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无线应急图像传输系统建设方案 1
  • 无线应急图像传输系统建设方案 1

无线应急图像传输系统建设方案

型号:-
品牌:-
原产地:中国
类别:电子、电力 / 通信和广播电视设备 / 网络通信设备
标签︰无线图传 , 移动图传 , 双向动中通
单价: -
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详细信息

北京中网信安科技有限公司

免费会员北京市东城区
即时通讯:最后上线︰2012/02/10

产品描述

 
 
 
无线应急图像传输系统建设方案
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
中网信安无线网络事业部
                     
 
 
 
 
 
 
 
一、项目概述
客户应用分析
1、在事发现场或其他重要场合,单兵所采集的图像、现场声音可以通过无线通信的方式传送到一定距离外的通讯车,在指挥车内的监视器进行图像信号的显示;同时,通过车载图像传输系统,将图像信号传输到市指挥中心,从而实现快速、灵活的现场指挥调度。
2、根据对现场图像的分析、存储等应用需要,现场图像传输应具备高质量:图像的数字编解码应达到720*576或720*468分辨(即MPEG2编码广播级画质);图像传输信道速率应大于4Mbps,图像传输延时应小于40ms。
3、各事件发生地环境复杂,所以从拍摄的现场到通讯车的无线图像及音频传输系统必须具备“绕射”“穿透”的能力,可以实现全向发、全向收的效果,才能满足应急通讯的灵活、机动、便捷、快速的应用要求。
4、单兵携带的无线图像传输设备应体积小、重量轻,可背负使用。
5. 指挥中心的接收机除常见的BNC输出外,还应有USB输出,可直接在电脑上显示,并在电脑上直接实现存储,抓图,回放等功能。
 
 
用户功能要求
l          实现单兵便携设备深入现场采集图像;
l          实现单兵图像上传至指挥车;
l          实现移动通信车图象通过中转站上传至指挥中心,可再通过专网上传至上级指挥中心;
l          指挥中心的接收机除常见的BNC输出外,还应有USB输出,可直接在电脑上显示,并在电脑上直接实现存储,抓图,回放等功能;
用户技术指标
单兵发射机
设备性能要求:采用COFDM调制技术;提供广播级MPEG-2或MPEG-4标准压缩的高质量的图像和声音传输;具备端到端的128位AES数字加密功能,防止信息泄密;设备工作频率可调,抗干扰能力强;发射机采用全密封结构,防水防尘性能好,适合于恶劣环境使用;输出功率可调,传输距离远.
设备功能:在紧急情况下由单兵携带进入案发现场、危险地域或建筑物内,将现场图像传输到1-3公里外的通信指挥车上。单兵无线图像传输设备应具有较强的绕射和穿透能力。
• 工作频段:150M~1700MHz,2300M~2700MHz,(频率可调)
• 输出功率:1~3W
• 通道带宽8/7/6/4/3.5/2.5/1.25MHz(定制)
• 图像输入:PAL或NTSC复合视频
• 压缩标准:MPEG2 MPEG-4
• 图像清晰度:D1
• 声音输入:双声道
• 调制方式:COFDM QPSK/16QAM
 • 电源:(配两块备用电池)
• 电池工作:>2H
• 供电:AC220V或DC12V
• 扩展:支持GPS地图定位
单兵接收机
•输入频段:150M~1700MHz,2300M~2700MHz(频率可调)
•接收门限:<-100dBm
•图像输出:PAL或NTSC复合视频
•解压标准:MPEG2 MPEG4
•行 标 准:625或525线
•图像清晰度:D1
•解码速率:1.2M~4.8Mbps
•声音输出:双声道
•解调方式:COFDM QPSK/16QAM
•工作环境:-30~70℃ ;
•湿度环境:<95% 非凝结;
•电源:AC220V 或DC 12V;
•控制接口:RS232;
•扩展:支持GPS地图定位
设备指标要求:要求发射设备轻便,体积小(配防护设备),适合单兵携带、能即时开通使用(便携式);要求接收设备既可以车载使用也可以单兵携带使用。
车载式发射机
设备性能要求:采用COFDM调制技术;具备优质的性能、高稳定性、高电磁兼容性,系统调试安装操作方法要做到简单明了;要求无线传输设备必须具备端到端的128位AES数字加密方式;传输距离:典型城市环境中20-50公里 ;通视条件80公里以上支持非视距传输。
设备功能:解决指挥车到市指挥中心之间的图像传输。在紧急情况下将指挥车开到事发现场,将车载摄像机或单兵图像传输设备采集现场图像,实时地传送到指挥中心;在车辆高速移动的情况下也能实时传输图像。设备具有组网功能。
•工作频段:150M~1700MHz,2300M~2700MHz(频率可调)
•输出功率:10~20W(可调)、
•通道带宽:8/7/6/4/3.5/2.5/1.25MHz(定制)
•图像声音编码、图像输入:PAL或NTSC
•复合视频压缩标准:MPEG2 MPEG-4
•图像清晰度:D1
•编码速率:1.2M~4.8Mbps、
•声音输入:双声道
•调制方式:COFDM QPSK/16QAM
•电源供电:AC220V/DC12V
•扩展:支持GPS定位
•工作环境:-30~70℃ ;
•湿度环境:<95% 非凝结;
 
车载式接收机
•输入频段:300M~800MHz(频率可调);
•接收门限:<-100dBm
•图像声音解码:图像输出:PAL或NTSC复合视频
•解压标准:MPEG2 MPEG-4
•行 标 准:625或525线
•解码速率:1.2M~4.8Mbps
•声音输出:双声道
•解调方式:COFDM QPSK/16QAM
•电源:AC220V
•扩展:支持GPS地图定位
•接收部分:接受天线:高增益全向天线,驻波比<1.5,抗风强度≥60
•工作环境:-30~70℃ ;
•湿度环境:<95% 非凝结;
   
