PF-503數(shù)字移動微波在馬拉松直播中的應(yīng)用
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在馬拉松比賽中，微波傳輸一直是一個技術(shù)難題。在2003年進行第一屆廈門馬拉松賽轉(zhuǎn)播時，在比賽線路沿途設(shè)立了7個移動信號接收點，但仍有部分路段信號無法覆蓋，只能以單機點信號作為補充。由于廈門馬拉松比賽賽道分布于環(huán)島路和市區(qū)，環(huán)島路部分路段地形復(fù)雜，市區(qū)內(nèi)高樓大廈林立，對微波信號傳輸影響很大。移動轉(zhuǎn)播車發(fā)送的信號經(jīng)過反射、散射等傳播路徑后，到達接收端的信號往往是多個幅度和相位各不相同的信號的疊加，形成多徑干擾，進而引起信號的頻率選擇性衰減，導(dǎo)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了日本池上公司的PF-503（800M OFDM）便攜式移動數(shù)字微波收發(fā)系統(tǒng)。并成功地在第3屆和第4屆廈門國際馬拉松賽的直播中圓滿完成了移動信號的收發(fā)任務(wù)！
PF-503系統(tǒng)使用OFDM多載波調(diào)制方式。OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 即：正交頻分復(fù)用。它是一種無線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)，其主導(dǎo)思想就是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調(diào)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，但是每個子信道是相對平坦的，在每個子信道上進行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相應(yīng)帶寬，因此可以大大消除信號波形間的干擾。由于在OFDM系統(tǒng)中各個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，同時又提高了頻譜利用率。在OFDM系統(tǒng)中，任何瞬間都傳送多個數(shù)據(jù)，單個數(shù)據(jù)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(shù)相鄰符號受到的嚴重干擾。
在傳統(tǒng)的多載波并行傳輸系統(tǒng)中,整個帶寬經(jīng)分割后被送到子信道,并且頻帶沒有重疊,所以其最大的缺點是頻譜利用率很低,造成頻譜浪費。而OFDM技術(shù)是在頻域內(nèi)將所給信道分成許多正交子信道,在每一個子信道上使用一個子載波進行調(diào)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足SDTV數(shù)字信號的傳輸需求。該系統(tǒng)具有較高的頻率利用率，抗干擾能力強，使用適合移動信號接收的800MHz頻帶與多徑衰落強的OFDM調(diào)制方式的組合，使其在移動信號傳輸方面具有其他系統(tǒng)難以比擬的優(yōu)勢。PF-503（800M OFDM）數(shù)字移動微波有四路頻率，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，波長長，繞射能力也強。一般來說，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，雖然其波長比800MHz短，穿透損耗小，但繞射損耗大，總體上說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(shù)字移動微波，較以往使用的微波頻率更低，繞射性能更好。
PF-503(800M)數(shù)字微波提供了多種的數(shù)字傳輸模式：
OFDM-64QAM/32QAM/16QAM/DQPSK/QPSK/DBPSK/BPSK，在馬拉松轉(zhuǎn)播中我們使用的是DQPSK調(diào)制模式，其對應(yīng)的碼率是7.243Mbps。DQPSK（Differential Quadrature Phase Shift Keying）即：差分四進制相移鍵控。采用四相相位鍵控調(diào)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價比。采用差分相干解調(diào)時不需要相干載波，而且在抗頻漂能力、抗多徑效應(yīng)及抗相位慢抖動能力方面均優(yōu)于采用相干解調(diào)的絕對調(diào)相。理論上是最適合進行馬拉松電視轉(zhuǎn)播所采用的調(diào)制形式，而實際操作中也證明了這點。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行內(nèi)碼糾錯編碼，之后是內(nèi)交織，在DQPSK調(diào)制后進行IFFT（快速傅立葉反變換）。通過IFFT，將頻率軸上的輸入數(shù)據(jù)變換成時間軸上的調(diào)制信號數(shù)據(jù)，再將這些數(shù)據(jù)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行正交調(diào)制，輸出中頻信號。（附下圖：發(fā)端控制單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖）
PF-503（800M）微波在發(fā)端采用的是全向天線。轉(zhuǎn)播車信號由發(fā)端控制單元，到RF單元，經(jīng)過一個10W的增益器，將OFDM 1W的輸出功率增大到10W,然后再由全向天線發(fā)射出去。將全向天線架設(shè)在轉(zhuǎn)播車車頂上，這樣就不再需要人工操作，同時，信號的輸出也將更加可靠。（附下圖：發(fā)端系統(tǒng)圖）
這套PF-503（800M）數(shù)字微波在收端采用了YAGI天線和全向天線，兩者進入一個二選一的信號自動切換器，信號經(jīng)自動比較選擇后才進入收端的RF單元和控制單元，但經(jīng)過多次試驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過二選一信號自動切換器后，信號大約有2DB的損耗。鑒于接收天線都是架在賽道沿途的高樓頂，全向接受天線基本無法被利用，所以在實際直播中去掉了全向天線和二選一設(shè)備，提高信號強度。（附下圖：天線裝配圖）
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