視頻圖像無線傳輸中運用微波技術(shù)的思考

摘? 要：視頻圖像傳輸是支撐電視監(jiān)控的一項功能，其可以分為有線、無線兩種形式，其中，有線傳輸出現(xiàn)的時間較早，應(yīng)用表現(xiàn)也非常突出，因此開始迅速普及。但是隨著應(yīng)用范圍的擴張，人們發(fā)現(xiàn)視頻圖像有線傳輸存在應(yīng)用條件上的限制，如當監(jiān)控點與中央控制端距離過遠，會導(dǎo)致有線傳輸運作質(zhì)量大幅下滑，且出現(xiàn)巨大的成本。因此，通過不斷的研究，視頻圖像無線傳輸應(yīng)運而出。視頻圖像無線傳輸突破了有線傳輸?shù)木嚯x、成本限制，讓視頻圖像傳輸?shù)膽?yīng)用價值得到提升，而微波技術(shù)是實現(xiàn)無線傳輸?shù)闹匾夹g(shù)，因此，要對視頻圖像無線傳輸進行應(yīng)用，必須對微波技術(shù)有深刻的認知，本文將對此展開相關(guān)研究。

關(guān)鍵詞：視頻圖像無線傳輸;微博技術(shù);電視監(jiān)控? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 中圖分類號：TN292? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

導(dǎo)語

以微波技術(shù)為基礎(chǔ)的視頻圖像無線傳輸較于其他形式的無線傳輸，具有容量大、質(zhì)量高、傳輸距離遠等優(yōu)勢，因此，微波技術(shù)在電視監(jiān)控領(lǐng)域與網(wǎng)絡(luò)建設(shè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。微波技術(shù)的核心在于“微波”，這種波段具有頻率高、波長短，傳播速度接近光波等特點，且可以通過傳輸路徑改造規(guī)避微波技術(shù)的一些缺陷。我國最新研發(fā)的微波技術(shù)頻段K正在迅速推廣中，這種頻段的微波的頻率過于高、波長過于短，在應(yīng)用中雖然能夠讓傳輸效率更快，但是K頻段微波是直線運行的，如果傳輸過程中遭遇阻礙就會形成反射或倍隔斷，而針對這一問題，可以采用中斷轉(zhuǎn)發(fā)進行規(guī)避。另外，我國目前最常用的微波技術(shù)頻段是L、S、C，這三種頻段雖然在效率上弱于K，但是適用性更強，因此，如何正確選擇微波技術(shù)，會影響到視頻圖像無線傳輸?shù)馁|(zhì)量，這一點需要相關(guān)人員引起重視。

1.微波技術(shù)概述及其特點

1.1微波技術(shù)概述

微波技術(shù)中的“微波”是一種頻率在300MHz-3000GHz范圍內(nèi)的電磁波，屬于無線電波中的一種有限頻帶，它的波長在1米（不含1米）至0.1毫米之間，可以分為分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波等幾種，其中，最常用的是分米波、厘米波、毫米波（亞毫米波還在研究過程中，還沒有得到實際應(yīng)用）。根據(jù)“微波”的特性，在微波技術(shù)使用中，需要依照實際情況設(shè)定微波的頻率范圍、中心波長、常用主頻率、波長（表1展示了L、S、C、K四種微波的參數(shù)），因為微波與微波之間會形成干擾，所以不能重合使用。原理上，“微波”作為微波技術(shù)信息傳輸中的主要載體，它的工作頻率越高，其結(jié)構(gòu)越小、信息容量越大、信號分辨率越強，但同時也會帶來更大的損耗，因此，在使用中必須控制傳輸距離，否則容易造成信號質(zhì)量問題。另外，現(xiàn)代以微波技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的信息通信系統(tǒng)普遍會增上一個擴頻功能，這項功能能夠?qū)π畔⑦M行擴展，使其在更寬的帶寬上進行傳輸，這樣信息就不容易被人為攔截或干擾，具有良好的抗衰落能力。表2展示了“微波”與工業(yè)用電和無線電中波廣播的參數(shù)區(qū)別，以便于將三者進行比較。