二、方案论述
技术选型
COFDM技术体制选型分析
1.概述
目前,无线图像传输所采用的技术体制可大致分为:模拟传输、数字/网络电台、GSM/GPRS、CDMA、数字微波、扩频微波、无线网、COFDM(正交频分复用)、卫星通讯等。应该说各种体制均有自身的优势。大体上:
模拟传输为“古老”的技术,其优势是价格低廉,但其为单载波技术,抗干扰差、抗多径差、保密性差,仅仅在通视环境下应用,不能在阻挡环境中和移动中使用。
数字/网络电台价格低,很多采用扩频技术,但本质上为单载波调制;有效传输速率有限,一般在100Kbps以下,传输图片,无法传输高质量图像(大于2Mbps)。
GSM/GPRS、CDMA为移动通信公网技术,很成熟,但传输速率有限,一般在100Kbps级,无法传输高质量图像(大于2Mbps);保密机制不健全,如建设专用网,其小区制覆盖将意味着极高的建设成本。
数字微波、扩频微波可以提供高速率链路,可以传输基于E1的低端MPEG2,图像编码速率小于2Mbps,但均为单载波调制技术体制,仅仅在通视环境下应用,不能在阻挡环境中和移动中使用;如采用多级接力的方式,则现场需要多人“踩点”,找合适的通视路线,操作烦琐,系统可靠性不高,很难实现保密。
无线网技术发展很快。802.11FHSS(跳频调制)、802.11(b)DSSS(直序扩频)可以提供约1-5 Mbps净速率,但因它们的单载波调制体制,仅仅在通视环境下应用,不能在阻挡环境中和移动中使用。802.11a、802.11g在物理层采用了OFDM多载波调制,但载波数量较少,如802.11a为52个子载波,实际应用中对比802.11FHSS表现出少量的“绕射”能力;它们一般应用于办公室内无线局域网,用于室外需配置定向天线。
COFDM(正交频分复用)调制技术是最新的无线传输技术,它是真正的多载波技术,子载波数量达到1704载波(2K模式),同时也真正在实际使用中实现了“抗阻挡”、“非视距”、“动中通”的高速数据传输(2-20Mbps),表现出卓越的“绕射”、“穿透”性能;传输MPEG2质量图像,可以加密;安装应用便捷,可采用全向收发天线,无须“踩点”寻找通视路由;装置在车、船、机等运动载体上,无须配备复杂、昂贵的伺服稳定系统。
卫星通讯是近几年兴起的一种无线宽带通讯方式,作为通讯通道,它可以传输图像、语音、数据。具有机动灵活,基本无覆盖范围限制等优点。但同时,卫星通讯设备昂贵(每套动中通车载天线的造价均在二三百万之间),因为租用卫星通道,在使用过程中,还需事先预约,并产生大量的费用(每小时六百-两千)。其传输的视频质量受卫星通道限制,通常只能达到MPEG4效果,因此目前卫星通讯并不适合大量使用。
COFDM无线图像设备操作简单,即插即用、便于携带,如果采用卫星作为远距离传输手段,采用COFDM无线图像设备背负式、便携式或微型无线图像传输设备作为卫星传输的辅助系统,便于深入现场,采集现场图像、语音和数据传至卫星发射端,然后利用卫星的远程传输能力,传至中心,实现同卫星的互补,使系统更加完善。
根据需求分析,用户业务中的无线图像必须实现城区阻挡环境下的传输,这种城区阻挡环境复杂,包括了建筑物房间内—建筑物外、地下停车场—地上、不同楼层之间、跨越建筑物、跨越街区等不同形式的阻挡模式。第二,必须提供高质量图像传输。第三,图像发射端、接收端必须机动灵活,移动中也能可靠传输,可以采用全向收发天线,安装便捷。
通过对以上业务要求的分析,我们认为,COFDM技术体制的设备能可靠、便利地满足公安图像传输的需求。
2.COFDM技术简介
①什么是COFDM
COFDM(coded orthogonal frequency division multiplexing),既编码正交频分复用的简称,是目前世界最先进和最具发展潜力的调制技术。其基本原理就是将高速数据流通过串并转换,分配到传输速率较低的若干子信道中进行传输。编码(C)是指信道编码采用编码率可变的卷积编码方式,以适应不同重要性数据的保护要求;正交频分(OFD)指使用大量的载波(副载波),它们有相等的频率间隔,都是一个基本震荡频率的整数倍;复用(M)指多路数据源相互交织地分布在上述大量载波上,形成一个频道。
上个世纪中期,人们提出了频带混叠的多载波通信方案,选择相互之间正交的载波频率作子载波,也就是我们所说的OFDM。这种“正交”表示的是载波频率间精确的数学关系。按照这种设想,OFDM既能充分利用信道带宽,也可以避免使用高速均衡和抗突发噪声差错。OFDM是一种特殊的多载波通信方案,单个用户的信息流被串/并变换为多个低速率码流,每个码流都用一个子载波发送。OFDM不用带通滤波器来分隔子载波,而是通过快速傅立叶变换(FFT)来选用那些即便混叠也能够保持正交的波形。
 
 
 
    
 
