COFDM無線圖像傳輸設備

COFDM無線圖像傳輸設備即視頻實時傳輸主要有兩個概念，一是移動中傳輸，即移動通信，二是寬頻傳輸，即寬頻通信，因此，研製能夠在高速移動過程中將頻帶很寬的高清晰度視頻進行穩定傳輸的無線圖像傳輸系統，就要解決二個主要問題：一是由多徑傳播引起的回波干擾；二是頻率資源的使用率和漸趨飽和的問題。

在過去的無線圖像傳輸，主要是以單向的模擬電視廣播業務為主，一套電視節目採用一個單獨的頻點，單頻網可以提高頻率資源的利用率，但是在不同地點用相同頻率同頻發射播出電視節目時，它們之間會有相互干擾，另外，由於接收或發射的一方處於移動狀態，無論是發射或接收都會遇到強烈的多徑干擾即回波干擾，因此，對回波干擾的處理方式可能從根本上影響一個無線高清晰度視頻實時傳輸系統的性能，而MOBILEVIDEO2000無線數字高清晰度視頻實時傳輸系統中的COFDM傳輸技術正是可以有效地利用回波而不是消極地排除回波引起的問題。因此 ，在城市環境裡，MV2000特別適合解決當今摩天大廈林立的現代都市環境。
無線圖像傳輸技術及套用
前言：目前無線圖像傳輸尚未形成典型的產業化發展模式，實現的技術方式也多種多樣。本文分析了可用於無線圖像傳輸的相關接入技術，並對實現方式作了簡要介紹。
1.固定點的圖像監控傳輸系統
無線圖像傳輸系統從套用層面來說分為兩大類，一是固定點的圖像監控傳輸系統，二是移動視頻圖像傳輸系統。
固定點的無線圖像監控傳輸系統，主要套用在有線閉路監控不便實現的場合，比如港口碼頭的監控系統、河流水利的視頻和數據監控、森林防火監控系統、城市安全監控等。下面按頻段由低到高對不同的圖像傳輸技術進行介紹。
1.1--2.4 GHz ISM頻段的多種圖像傳輸技術
2.4 GHz的圖像傳輸設備採用擴頻技術，有跳頻和直擴兩種工作方式。跳頻方式速率較低，吞吐速率在2 Mbit/s左右，抗干擾能力較強，還可採用不同的跳頻序列實現同址復用來增加容量。直擴方式有較高的吞吐速率，但抗干擾性能較差，且多套系統同址使用受限制。
2.4 GHz圖像傳輸可基於IEEE802.11b協定，傳輸速率為11 Mbit/s，去掉傳輸過程中的開銷，實際有效速率為3.8 Mbit/s左右。後來制訂的IEEE802.11g標準，速率上限達到54 Mbit/s，該標準互通性高，點對點可傳輸幾路MPEG-4的壓縮圖像。
套用在2.4 GHz頻段的還有藍牙技術、HomeRF技術、MESH、微蜂窩技術等。隨著套用範圍的逐漸擴大，2.4 GHZ這個頻段處於滿負荷工作狀態，其速率問題、安全問題、相互兼容問題值得進一步研究。
1.2--3.5 GHz頻段的無線接入系統
3.5 GHz的無線接入系統是一種點對多點微波通信技術，採用FDD雙工方式，用16QAM、64QAM調製方式，基於DOCSOS協定。其工作頻段相對較低，電波自由空間損耗小，傳播雨衰性能好，接入速率足夠高，且設備成本相對較低。該系統具有相對良好的覆蓋能力，通常達到5 km～10 km，適合地縣市級單位低價位、較大面積覆蓋的套用場合;還可與WLAN、LMDS互為補充，形成覆蓋面積大小配合、用戶密度稀密配合的多層運行的有機互補模式。目前存在的問題是頻寬不足，只有上下行各30 MHz，難以大規模使用。
1.3--5.8 GHz WLAN產品
5.8 GHz的WLAN產品採用正交頻分復用技術，在此頻段的WLAN產品基於IEEE802.11a協定，傳輸速率可以達到54 Mbit/s。根據WLAN的傳輸協定，在點對點套用的時候，有效速率為20 Mbit/s;點對六點的情況下，每一路圖像的有效傳輸速率為500 kbit/s左右，也就是說總的傳輸數據量為3 Mbit/s左右。對於無線圖像的傳輸而言，基本上解決了“高清晰度數字圖像在無線網路中的傳輸”問題，使得大範圍採用5.8 GHz頻段傳輸數位化圖像成為現實，尤其適用於城市安全監控系統。
WLAN傳輸監控圖像，目前比較成熟的是採用MPEG-4圖像壓縮技術。這種壓縮技術在500 kbit/s速率時，壓縮後的圖像清晰度可以達到1CIF(352×288像素)～2CIF。在2 Mbit/s的速率情況下，該技術可以傳輸4CIF（702×576像素，DVD清晰度）清晰度的圖像。採用MPEG-4壓縮以後的數位化圖像，經過無線信道傳輸，配合相應的軟體，很容易實現網路化、智慧型化的數位化城市安全監控系統。
