黄河防汛工程中的无线图像传输系统研究

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黄河防汛工程中的无线图像传输系统研究

0引言

充分运用现代计算机网络技术、现代通信技术，加快防汛信息现代化建设，建立科学的、高效

的防汛指挥系统，提高信息采集、传输、处理和防汛调度决策的实效性和准确性，全面推进水

利信息化和国家防汛抗旱指挥系统工程建设，实现防洪决策科学化、信息化，是新世纪对山东

黄河防汛工作提出的新的任务，是水利可持续发展的基础和前提。无线图像传输系统建设，能

“ ”在更广阔的地域范围内提供最后一公里宽带连接，结合山东黄河应急平台建设方案要求，其

建设将成为黄河防汛应急管理的一项重要基础性工作。

1无线图像传输系统

1．1 无线图像传输的分类

无线图像传输系统从应用层面来说分为两大类，一是固定点的图像监控传输系统，二是移动视

频图像传输系统。

固定点的无线图像监控传输系统。主要应用在有线闭路监控不便实现的场合，比如港口码头的

监控系统、河流水利的视频和数据监控、森林防火监控系统、城市安全监控等。

移动视频图像传输系统。除了对固定点的图像监控的需求外，移动图像传输的需求也相当旺

盛。移动视频图像传输，广泛用于公安指挥车、交通事故勘探车、消防武警现场指挥车和海

关、油田、矿山、水利、电力、金融、海事，以及其它的紧急、应急指挥系统，主要作用是将

现场的实时图像传输回指挥中心，使指挥中心的指挥决策人员如身临其境，提高决策的准确性

和及时性，提高工作效率。

1．2 用于应急突发事件的专用图像传输技术

应急指挥中心的图像传输系统，往往要求将突发事件现场的图像传输回指挥中心。例如遇到重

大自然灾害，水灾、火灾现场，群众的大型集会和重要安全保卫任务现场等。这类应急图像传

输系统不宜使用公众网络传输，最好采用专业的移动图像传输设备。但目前我国对此尚未专门

规划频率。无线图像传输设备即视频实时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度视

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干

扰；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信号广播业务为主，一路信号采用一个单独的频

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信号时，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一个无线高清

晰度视频实时传输系统的性能，而无线数字高清视频实时传输系统中的 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。

可用于移动视频图像传输的技术有蜂窝移动通信和宽带无线接入技术两类。

在IEEE802 涉及的无线领域中，目前主要分为四类无线接入技术，分别是个域网

（PAN:802.15 ）、局域网 WiFi（LAN:802.11）、城域网 WiMAX（MAN:802.16) 、广域网

（WAN:802.20 ）。这里着重介绍 WiMAX 技术（802.16）。

WiMAX 是点对多点的宽带无线接入技术，WiMAX 采取了动态自适应调制、灵活的系统资源

参数及多载波调制等一系列新技术，并兼具较高速率传输能力( 可达70 Mbit/s～100 Mbit/s)及较

好的 QoS 与安全控制。 WiMAX 802.16e 覆盖范围可以达到1～3 英里，主要定位在移动无线

城域网环境。然而802.16e 获得足够的全球统一频率存在一定难度，且建设成本和设备价格较

高。

WiMAX 是一项新兴技术，能够在比 Wi-Fi “ ”更广阔的地域范围内提供最后一公里宽带连接

性，由此支持企业客户享受 T1 类服务以及居民用户拥有相当于线缆/DSL 的访问能力。凭借

其在任意地点的 1～6 英里覆盖范围，WiMAX 可以为高速数据应用提供更出色的移动性。此

外，凭借这种覆盖范围和高吞吐率，WiMAX 还能够提供为电信基础设施、企业园区和Wi-Fi

热点提供回程。

WiMAX 基于两个关键技术分别是正交频分多址(OFDMA)和多个输入/多个输出(MIMO)智能天

线技术。这两种技术能有效地传输更多的数据提供更大的吞吐量和覆盖范围。

2 COFDM 无线传输技术

COFDM 即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。它的

实用价值就在于支持突破视距限制的应用，是一种在无线电频谱资源方面充分利用的技术，可

以对噪声和干扰有着很好的免疫力，绕射和穿透遮挡物是COFDM 的技术核心。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。

COFDM 技术能同时分开多个数字信号，而且在干扰的信号周围可以安全运行。正是由于具

“ ” 有了这种特殊的信号穿透能力，使得COFDM 技术深受通讯设备商的喜爱和欢迎。COFDM

技术能够持续不断地监控传输介质上通讯特性的突然变化，通讯路径传送数据的能力会随时间

发生变化，COFDM 能动态地与之相适应，并且接通和切断相应的载波以保证持续地进行成功

的通讯。COFDM 技术特别适合使用在高层建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及将信

号撒播的地区、高速的数据传播的地方。

2.1 COFDM 无线传输技术的优势

2．1．1 绕射能力强

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

筑物内外等不能可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。系统采用全向天线，可以在最短的时间内架设无线传输链路，采集端和

接收端也可以随意移动，不受方向的限制，系统简单、可靠，应用灵活。

2．1．2 高速移动传输

可在车辆、船舶、直升机等平台上使用。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，无法独立实现采集端和接收端在高速的移动过程中实时传输图像。在车

辆、船舶上应用微波和无线 LAN “等设备进行无线图像传输时，通常的方案是再配置附加的伺

”服稳定装置，以解决电磁波定向、跟踪、稳定等问题，但是也仅仅能在一定条件下实现移动

点对固定点的传输，并且图像常常会出现中断，严重影响传输接收的效果。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、直升机等移动平台上。不仅传输具有高可靠性，而且

表现出很高的性价比。

2．1．3 传输带宽高

适合高码流、高画质的音视频传输，图像码流一般可大于 4M bps 高码流、高画质的音视频数

据流对编码、信道速率要求十分高。一般的数字微波，扩频微波传输链路中，虽然采用

MPEG-2 编码，但信道多采用 2M 速率，如 E1 ，使得解码后的图像分辨率可以达到720×576，

但是图像压缩码流只有1M 左右，无法满足接收端后期音视频分析、存储、编辑等具体的要

求。

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 MPEG-2 中4:2:0、4:2:2 等高质量编解码图像，接收端图

像分辨率可达到720×576 或720×480 ，码流可以在 6M 左右，接收后的图像质量接近DVD 画

质，完全可以满足接收端后期音视频分析、存储、编辑等具体的要求。

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黄河防汛工程中的无线图像传输系统研究0引言充分运用现代计算机网络技术、现代通信技术，加快防汛信息现代化建设，建立科学的、高效的防汛指挥系统，提高信息采集、传输、处理和防汛调度决策的实效性和准确性，全面推进水利信息化和国家防汛抗旱指挥系统工程建设，实现防洪决策科学化、信息化，是新世纪对山东黄河防汛工作提出的新的任务，是水利可持续发展的基础和前提。无线图传输系统建设，能“”在更广阔的地域范围内提供最后一公里宽带连接，结合山东黄河应急平台建设方案要求，其建设将成为黄河防汛应急管理的一项重要基础性工作。1无线图传输系统1．1无线图传输的分类无线图传输系统从应用层面来说分为两大类，一是固定点的图像监控传...

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