基于“多核心矩阵法”的大型活动通话系统构建

周子龙 金逸乐

【摘要】 现代社会的各类活动中，通话系统是基础中的基础。SMG的“天鹰转播”在近些年的大型活动通话系统构建中，总结出了一套“多核心矩阵法”的办法。它是以矩阵为核心，配合以不同的通话终端（IOT）和传输方式以实现不同环境下的通话系统构建。本文介绍了此方法，并以上海国际女子半程马拉松赛和第二届中国国际进口博览会为案例做了具体的介绍和探讨。

【关键词】多核心矩阵 大型通话 进口博览会 马拉松赛

一.概述

1.“多核心矩阵法”的定义

近些年来，电视转播行业中的大型活动的通话需求越来越多，功能越来越复杂，已经成为现场大型活动制作基础中的基础。SMG的“天鹰转播“自从2013开始参与国际赛事制作后，形成了一套行之有效的通话系统构建方法，叫“多核心矩阵”法。

从广义来说，“多核心矩阵法”的是基于无限多个、相互平行的通话核心，通过核心网络的交换来实现复杂环境下的移动、固定和编组通信。理论上来讲它可以覆盖无限大的范围和拥有无限大的带宽。

从侠义角度来说，“多核心矩阵法”就是通过建立通话需求的“矩阵表”，根据现场需求建设主、从基站网络，并将目前广电行业的各类终端（IOT）接入现有通话网络，以实现大型活动的室内外通话网络全覆盖。

2.基本模型和运用方法

“多核心矩阵法”具体运行当中，使用：了解需求、建立模型、添加元素和调试测试的基本模型进行操作。

了解需求，就是先了解整个大型活动的所有通话需求。包含有线通话、无线通话、通话编组、通话人员和通话质量要求。同时，根据现场的情况，到底是室内、室外还是大范围城市、郊区，来建立基本的通话矩阵模型。

建立模型，这里就是要建立两个模型，也就是“多核心矩阵法”的关键。其主要模型就是矩阵模型和通话模型。矩阵模型是根据第一步的需求所制作的通话人员需求表，通话模型更类似于网络拓扑模型。虽然从定义上来讲，各个核心之间是没有主从关系的，但是以大范围的无线通话设备而言我们还是主要采用了DMR技术，以达到无线通话主、从基站能够做到同频同播的功能。DMR标准采用时分多址的多址方式，信道间隔为12.5KHz、4FSK调制方式、数据传输的速率为9.6Kb/s。

添加元素，即为添加我们所能解决“最后一公里”问题的终端设备（IOT，Internet of things）。这里列举了部分元素的特点和内容，由下表所示：

调试测试，顾名思义就是最终的调试环节。这里需要强调的一点就是调试测试不仅仅是要系统调试通，还要将整个运营模式进行彩排调试。一个系统的运行除了设备还需要人的参与，所以需要反复测试，来进一步优化大型活动的通话系统。

二.“多核心矩阵法”运用案例分析

1.上海国际女子半程马拉松赛的用法

（1）系统介绍构建

此次马拉松赛事整合了各技术的优势和长处，使用普通网络的IP链路实现了对讲机基站主从站之间的级联，完成了全赛道的对讲机基站覆盖。在此基础上，不仅可以根据实际需要实现任意扩容，也实现了系统的可视化管理。为以后马拉松为主的大中型移动转播的节目制作提供了稳定的通话支持。下面我就将此次转播是的通话系统布局进行介绍：

此次赛事一共由三套系统、一辆马拉松跟拍车及三辆跟拍摩托车构成。其中第一套为位于终点的EFP系统，使用有线讯道、无人机航拍、无线游机对赛事的冲刺/颁奖及终点活动进行拍摄；第二套是位于跟随运动员拍摄的马拉松转播车系统，由搭载3台陀螺仪的摄像机构成，主要任务为跟拍马拉松运动员在比赛时的画面。第三套系统为马拉松单机系统，是由两辆跟拍摩托车构成。起点、健康跑终点及马车的信号通过4G背包送到终点EFP系统。

