珠峰報道無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用實踐

張禹 劉躍 謝東宇

摘? 要：2020珠峰高程測量報道工作圓滿結(jié)束。在關(guān)鍵的登頂報道期間，高山報道員通過新華社自有發(fā)稿軟件和無線傳輸系統(tǒng)實時發(fā)回圖片、短視頻稿件百余條，在峰頂5G網(wǎng)絡(luò)阻塞時發(fā)揮了備份發(fā)稿鏈路的保底作用，成為確保此次報道圓滿成功的“利器”。本文首先介紹了無線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計方案，結(jié)合應(yīng)用環(huán)境需求進行了鏈路分析、計算，最后列出了部分實測結(jié)果，總結(jié)了實踐結(jié)論和經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：微波;mesh;異構(gòu)傳輸網(wǎng)絡(luò)? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?中圖分類號：TN92? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1671-0134（2020）07-115-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.19483/j.cnki.11-4653/n.2020.07.033

本文著錄格式：張禹，劉躍，謝東宇.珠峰報道無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用實踐[J].中國傳媒科技，2020（7）：115-117.

1.前期調(diào)研與設(shè)計

在海拔5200米以上的珠峰地區(qū)，山巒疊嶂、風雪肆虐，溫度、氣壓極低，珠峰頂端的最低氣溫達-60℃，全年平均氣溫-29℃，是除了南北極之外的世界第三極。解決珠峰地區(qū)的通信傳輸問題是世界級的難題，在登頂報道中通信資源是最核心的技術(shù)資源。本次報道前，技術(shù)團隊一方面深入調(diào)研，加強與電信運營商、通信設(shè)備商的技術(shù)對接，爭取外部支撐;另一方面提前謀劃，積極挖掘既有設(shè)備潛力，通過多個場景驗證以微波設(shè)備為核心的無線通信系統(tǒng)作為保底通信手段的可行性。在北京、拉薩模擬珠峰視通環(huán)境進行遠距離測試，驗證系統(tǒng)最大有效傳輸距離、通信帶寬和發(fā)稿效率等;統(tǒng)籌供電、重量和通信接口等因素，對既有微波設(shè)備進行定制化改造，使其適配珠峰報道場景;在航天五所進行環(huán)境仿真測試，初步驗證系統(tǒng)在低溫低壓環(huán)境下的性能表現(xiàn)。

在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計方面，我們通過微波設(shè)備進行mesh組網(wǎng)，解決珠峰頂端“最初一公里”傳輸問題，在互聯(lián)網(wǎng)側(cè)通過VPN技術(shù)優(yōu)化接入終端的路由選擇和通信效能，構(gòu)建面向特定場景需求的、多類型通信子網(wǎng)組成的、支持自主管理配置的異構(gòu)傳輸網(wǎng)絡(luò)。具體實施方案包括：為克服山體遮擋、通信距離遠等不利因素，在多個營地部署微波基站AP，在不同距離、朝向同時接收峰頂終端回傳信號，互為備份;為保障互聯(lián)網(wǎng)回傳鏈路穩(wěn)定性，分別通過運營商專線、5G和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)連接不同基站AP，以NAT方式接入互聯(lián)網(wǎng)，互為備份;為實現(xiàn)鏈路間的路由優(yōu)選，部署N2N VPN服務(wù)器，使得多個基站AP在互聯(lián)網(wǎng)上處于同一“虛擬廣播域”，實現(xiàn)峰頂終端在不同基站間的智能漫游。

2.傳輸路徑分析

傳輸路徑分析是無線傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的重要步驟，它通常包含空間鏈路損耗、信號接收強度和鏈路通信容量計算等。