1.2微波技術(shù)的特點

“微波”作為電磁波的一種，其必然具有電磁波的反射、透射干涉、衍射、偏振、能量波動等特點，這些特點使得微波技術(shù)在生產(chǎn)、傳輸、擴大、輻射“微波”時，不能采用普通無線電或交流電的方法，需要嚴格采用“電磁場”概念進行運作，這是微波技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵點。

1.2.1特點一

因為“微波”是直線傳輸?shù)?，所以，如果在傳輸過程中遇到了阻礙，且阻礙物質(zhì)具有金屬表面，則必然會引起“微波”反射，反射方向上與光反射原理一致。如果“微波”在直線傳輸中遇到了“鐵塊”，則會根據(jù)“鐵塊”表面的形狀、角度等形成反射波，代表“微波”傳輸倍阻隔。此外，如果在傳輸過程中遇到的阻隔物不是金屬材質(zhì)的，則可能會引發(fā)散射、吸收等問題，但最終結(jié)果都是“微波”無法繼續(xù)傳播。

1.2.2特點二

首先，“微波”的運作頻率極高，因此，其具有很突出的輻射效應(yīng)，這一點在早期視頻圖像有線傳輸中非常常見，即在早期視頻圖像有線傳輸應(yīng)用中，會采用普通導(dǎo)線來傳播“微波”，但是“微波”受普通導(dǎo)線影響，其能量會不斷向周邊輻射，這說明傳輸距離越長，則“微波”能量越弱，造成傳播強度衰減問題。因此，視頻圖像有線傳輸不再適用，視頻圖像無線傳輸?shù)玫搅烁嗟年P(guān)注。

其次，在視頻圖像無線傳輸中，因擴頻技術(shù)的使用，讓微波技術(shù)升級為“微波擴頻技術(shù)”。這種技術(shù)一般采用直接序列實現(xiàn)擴頻，即在傳輸中采用高碼率擴頻序列，將序列作用于信號發(fā)射端，可以起到擴展信號頻譜的作用，同時，要在接收端設(shè)置相同的擴頻碼序列，由此實現(xiàn)解擴，讓擴頻信號還原成原有信號，以便于讀取。此外，除了直接序列擴頻形式以外，現(xiàn)代還存在另一種擴頻技術(shù)形式，即跳頻技術(shù)。這種技術(shù)主要采用隨機碼對跳頻載頻進行控制，在帶寬范圍內(nèi)依照隨機規(guī)律不斷調(diào)換頻率，同時依照相同規(guī)律對接收端頻率進行控制，這樣就能夠讓發(fā)射端、接收端的頻率變化保持動態(tài)性一致關(guān)系，不會影響到信號接收。視頻技術(shù)的使用意義在于：能讓微波技術(shù)的抗干擾、保密、多址、組網(wǎng)、抗多徑等能力提升，但要充分發(fā)揮擴頻技術(shù)功能，還必須根據(jù)實際情況選擇技術(shù)形式。

2.視頻圖像無線傳輸中微波技術(shù)的應(yīng)用

要在視頻圖像無線傳輸中應(yīng)用微波技術(shù)，就必須使用擴頻技術(shù)對微波技術(shù)進行升級，使其成為“微波擴頻技術(shù)”，因此，以“微波擴頻技術(shù)”為核心，根據(jù)“微波擴頻技術(shù)”應(yīng)用案例，將該項技術(shù)的應(yīng)用流程簡化為三個步驟，即頻點選擇、擴頻技術(shù)選型、方案構(gòu)建。

