0引言

充分運用現代計算機網絡技術、現代通信技術，加快防汛信息現代化建設，建立科學的、高效的防汛指揮系統，提高信息采集、傳輸、處理和防汛調度決策的實效性和準確性，全面推進水利信息化和國家防汛抗旱指揮系統工程建設，實現防洪決策科學化、信息化，是新世紀對山東黃河防汛工作提出的新的任務， 是水利可持續發展的基礎和前提。無線圖像傳輸系統建設，能在更廣闊的地域范圍內提供“最后一公里”寬帶連接，結合山東黃河應急平臺建設方案要求，其建設將成為黃河防汛應急管理的一項重要基礎性工作。

1無線圖像傳輸系統

1．1 無線圖像傳輸的分類

無線圖像傳輸系統從應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。主要應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。

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，廣泛用于公安指揮車、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。

1．2 用于應急突發事件的專用圖像傳輸技術

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，群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絡傳輸，最好采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。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，二是寬帶傳輸，即寬帶通信，因此，研制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信號廣播業務為主，一路信號采用一個單獨的頻點，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信號時，它們之間會有相互干擾，另外，由于接收或發射的一方處于移動狀態，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，而無線數字高清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。

可用于移動視頻圖像傳輸的技術有蜂窩移動通信和寬帶無線接入技術兩類。

在 IEEE802 涉及的無線領域中， 目前主要分為四類無線接入技術，分別是個域網（PAN:802.15）、局域網 WiFi（LAN:802.11）、城域網WiMAX（MAN:802.16\\)、廣域網 （WAN:802.20）。 這里著重介紹 WiMAX技術（802.16）。

WiMAX 是點對多點的寬帶無線接入技術，WiMAX 采取了動態自適應調制、靈活的系統資源參數及多載波調制等一系列新技術，并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 覆蓋范圍可以達到 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。

WiMAX 是一項新興技術， 能夠在比 Wi-Fi 更廣闊的地域范圍內提供“最后一公里”寬帶連接性，由此支持企業客戶享受 T1 類服務以及居民用戶擁有相當于線纜/DSL 的訪問能力。 憑借其在任意地點的1～6 英里覆蓋范圍 ，WiMAX 可以為高速數據應用提供更出色的移動性。 此外，憑借這種覆蓋范圍和高吞吐率，WiMAX 還能夠提供為電信基礎設施、企業園區和 Wi-Fi 熱點提供回程。

WiMAX 基于兩個關鍵技術分別是正交頻分多址\\(OFDMA\\)和多個輸入/多個輸出\\(MIMO\\)智能天線技術。 這兩種技術能有效地傳輸更多的數據提供更大的吞吐量和覆蓋范圍。

2 COFDM無線傳輸技術

COFDM 即編碼正交頻分復用的簡稱， 是目前世界最先進和最具發展潛力的調制技術。 它的實用價值就在于支持突破視距限制的應用，是一種在無線電頻譜資源方面充分利用的技術，可以對噪聲和干擾有著很好的免疫力，繞射和穿透遮擋物是 COFDM 的技術核心。 其基本原理就是將高速數據流通過串并轉換，分配到傳輸速率較低的若干子信道中進行傳輸。

COFDM 技術能同時分開多個數字信號， 而且在干擾的信號周圍可以安全運行。 正是由于具有了這種特殊的信號 “穿透能力”， 使得COFDM 技術深受通訊設備商的喜愛和歡迎。COFDM 技術能夠持續不斷地監控傳輸介質上通訊特性的突然變化，通訊路徑傳送數據的能力會隨時間發生變化，COFDM 能動態地與之相適應，并且接通和切斷相應的載波以保證持續地進行成功的通訊。 COFDM 技術特別適合使用在高層建筑物、 居民密集和地理上突出的地方以及將信號撒播的地區、高速的數據傳播的地方。

2.1 COFDM 無線傳輸技術的優勢

2．1．1 繞射能力強

因其多載波等技術特點，COFDM 設備具備“非視距”、“繞射”傳輸的優勢，在城區、山地、建筑物內外等不能可視及有阻擋的環境中，該設備能夠以高概率實現圖像的穩定傳輸，不受環境影響或受環境影響小。系統采用全向天線，可以在最短的時間內架設無線傳輸鏈路，采集端和接收端也可以隨意移動，不受方向的限制，系統簡單、可靠，應用靈活。