OFDM子载波频谱                              OFDM频谱
OFDM技术属于多载波调制(Multi-CarrierModulation,MCM)技术。有些文献上将OFDM和MCM混用,实际上不够严密。MCM与OFDM常用于无线信道,它们的区别在于:OFDM技术特指将信道划分成正交的子信道,频道利用率高;而MCM,可以是更多种信道划分方法。
OFDM技术的推出其实是为了提高载波的频谱利用率,或者是为了改进对多载波的调制,它的特点是各子载波相互正交,使扩频调制后的频谱可以相互重叠,从而减小了子载波间的相互干扰。OFDM每个载波所使用的调制方法可以不同。各个载波能够根据信道状况的不同选择不同的调制方式,比如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等等,以频谱利用率和误码率之间的最佳平衡为原则。OFDM技术使用了自适应调制,根据信道条件的好坏来选择不同的调制方式。OFDM还采用了功率控制和自适应调制相协调工作方式。信道好的时候,发射功率不变,可以增强调制方式(如64QAM),或者在低调制方式(如QPSK)时降低发射功率。
OFDM技术是HPA联盟(HomePlug Powerline Alliance)工业规范的基础,它采用一种不连续的多音调技术,将被称为载波的不同频率中的大量信号合并成单一的信号,从而完成信号传送。由于这种技术具有在杂波干扰下传送信号的能力,因此常常会被利用在容易受外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的传输介质中
3.无线图像传输技术原理
无线图像传输主要有两个概念,一是移动中传输,即移动通信,二是宽带传输,即宽带通信,因此,研制能够在高速移动过程中将频带很宽的高清晰视频进行稳定传输的无线图像传输系统,就要解决二个主要问题:一是由多径传播引起的回波;二是频率资源的使用率和渐趋饱和的问题。在过去的无线图像传输,主要是以单向的模拟电视广播业务为主,一套电视节目采用一个单独的频点,单频网可以提高频率资源的利用率,但是在不同地点用相同频率同频发射播出电视节目时,它们之间会有相互干扰,另外,由于接收或发射的一方处于移动状态,无论是发射或接收都会遇到强烈的多径干扰即回波干扰,因此,对回波干扰的处理方式可能从根本上影响无线图像传输系统的性能,而应急联动移动传输系统中的COFDM传输技术正是可以有效地利用回波而不是消极地排除回波引起的问题。我们重点在探究应急联动移动传输系统中解决多径干扰问题的COFDM传输技术,并就其中一些特性进行分析。
Ⅰ、模拟图像传输和数字图像传输
数字图像传输依靠的是一种可靠的射频能量调制方法来传送离散的数据而不是模拟变量。
传统的模拟图像传输技术是以几十年前的老技术为基础的,占用了大量的带宽,如果发射机之间距离足够远的话,则可以使用同一频道在各自的覆盖范围内播出各自的节目,但是如果两者覆盖范围若存在有重叠的区域,该频道则完全不能使用。在某些电子新闻采集系统(ENG)中,会利用模拟微波技术进行信号传送,但这些微波通路会受多径干扰问题的影响,这种影响有时很严重,导致很长的时延,从而使画面完全失真。解除禁用频道和使用较窄的带宽来发射,是广播业发展的必然趋势。地面DVB(DVB-T)标准就是依赖一系列的基础技术,利用MPEG-2压缩编码方式降低比特率来进行视频编码,并可根据实际用途来选择4:2:0或4:2:2两种不同的图像编码方式进行传输,使两者有机的结合在一起。
模拟发射机和数字发射机器工作原理之间的主要差别是,前者的发射机输出是由连续变化的模拟信号调制过的载波,而后者是通过一系列分立状态之间的切换来传递信息的,这一过程称为信道编码,数字等效于调制。地面发射可以有比卫星之类的发射更大的功率,所以能将更强的信号发送到接收机。这就有可能采用多电平信号,这种信号的功率以一系列阶梯波发射出去,不存在一个阶梯信号被误认为另一阶梯而造成的杂波。结果是减少了所用的带宽。
COFDM这种调制技术,有助进一步节省带宽。接收机接收到信号后在把数字信号变成模拟信号之前对误码及残留受损数据进行处理,只要误码修正系统还工作在它的能力范围之内,就不会出现明显的质量下降。但如果误码超过可以矫正的范围,MPEG解码后的结果就非常糟。因此画面和声音的原始质量实际上由压缩系统的性能决定,而不在于射频发射通道。在数字通道系统中,信号强度并不直接影响图像质量,图像质量由比特误码率决定,一般由信号差造成,从整体上看,信道只有足够好,才能保证在所有可以预见的条件下,不会发生超出误码校正范围的情况
Ⅱ、传输机理
信道包括调制器,发射机,天线,接收天线和解调器以及发射机和接收机之间的中转部分。通常最不受控制的就是传输途径。传输路径将引入宽带噪声或者高斯噪声,以及由于闪电引起的脉冲噪声等,这两种效应都能通过误码矫正来处理。卷积内码抗噪声性能很好,而交织的里德-索罗门码可以解决突发误码。
随着射频传输频率越来高,波长越来越短。对于任何类型的高频传输,最大问题之一就是多径接收。无线电信号受障碍物的影响是与波长与物体的相对大小而定。
波长为数百米的调幅(AM)传输可以轻易地绕过较大的物体。传输波长越短,则同样的障碍物影响越大,这些物体造成的反射越大。
经过反射物体的延时反射信号叠加在接收机接收的直达信号上,在模拟传输过程中这将导致重影。在简单的数字传输中,比特率非常高,以至反射信号可能落后直达信号几个比特,引起码间串扰。与噪声不同,噪声是统计的,由反射造成的干扰则是连续不断的,其结果就是一个高比特误码率,造成纠正系统难以应付。
提高发射机功率于事无补,因为反射的功率也按比提高。如同模拟电视UHF传输一样,对于普通的数字传输,必须具备一幅定向天线,因为它能帮助抑制反射。事实上,在调整天线时,最佳的结果将是让反射波在极坐标图的零点里,而不是调到有最大的信号。
当前国际上全数字高清晰度视频实时传输系统中采用的调制技术主要有:QPSK(四相移相键控),MQAM(多电平正交幅度调制),VSB(多电平残留边带调制)和COFDM(正交频分复用调制)。QPSK广泛应用于数字微波通讯系统,数字卫星通讯系统及有线电视的上行传输;美国HDTV传输系统中采用MQAM和VSB方案,有线电视的下行传输亦采用QAM技术;COFDM为欧洲HDTV传输系统采用。采用这些高速数据调制技术,能有效的提高频谱利用率,进一步提高抗干扰能力,满足电视系统的传输要求应用。并被作为DVB-T标准,已被世界各国采纳。
