邱宇哲

（廣東廣播電視臺(tái)，廣東 廣州 510066）

0 引 言

毫米波一般指波長在1 ～10 mm，頻率在30 ～300 GHz 的電磁波。從波長和頻率數(shù)據(jù)可知，毫米波工作波長短，工作頻率高。毫米波早期主要應(yīng)用于軍事雷達(dá)領(lǐng)域，后擴(kuò)展到汽車?yán)走_(dá)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[1]。無線通信技術(shù)快速發(fā)展，對(duì)無線電頻譜中低頻頻率的使用逐漸趨于飽和，頻率資源已無法滿足未來通信事業(yè)的高速增長需求，因此人們把目光投向了頻率更高的毫米波頻段。由于毫米波頻帶資源豐富，可以有效地滿足大寬帶、高容量的無線傳輸需求，因此在短距離無線通信中有著廣泛的應(yīng)用前景和潛力。毫米波憑借其頻帶優(yōu)勢(shì)，已成為當(dāng)前無線信號(hào)傳輸?shù)难芯繜狳c(diǎn)。

1 毫米波的頻率特性和技術(shù)特點(diǎn)

1.1 大帶寬和高速率

毫米波頻段內(nèi)頻譜資源豐富，是解決當(dāng)前頻譜資源瓶頸的最優(yōu)選項(xiàng)。以60 GHz 毫米波頻段為例，上下可分配帶寬可達(dá)7 ～10 GHz。相比于傳統(tǒng)微波或圖像傳輸設(shè)備使用的百兆比特級(jí)帶寬（2 GHz、5 GHz），毫米波波段可提供的傳輸帶寬為吉比特級(jí)。兩者相比相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

1.2 傳輸設(shè)備輕型化和微型化

毫米波波長為毫米級(jí)，因此毫米波天線陣列也為毫米級(jí)，在同等物理空間情況下，可容納更多的天線。相比于傳統(tǒng)的無線微波傳輸設(shè)備，毫米波器件設(shè)計(jì)和部署具有小尺寸、輕重量、高增益及低成本等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)[2]。

1.3 信號(hào)損耗大、衍射繞射能力差

自由空間損耗是自由空間中發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度的損耗[3]。相隔一定距離的兩點(diǎn)之間，自由空間損耗L以距離d和使用頻率f為參數(shù)的公式為

式中：f表示頻率，單位為GHz；d表示距離，單位為km；L表示自由空間損耗，單位為dB。

由式（1）可見，以60 GHz 毫米波頻段為例，相比于5 GHz 以下的頻段，其在同等距離下自由空間損耗增加了超過21 dB。

根據(jù)電磁波衍射原理基本定義可知，信號(hào)波長越大，波動(dòng)性越明顯，越容易發(fā)生衍射現(xiàn)象。毫米波的波長為毫米級(jí)，波長很難大于障礙物尺寸，因此毫米波在遇到障礙物時(shí)很難產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。

1.4 毫米波信號(hào)適用場(chǎng)景

毫米波頻段適合在大帶寬、視距無遮擋傳輸、終端靜止和高密度人群場(chǎng)景下進(jìn)行信號(hào)傳輸。歸結(jié)到社會(huì)具體場(chǎng)景，則是直線城市干道、體育場(chǎng)館、展覽館、機(jī)場(chǎng)及廠房等開放空曠無遮擋場(chǎng)景或封閉場(chǎng)景內(nèi)部[4]。

