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              無線資訊

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              單兵無線圖像傳輸技術的應用特性

              作者: admin 時間:2017-01-17 來源:未知
              摘要:一、背景 進入二十一世紀后,人們對信息的需求迅猛增長,對頻寬的需求與日俱增,無線通信得 到了蓬勃發展,各種無線新技術和通訊方式層出不窮。無線圖像傳輸技術已經作為一種...

              一、背景

                進入二十一世紀后,人們對信息的需求迅猛增長,對頻寬的需求與日俱增,無線通信得

              到了蓬勃發展,各種無線新技術和通訊方式層出不窮。無線圖像傳輸技術已經作為一種必備通信方式應用在事故救援、重大事件現場保障等活動中。其中,單兵無線圖像傳輸技術將應急現場圖像進行采集后及時傳輸,以其機動靈活的特點發揮著越來越重要的作用,已經成為一種必不可少的通信保障手段。

              二、現狀

                無線圖像傳輸設備從技術應用標準上廣泛的分為三類:第一種是公用網絡型,利用移動、聯通等網絡,采用包括GSM、CDMA、3G等技術進行傳輸;第二種是專用網絡型,利用無線網絡采用包括WLAN、DSSS、MESH等技術的網絡進行傳輸;第三種是專業圖像傳輸型,利用數字移動電視傳輸網絡采用包括COFDM、8VSB、TDS-OFDM等技術的專業無線圖像傳輸。以上三類技術各有不同的應用面和優缺點,但是從專業技術應用角度,在其圖像質量、傳輸距離、移動性能、集成性能來說,第三類已經成為單兵無線圖像傳輸的主要技術和專業產品。

                在第三類無線圖像傳輸設備中,主要以COFDM為代表,首先適合在城區、城郊、建筑物內等非通視和有阻擋的環境中應用,具有卓越的繞射、穿透能力,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??;其次適合高速移動中傳輸,可應用于車輛、船舶、直升機/無人機等平臺;第三適合高速數據傳輸,速率一般大于4Mbps,滿足高質量視音頻的傳輸;第四在復雜電磁環境中,COFDM具備優異的抗干擾性能;第五在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。

              三、特性分析

               ?。ㄒ唬┥漕l特性

                無線電頻率是一種稀缺資源,主要服務于電臺、移動通信、微波站、衛星,從法律法規上沒有明確規定無線圖像傳輸設備的專用頻率,國家無委在“5.12”地震后確定336M~344MHz作為應急機動圖像傳輸設備工作頻率,此外,L頻段(1000M~1500MHz),其反射傳輸性能出色,適合在城區、空中應用。如果在實際應用中采用雙頻工作模式,既可以提高設備抗干擾性能,降低對其他通信設備的干擾和污染,而且同時具有UHF波段和L頻段的傳輸特性,將非常適合復雜電磁環境和各種不同地理環境的應用。

                射頻帶寬越窄越方便于應用,但是會影響圖像質量。目前采用多種帶寬兼容的傳輸技術,設備可以同時工作在1.2M~8MHz帶寬,根據不同的圖像質量要求和傳輸距離要求選擇不同工作帶寬。

                除了工作頻率和射頻帶寬外,設備的頻譜特性、帶外抑制、頻道間隔等也是設備的重要指標。

               ?。ǘ﹫D像質量

                無線圖像傳輸設備的圖像質量主要是指圖像的分辨率和時延。圖像分辨率主要決定于兩個因素:傳輸速度和編碼方式。傳輸速率范圍從0.5M~10Mbps,傳輸速率越高,圖像質量越好。同時圖像質量還取決于射頻帶寬、調制方式(QPSK\16QAM\64QAM)等。通常無線單兵設備采用的圖像編碼方式有MPEG2\MPEG4\H.264三種主要方式。MPEG2編解碼是一種傳統的編解碼方式,主要應用于廣播電視領域等高質量圖像傳輸要求,其傳輸碼流在2. 4M ~10Mbps,圖像分辨率為720×576。而采用MPEG4編解碼方式主要應用在碼流較低時提高圖像分辨率,適合網絡傳輸,其傳輸碼流通常在0.5M~2Mbps,圖像分辨率是CIF,4CIF。H.264作為一種新的編解碼方式,能夠在同等傳輸碼流時提供更高的圖像質量。它引入了面向IP包的編碼機制,有利于網絡中的分組傳輸,支持網絡中視頻的流媒體傳輸。但是由于其應用成本較高,所以,目前采用的不多。