2．1．2 高速移動傳輸

可在車輛、船舶、直升機等平臺上使用。 微波（數字微波、擴頻微波）、無線 LAN 等設備因其技術體制的原因，無法獨立實現采集端和接收端在高速的移動過程中實時傳輸圖像。 在車輛、船舶上應用微波和無線 LAN 等設備進行無線圖像傳輸時， 通常的方案是再配置附加的“伺服穩定”裝置，以解決電磁波定向、跟蹤、穩定等問題，但是也僅僅能在一定條件下實現移動點對固定點的傳輸，并且圖像常常會出現中斷，嚴重影響傳輸接收的效果。 工程復雜，可靠性降低，造價極高。

但對于 COFDM 設備， 它不需要任何附加裝置， 就可實現固定———移動，移動———移動間的使用，非常適合安裝到車輛、船舶、直升機等移動平臺上。 不僅傳輸具有高可靠性，而且表現出很高的性價比。

2．1．3 傳輸帶寬高

適合高碼流、高畫質的音視頻傳輸，圖像碼流一般可大于 4M bps高碼流、高畫質的音視頻數據流對編碼、信道速率要求十分高。一般的數字微波，擴頻微波傳輸鏈路中，雖然采用 MPEG-2 編碼，但信道多采用 2M 速率，如 E1，使得解碼后的圖像分辨率可以達到 720×576，但是圖像壓縮碼流只有 1M 左右， 無法滿足接收端后期音視頻分析、存儲、編輯等具體的要求。

COFDM 技術每個子載波可以選擇 QPSK、16QAM、64QAM 等高速調制，合成后的信道速率一般均大于 4M bps。 因此，可以傳輸 MPEG-2 中 4:2:0、4:2:2 等高質量編解碼圖像，接收端圖像分辨率可達到 720×576 或 720×480， 碼流可以在 6M 左右， 接收后的圖像質量接近 DVD畫質，完全可以滿足接收端后期音視頻分析、存儲、編輯等具體的要求。

2．1．4 抗干擾性能優越

在復雜電磁環境中，COFDM 具備優異的抗干擾性能對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾及信號波形間的干擾性能優越，通過各個子載波的聯合編碼，具有很強的抗衰落能力。在單載波系統中\\(如數字微波,擴頻微波等\\)，單個衰落或干擾能夠導致整個通訊鏈路失敗，但是在多載波 COFDM 系統中，僅僅有很小一部分子載波會受到干擾，并且這些子信道還可以采用糾錯碼來進行糾錯，確保傳輸的低誤碼率。

2．2 COFDM 無線傳輸技術的應用

采用 COFDM 技術的無線圖像傳輸方案，具有良好的非視距傳輸和高速移動傳輸性能，能提供 DVD 質量的實時圖像和聲音。通過車載或便攜式設備可靈活、 迅速地將現場實況聲像直接傳輸或通過轉信臺、光纖網等傳輸回至指揮中心。 設備可與其他微波、衛星、光纖通訊設備組建遠距離鏈路，建設實用有效的圖像傳輸系統。COFDM 技術的無線圖像傳輸設備主要應用環境為：城市建筑物阻擋環境，樓宇之間，建筑物內外，建筑物地下到地面之間; 移動中使用; 海上圖像、空中圖像傳輸等。 是國內公安、部隊、武警、消防、人防（民防）、水利、海事、海關、廣播電視等行業在安全保衛、野戰指揮、任務偵察、災難救援、現場轉播等任務中急需的高性能無線圖像傳輸設備。