位于终点EFP的导播除了与终点讯道机位、EVS等的通话需求外，还需要与起点、健康跑终点的马车、跟拍摩托、终点游机及现场导演等进行通话。

因此在终点布设了一套数字对讲机通话主基站并在赛事中心位置处高点放置了一台从站，并通过公网握手的模式完成全赛道的同频同播信号覆盖，实现导播与赛道上携带对讲机的摩托车手、摄像、单边等人员通话需求。

此次上海国际女子半程马拉松赛道总长为20公里，起点（中山公园1号门）到最远折返点（绥宁路）直线距离长度为7.2公里，因此从站架设点在折中处架设，并且需为制高点。此次选择在距离起点为3.6公里，最远折返点4.1公里的长宁区威宁大楼，通话方案为置于两处的主从数字对讲机基站，从站放置在楼顶（距离主站直线距离为3.6公里）。通过电信公司所给的固定IP使主、從站进行同步级联并做到主、从基站同频同播的功能，将主站的4线信号打包送到固定IP与主站的百兆光猫共同接入到百兆交换机内，并将设置主站的服务器也接入到百兆交换机内，进行主站的IP地址与主站光猫之间的IP地址打通，达到服务器在脱离交换机的情况下直接通过公网就能够登入到主站的设置界面，这样就达到了主站的4线信号打包进入到了公网进行传输，进行了级联握手从而覆盖整个赛道。

（2）工作难点及解决方案

上海女子半程马拉松是一场半程马拉松赛，其路程长，覆盖范围广，对通话系统的构建来说，有一定难度。根据此次赛事的情况我们罗列了以下几个难点，及解决方案。

1.由于EFP总控的位置在公园内，四周有茂密的树木包围，给天线架设位置造成了困难。解决方案：将天线放置于较为空旷的草坪处，并借助支撑架将天线升高到4米左右的位置，处于附近的接受制高点，增强信号覆盖；

2.从站可选择放置范围的高层建筑高度接近，怕其覆盖会受影响。解决方案：在众多高层建筑中选择一幢高层建筑其最靠近大部分平层建筑，这样能否将其他平层建筑覆盖，并增加从站天线的发射功率，弥补附近高层建筑的干扰情况；

3.寻找到地点后，在一个陌生的环境中需要先做哪些工作？解决方案：

①基站与天线的选择位置。基站选择的位置必须是在室内，而天线必须放在靠近平层建筑一边的室外，同时要避开周围其他天线，以免出现相互干扰的情况；

②有线公网的开通。并且在开通公网光猫时必须要和运营商进行备注，必须提供百兆的光猫，因为对讲机基站的IP端口为百兆口，因此只能和百兆设备进行级联，在其之间连接的交换机也必须为百兆交换机；

③稳定的电源。需要有一台小型UPS，并在直播时有技术保障人员实时进行观察，切勿随意取用周边的室电，需與该建筑电力负责人员进行沟通允许后使用。

（3） 调试及设置

在主站与从站通过公网级联需要进行以下几个步骤：

a. 需在搭建前与运营商进行协商，必须配备百兆光猫；

b. 将其与主站基站的IP设置端口、设置主站的服务器都接入到百兆的交换机内，进行主站IP地址的设置；

c. 连接好后，将主站的IP地址改为运营商所给的IP地址；

d. 设置完毕以后，可用服务器脱离交换机网络后，通过公网进行主站登入，如果顺利登陆，就说明主站的4线信号已经与公网打通；

e. 从站也必须进行相同的设置操作，唯一不同的地方在于，在Master IP Address处将主站IP地址输入，其他设置于常规从站设置相同；

f. 当服务器通过公网能够登陆主、从基站的后，立即打开车载台或对讲机进行测试，查看、驻波比、丢包率是否正常；

g. 可在服务器上将主、从对讲机基站的IP地址进行Ping通，可实时进行查看主、从基站的延时量、以及丢包率，并且对该公网的稳定性进行测试。

设置对讲机基站软件的服务器可对主、从基站来实时更改各基站的参数，也能够实时监控主、从站的各项参数，例如发射功率、驻波比、设备温度、同步报错、延时量、丢包率等参数。此次使用了公网级联后，由于服务器不便于随身携带，只需要配置轻便的笔记本电脑连接了公网后，就可以在任何地方登入到软件内，对主、从基站的设置进行修改或对各项参数进行监看，并可通过Ping主、从基站的IP地址对网络情况如延时量、丢包率进行监控，实现了高度便捷的可视化管理。