COFDM的解决办法是发送许多个载波,而每个载波都具有一种低的比特率。它是把多个载波紧密而高效地组装起来,相互间没有干扰。由于使用很低的比特率,反射信号与直达信号可在同一比特的期间到达,收反射的干扰比较小。                              
一个串行数据信号波形基本上包含一序列矩形脉冲。矩形的变量是sinx/x 函数,因此基带脉冲序列具有sinx/x 频谱特性。当这个信号波形被用来调制一个载波频率时,结果为一个以载波频率为中心的对称sinx/x频谱。
如下图所示,频谱里的零点出现在载波后几倍比特率的间隔上。接下来的载波可以其它零点为中心放置,
载波频谱
如图2所示。载波之间的相位为90o,或sinx的一个象限。也就是说,这些载波是相互正交的。实际上,整个频谱几乎是矩形的,由几千个载波被插入在一起,并填满可用的传输信道。
为了使调制系统更有效的克服码间干扰,还可以进一步采取措施,利用保护间隙(Guard Interval)进一步抑制反射。保护间隙设在比特与比特之间。在保护间隙里,载波返回到未调制状态,保护间隙的周期比反射周期更长。这样,在接受到下一个比特之前,就有足够时间让反射信号衰减掉。
保护间隙的使用,无疑降低了载波的效率,因为有些时间它是不发射数据的。一般效率降低20%左右。但是,因为这种设计大大改进了误码统计,纠正系统只需要很小的冗余,所以大大提高了有效传输率。
采用传统的调制技术,在几台发射机所覆盖区域之间的某些位置是没有信号的。但是,COFDM能工作在多径环境下。只要正确同步,几部发射机就能精确的发射相同信号,整个地域都可以高效的重复使用一个信道,不存在禁用信道。阴影区可以由转发器使用同频道来链接信号。
保护间隔的使用可以避免符号间的干扰,但接收到的信号的相位和幅度仍然会受到影响,这个问题靠动态均衡来解决,一个已知相位和幅度的预定信号定期发送,接收机利用这个信号来测量信道的响应,各个载波的均衡特性就根据这个测量来计算。实际上就是COFDM频谱要带有一个“向导”信号,其能量比其它信号稍强。此向导信号是在整个信道指定的频率上分布,构成整个传输的标准。COFDM接收机对这个载波的符码进行快速傅立叶(FFT)计算,甚至在多经环境下,FFT计算能提供一种有效的频谱分析,算出相关系数,完成多径接收频谱变更的均衡计算。
只要信号强度足够,对采用COFDM调制技术的信号进行接收就不需要定向天线,可以进行全向天线移动接收。
一般来说,每个系统都具有自己独特的优势和劣势。COFDM采用了级联的正向纠错和交织措施。COFDM的外码(outer code)是具有12个RS块交织措施的RS(204,188 t=8)。从RS(255,239)缩减而得的RS(204,188)编码,能够纠正8个字节的传输误码;在内码调制上,COFDM系统采用次最佳的收缩卷积编码,这样COFDM系统相加性白高斯噪声(AWGN)信道方面有较强的能力,具有较高的频谱效率和较低的峰值—平均功率比,并且抗脉冲噪声和相位噪声的能力较强。它在低电平回波(鬼影)效果及模拟电视对数字电视的干扰方面可能具有较大的优势。
考虑到高电平(高至0dB)、长时间延迟的动态和静态多径失真时, COFDM系统具有性能上的优势。当需要大范围单频网络(SFN)(8k模式)或运动接收(2k模式)的服务时,COFDM系统性能上具有优势,如COFDM 2K系统能承受达数百赫兹的移动回波,所以COFDM系统对移动更为可取。但COFDM技术上的优势也使发射机的设计变得更加严格,发射机的线性失真会引起交调,两个输入频率产生和频或差频,导致多载波互相干扰。
但是,应该指出:当前在任何现存的DTTB系统中,任何信道间隔,无论是6MHz,7MHz或8MHz,还不能实现大范围SFN、运动接收以及HDTV服务。针对每一特殊应用必须选择特定的系统参数
Ⅳ、COFDM抗多径干扰传输技术的工作原理
COFDM即编码的正交频分复用(Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术是应急联动移动传输系统为克服在广播发送中多径传播的干扰和移动接收以及频率资源的利用问题而引入的。在COFDM传输系统中,将传输信道分成许多子信道,每个信道对应一个载波,同时将需要传输的信号分割成许多部分,每个部分采用一个载波进行传输。经过这样的分割后,每个信道中传输的信号的速率将会变得很低,于是信道中的每个调制后的符号的时长将远远大于回波的延时长度,如果在每个符号间插入保护间隔,则只要多径延时不超过保护间隔的长度,多径传输就不会带来符号间的相互干扰,只能是在符号内部相互叠加或相互削弱,而这种特性可以表示为信道的传输函数,使用适当的导频信号可以在接收端得到这样的传输函数,从而可以正确恢复符号的原始值。
在应急联动移动传输系统发送图像时,每个子信道的特征会不一样,在不同地点的信道特征也不一样,另外,在移动接收的情况下信道的特性还随时间的变化而变化。可能某些子信道上的回波特别强,并且与直接传播的载波反相,引起信号的严重衰弱,而另外一些子信道上的回波可能与载波的相位相差不大,反而增强了直接传播的载波信号。因此,可能会出现部分子信道上的信噪比会比没有回波时更高的情况。为充分利用这种回波增强信号的作用,必须解决部分信道严重受损的问题。在COFDM传输系统技术中,解决这一问题的重要途径是采用有效的信道上进行编码的方法。
信道编码的作用是与时间、频率交织一起将各个不同载波上的信号相互联系起来,信道的特性可以实时地合理设置的一些导频信号导出,由此可以知道哪些信道的结果是可信的,哪些信道是严重受损的。对于部分严重受损的信道,由于其他信道和时间段的信号与该信道的信号有交织,可以通过其他信道上解调出的信号来恢复被衰弱的信号。它的作用相当于对所有的信道进行了一个平均,从而克服频率选择性带来的问题。
上述的特性一方面使得COFDM传输系统技术比较适合应急联动移动传输系统传输实时图像的复杂情况,包括移动接收时信道特性不断变化的情况,另一方面也使得COFDM技术比较容易实现单频网络。
COFDM的功能框图如图一,在发送端建立信号和接收端分析信号使用的是离散付里叶变换,可以采用实现成本较低的快速变换。
 
