摘 要：通過(guò)簡(jiǎn)述PF-503（800M OFDM）在廈門國(guó)際馬拉松直播中的使用過(guò)程和使用經(jīng)驗(yàn)，讓大家對(duì)這種微波設(shè)備的特點(diǎn)和優(yōu)、缺點(diǎn)有一些詳細(xì)了解！

        關(guān)鍵詞：OFDM；移動(dòng)數(shù)字微波；多徑干擾；解碼、編碼器

　　廈門國(guó)際馬拉松賽在每年三月的最后一個(gè)星期六上午八時(shí)舉行，是廈門有史以來(lái)關(guān)注度最高的體育賽事。賽道全長(zhǎng)42.195公里，堪稱世界上最美麗的賽道，它從金門島隔海相望的廈門國(guó)際會(huì)展中心出發(fā)，沿途既有依山傍海、風(fēng)景如畫的環(huán)島路，更有廈門二十名景中的八大景點(diǎn)綴其間，可盡覽廈門的天風(fēng)海韻。廈門地處亞熱帶，四季如春，年平均氣溫?cái)z氏20度，空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良，近五年來(lái)三月份的氣溫都在攝氏15-20度之間，而且風(fēng)和日麗，非常適合舉辦春季馬拉松賽。每年的馬拉松賽都要吸引了30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的近2萬(wàn)名運(yùn)動(dòng)員參賽，其中不乏國(guó)際頂尖的專業(yè)選手，每年的馬拉松賽都得到數(shù)十萬(wàn)熱情廈門市民的積極參與，他們都帶著快樂(lè)的心情在賽道沿線為運(yùn)動(dòng)員們加油，各項(xiàng)市民馬拉松、大學(xué)生馬拉松等配套賽也同時(shí)如火如荼的展開，馬拉松已經(jīng)成為廈門一年一度盛大的節(jié)日！馬拉松為廈門增添了一張精美的燙金名片，是廈門與其它省市、世界交流的平臺(tái)，成為增進(jìn)海峽兩岸交流往來(lái)的絕好媒介，為廈門這座外向型城市的對(duì)外開放注入了新的活力和精神內(nèi)涵！因此高效、高質(zhì)量、完整地直播本賽事，就成了我部門一項(xiàng)非常重要的，必須完成的任務(wù)！

　　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)行第一屆廈門馬拉松賽轉(zhuǎn)播時(shí)，在比賽線路沿途設(shè)立了7個(gè)移動(dòng)信號(hào)接收點(diǎn)，但仍有部分路段信號(hào)無(wú)法覆蓋，只能以單機(jī)點(diǎn)信號(hào)作為補(bǔ)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(duì)微波信號(hào)傳輸影響很大。移動(dòng)轉(zhuǎn)播車發(fā)送的信號(hào)經(jīng)過(guò)反射、散射等傳播路徑后，到達(dá)接收端的信號(hào)往往是多個(gè)幅度和相位各不相同的信號(hào)的疊加，形成多徑干擾，進(jìn)而引起信號(hào)的頻率選擇性衰減，導(dǎo)致信號(hào)畸變。針對(duì)這種情況，我臺(tái)于2005年第3屆馬拉松直播前購(gòu)買了日本池上公司的PF-503（800M OFDM）便攜式移動(dòng)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(guó)際馬拉松賽的直播中圓滿完成了移動(dòng)信號(hào)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(wú)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(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)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(gè)子信道是相對(duì)平坦的，在每個(gè)子信道上進(jìn)行的是窄帶傳輸，信號(hào)帶寬小于信道的相應(yīng)帶寬，因此可以大大消除信號(hào)波形間的干擾。由于在OFDM系統(tǒng)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(tǒng)中，任何瞬間都傳送多個(gè)數(shù)據(jù)，單個(gè)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(kuò)展到多個(gè)符號(hào)上，可以有效地將由于衰減和脈沖干擾引起的突發(fā)錯(cuò)誤隨機(jī)化，用許多符號(hào)受到的較小干擾代替少數(shù)相鄰符號(hào)受到的嚴(yán)重干擾。

　　在傳統(tǒng)的多載波并行傳輸系統(tǒng)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(fèi)。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(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)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。可以滿足SDTV數(shù)字信號(hào)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(qiáng)，使用適合移動(dòng)信號(hào)接收的800MHz頻帶與多徑衰落強(qiáng)的OFDM調(diào)制方式的組合，使其在移動(dòng)信號(hào)傳輸方面具有其他系統(tǒng)難以比擬的優(yōu)勢(shì)。PF-503（800M OFDM）數(shù)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(yán)格，干擾情況可控制。而且頻率低，波長(zhǎng)長(zhǎng)，繞射能力也強(qiáng)。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(duì)相同功率下1800MHz和900MHz的頻率實(shí)驗(yàn)，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(duì)于2GHz OFDM信號(hào)，雖然其波長(zhǎng)比800MHz短，穿透損耗小，但繞射損耗大，總體上說(shuō)2GHz信號(hào)穿透建筑物的損耗比800MHz的OFDM信號(hào)大。因此使用該套800M數(shù)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(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(duì)應(yīng)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(diào)制方式可獲得較高的頻譜利用率，強(qiáng)的抗干擾性和較高的性價(jià)比。采用差分相干解調(diào)時(shí)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(dòng)能力方面均優(yōu)于采用相干解調(diào)的絕對(duì)調(diào)相。理論上是最適合進(jìn)行馬拉松電視轉(zhuǎn)播所采用的調(diào)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(hào)送入SDTV編碼器編碼，而后將輸出的TS流進(jìn)行外碼糾錯(cuò)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(nèi)碼糾錯(cuò)編碼，之后是內(nèi)交織，在DQPSK調(diào)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(shù)據(jù)變換成時(shí)間軸上的調(diào)制信號(hào)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(hù)間隔；最后再加上同步符號(hào)進(jìn)行正交調(diào)制，輸出中頻信號(hào)。（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(hào)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(shí)，信號(hào)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(jìn)入一個(gè)二選一的信號(hào)自動(dòng)切換器，信號(hào)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(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)二選一信號(hào)自動(dòng)切換器后，信號(hào)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(wú)法被利用，所以在實(shí)際直播中去掉了全向天線和二選一設(shè)備，提高信號(hào)強(qiáng)度。（附下圖：天線裝配圖） 