2 毫米波技術(shù)在珠海航展轉(zhuǎn)播中的實(shí)際應(yīng)用

2.1 珠海航展轉(zhuǎn)播方案概況

第十四屆中國國際航空航天博覽會(huì)（簡稱珠海航展）在珠海金灣機(jī)場(chǎng)珠海國際航展中心舉行。本屆珠海航展，廣東廣播電視臺(tái)派出現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)播團(tuán)隊(duì)對(duì)開幕式、飛行表演、新聞發(fā)布會(huì)以及戰(zhàn)車表演等環(huán)節(jié)進(jìn)行衛(wèi)視頻道、地面頻道和新媒體平臺(tái)并機(jī)直播。廣東廣播電視臺(tái)在2 號(hào)展館南側(cè)前方規(guī)劃用地設(shè)置前方轉(zhuǎn)播綜合區(qū)。綜合區(qū)內(nèi)主要技術(shù)功能區(qū)包括現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)景演播室、信號(hào)調(diào)度傳輸中心、1 輛拖掛式高清轉(zhuǎn)播車和2 輛高清衛(wèi)星車。飛行表演轉(zhuǎn)播技術(shù)方案共設(shè)置10 個(gè)戶外轉(zhuǎn)播機(jī)位，1—3 號(hào)機(jī)位為風(fēng)景演播室樓頂固定機(jī)位，4—6 號(hào)機(jī)位為場(chǎng)外光纖通道機(jī)位，通過場(chǎng)內(nèi)已有光纖通道實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)信號(hào)回傳，7—10 號(hào)機(jī)位則為戶外展區(qū)場(chǎng)內(nèi)機(jī)位。7—10號(hào)戶外展區(qū)機(jī)位采用毫米波傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)高清信號(hào)回傳至高清轉(zhuǎn)播車，這也是廣東廣播電視臺(tái)外場(chǎng)傳輸技術(shù)團(tuán)隊(duì)首次將毫米波傳輸技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用在大型活動(dòng)戶外直播當(dāng)中。現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)播機(jī)位的分布如圖1所示，轉(zhuǎn)播綜合區(qū)現(xiàn)場(chǎng)情況如圖2 所示。

圖1 飛行表演轉(zhuǎn)播機(jī)位分布示意圖

2.2 毫米波技術(shù)應(yīng)用背景和設(shè)備概況

由于現(xiàn)場(chǎng)客觀條件的限制，戶外展區(qū)機(jī)位無法通過鋪設(shè)有線線纜或光纖來實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)信號(hào)至轉(zhuǎn)播車的回傳。在往屆航展轉(zhuǎn)播中，轉(zhuǎn)播技術(shù)團(tuán)隊(duì)均使用傳統(tǒng)2 GHz 微波設(shè)備來實(shí)現(xiàn)信號(hào)回傳至轉(zhuǎn)播車，但隨著展會(huì)規(guī)模越來越大、來訪人群逐漸增多，在前一屆的航展飛行表演直播中，戶外展區(qū)機(jī)位的2 GHz 頻段微波信號(hào)一直不能保持穩(wěn)定，時(shí)常受到各種不明因素的干擾和無線電管制。盡管技術(shù)人員采用了多種增強(qiáng)手段如增加濾波器和使用定向天線等方法來解決干擾現(xiàn)象，依然無法完全解決信號(hào)傳輸質(zhì)量問題。信號(hào)不穩(wěn)定已經(jīng)影響了航展飛行表演的正常直播。

為了從根本上徹底解決這個(gè)難點(diǎn)，廣東廣播電視臺(tái)外場(chǎng)傳輸團(tuán)隊(duì)在出發(fā)航展前，對(duì)當(dāng)前轉(zhuǎn)播行業(yè)應(yīng)用較多的圖傳類設(shè)備、背包類設(shè)備、7 GHz 微波和毫米波等各種無線傳輸手段進(jìn)行了深入的調(diào)研和實(shí)際功能測(cè)試，綜合場(chǎng)地實(shí)際情況、技術(shù)特性、高密度人流場(chǎng)景實(shí)際測(cè)試情況以及資金投入等多方面因素考量，選取了毫米波頻段傳輸技術(shù)方案來解決戶外展區(qū)機(jī)位信號(hào)回傳不穩(wěn)定的問題。