COFDM的功能框图
一般COFDM可以看成由受时间限制的一系列正弦或余弦波的片段组成,COFDM的信号可以写成下式:
 
其中am,n表示由第m个载波在第n个符号间隔内传送的信号,xm,n(t)是基信 号函数
 
信号的长度T0要比载波的正交时间τ0长一些(载波的间隔为τ0的倒数),即它包含有效符号时间τ0和保护间隔。
Rect函数定义为:
 
 
由于对边界附近的部分载波进行抑制,可以认为对符号时长进行限制所引起的旁瓣在[0,M/τ0]外可以忽略。信号可以从它的抽样值重建:
 
在此式中未使用时间变量n,实际上在任一时间点都有这样的结果。对上式进行分析,可以发现这是一个反离散付里叶变换式,即信号s(kτ0/M)可以通过对 进行反离散付里叶变换得到,这就使得实现COFDM变得比较容易。
假设回波比保护间隔短,那么收到的信号在有效时间τ0内只会受到本符号回波的干扰,不会受到其他符号的干扰。于是调制的信号am会变成Hmam,Hm是第m个信道的频率响应。Hmam可以通过对接收信号抽样进行离散付里叶变换得到:
 
 
于是为了进行相关解调,必须得到每个信道对应的频率响应Hm。这些频率响应是通过使用在时间-频率域上特定分布的导频信号而获得的,导频的选取是根据信道的时间和频率的变化特点和抽样定理来确定的。Hm主要包括两个要素:一个是相位,另一个是模。而模表示每个信道对信号的衰减,由于回波信号有加性和减性的差别,所以每个信道的模是不一样的。信道的模的大小可以用来粗略地衡量该信道的可靠性,从而指导解码过程,得到更为可靠的结果。
Ⅴ、COFDM技术应用于无线图像传输优点
l          适合在城区、城郊、建筑物内等非通视和有阻挡的环境中应用,具有很高的“绕射”、“穿透”能力
传统的微波设备,必须在通视条件(既收发两点之间必须无阻挡)下才能建立链路,所以使用中受环境制约,需要提前考察环境,拟定、实测收发点。即使成功“布点”,天线定向、线缆布置等工作也相当烦琐,不仅直接限制视音频源的获取、传输,而且系统的可靠性、工作效率也大打折扣。
COFDM无线图像设备则彻底改变了这种局面。因其多载波等技术特点,COFDM设备具备“非视距”、“绕射”传输的优势,在城区、山地、建筑物内外等不能通视及有阻挡的环境中,该设备能够以高概率实现图像的稳定传输,不受环境影响或受环境影响小。其收发两端一般采用全向天线,无须预先“踩点”、“定向”、布设繁杂的视音频输入、输出电缆,视音频源的采集端、接收端可根据现场情况及指挥/导演的要求自由活动。系统简单、可靠,应用灵活。
l          适合高速移动中传输
对于大多数行业而言,无线图像的一般应用模式是:视音频前端采集—接入点(车、船、机)--视音频处理中心(一般通过有线链路或卫通)。所以车辆、船舶、直升机/无人机等平台是系统非常重要的组成部分,其核心的功能之一就是实时接入前端的图像。
微波(数字微波、扩频微波)、无线LAN等设备因其技术体制的原因,无法独立实现收、发端的移动中传输。如应用到车辆、船舶上,通常的方案是再配置附加的“天线伺服稳定”装置,以解决电磁波定向、跟踪、稳定等问题,且仅能在一定条件下实现移动点对固定点的传输。这样,其系统的技术环节多,工程复杂,可靠性降低,造价极高。但对于COFDM设备,它不需要任何附加装置,就可实现固定—移动,移动—移动间的使用,非常适合安装到车辆、船舶、直升机/无人机等移动平台上。不仅传输有高可靠性,而且对比以上的方案,由于无须再配置附加的“伺服稳定”装置,所以表现出很高的性价比。
l          适合高速数据传输,满足高质量视音频的传输
高质量的视音频除对摄像机的要求外,对编码流、信道速率要求十分高。
COFDM技术每个子载波可以选择QPSK、16QAM、64QAM等高速调制,合成后的信道速率一般均大于4M bps。因此,可以传输MPEG2中4:2:0、4:2:2等高质量编解码,接收端图像分辨率可达到576×720或480×720,满足后期分析、存储、编辑等要求。
l          COFDM具备很好的抗电磁干扰性能
对抗频率选择性衰落或窄带干扰及信号波形间的干扰性能优越,通过各个子载波的联合编码,具有很强的抗衰落能力。在单载波系统中(如数字微波,扩频微波等),单个衰落或干扰能够导致整个通信链路失败,但是在多载波COFDM系统中,仅仅有很小一部分子载波会受到干扰,并且这些子信道还可以采用纠错码来进行纠错,确保传输的低误码率。
l          信道利用率很高
这一点在频谱资源有限的无线环境中尤为重要;当子载波个数很大时,系统的频谱利用率趋于2Baud/Hz。
高清晰图像的编解码技术
因为采用COFDM调制技术,可以得到较高的速率,因此,一开始COFDM技术就被用来作为数字电视地面广播系统的传输技术,由于具有高速率,我们一般都将COFDM传输设备传输MPEG2编码技术的图像,MPEG-2为DVD压缩格式,图像清晰度为720×576象素,要求传输通道为单向4-8MB速率。传输帧率为固定的25帧/秒,传输方式为数据流,传输过程中,传输通道内的数据流始终是设定的4-8MB左右。
MPEG2原理示意图
 