2. 第二届中国国际进口博览会的用法

（1） 概述

第二届中国国际进口博览会进行报道的前方导控间放置在国家会展中心3号馆8米平台，同时设置了1个前方演播室，另外在对外开放的11个场馆设置单边报道点。他们将前方演播室的播出信号与各个场馆的单边点信号统一发送到8米平台的EFP导控间，通过导播和调音师对画面声音的制作处理后，将信号送到IBC内设置的总控播出区，再将信号通过光纤传输发送到电视台的S1演播室。在各个环节中，都需要进行实时沟通，报道中使用了大量的无线图传设备，无线信号的好坏需要实时进行沟通，如稍有纰漏，就会影响各个环节的直播情况，因此，此次进博会实时报道的通话任务变得格外的重要。

（2） 需求及用法

此次进博会实时报道的通话可分为两部分：导控区通话、场馆区通话。导控区通话，是以有线通话设备或短距离的无线通话设备与导播、导演之间的沟通；场馆区区通话，是以远距离的无线通话设备与导播、导演之间进行实时沟通。

导播区通话，一共有五类工种需要和导控区进行实时沟通：

a. 讯道机摄像。主要是和导播、导演进行沟通，必要时候需要和技术工程师、通话工程师进行沟通，实现方式：通过讯道摄像机的CCU的4W接口接入通话矩阵实现通话功能；

b. 前方演播室的主持人、嘉宾。主要是需要听到①前方导控室导演的指令，②需要听到S1演播室的返送信号（返送信号内切勿有主持人本人、嘉宾本人的声音）③当有国外嘉宾做客演播室的时候，前方主持人和嘉宾需要听到S1演播室送回来的同传翻译信号。实现方式：通过解嵌信号送回来的返送信号、同传信号以及从通话矩阵输出导播与主持人、嘉宾的沟通信号送入到调音台进行编组送出一路混合信号送入到无线耳返中，实现通话功能；

c. 导控区内部的技术工种。包括导播、导演、系统工程师、RF导播、音频工程师、通话工程师。①导播、导演：需要与前方演播室的讯道摄像、主持人和嘉宾、导控区的各技术工种、S1演播室的导播、现场导演以及现场记者进行实时沟通；②系统工程师：主要与导播、导演、RF导播、音频工程师、现场技术工种进行沟通，必要的时候需要与IBC总控、演播室讯道摄像进行沟通；③RF导播：主要与导播、导演、音频工程师、现场技术工种进行沟通；④音频工程师：主要是需要与导播、导演、RF导播进行沟通；⑤通话工程师：主要是以听为主，需要监听所有的有线无线通话内容。实现方式：所有有线面板通过网线接入到通话矩阵，实现通话功能；

b. S1演播室导播。主要是和前方演播室导播、导演、前方现场导演进行沟通。实现方式：通过S1演播室的导播声音是通过S1演播室送回来的解嵌信号，随之送进调音台进行编组输出送入到通话矩阵，而前方演播室的导播也是通话矩阵将其信号送入至调音台随后通过加嵌的播出的第三轨信号通过IBC送到S1演播室，其解出后就能够听到前方演播室导播的声音了，从而实现通话功能；

e. IBC总控室。主要室和导控区的系统工程师进行沟通。实现方式：在导控区和IBC区域都架设了一台模拟音频光端机，从而将导控区矩阵的4線信号通过光端机送到IBC区的双工面板，从而实现通话功能。

场馆区通话，一共有三类工种需要和导控区进行实时沟通：

（1）现场单边报道的记者。主要是听到前方演播室导播、导演的指令和返送的播出信号实现方式：通过S1演播室的返送声音是通过S1演播室送回来的解嵌信号，与通话矩阵输出导播与记者的沟通信号随之送进调音台进行编组输出送入到电话桥接器，而记者使用的采访话筒说话声音通过无线接受设备解嵌进入调音台进行声音修饰后推前模式送入通话矩阵，从而使导播和记者能够实时进行沟通；

（2）各场馆的现场导演。主要是和前方演播室导播、导演进行沟通，并且能够听到S1演播室导播的指令。实现方式：通过S1演播室的导播声音是通过S1演播室送回来的解嵌信号，与通话矩阵输出导播与现场导演的沟通信号随之送进调音台进行编组输出送入到数字对讲机主基站中，通过部分场馆放置的从站覆盖的通话信号，从而实现该通话功能；