                      


　　經(jīng)過(guò)多次測(cè)試和演練，整個(gè)42公里的賽道上只需要布置4個(gè)接收點(diǎn)，就能夠進(jìn)行無(wú)盲
區(qū)的信號(hào)接收，但其中很關(guān)鍵的是馬車上信號(hào)發(fā)射端，必須用對(duì)講適時(shí)報(bào)出馬車當(dāng)前位置，
讓各信號(hào)接收點(diǎn)能掌握天線大致方向，并根據(jù)演練經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工微調(diào)。馬拉松轉(zhuǎn)播中，我臺(tái)采用的是以數(shù)字調(diào)制模式傳輸模擬PAL制信號(hào)，再將接收到的模擬PAL制信號(hào)由光纖傳回電視臺(tái)，在臺(tái)內(nèi)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的傳輸方式，這樣減少了信號(hào)的損耗。采用了這套PF-503（800M）數(shù)字微波進(jìn)行馬拉松電視轉(zhuǎn)播，大大的削減了參與轉(zhuǎn)播的設(shè)備和人員的數(shù)量，更重要的是，不管拐角或是上下坡，電視信號(hào)都不會(huì)有中斷或者閃爍，即使是連續(xù)遇到樓宇、樹枝等各種障礙物時(shí)，信號(hào)也不會(huì)受到影響，從而把馬拉松賽事優(yōu)質(zhì)完整的轉(zhuǎn)播信號(hào)展現(xiàn)給廣大電視觀眾。

　　當(dāng)然，我臺(tái)的這套PF-503，在使用過(guò)程中也總結(jié)了一些注意事項(xiàng)，在今后的轉(zhuǎn)播過(guò)程中也是值得注意的：
　　一個(gè)是：由于各個(gè)接收點(diǎn)是輪流工作的，所以不是賽事一開始大家就都能收到信號(hào)，而是輪流類似接力棒的交接，如果提早把接收系統(tǒng)打開，而長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有移動(dòng)YAGI天線時(shí)，他會(huì)自動(dòng)尋找空間中頻率最靠近的、最強(qiáng)的電磁波，并嘗試作解碼動(dòng)作，由于信號(hào)的不穩(wěn)定和相對(duì)較弱，有時(shí)將導(dǎo)致接收機(jī)的解碼器死機(jī)，而我們此時(shí)在表頭上也無(wú)法判斷出是否死機(jī)，一旦真正的信號(hào)來(lái)了，表頭的指示也上來(lái)的時(shí)候，才會(huì)發(fā)現(xiàn)解碼器報(bào)警燈依然亮著，信號(hào)并沒(méi)有被解碼，也就無(wú)法傳回總控了。所以我們想出解決方法：在馬車即將到達(dá)某點(diǎn)接收范圍之前約1分鐘左右，將接收控制單元重新啟動(dòng)，避免解碼器的死機(jī)。（附下圖：收端控制單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖） 

                  


　　其次：由于接收點(diǎn)一般都是在高層建筑頂端，而廈門又是海濱城市，往往有遇到很大的海風(fēng)，而PF-503的YAGI天線是鋁合金制品，非常脆弱，一旦三腳架倒地，天線必然會(huì)折斷或變形，所以非常有必要將整個(gè)三腳架做固定處理，或加大墜重。（附下圖：天線實(shí)拍）

　　再有：PF-503還配備室內(nèi)室外對(duì)講系統(tǒng)，控制單元和射頻單元可以非常方便地溝通，尤其在馬拉松直播過(guò)程中，由于室內(nèi)同時(shí)配備了移動(dòng)數(shù)字電視接收機(jī)，我們甚至可以方便地知道比賽的電視畫面，室內(nèi)工作人員在了解馬車的方位的同時(shí)，可通過(guò)對(duì)講系統(tǒng)與把持天線的人員分享。通過(guò)兩屆的馬拉松直播，發(fā)現(xiàn)這個(gè)對(duì)講系統(tǒng)是相當(dāng)適用的，應(yīng)盡量使用。

　　PF-503數(shù)字微波系統(tǒng)在馬拉松比賽轉(zhuǎn)播活動(dòng)中充分顯示了其技術(shù)上的先進(jìn)性，不僅填補(bǔ)了我臺(tái)以往在移動(dòng)信號(hào)接收方面的空白，而且在該領(lǐng)域已經(jīng)處于國(guó)內(nèi)的領(lǐng)先水平。本文通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)的原理的一些初淺分析，使更多的人了解、熟悉并掌握這套系統(tǒng)。由于作者水平有限，且時(shí)間倉(cāng)促，難免有錯(cuò)誤和疏漏之處，還望讀者不吝賜教。