3系統組成及應用

3．1 系統組成

無線圖像傳輸系統包括單兵前端、車載式接收機、車載式發射機、固定基站 4 部分組成。

3．1．1 單兵前端

單兵前端能夠實現的功能是， 將現場圖像實時傳輸到指揮車，傳輸距離在通視情況下不小于 2 公里，具備雙向語音功能，頻點、功率可調，采用背負式結構，機動性強。

3．1．2 車載式接收機

接收單兵前端傳來的高清音視頻信號，采用 COFDM 正交調制解調技術，和高清 H.264/MPEG2 解碼技術，接收圖像清晰實時穩定。

3．1．3 車載式發射機

將接入發射機的音視頻信號傳輸至基站接收機， 功率可達 10-20W，傳輸距離可達 15 公里，可傳輸 DVD 級別的圖像。在實際組織運用過程中，可使用衛星通信設備和視頻會議設備代替車載式發射機，經由衛星信道，將采集到的信息傳輸至指揮中心。

3．1．4 固定基站

接收車載發射機傳送的無線音視頻信號，并通過會議室設備進行顯示。在實際使用過程中，若使用衛星信道傳輸信號，需使用視頻會議設備，經由衛星地面站實現前端音視頻信號的接收。

3．2 系統傳輸結構

根據系統傳輸結構特點，可以分為以下 4 類：點對點應用，點對多點應用、多點對多點應用和多點接力。

3．2．1 點對點

使用一套無線數字圖像傳輸系統，同一個前端發射系統和一個接收系統組成，這種應用最為廣泛，大部分使用都是采用該結構。

3．2．2 點對多點

點對多點應用一般有兩種方式：

一發多收，即一點發多點收。其實這種方式為點對點應用的延伸。

一個發射前端只占有一個傳輸通道， 接收系統由多個頻段接收機組成。

多發一收。采用這種結構，必須采用頻分方式，由多個不同頻點的發射機組成前端發射系統，而接收系統內里必須能接收到不同頻段發射機傳回來的信號。

3．2．3 多點對多點

多點對多點，指的是由多個不同頻點的發射前端和接收系統組成的應用網絡，系統比較復雜，成本較高，一個中等以上的城市采用多點對多點的網絡結構，可以將多個部門的圖像共享，傳輸多路圖像。

3．2．4 多點接力

多點接力，指的是同多個不同頻點的發射前端和接收系統組成的應用網絡。

適合軍隊、邊防武警等部隊訓練和實戰中的機動靈活特點，將前方的圖像傳輸到指定后方接收地。

3．3 系統組織模式

在實際演習過程中，經常將單兵無線圖像傳輸系統和衛星通信結合起來使用。單兵無線圖像傳輸系統負責實現現場到指揮車的音視頻傳輸，衛星通信系統負責建立通信車到各級指揮中心的通信。 具體根據工作方式可以將系統分為下列兩部分:人到車和車到指揮中心。

3．3．1 人到車

由工作人員攜帶前端設備， 采用專用背架背負發射前端設備，將信號從各種現場（建筑物內，街道，廣場，戰場等）傳到后方的指揮車，這種應用方式主要是受到發射機功率的限制，因為人員攜帶設備在功耗和功率上都必須降低要求，對發射機的供電和天線的長度以及設備的體積和重量都要綜合考慮，因此，傳輸距離在可視條件下不超過 2千米。

3．3．2 車到指揮中心

車到指揮中心，一般利用衛星信道，衛星通信設備安裝在指揮車上，接收系統安裝在衛星地面站，再通過地面站加入通信專網，從而實現現場與各級指揮中心的互聯互通。 利用車載視頻會議設備，可加入專網視頻會議系統，實現現場音視頻信號與各級指揮中心的雙向通信。

由于采用專用衛星通信信道，帶寬可達 2M，且不存在建筑物阻擋等限制條件，其覆蓋范圍大大提高，有效地提高了保障效率。

4結束語。

黃河素有“懸河”之稱，河床普遍高于兩岸地面 4～6 米，黃河山東段兩岸堤距上寬下窄，河道縱比降上陡下緩，排洪能力上大下小,防汛壓力大，針對山東黃河防汛工作整體要求和信息化建設現狀，充分運用現代計算機網絡技術、現代通信技術，建立科學、高效的防汛指揮系統，提高音視頻信息采集、傳輸、處理和防汛調度決策的實效性和準確性，逐步形成連接各地區和各專業應急指揮機構、統一高效的應急平臺體系，實現對黃河防汛工作的優化配置和科學管理。

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