相鄰符號受到的嚴重干擾。
在傳統的多載波并行傳輸系統中,整個(gè)帶寬經(jīng)分割后被送到子信道,并且頻帶沒(méi)有重疊,所以其最大的缺點(diǎn)是頻譜利用率很低,造成頻譜浪費。而OFDM技術(shù)是在頻域內將所給信道分成許多正交子信道,在每一個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調制,各子載波并行傳輸。子載波相互重疊,但又相互正交,因此在接收端容易分離各子載波,頻譜利用率高?？梢詽M(mǎn)足SDTV數字信號的傳輸需求。該系統具有較高的頻率利用率，抗干擾能力強，使用適合移動(dòng)信號接收的800MHz頻帶與多徑衰落強的OFDM調制方式的組合，使其在移動(dòng)信號傳輸方面具有其他系統難以比擬的優(yōu)勢。PF-503（800M OFDM）數字移動(dòng)微波有四路頻率，分別為774.5MHz，783.5MHz，792.5MHz，801.5MHz。頻段為固定業(yè)務(wù)使用，管理嚴格，干擾情況可控制。而且頻率低，波長(cháng)長(cháng)，繞射能力也強。一般來(lái)說(shuō)，接收的電波分量包括穿透分量和繞射分量，其中繞射分量占絕大部分。針對相同功率下1800MHz和900MHz的頻率實(shí)驗，1800MHz和900MHz的穿透損耗分別為13.4dB和14.2dB，繞射損耗分別為9.6dB和4.3dB。因此對于2GHz OFDM信號，雖然其波長(cháng)比800MHz短，穿透損耗小，但繞射損耗大，總體上說(shuō)2GHz信號穿透建筑物的損耗比800MHz的OFDM信號大。因此使用該套800M數字移動(dòng)微波，較以往使用的微波頻率更低，繞射性能更好。
PF-503(800M)數字微波提供了多種的數字傳輸模式：
OFDM-64QAM/32QAM/16QAM/DQPSK/QPSK/DBPSK/BPSK，在馬拉松轉播中我們使用的是DQPSK調制模式，其對應的碼率是7.243Mbps。DQPSK（Differential Quadrature Phase Shift Keying）即：差分四進(jìn)制相移鍵控。采用四相相位鍵控調制方式可獲得較高的頻譜利用率，強的抗干擾性和較高的性?xún)r(jià)比。采用差分相干解調時(shí)不需要相干載波，而且在抗頻漂能力、抗多徑效應及抗相位慢抖動(dòng)能力方面均優(yōu)于采用相干解調的絕對調相。理論上是最適合進(jìn)行馬拉松電視轉播所采用的調制形式，而實(shí)際操作中也證明了這點(diǎn)。發(fā)端控制單元把輸入的PAL制視音頻信號送入SDTV編碼器編碼，而后將輸出的TS流進(jìn)行外碼糾錯編碼，這里使用的是（204，188）RS碼；而后經(jīng)外交織后再使用卷積碼進(jìn)行內碼糾錯編碼，之后是內交織，在DQPSK調制后進(jìn)行IFFT（快速傅立葉反變換）。通過(guò)IFFT，將頻率軸上的輸入數據變換成時(shí)間軸上的調制信號數據，再將這些數據的一部分循環(huán)的相加，形成保護間隔；最后再加上同步符號進(jìn)行正交調制，輸出中頻信號。（附下圖：發(fā)端控制單元內部結構圖）
PF-503（800M）微波在發(fā)端采用的是全向天線(xiàn)。轉播車(chē)信號由發(fā)端控制單元，到RF單元，經(jīng)過(guò)一個(gè)10W的增益器，將OFDM 1W的輸出功率增大到10W,然后再由全向天線(xiàn)發(fā)射出去。將全向天線(xiàn)架設在轉播車(chē)車(chē)頂上，這樣就不再需要人工操作，同時(shí)，信號的輸出也將更加可靠。（附下圖：發(fā)端系統圖）
這套PF-503（800M）數字微波在收端采用了YAGI天線(xiàn)和全向天線(xiàn)，兩者進(jìn)入一個(gè)二選一的信號自動(dòng)切換器，信號經(jīng)自動(dòng)比較選擇后才進(jìn)入收端的RF單元和控制單元，但經(jīng)過(guò)多次試驗發(fā)現，經(jīng)過(guò)二選一信號自動(dòng)切換器后，信號大約有2DB的損耗。鑒于接收天線(xiàn)都是架在賽道沿途的高樓頂，全向接受天線(xiàn)基本無(wú)法被利用，所以在實(shí)際直播中去掉了全向天線(xiàn)和二選一設備，提高信號強度。（附下圖：天線(xiàn)裝配圖）
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