CwnVideo 1200无线图像传输产品技术优势
CwnVideo 1200系列产品采用先进的COFDM(信道编码的正交频分复用)全数字调制解调技术及MPEG2/MPEG4数字压缩编码技术,具备以下特点:
接收便捷
我公司所研发生产的各种类型接收机,在原有输出接口之外另有USB口输出音视频,可连接电脑中显示,同时还可有软件控制在电脑中录象,抓图等功能,若连接接收机的电脑可上网,则与Internet网络相连的任何电脑都可以在任何地方由用户授权看到前端音视频,在国内同行业只有我公司有该技术。此技术在公安,部队等系统具有较大优势。
产品信号的绕射和穿透力
系统采用COFDM调制技术,其多载波等技术特点,抗多径能力强,具备“非视距”、“绕射”传输特点和良好穿透能力。适应在城区、山地、建筑物内外等不能通视及有阻挡的环境中应用。
产品具备高速移动性
产品可采用车/飞机/轮船为载体,用于高速行进中将现场情况实时的通过车载发射产品传至指挥中心。本公司产品能在时速达到380km时保持信号畅通连续,在不需要增加任何附加装置情况下,实现固定点—移动点,移动点—移动点之间的信号传输。
产品传输距离远
产品接收灵敏度高,传输距离远。车载传输产品利用全向天线通视条件下传输距离可达100公里;背负型传输产品利用全向天线通视条件下传输距离可达40公里以上。以上为我公司实际测试数据(测试地点:昌平)。
高清DVD画质
产品采用MPGE2和MPGE4两种编码,通过拨码开关实现两种编码替换,实现了在高信道带宽中传输MPGE2编码数据,在窄带中传输MPGE4编码数据。两种编码兼容,一机多用。这样的编码使用方式保证了产品在部分信号丢失的情况下保持了图像的连续性。传输图像质量达到高清晰图像效果,即使在指挥中心的大尺寸显示屏上显示同样清晰、流畅、色彩鲜亮。
保密性
传输信号采用国际标准128位AES加密技术,对TS流进行加密,具备很高的保密性,任何人在不知道密钥的情况下无法接收到信号,避免非法接收。
信道带宽可选
产品采用多信道带宽可调技术,可在8/4/2.5/1.25MHz几个信道带宽之间进行选择,使之能在频率资源允许的情况下,可以选择高信道带宽。传输高速率视频;在频率资源匮乏的环境中,调整信道带宽(最低带宽为1.25MHz,传输速率为1.76Mbps),节约频率资源。
传输速率可调
产品具备传输速率可调功能,能实现在信道带宽很窄的情况下,传输高速率数据。通常调整范围是原有速率的2倍。即在频率资源匮乏的情况下,需要压缩传输的信道带宽时,通过调整传输速率使图像达到D1画质(图像分辨率可达到576×720或480×720)。
可嵌入GPS数据模块
由于产品使用的特殊性,每个前端都要深入现场,为了指挥人员能够及时掌握前端所处位置,我公司产品可嵌入GPS数据模块,在接收端显示前端地理信息及时间。
易操作性
作为应急通讯系统,产品的易操作、易维护性和高稳定性至关重要。产品采用集成化设计,操作按键直观明了,接插件灵活搭配,使任何无相关技术背景的人在经过简单培训之后,能够迅速掌握产品的操作,在很短时间内之内让产品投入正常工作,从而提高其应变能力。
频率可调
产品频率可调功能可以在一定的范围内有效的避开同频干扰,加强产品的使用的实用性。产品频率可调是指在产品中心频点的基础上可以调动上下各5%、共10%的频率。产品在出厂时已经设定八个可调频点,但也可以由用户指定设置在可调10%范围内的任意频点。例如:采购产品的中心频点为340兆,则用户可以在323兆-357兆之间选择任意8 个频点作为可用频点。该功能有效地解决了在使用过程中遇到同一频率带来的干扰,保证了用户在紧急情况下的正常使用。
功率可调
产品采用具备多种功率可调的功能。用户可以根据现场无线环境情况和用户需要传输距离的远近,通过产品按钮随时简便地调整产品输出功率,从而达到控制用电,提高电池供电时间、有效延长产品使用寿命、最大限度的保护使用人员的身体健康等三大目标。
可靠性
产品采用全数字调制解调方式及强大的串行级联编码方案,具备很强的抗干扰性能和抗衰落能力,保证了产品在复杂的工作环境下应用。
 
