森海塞尔 WMAS 技术实施方案中的冗余设计

森海塞尔 WMAS 技术实施方案中的冗余设计作者：Sebastian Georgi 博士

Dr Sebastian Georgi is one of the system engineers for the WMAS system that is currently being developed by Sennheiser. For more than 10 years, he has been conducting research into wireless broadband techniques and how to specifically tailor them to professional audio applications. Georgi did his PhD thesis at Hamburg University of Technology in the field of OFDM. Georgi has a strong affiliation to music and plays the bassoon in a semi-professional orchestra in Hannover.

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Sebastian Georgi 博士是森海塞尔目前正在开发的 WMAS 系统的系统工程师之一。十多年来，他一直致力于研究无线宽带技术，并探索如何针对专业音频应用的需求定制这些技术。Georgi 在汉堡工业大学完成了正交频分多路复用 (OFDM) 技术的博士论文。Georgi 热爱音乐，他在汉诺威的一个半专业管弦乐团演奏巴松管。

简介

每当引入颠覆性技术或探索未知技术领域时，人们总会提出假设性问题，并将其与传统技术进行比较，这些都是常规做法，而非例外。在与业界同行就无线多通道音频系统（简称 WMAS）召开信息交流会和会谈时，我们发现“冗余”是一个特别令人关注的话题。

森海塞尔的 WMAS 技术实施方案采用一个中央机架安装单元，它可以同时处理多个无线麦克风和入耳式监听耳机，而不是像传统窄带技术那样需要多个单独的发射机-接收机和接收机-发射机链路。如果该中央单元出现故障怎么办？森海塞尔的 WMAS 技术实施方案提供哪些冗余选项？本白皮书旨在通过审视各种运行场景，并探讨森海塞尔的 WMAS 技术实施方案如何有效应对这些场景，来解答以上提出的问题。

森海塞尔的 WMAS 技术实施方案：一个中央机架安装单元可在同一 RF 通道中同时处理多个无线麦克风和入耳式监听耳机

Redundancy

In our technology context, redundancy means the doubling of various subsystems to ideally ensure operation without interruption, even when one subsystem fails. Therefore, when considering redundancy, all subsystems are evaluated for their probability of failure, and a decision is made to duplicate them or not.

An obvious solution to avoid a single point of failure in a technical system is to duplicate the entire system. Examples in pro audio would be duplicate mixing consoles, or a console with dual redundant engines, for major televised live audio events, or duplicate equipment racks at a broadcasting facility.

Redundancy in live audio: Two DiGiCo Quantum 5 consoles mirrored at the FOH position of the opera 'The Canal Ballad’ at the opening performance of the Beijing Performing Arts Centre in December 2023.
(Image courtesy of Racpro)

In the case of a wireless audio system this would mean building the entire wireless audio system twice, using different frequencies, separate power supply circuits, ideally generators, too, setting up the duplicate systems at some distance and so forth. However, from an economical point of view, this does not make sense for most practical applications.

加密

森海塞尔开发的 WMAS 技术以连接为导向。这意味着移动设备（如麦克风发射机或入耳式接收机）将与中央机架安装单元建立连接。此初始连接从这里开始将被称为配对。当移动设备与中央单元配对时，会交换加密密钥。然后，就可以在用于音频传输的同一双向 RF（射频）通道内使用永久的远程控制通道进行协调。

这意味着使用第二台接收机来监听同一 RF 信号将不再可行，而目前通常将这种做法作为一种安全保障。但是，值得注意的是，就传统的窄带无线音频系统而言，此选项也将消失，因为从 2025 年起，欧盟将强制要求对音频等个人数据进行加密。

采用森海塞尔 WMAS 技术时的冗余场景

现在，我们来看看各种故障场景，以及森海塞尔的 WMAS 技术实施方案如何有效应对这些场景。

RF 干扰

场景：

在 RF 频率上出现干扰，例如由于在未检查频率可用性的情况下打开未协调的无线音频系统而引起。另一个潜在原因可能是非音频设备在电视 UHF 频率范围内发射不需要的 RF 信号。

对策：

森海塞尔的 WMAS 技术实施方案即使在运行期间也能提供永久扫描功能。所有 WMAS 设备，无论是移动设备还是固定天线，都会持续监控和测量所使用的 RF 频谱（这就是所谓的分布式频谱感知）。这些数据用于向操作人员报告检测到的干扰，并帮助其对情况做出动态响应。现场测试显示，WMAS 能够绕过几个干扰源——这将为现场活动的操作人员提供足够的时间来追踪干扰源并将其关闭。

