珠峰报道无线传输系统设计与应用实践

张禹 刘跃 谢东宇

摘  要：2020珠峰高程测量报道工作圆满结束。在关键的登顶报道期间，高山报道员通过新华社自有发稿软件和无线传输系统实时发回图片、短视频稿件百余条，在峰顶5G网络阻塞时发挥了备份发稿链路的保底作用，成为确保此次报道圆满成功的“利器”。本文首先介绍了无线传输系统的设计方案，结合应用环境需求进行了链路分析、计算，最后列出了部分实测结果，总结了实践结论和经验。

关键词：微波;mesh;异构传输网络                                     中图分类号：TN92                                   文献标识码：A

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

本文著录格式：张禹，刘跃，谢东宇.珠峰报道无线传输系统设计与应用实践[J].中国传媒科技，2020（7）：115-117.

1.前期调研与设计

在海拔5200米以上的珠峰地区，山峦叠嶂、风雪肆虐，温度、气压极低，珠峰顶端的最低气温达-60℃，全年平均气温-29℃，是除了南北极之外的世界第三极。解决珠峰地区的通信传输问题是世界级的难题，在登顶报道中通信资源是最核心的技术资源。本次报道前，技术团队一方面深入调研，加强与电信运营商、通信设备商的技术对接，争取外部支撑;另一方面提前谋划，积极挖掘既有设备潜力，通过多个场景验证以微波设备为核心的无线通信系统作为保底通信手段的可行性。在北京、拉萨模拟珠峰视通环境进行远距离测试，验证系统最大有效传输距离、通信带宽和发稿效率等;统筹供电、重量和通信接口等因素，对既有微波设备进行定制化改造，使其适配珠峰报道场景;在航天五所进行环境仿真测试，初步验证系统在低温低压环境下的性能表现。

在网络架构设计方面，我们通过微波设备进行mesh组网，解决珠峰顶端“最初一公里”传输问题，在互联网侧通过VPN技术优化接入终端的路由选择和通信效能，构建面向特定场景需求的、多类型通信子网组成的、支持自主管理配置的异构传输网络。具体实施方案包括：为克服山体遮挡、通信距离远等不利因素，在多个营地部署微波基站AP，在不同距离、朝向同时接收峰顶终端回传信号，互为备份;为保障互联网回传链路稳定性，分别通过运营商专线、5G和卫星网络连接不同基站AP，以NAT方式接入互联网，互为备份;为实现链路间的路由优选，部署N2N VPN服务器，使得多个基站AP在互联网上处于同一“虚拟广播域”，实现峰顶终端在不同基站间的智能漫游。

2.传输路径分析

传输路径分析是无线传输网络设计的重要步骤，它通常包含空间链路损耗、信号接收强度和链路通信容量计算等。

2.1空间链路损耗

空间链路损耗是指电磁波在传输路径中的衰落， 根据空间衰减公式：P=32.4 + 20*Log FmHz + 20*Log RKm。[1]在理想情况下，本系统两个典型工作频点从峰顶发射终端到大本营接收基站的无线传输路径衰落值分别为：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;兩个典型工作频点从峰顶发射终端到前进营地接收基站的无线传输路径衰落值分别为：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 链路容量测算

珠峰报道的应场景环境复杂，天气恶劣、多变，传输系统设备电子元器件的工作状态可能受影响，传输路径上的云雾、雪衰等不可抗力也可能形成干扰。不存在严重山体遮挡时，叠加上述综合因素的总路径损耗按不低于10dB的余量计算，使用双全向天线终端发射功率为33dB，各点位链路接收强度的实际需求如下：

根据公式：Pr（dBm）=Pt（dBm）+Gt（dBi）-PL（dB）+Gr（dBi）-Lc（dB），其中Pr为接收电平，Pt为发射功率，Gt为发射天线增益，PL为路径损耗，Gr为接收天线增益，Lc为综合损耗。[2]

大本营-峰顶预计链路接收电平：Pr（dBm）1=36+5.5-P1+5.5-10 = -83.9dBm，前进营地-峰顶预计接收电平：Pr（dBm）2=36+5.5-P2+5.5-10 = -73.1dBm。