2.1頻點選擇

最早在視頻圖像無線傳輸中使用微波技術(shù)的國家是美國。其在20世紀80年代末期，通過FCC（美國聯(lián)邦通信委員會）開放了一種全公開的微波頻段，即ISM（Industrial，Scientific，andMedical），此舉讓微波技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用得到了廣泛關(guān)注，引起了世界其他科技強國中相關(guān)領(lǐng)域人員的研究熱潮。在這一背景下，我國在當時也開發(fā)、開放了兩種ISM頻段下的頻點，即2.4GHz和5.8GHz。其中，2.4GHz通過IEEE802.11b標準協(xié)議即可使用，能夠支撐5.5Mbps、11Mbps兩種物理層速率，同時具有良好的靈活性表現(xiàn)，能根據(jù)環(huán)境在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps中來回切換，保障通信順暢，還能在2Mbps、1Mbps速率下與IEEE802.11保持兼容關(guān)系;5.8GHz通過IEEE 802.11a標準協(xié)議即可使用，它的傳播速率可以達到54Mbps，這是2.4GHz不具備的特點，同時，因為5.8GHz與2.4GHz的差異，5.8GHz會避開2.4GHz頻點，避免頻點擁擠。在這兩種頻點條件下，微波技術(shù)在視頻圖像無線傳輸中的應(yīng)用需要根據(jù)兩個要點來進行選擇，確保視頻、圖像信息傳輸滿足實際要求，即成本與傳輸效率。2.4GHz因為其公開性良好，出于成本角度，會帶來大量的用戶，但是，如果在視頻圖像無線傳輸中，需要微波技術(shù)有良好的傳輸效率表現(xiàn)，則不建議采用這種頻點;5.8GHz與2.4GHz頻段完全相反，其傳輸效率快，但其成本較大。

2.2擴頻技術(shù)選型

根據(jù)以上（2.2技術(shù)特點中的特點二）分析可知，微波技術(shù)中的擴頻技術(shù)具有兩種形式，即直接序列、跳頻。其中，直接序列在擴頻運作上具有傳輸距離遠、傳輸效率快的特點，但因為其擴頻后的微波是直線運行的，因此，如果環(huán)境中存在阻隔，會帶來很多負面影響，甚至無法實現(xiàn)微波無線傳輸。因此，在選擇直接序列擴頻之前，必須對環(huán)境的通暢度進行分析，如果有很多阻隔因素，則不建議選擇直接序列擴頻，但如果條件運行，這種擴頻技術(shù)更具優(yōu)勢;而跳頻擴頻技術(shù)在傳輸距離、傳輸效率上雖然弱于直接序列擴頻，而它的優(yōu)勢在于抗干擾能力強、靈活性優(yōu)秀，即如果環(huán)境中存在阻隔因素，在跳頻技術(shù)使用中可以在每個阻隔因素附近安裝一個接收端，再由接收端將“微波”發(fā)送到另一個接收端，以此類推，最終將“微波”發(fā)送到用戶終端即可。同時，在跳頻的強抗干擾能力下，當其遇到超過固定容限干擾（如反射源不規(guī)則的無規(guī)則全反射、噪聲干擾等）時，可以很好地避開干擾，確保信息傳播質(zhì)量。

2.3方案構(gòu)建

在直接序列、跳頻基礎(chǔ)上，視頻圖像無線傳輸中微波技術(shù)的應(yīng)用方案可以分為兩種，這兩種方案的特點與直接序列、跳頻高度一致（即采用直接序列，只設(shè)置終端、接收端即可，而采用跳頻則在終端與接收端之間，再設(shè)置若干中轉(zhuǎn)接收端）。但是，無論采用哪一種擴頻技術(shù)，視頻圖像無線傳輸中微波技術(shù)的應(yīng)用方案構(gòu)建要具備兩大要素。

2.3.1要素一

在視頻圖像無線傳輸中微波技術(shù)的應(yīng)用方案中，終端與接收端、接收端與相鄰中轉(zhuǎn)接收端之間的距離都要盡可能的保持在視距范圍內(nèi)，此舉是為了保障傳輸過程中信號的強度。即雖然微波技術(shù)與擴頻技術(shù)可以避免信號強度衰弱，但“微波”的能量衰減性會導(dǎo)致避免的不徹底，在長距離傳輸中依然可能出現(xiàn)信號強度不足的問題。然而，如果終端與接收端、接收端與相鄰中轉(zhuǎn)接收端之間的距離在視距范圍內(nèi)，則強度衰弱程度很低，且經(jīng)過中轉(zhuǎn)接收端的再次擴頻，可以再次提高信號強度，這樣才能完全避免信號強度衰弱現(xiàn)象，消除長距離信號強度不足的問題。這里提到的“視距”在電視監(jiān)控中，是指單個監(jiān)控設(shè)備的最大拍攝范圍。