如果所分配的电视通道中存在大量干扰，即该特定 RF 通道中有多个干扰源处于活动状态，并且系统可能无法保持运行，则可在几秒钟内更改 RF 通道。移动设备无需重新配对。它们会启动短暂搜索，然后检测到重新定位的载波。这会导致音频短暂中断几秒钟——与重新设定多个窄带接收机和相关发射机所需的时间相比，这几秒钟微不足道。或者，当与移动设备的通信在某种程度上仍然可行时，可以通过永久的远程控制通道发出频率更改命令。此过程将缩短音频中断的时间。

左侧：单个 200 kHz 干扰源就可能对密集的多通道窄带部署造成危害。至少一个音频通道丢失；需要一台在备用频率上运行的设备。如果出现更多干扰源，则会丢失更多通道。

右侧：同一干扰源干扰 WMAS 部署。得益于系统的频率分集和先进的信号处理功能，WMAS 能够抵御这种同通道干扰源。如果出现更多干扰源，分布式频谱感知以及对所有设备的远程控制可帮助操作人员采取明智的行动。

电缆断裂

场景：

一般来说，无线音频在机架安装方面需要许多电缆。除了明显的电源线和远程天线电缆外，还有用于音频网络（如 Dante）的电缆，或用于 MADI（多通道音频数字接口）连接的电缆。这些电缆都有可能损坏或被意外拔掉。

对策：

在森海塞尔的 WMAS 技术实施方案中，所有音频连接都可以实现冗余。

在同一 RF 通道上运行的多根天线不仅可以扩大覆盖范围，还可以补偿“丢失”的天线：如果一根天线电缆断开连接，只要移动设备仍在另一根天线的覆盖范围内，那么这根天线就能无缝接管，而不会产生任何可听到的音频伪影。因此，重叠的天线区域将提供冗余，虽然在很多情况下 WMAS 的中央单元只需要一根天线，但 RF 管理人员还是可以考虑额外增加一根天线。

与中央单元的控制网络连接暂时中断不会导致任何音频中断。关于电源线，可以选择单独的电源装置和单独的电源线。

控制电脑出现故障

场景：

在制作之前和制作期间，需要使用一台笔记本电脑或台式电脑来配置和监控系统。这台电脑可能会出现故障。

对策：

与电缆断裂场景一样，使用这项技术可在控制电脑出现故障时继续制作。操作人员可以将备用电脑连接到 WMAS 中央机架安装单元，并将制作数据上传到新的控制电脑。该电脑将接管故障设备的所有功能。

麦克风出现故障

场景：

移动设备在粗糙不平的舞台上使用时可能会损坏。领夹麦克风头可能会被汗水或化妆品堵塞。

对策：

就像如今的传统窄带系统一样，备用设备将与中央单元配对。这些设备可以取代任何有故障的移动设备。

充满活力的舞台表演可能会损坏麦克风。备用设备仍然是必需的。

WMAS 中央机架安装单元故障

场景：

万一中央单元出现故障，应该怎么办？虽然发生故障的可能性很小，但其中可能存在关键应用，则系统冗余至关重要。

对策：

该技术将允许配置第二个中央单元，该单元可以从其姊妹中央单元接管所有连接。在实施时，操作员会在重要活动前将第一个中央单元的完整配置复制到第二个中央单元。其中包括加密密钥和所有配对信息。如果需要切换到备用中央单元，该单元将能够接替第一个单元运行。如“RF 干扰”所述，移动设备需要与新中央单元重新建立连接，这会导致几秒钟的中断。但是，无需配对或重新配置。

总结

我们将看到基于森海塞尔 WMAS 技术的产品逐步实施冗余选项。对于许多需要冗余的典型场景，该技术将能够提供一种解决方案，确保运行中不会出现可听到的中断。万一整个 RF 通道（6 或 8 MHz 宽）因干扰而无法运行，或中央机架安装单元出现故障，制作仍可在短暂中断后继续进行。如果即使是短暂的中断也无法接受，那么无线音频系统的镜像将始终是一个选择，而且 WMAS 仅使用一个紧凑的中央单元，而不是满满一机架的麦克风接收机和耳内监听发射机，比当今的窄带系统更容易实现。

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Technical Paper – WMAS and Redundancy - EN

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采用森海塞尔 WMAS 技术时的冗余场景

现在，我们来看看各种故障场景，以及森海塞尔的 WMAS 技术实施方案如何有效应对这些场景。

RF 干扰

场景：

对策：