结合报道业务需求，根据设备在不同传输距离、不同参数配置时对应接收灵敏度的要求，可查询以上链路增益是否达到锁定门限的理论值。以表2-1为例，由于Pr1接收电平最小，以Pr1为临界值查表，使用10M频宽设置，在距离20km使用单点接收时，可采用QPSK3/4编码，硬件理论最高传输速率为19.5Mbps，最大传输速率可达14.73Mbps;双基站接收时，采用QPSK 1/2编码方式，硬件理论最高传输速率为26Mbps，最大传输速率可达19.65Mbps，链路接收电平满足设备建链指标。

经计算、查询，20Mhz频宽配置在理论上也满足参数指标和需求，考虑到应用场景对系统稳定性、建链成功率要求很高，不具备对比测试条件，报道最终使用了保守的10M频宽设置。

2.3 参考选频

在报道期间，珠峰大本营无线通讯设备的应用类型和使用频十分丰富，为降低、减少噪声干扰对自有设备接收灵敏度的影响，结合工作频段对电磁环境进行频繁的扫频、选频十分必要。

图2（a）（b）分别显示了相应工作频段带内的平均功率和峰值功率情况;图2-2（c）显示了指定时间段内相应频率区间中，相比用户指定 “阈值”功率强度更高的干扰的时间占空比。比如，当阈值设定为1dB时，直方图依次列出了目标频点周边比底噪功率高1dB的干扰在扫描时间区间内持续的时间百分比情况，对应数值越低说明该频点可用性越高。

3.实践结果与结论

3.1 实践结果总结

在北京、拉萨和珠峰大本营进行的多次仿真测试、实地测试结果显示，无线通信系统在微波无线侧的通信能力可以满足报道保底通讯需求，图片即拍即传和手机直播传输正常。

场景一：北京戒台寺周边某高地与新华社总社传输测试，直线距离23公里。

链路增益16dB，最大理论通信能力17Mbps。

场景二：日喀则珠峰大本营营地分别与珠峰C3营地（a：海拔8300米）和珠峰峰顶（b：海拔8844米）点对点传输测试，直线距离超过19公里。

在高海拔测试和登顶报道中，平均链路增益超过8dB，实际最大传输速率达到12Mbps。

3.2 实践结论总结

在链路容量计算环节，视通条件下我们尽可能多的考虑了最差情况对通信容量的影响，采用了保证传输稳定性、摒弃性能优化的參数配置，由于设备具备自适应调制编码功能，实测链路余量优于计算结果。微波设备的发射端、接收端具备波束赋形和分集技术，这提升了“最初一公里传输”无线网络的传输增益;改用定制的定向高增益天线可以增强峰顶至基站AP的链路接收电平;微波设备支持mesh组网和链路动态分配路由算法，增强了整个异构传输网络的稳定性、鲁棒性。在实际应用环节，峰顶发射终端与接收基站间存在部分遮挡，尽管无线网络具备一定的绕射能力，实际传输链路增益比预测值低5-10dB;峰顶的天气极端恶劣，导致报道员无法保持设备朝向时刻处于最佳姿态，极大影响了传输效果;架设位置和角度、周围人员遮挡都是潜在的干扰因素，网管系统监测到链路增益的波动区间很大，最高达10dB以上;通信网络具备半双工语音通话能力，对使用场景的适配设计有待改善。

珠峰地区虽不属于典型的具有多径干扰、杂散底噪升高等特征的复杂电磁环境，但在挑战人类极限的登顶报道中，由于缺乏对极端复杂环境的认知，可依赖的外部技术要素很少，“成败只在一举”，严酷的客观环境、场景的特殊性极大增加了构建自主微波无线网络的实践难度。

本次报道期间，无线通信系统和各类发稿终端经历了前所未有的检验，技术团队的保障能力、生理忍耐力经受住了严峻考验。挑战极限时，经历就是知识，也是财富。相信此次实践经历将成为我一生的财富。

[1]李秀萍.微波技术基础[M].北京：电子工业出版社，2017（7）.

[2]陈惠开.宽带匹配网络的理论与设计[M].北京：人民邮电出版社，2016（12）.

作者简介：张禹（1984-），男，河北保定市，工程师，研究方向：卫星、微波无线通信，流媒体视频传输技术;刘跃（1979-），男，河北，高级工程师，研究方向：音视频和通信技术;谢东宇（1986-），女，内蒙古，研究方向：卫星、微波无线通信，流媒体视频传输技术。