2.1空間鏈路損耗

空間鏈路損耗是指電磁波在傳輸路徑中的衰落， 根據(jù)空間衰減公式：P=32.4 + 20*Log FmHz + 20*Log RKm。[1]在理想情況下，本系統(tǒng)兩個典型工作頻點從峰頂發(fā)射終端到大本營接收基站的無線傳輸路徑衰落值分別為：P1 = 32.4+ 20*Log （1360） + 20*Log （19.5） = 32.4+62.9+25.8 = 120.9dBm，P2 = 32.4+ 20*Log （1400） + 20*Log （19.5） = 32.4+62.9+25.8 = 121.1dBm;兩個典型工作頻點從峰頂發(fā)射終端到前進營地接收基站的無線傳輸路徑衰落值分別為：P3= 32.4+ 20*Log（1360）+20*Log（5.6）= 32.4+62.7+15.0 = 110.1dBm，P4= 32.4+20*Log（1400）+20*Log（5.6）= 32.4+62.9+15.0 = 110.3dBm。

2.2 鏈路容量測算

珠峰報道的應(yīng)場景環(huán)境復(fù)雜，天氣惡劣、多變，傳輸系統(tǒng)設(shè)備電子元器件的工作狀態(tài)可能受影響，傳輸路徑上的云霧、雪衰等不可抗力也可能形成干擾。不存在嚴重山體遮擋時，疊加上述綜合因素的總路徑損耗按不低于10dB的余量計算，使用雙全向天線終端發(fā)射功率為33dB，各點位鏈路接收強度的實際需求如下：

根據(jù)公式：Pr（dBm）=Pt（dBm）+Gt（dBi）-PL（dB）+Gr（dBi）-Lc（dB），其中Pr為接收電平，Pt為發(fā)射功率，Gt為發(fā)射天線增益，PL為路徑損耗，Gr為接收天線增益，Lc為綜合損耗。[2]

大本營-峰頂預(yù)計鏈路接收電平：Pr（dBm）1=36+5.5-P1+5.5-10 = -83.9dBm，前進營地-峰頂預(yù)計接收電平：Pr（dBm）2=36+5.5-P2+5.5-10 = -73.1dBm。

結(jié)合報道業(yè)務(wù)需求，根據(jù)設(shè)備在不同傳輸距離、不同參數(shù)配置時對應(yīng)接收靈敏度的要求，可查詢以上鏈路增益是否達到鎖定門限的理論值。以表2-1為例，由于Pr1接收電平最小，以Pr1為臨界值查表，使用10M頻寬設(shè)置，在距離20km使用單點接收時，可采用QPSK3/4編碼，硬件理論最高傳輸速率為19.5Mbps，最大傳輸速率可達14.73Mbps;雙基站接收時，采用QPSK 1/2編碼方式，硬件理論最高傳輸速率為26Mbps，最大傳輸速率可達19.65Mbps，鏈路接收電平滿足設(shè)備建鏈指標。

經(jīng)計算、查詢，20Mhz頻寬配置在理論上也滿足參數(shù)指標和需求，考慮到應(yīng)用場景對系統(tǒng)穩(wěn)定性、建鏈成功率要求很高，不具備對比測試條件，報道最終使用了保守的10M頻寬設(shè)置。

2.3 參考選頻

在報道期間，珠峰大本營無線通訊設(shè)備的應(yīng)用類型和使用頻十分豐富，為降低、減少噪聲干擾對自有設(shè)備接收靈敏度的影響，結(jié)合工作頻段對電磁環(huán)境進行頻繁的掃頻、選頻十分必要。

圖2（a）（b）分別顯示了相應(yīng)工作頻段帶內(nèi)的平均功率和峰值功率情況;圖2-2（c）顯示了指定時間段內(nèi)相應(yīng)頻率區(qū)間中，相比用戶指定 “閾值”功率強度更高的干擾的時間占空比。比如，當閾值設(shè)定為1dB時，直方圖依次列出了目標頻點周邊比底噪功率高1dB的干擾在掃描時間區(qū)間內(nèi)持續(xù)的時間百分比情況，對應(yīng)數(shù)值越低說明該頻點可用性越高。