2.3.2要素二

中轉(zhuǎn)接收端的解擴速度應(yīng)該盡可能的快，即在跳頻擴頻技術(shù)形勢下，視頻圖像無線傳輸中“微波”需要中轉(zhuǎn)多次才能到達終端，這必然會導(dǎo)致傳輸速度變慢，但是，如果變慢的幅度較小，則尚且可以接收，而如果每個中轉(zhuǎn)接收端的解擴速度比較慢，則變慢幅度會很大，造成嚴重的信息延時問題，這與電視監(jiān)控的實時性原則不符。因此，每一個中轉(zhuǎn)接收端的解擴速度要盡可能的快。要讓每一個中轉(zhuǎn)接收端的解擴速度要盡可能的快，應(yīng)當重點考慮帶寬資源分配問題，每個中轉(zhuǎn)接收端占用的帶寬資源越多，則其解擴速度越快。

3.視頻圖像無線傳輸中微波技術(shù)的應(yīng)用案例

首先，某電視監(jiān)控系統(tǒng)由定向天線、無線網(wǎng)橋、全方位攝像機、網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器、網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器組成。其中，定向天線是決定系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素，需要根據(jù)實際情況設(shè)置，即該系統(tǒng)采用的是直接序列擴頻，因此，微波是直線傳輸?shù)?，這時天線與天線（天線代表了發(fā)射端與中轉(zhuǎn)接收端）的間距要保持在視距范圍之內(nèi)，且在兩個相鄰的天線之間有一個較短的通信距離，這個距離區(qū)間內(nèi)最好不要有阻隔物，特別是阻隔性強、厚度大的物質(zhì)（如果條件不允許，則最多可以存在2個左右1m左右的阻隔物，但是這樣會導(dǎo)致系統(tǒng)性能不穩(wěn)定）。另外，考慮到氣候?qū)μ炀€性能的影響，需要對天線進行增益，即在相鄰天線傳輸中，確保兩端天線極化方向相同，再對某一端天線的方向進行調(diào)整，同時，對雙方接收電平進行檢測，找到最大電平后保持當前天線狀態(tài)即可。

其次，針對無線網(wǎng)橋采用2.4GHz頻點與直接序列擴頻技術(shù)，并對網(wǎng)橋發(fā)射功率可調(diào)區(qū)間進行設(shè)置，即1mW～600mW。在接收端選擇了在傳輸速率11Mbit/s條件下，靈敏度達-85dB、傳輸距離達20km的設(shè)備，且采用軟件對設(shè)備進行監(jiān)控，以保障設(shè)備運作始終保持在最佳狀態(tài)。

最后，考慮到天線在方案中位于建筑最高點，容易遭遇雷擊，因此，方案中還采用了避雷器來保護天線與無線網(wǎng)橋的安全，即避雷器的使用在天線遭遇雷擊時，第一時間將天線與網(wǎng)橋斷開，隨后借助軟件恢復(fù)連接狀態(tài)即可，且考慮到方案頻點為2.4GHz，因此，避雷器為3GHz避雷器。此外，案例中全方位攝像機、網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器、網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器的具體功能見表3，它們主要根據(jù)實際監(jiān)控要求來布置，與對應(yīng)天線、無線網(wǎng)橋連接即可。

結(jié)語

綜上所述，本文對“視頻圖像無線傳輸中運用微波技術(shù)的思考”課題進行了研究，分析了微波技術(shù)的原理與特點，并結(jié)合理論闡述了微波技術(shù)在視頻圖像無線傳輸中的應(yīng)用情況，通過分析可知，微波技術(shù)在視頻圖像無線傳輸中的應(yīng)用需要注意的三個重點。最后通過案例解析了微波技術(shù)的應(yīng)用方法，以供相關(guān)領(lǐng)域人員參考。

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作者簡介：龐剛（1979-），男，遼寧海城人，碩士，高級項目經(jīng)理，研究方向：媒體視頻技術(shù)-互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。