5.8 GHz頻段的WLAN產品空中接力不好，點對點連線很不經濟，不適合小型設備，技術成本過高，同時5.8 GHz頻段在部分地區面臨頻譜管制。
1.4--26 GHz頻段的寬頻固定無線接入系統
LMDS系統是典型的26 GHz無線接入系統，採用64QAM、16QAM和QPSK三種調製方式。LMDS具有更大的頻寬以及雙向數據傳輸能力，可提供多種寬頻互動式數據以及多媒體業務，解決了傳統本地環路的瓶頸問題，能夠滿足高速寬頻數據、圖像通信以及寬頻internet業務的需求。LMDS系統覆蓋範圍3公里～5公里，適用於城域網。由於世界各國對LMDS的工作頻段規劃不同，所以其兼容性較差、雨衰性能差，成本也較高。
綜上所述，對於城市數位化監控系統，採用2.4 GHz以上的WLAN技術作為固定點的圖像傳輸是完全可行的，也是發展的趨勢。
2.移動視頻圖像傳輸系統
除了對固定點的圖像監控的需求外，移動圖像傳輸的需求也相當旺盛。移動視頻圖像傳輸，廣泛用於公安指揮車、交通事故勘探車、消防武警現場指揮車和海關、油田、礦山、水利、電力、金融、海事，以及其它的緊急、應急指揮系統，主要作用是將現場的實時圖像傳輸回指揮中心，使指揮中心的指揮決策人員如身臨其境，提高決策的準確性和及時性，提高工作效率。富士達就移動視頻圖像傳輸採用公網和專用技術兩種情況作相關介紹。
2.1 利用CDMA、GPRS公眾行動網路傳輸圖像
CDMA無線網路的移動傳輸技術具有很多優點:保密性好、抗干擾能力強、抗多徑衰落、系統容量的配置靈活、建網成本低等。CDMA採用MPEG-4壓縮方式，用MPEG-4的CIF格式壓縮圖像，可以達到每秒2幀左右的速率;如果將圖像調整到QCIF格式，則可以達到每秒10幀以上。但是，對於安全防範系統來說，一般採用低傳輸幀率而保證傳輸的清晰度，因為只有CIF以上的圖像清晰度才可以滿足調查取證的需要。如果希望進一步提高現場圖像的實時傳輸速率，一個簡單的方案是採用多個CDMA網卡捆綁使用的方式，用來提高無線信道的傳輸速率。目前市場上有2～3個網卡捆綁方式的路由器，增加網卡的代價是增加設備成本和使用成本。隨著視頻壓縮技術的不斷發展，單個網卡上3～4幀/秒圖像傳輸速率是可以實現的，如果每秒鐘可以傳輸3～4幀CIF格式的圖像，可以滿足一般移動公共運輸設施的安全監控的要求。
GPRS是一種基於GSM系統的無線分組交換技術，支持特定的點對點和點對多點服務，以“分組”的形式傳送數據。GPRS峰值速率超過100 kbit/s，網路容量只在所需時分配，這種傳送方式稱為統計復用。GPRS最主要的優勢在於永遠線上和按流量計費，不用撥號即可隨時接入網際網路，隨時與網路保持聯繫，資源利用率高。
還有一種可以期待的選擇是3G系統，目前全球已進入部署階段，目前可以實現的有效速率達384 kbit/s，它將帶來移動視頻傳輸系統革命性的進步。但需要注意的是，即使速率提高了很多，也不要認為所有的移動交通設施可以同時將圖像傳輸回監控中心，因為同時概念對於公網圖像傳輸來說幾乎是不可能的。
2.2 用於應急突發事件的專用圖像傳輸技術
對於一些應急指揮中心的圖像傳輸系統，往往要求將突發事件現場的圖像傳輸回指揮中心。例如遇到重大自然災害，水災、火災現場，民眾的大型集會和重要安全保衛任務現場等。這類應急圖像傳輸系統不宜使用公眾網路傳輸，最好採用專業的移動圖像傳輸設備。但目前我國對此尚未專門規劃頻率。可用於移動視頻圖像傳輸的技術有以下幾種。
2.2.1 WiMAX
WiMAX是點對多點的寬頻無線接入技術，WiMAX採取了動態自適應調製、靈活的系統資源參數及多載波調製等一系列新技術，併兼具較高速率傳輸能力(可達70 Mbit/s～100 Mbit/s)及較好的QoS與安全控制。WiMAX 802.16e覆蓋範圍可以達到1～3英里，主要定位在移動無線城域網環境。然而802.16e獲得足夠的全球統一頻率存在一定難度，且建設成本和設備價格較高。
2.2.2 無線格線（MESH）技術
無線“格線（MESH）”技術，可以實現較近範圍內的高速數據通信。利用2.4 GHz頻段，有效頻寬可以達到6 Mbit/s，這種技術鏈路設計簡單、組網靈活、維護方便。
對於固定無線圖像傳輸可以採用成本較低的WLAN技術產品；對於移動視頻圖像傳輸可以採用公眾行動網路或專用無線圖像傳輸技術。富士達們希望有更多的同行能再進一步關注無線圖像傳輸問題，以促進該行業的發展。