單個(gè)毫米波傳輸設(shè)備尺寸為288 mm×150 mm×68 mm，配備了固定安裝套件，易于戶外固定安裝，含支架質(zhì)量為1.9 kg，外殼防護(hù)等級(jí)為IP67，可適應(yīng)正常戶外環(huán)境使用。設(shè)備小巧輕便，易于攜帶和安裝部署。設(shè)備工作頻段為58 ～69 GHz，可劃分6 個(gè)信道頻段使用，每個(gè)信道頻段中心頻率之間間隔2.16 GHz，傳輸協(xié)議為IEEE 802.11 ad，信號(hào)接口為網(wǎng)線接口雙向通信。設(shè)備既可接受外來直流供電，也可通過網(wǎng)口實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)供電（Power Over Ethernet，POE）。傳輸設(shè)備外觀如圖3 所示。

圖3 毫米波傳輸設(shè)備外觀圖

2.3 珠海航展轉(zhuǎn)播毫米波傳輸技術(shù)方案

現(xiàn)場(chǎng)在8 號(hào)機(jī)和9 號(hào)位攝像機(jī)平臺(tái)分別架設(shè)毫米波傳輸發(fā)端設(shè)備，收端設(shè)備架設(shè)于風(fēng)景演播室樓頂。8 號(hào)平臺(tái)、9 號(hào)平臺(tái)與風(fēng)景演播室接收端兩點(diǎn)之間無遮擋直線距離分別約為500 m 和1 000 m。左側(cè)7號(hào)機(jī)和右側(cè)10號(hào)機(jī)通過串行數(shù)字接口（Serial Digital Interface，SDI）同軸電纜將嵌入后的視音頻信號(hào)送至8 號(hào)機(jī)位攝像平臺(tái)，利用4K 網(wǎng)傳編碼器可以最多同時(shí)傳送4 路高清信號(hào)的功能，將3 路攝像機(jī)的SDI 信號(hào)均接入4K 網(wǎng)絡(luò)傳輸編碼器，每一路信號(hào)采取H.265 壓縮編碼方式進(jìn)行編碼，并選取安全可靠傳輸（Secure Reliable Transport，SRT）協(xié)議通過毫米波頻段傳送至接收端。9 號(hào)機(jī)位也同理設(shè)置。信號(hào)經(jīng)解壓縮后進(jìn)入信號(hào)調(diào)度傳輸中心，再送至轉(zhuǎn)播車。在8 號(hào)機(jī)位和9 號(hào)機(jī)位平臺(tái)各配置兩臺(tái)2.4 kW 容量的便攜式不間斷電源（Uninterrupted Power Supply，UPS）互為主備，對(duì)毫米波傳輸設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸編碼器進(jìn)行供電。具體信號(hào)傳輸路由如圖4 所示。

從實(shí)際效果來看，在長達(dá)6 d 的每日飛行表演直播中，4 個(gè)戶外展區(qū)機(jī)位信號(hào)回傳穩(wěn)定。本次珠海航展轉(zhuǎn)播要求的特性符合毫米波適用場(chǎng)景，轉(zhuǎn)播工作充分發(fā)揮了毫米波頻段大容量、無干擾的頻段特性優(yōu)勢(shì)[5]，同時(shí)規(guī)避了毫米波穿透能力差和繞射衍射能力弱的缺點(diǎn)，是一次非常成功的外場(chǎng)轉(zhuǎn)播實(shí)際應(yīng)用。

3 結(jié) 語

毫米波頻段大帶寬、大容量、高速率的自身特點(diǎn)在已在適合場(chǎng)景的戶外轉(zhuǎn)播應(yīng)用中顯現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。毫米波技術(shù)在大型活動(dòng)賽事的轉(zhuǎn)播細(xì)分領(lǐng)域應(yīng)用也出現(xiàn)了逐步向上的趨勢(shì)，如360°全景智慧觀賽、4K 超高清點(diǎn)播、頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）設(shè)備等。隨著相關(guān)產(chǎn)品更加成熟，相信毫米波技術(shù)能在外場(chǎng)轉(zhuǎn)播實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮更大的作用。