（3）各场馆的现场技术保障。主要是和前方演播室系统工程师，RF导播进行沟通，确认无线设备正常工作。实现方式：使用无线数字对讲机主基站以及部分场馆放置的从站覆盖的通话信号，从而实现该通话功能。

（3） 调试及设置

每个单边采访报道信号的好坏，与各个场馆的通话质量的好坏是分不开的。下面我就将各场馆无线通话系统如何搭建进行介绍。

此次一共在11个场馆架设了8台对讲机基站，分别在1号馆、3号馆、4.1馆、5.1号馆、6.1号馆、7.2号馆、8号馆以及北广场。其中3号馆的对讲机基站为主站，其余的对讲机基站为从站。

由于此次上海国际博览中心处于内部封闭的环境，一共有11个场馆需要用无线摄像机做单边采访。每个场馆相隔甚远，此次采用丛基站内部的GPS与通过场馆的光纤作为媒介进入到交换机后传输传输到带有GPS天线的主基站进行同步。主要给单机点的无线摄像以及单机点的技术保障人员与导播间实时进行沟通。

无线通话主、从基站能够做到同频同播的功能，主要是采用了DMR技术。在进行DMR同频同播技术的同时，还必须要解决主站和从站之间的同步问题。通常，基站通过GPS接收器从GPS卫星获得准确的时间和相位信息。但是从国家安全角度看GPS不是一个可靠的系统；且每个基站都需要专门的GPS天线和接收器对于国家会展中心这样的封闭式场馆来说不太方便。此外，大城市的中央商务区（CBD）中很难为GPS天线找到合适的安装地点，因为GPS需要天线和太空中多个 GPS定位卫星之间不能被阻隔。另外，GPS，时钟模块已成为除射频模块外的第二高故障率设备。针对 GPS定时的缺点，我们通过在PTN甚至OTN传输网络中应用1588v2 PTP协议（Precision Time Protocol 精准时间协议）来传输TOD信息，以使基站获得准确的时间/相位信息。因此，DMR同频同播技术通过PTP同步来解决多个基站级联时的同步问题。对讲机基站的PTP协议是通过网络传输时间的协议，一台带有PTP协议的主基站提供时间源，同步一台或多台带有PTP协议的从基站。主基站定期传输同步消息和跟进消息，从站使用这些消息导出时间。对称的点到点IP网络链路的延时可以编程到每台从基站中，然后从基站偏置收到的包中的时间，导出正确时间。交换式/路由式IP网络中的延时即可变又不对称，从基站必须定期向主基站发送延时请求信息，主基站在收到这些消息时打上准确的时间标记，在延时响应消息中把接收时间发回从基站。

三.发展与展望

随着技术发展的不断进步，“多核心矩阵法”构建的通话系统所能够应用的大型活动越来越多。我们也有更多的“元素”来满足越来越复杂、越来越精密的通话需求。我们觉得在无线需求上要增加以下几点：

1.通话的通畅性，现在在大型赛事中各工种之间的通话都能够正常沟通，但是考虑到对讲机作为半双工通话设备的弱点还是暴露无遗，例如，多个点需要和导播同时进行沟通，这就难以解决，因此需要用全双工模式的无线设备带替代目前的通话模式提高其通畅性；

2.通话的质量。往往在大范围的赛事中，通话的音质、延时量由于受到周边环境的硬性干扰或多或少受到一些影响，因此我们将会结合刚推出的5G技术，它可进行高速率传输，实现远程低时延控制，充分发挥5G低时延和高速率的网络特征。提高通话质量，为大中型马拉松转播提供更加便利的服务。

3.信号覆盖的灵活性。如果我们将无线专网作为主从基站的绑定网络的话，那么我们可以将无线基站放置于马拉松转播车上来进行使用，这样可以大大减少成本，增加各工种通话稳定性，目前我们在研究通过APN专网来进行主从基站的绑定，从而提高无线信号覆盖的灵活性。

综上所述，我们会在一次次大型活动的实践中，通过经验总结，发展通话技术，提高通话质量，为能做出更复杂的大型活动，完成更精彩节目而努力！B&P