三、CwnVideo 1200无线图像传输产品介绍
1.车载发射机
 
 
大功率车载型主要用于海上、城市和平原等负责环境地带机动传输实况信号。平时设备安装于专用通信车(或摄像采集车)上,将现场图像通过车载发射机.发射天线传至远端指挥中心或基站。
大功率车(船)载图像传输前端系统组成:摄像机、车(船)载天线、、发射模块、功率放大模块、电源电池组、车(船)载安装机架等。
2.单兵设备
单兵设备分为背负型、便携型、扣板型和微型,能在高楼林立的城市或其他恶劣环境中,多径效应(海杂波)严重的情况下传输高品质地视频图像。具有优质的“穿透”能力和卓越的“绕射”能力,不需要定向天线即可实现局部范围的覆盖。只要方案得当,将可覆盖一定范围内的区域。
便携的功率最大可达5W,发射机机箱采用全铝数控洗出来的,接收机机箱采用1U标准机箱或便携式机箱,可以直接装入标准工业机架也可以随身携带。结构合理,性能卓越。
系统可同时传输一路图像、一路立体声语音(或双声道语音),系统还可传输一路用户数据(选项)。图像、语音、数据均可加密传输。图像传输实时、连续,达到DVD品质。数据通道可以用于传输GPS定位数据、传感器采集的数据或其它电文数据。
单兵设备包括单兵发射机、单兵接收机、电池、天馈、附件等组成。
⑴背负型
发射机集射频模块、功率放大、数字调制、视音频数字压缩、电池组于一体,可单兵背负携带,便于携带安装. 它可同时传输一路图像、两路伴音、一路数据, 适用于单兵背负,现场图像采集并传输车或中心,在通视条件下传输距离可达50公里。(实物图片)
 背负型     
⑵扣板型
采用COFDM调制技术、MPEG2编解码,高质量4:2:0和 MEPG-2视频编码,极短的端到端传输延时(最小75mS),可卡在专业摄像机后面,适合各类广播电视行业现场图像采集、传输。设备包括发射机和接收机两部分,它可以同时单向传输一路图像、两路伴音、一路数据。(实物图片)
     扣板型 
 
 
3.CwnVideo 1200图像传输系列-接收机
我公司生产的多种类型的图像传输系列接收机,可以结合任意一款发射机使用,满足用户不同场合,不同情况下的使用,极大地方便了用户使用.
「通用型」
该型号接收机采用1U标准化外形结构,外形尺寸为:420×200×44mm(不计接插件和夹板),适合机架安装,设备采用交流、直流两种供电方式。可提供多种接口:包括标准音视频接口(BNC、莲花头)、以太网接口(10/100BASE-T自适应),RS232数据接口。
预留GPS数据接口和双向语音业务接口。
 
背面示意图
 
正面图
1、产品特点
l          可选多频段直接变频:1501.7GHz2.3G~2.7GHz;
l          多带宽COFDM调制技术:8/4/2.5/1.25MHz(定制)
l          多模式视频压缩:MPGE4兼容MPEG2;
l          接收门限电平:灵敏度-97~-111dBm(见技术参数表)
l          128AES加密功能(手动设置或软件设置);
l          高质量视频质量:无马赛克,保存最后一帧好图;
l          可提供网络接口(UTP模式)输出;
l          支持高速移动传输;
l          支持非视距(NLOS)传输;
l          手动键控8频道选择:方便实地改变频点,避开干扰;
l          液晶显示:通道、频率、带宽、接收灵敏度、密钥、频率搜索;
3、技术参数
 
「便携型」接收机
接收机是我公司推出一款便携式接收机,集液晶显示、电池供电、录像存储、各种外接口与一体,具有在野外、室内任何地点即开即用的优势,操作简单、功能齐全,配合我公司无线发射前段使用,是公安、武警、军队、地质灾害、消防等部门用于现场侦查的良好工具。设备提供多种接口:包括标准音视频接口(BNC、莲花头)、以太网接口(10/100BASE-T自适应),RS232数据接口。
预留GPS数据接口和双向语音业务接口。
 
 
1、产品特点
l          可选多频段直接变频:1501.7GHz2.3G~2.7GHz;
l          多带宽COFDM调制:8~1.25MHz(定制)
l          视频压缩:MPGE2可兼容MPGE4
l          接收门限电平:灵敏度-97~101dBm
l          具有加密功能:128位AES加密,避免非法接收;
l          高质量视频质量:水平解析720像素/垂直解析576(625线);
l          支持高速移动传输;
l          支持非视距(NLOS)传输;
2、应用优势
l          一体化设计,方便携带、安装、使用;
l          手动键控8频道选择:方便实地改变频点,避开干扰;
l          低功耗设计:整机功耗不超过15W;
l          电池供电:采用锂电池供电,工作时间可达8小时
l          本机存储:
l          本机图像显示:接收机直接显示前端图像,接听前端语音,无需外接显示器\喇叭;
l          可同时外接语音、图像、数据;
产品示意图
 