3.實踐結(jié)果與結(jié)論

3.1 實踐結(jié)果總結(jié)

在北京、拉薩和珠峰大本營進行的多次仿真測試、實地測試結(jié)果顯示，無線通信系統(tǒng)在微波無線側(cè)的通信能力可以滿足報道保底通訊需求，圖片即拍即傳和手機直播傳輸正常。

場景一：北京戒臺寺周邊某高地與新華社總社傳輸測試，直線距離23公里。

鏈路增益16dB，最大理論通信能力17Mbps。

場景二：日喀則珠峰大本營營地分別與珠峰C3營地（a：海拔8300米）和珠峰峰頂（b：海拔8844米）點對點傳輸測試，直線距離超過19公里。

在高海拔測試和登頂報道中，平均鏈路增益超過8dB，實際最大傳輸速率達到12Mbps。

3.2 實踐結(jié)論總結(jié)

在鏈路容量計算環(huán)節(jié)，視通條件下我們盡可能多的考慮了最差情況對通信容量的影響，采用了保證傳輸穩(wěn)定性、摒棄性能優(yōu)化的參數(shù)配置，由于設(shè)備具備自適應(yīng)調(diào)制編碼功能，實測鏈路余量優(yōu)于計算結(jié)果。微波設(shè)備的發(fā)射端、接收端具備波束賦形和分集技術(shù)，這提升了“最初一公里傳輸”無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸增益;改用定制的定向高增益天線可以增強峰頂至基站AP的鏈路接收電平;微波設(shè)備支持mesh組網(wǎng)和鏈路動態(tài)分配路由算法，增強了整個異構(gòu)傳輸網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性、魯棒性。在實際應(yīng)用環(huán)節(jié)，峰頂發(fā)射終端與接收基站間存在部分遮擋，盡管無線網(wǎng)絡(luò)具備一定的繞射能力，實際傳輸鏈路增益比預(yù)測值低5-10dB;峰頂?shù)奶鞖鈽O端惡劣，導(dǎo)致報道員無法保持設(shè)備朝向時刻處于最佳姿態(tài)，極大影響了傳輸效果;架設(shè)位置和角度、周圍人員遮擋都是潛在的干擾因素，網(wǎng)管系統(tǒng)監(jiān)測到鏈路增益的波動區(qū)間很大，最高達10dB以上;通信網(wǎng)絡(luò)具備半雙工語音通話能力，對使用場景的適配設(shè)計有待改善。

珠峰地區(qū)雖不屬于典型的具有多徑干擾、雜散底噪升高等特征的復(fù)雜電磁環(huán)境，但在挑戰(zhàn)人類極限的登頂報道中，由于缺乏對極端復(fù)雜環(huán)境的認知，可依賴的外部技術(shù)要素很少，“成敗只在一舉”，嚴酷的客觀環(huán)境、場景的特殊性極大增加了構(gòu)建自主微波無線網(wǎng)絡(luò)的實踐難度。

本次報道期間，無線通信系統(tǒng)和各類發(fā)稿終端經(jīng)歷了前所未有的檢驗，技術(shù)團隊的保障能力、生理忍耐力經(jīng)受住了嚴峻考驗。挑戰(zhàn)極限時，經(jīng)歷就是知識，也是財富。相信此次實踐經(jīng)歷將成為我一生的財富。

[1]李秀萍.微波技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2017（7）.

[2]陳惠開.寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)的理論與設(shè)計[M].北京：人民郵電出版社，2016（12）.

作者簡介：張禹（1984-），男，河北保定市，工程師，研究方向：衛(wèi)星、微波無線通信，流媒體視頻傳輸技術(shù);劉躍（1979-），男，河北，高級工程師，研究方向：音視頻和通信技術(shù);謝東宇（1986-），女，內(nèi)蒙古，研究方向：衛(wèi)星、微波無線通信，流媒體視頻傳輸技術(shù)。