4.中继式设备
设备的应用范围:
   可应用于公安、消防、交警、人防、城管执法、环保监控、水利防汛、电力抢修、海事执法、海关边防、码头监控、森林防火、军事侦察、电视转播等相关单位在多种复杂环境中移动传输高质量的图像。
中继设备应用方式:
适用于地理环境复杂和远距离传输,配合全向高增益及多极系统天线,
在视距下可传输180公里
设备的特性:
高速移动和多径干扰下可稳定的传输音、视频             
系统可在多种复杂的气候条件下传输
高质量的数字视频处理(MPEG2兼容MPEG4)视频编解码、DVD的画面
在复杂电磁环境中具有优异的抗干扰性能
强大的非视距传输能力
具有AES的加密方式
信道利用率高
系统简单、性能可靠、应用灵活
4.天馈系统
天线是系统发送、接收电磁波信号的媒介,决定了系统能否发挥其最大效能。目前系统可采用两种天线:玻璃钢全向天线(分为高增益和低增益几种,基站接收可采用高增益大天线,单兵设备可采用微型低增益天线),车载吸盘天线等。选用何种天线一般由现场技术人员决定。基本原则是:固定端一般采用玻璃钢全向天线,一方面可以获得较大的系统增益,另一方面也便于系统规划配置;移动端、机动端一般采用车(船)台天线,便于安装,使用灵活,受环境的制约较少。
为了保证更大发挥系统的功能,接收固定端采用高增益天线接收:可选全向玻璃钢天线、八木定向天线。
CwnVideo 1200产品技术指标
说明:CwnVideo 1200产品在具备自己的优势同时完全满足此次招标要求,其中有很多参数出现正偏离,偏离的内容将在技术偏离表中予以说明
1、图像单兵发射机(背负式)
工作频段: 300MHz~800MHz,频率可调20MHz
1.0G-1.4G,频率可调50MHz
输出功率:250mW-5W(连续可调)
调制方式:COFDM 2K QPSK (16QAM、64QAM可选)
通道带宽:1.25/2/3.5/4/8MHz(可选)
码流0.8Mbps~6Mbps,可调
符合MPEG-4技术标准兼容MPEG-2
视频输入:PAL/NTSC
端到端延时:40ms
误码率:≤10-6
音视频数据格式:MPEG-2 @ ML 4:2:0/4:2:2 /H.264
音频通道 LineInput/Output(0dBm@10kΩ)
发射天线:鞭状全向天线(3.5-5.5dB增益)
长度:0.15米-1.5米可选
天线接头:标准50ΩKKF接头
传输距离:1-3公里
图像清晰度:传输速率为25帧/s时,分辨率不低于720×576
FEC: Viterbi (1/2,2/3,3/4)
保护间隔: 1/32,1/16,1/8,1/4
加密方式:AES(128bit)
提供一路视频、二路音频输入,标准莲花母头或BNC接头可选,
在高速移动中(380公里/小时),能进行正常的图像传输,效果达到DVD的画质
DB9(串口1)用来调频、调功率、加密、速率、延时
一路SDI接口,BNC接头
供电:DC12V/2.5A
电源接口:两芯航空接头(背负式可提供卡扣接口)
电池:可连续工作8小时供电
前面板提供三个指示灯;电源指示、功率指示、视频指示
工作环境:温度:-30~70℃ 相对湿度:90%
保存环境:温度: -40~80℃ 相对湿度:90%
2单兵图像接收机
 视频输出: 两路(PAL/ NTSC ),标准莲花母头或BNC接头可选
音频输出: 两路(立体声),标准莲花母头或BNC接头可选
视频压缩标准:MPEG-2/H.264                        
视频速率:25帧/S   
分辨率:不低于720×576,   
接收方式:高灵敏度全向接收,接收电平门限可达-111db
接收天线:全向天线(增益:5.5-10.2dB),长度为0.15-3.5米可选
天线接头:标准50ΩKKF接头       
接收机带LED显示屏,可在显示屏上显示信号强度、中心频率、带宽、灵敏度 、可调频率、信道带宽、保护间隔       
电源指示、红外线指示
供电: AC 220V/DC 12V
外形:1U,19英寸机
尺寸: 420mm×200mm×44mm (L × W ×H)
提供RJ45接口(可在电脑上、局网内看图像)
全向高灵敏度天线接收
工作环境:温度:-30~70℃ 相对湿度:90%
保存环境:温度:-40~80℃ 相对湿度:90%
3.   车载式无线图像传输发射机
工作频段: 300MHz~800MHz,频率可调20MHz
1.0G-1.4G,频率可调50MHz
输出功率: 500MW-20W(连续可调)
调制方式:COFDM 2K QPSK (16QAM、64QAM可选)/H.264
通道带宽:1.25/2/3.5/4/8MHz(可选)                 
码流0.8Mbps~6Mbps,可调
符合MPEG-4技术标准兼容MPEG-2                     
视频输入:PAL/NTSC
提供1、2、4、6、8路音、视频输入
音视频输入接头: 标准莲花母头或BNC接头可选
端到端延时:40ms                        
误码率:≤10-6
音视频数据格式:MPEG-2 @ ML 4:2:0(4:2:2) /H.264        
音频通道 LineInput/Output(0dBm@10kΩ) 
图像清晰度:传输速率为25帧/s时,分辨率不低于720×576
发射天线:吸盘式全向天线(5.5dB增益)
天线接头: 标准50ΩKKF接头
使用方式:车载
FEC: Viterbi (1/2,2/3,3/4)            
保护间隔: 1/32,1/16,1/8,1/4
加密方式:AES(128bit)
DB9(串口1)用来调频、调功率
提供一路视频、二路音频输入;BNC接头,可以和任何的摄像机相连
一路SDI接口,BNC接头
供电:AC220V
外形:2U,19英寸机
工作环境:温度:-30~70℃ 相对湿度:90%
保存环境:温度: -40~80℃ 相对湿度:90%
4.   车载式无线图像接收机
视频输出: 两路(PAL/ NTSC ),标准莲花母头或BNC接头可选
音频输出: 两路(立体声),标准莲花母头或BNC接头可选
 视频压缩标准:符合MPEG-4技术标准兼容MPEG-2                    
视频速率:25帧/S   
 分辨率:不低于是720×576   
天线接收:高灵敏度全向天线接收
 接收技术:全向玻璃钢天线接收(10.2dB增益)
 天线接头: 标准50ΩKKF接头              
接收灵敏度:-103~-111dB    
接收机带LED显示屏,可在显示屏上显示信号强度、中心频率、带宽、灵敏度、可调频率、信道带宽、保护间隔  
电源指示、红外指示
供电: AC 220V
外形:1U,19英寸机
工作环境:温度:-30~70℃ 相对湿度:90%
保存环境:温度:-40~80℃ 相对湿度:90%
设备技术优势
l          多频段直接变频:150~1.7GHz、2.3G~2.7GHz(可选);
l          多带宽可调:8/4/3.5/2.5/1.25MHz(可选)
l          COFDM调制技术:支持高速移动传输;支持非视距(NLOS)传输;
l          高接收门限电平:灵敏度-103~-111dBm(见技术参数表)
l          128位AES加密功能:避免非法接收(软件设置或手动设置);
l          视频压缩:MPGE4/MPEG2;
l          速率可调:可通过软件设置传输速率,提高传输速率2倍以上
l          高质量视频质量:无马赛克,保存最后一帧好图;
l          可内置GPS模块,接收图像信号显示地理戳、时间戳(可选);桌面显示电子地图(可选);
l          手动键控14dB输出功率可调:方便实地改变功率,减少辐射;
l          手动键控8频道选择:方便实地改变频点,避开干扰;

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无线应急图像传输系统建设方案 1
图 1

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