                圖像傳輸的時延對于決策指揮的反應非常重要,主要包括傳輸時延和設備編碼/解碼的時延。無線電的傳輸時延基本一致,傳輸1KM時延在3uS左右,可以忽略不計。而圖像編解碼的時延主要決定于編解碼芯片的運算速度,采用高速芯片運算速度時延在40~60mS以內,采用普通芯片時延在100~500mS之間。

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                單兵無線圖像傳輸設備的傳輸距離是用戶使用時的關注重點,同時傳輸距離是設備多個技術參數和應用環境決定的。主要因素有發射功率、天線增益、接受門限、工作頻率、電磁環境、地理環境等條件。從技術參數上主要是接收機的接收門限,通常采用DVB標準的通用接收機接收門限-93~-96dBm之間,而采用窄帶COFDM專業級接收設備的接收門限在-103~-107dBm之間,理論上傳輸距離比前者提高一倍以上,傳輸時通??梢越档蛨D像傳輸質量提高設備的傳輸距離。

                設備的傳輸距離根據無線電傳輸特性,其系統增益大于系統自由空間傳輸損耗則可以實現傳輸,而在阻擋情況下通常需要分析其阻擋損耗和反射增益,每一幢建筑物其阻擋損耗通常是10~20dB,每增加一次阻擋,傳輸距離會降低到1/3以下。

              (四)人機界面

                在使用單兵無線圖像傳輸設備過程中,良好的人機界面、分析診斷功能可以方便用戶操作設置、判斷故障、分析情況。

                在發射端可以調整發射機工作頻率、發射功率、射頻帶寬、編碼速率、加密密碼等功能。通常使用控制軟件能實現以上功能,但在使用中連接計算機非常不方便,部分產品能夠通過發射機的控制面板對以上參數進行設置和修改,可以設置多個以上不同工作頻道,設置每個頻道不同的傳輸碼流而提供不同的圖像質量和傳輸距離,提供視頻輸入告警功能判斷視頻輸入信號,提供待機/發射功能,提供功率調整功能。

                在接收端同樣可以通過軟件設置相應功能,接收機能夠通過控制面板顯示工作現場的頻譜監測、信號強度顯示、信噪比/誤碼率檢測等功能,非常方便用戶在使用時對周圍電磁環境的檢測、判斷系統工作狀況、分析確定傳輸距離,在用戶非專業技術人員和沒有專業檢測儀器時,非常方便用戶的使用。

                根據實際應用經驗,通常在電磁環境較好情況下,設備近距離使用時正常的接收信噪比在18dB以上,距離延伸一倍,信噪比降低3dB左右。圖像傳輸碼流4Mbps時,接收信噪比要求6~8dB,傳輸碼流2Mbps時,接收信噪比要求4~6dB,傳輸碼流1Mbps時,接收信噪比要求2~4dB。所以在實際應用中每降低一半傳輸碼流,傳輸距離能提高50%左右。

               ?。ㄎ澹┍銛y特性

                設備體積小、重量輕、功耗低、攜帶方便、傳輸性能好是設備推廣應用的重要條件。

                對發射端通常其發射功率1W以內是對人體電磁防護的要求。而設備的整機功耗是決定其體積重量的主要技術條件,而通常發射端的整機效率不到10%,單兵攜帶時要求設備工作溫度不超過人體體溫37.5度,大量功率要求設備通過金屬熱交換方式散發,所以提高設備整機效率是決定其體積重量的決定因素。較先進的發射設備整機效率達到15%以上,例如:發射功率1W時,整機功耗7W左右,這樣其體積相當于對講機大小,重量在400g以內,4AH鋰電池工作時間6小時以上,非常方便攜帶和使用。

                接收端的車載使用要求通常不高,采用標準機架19英寸1U的結構廣泛應用。大量的應用要求接收在脫離車輛、基站的條件下應用,采用一體化手持接收將非常適用,將天線、接收機、顯示器、電池、儲存設備集成一體,便于攜帶,同時將筆記本電腦作為接收端顯示、存儲也將非常方便。

              (六)應用環境

                具體使用中不同的環境條件,對單兵無線圖像傳輸設備的防護性能有不同的要求。在高低溫、雨雪天氣、危險氣體等環境條件下的應用將不斷擴大,要求單兵無線圖像傳輸系統能夠適應不同環境條件下的應用。

                溫度環境:我國地域遼闊,北方的低溫和南方的高溫環境要求設備有寬溫工作環境,通常要求設備工作溫度范圍在-15~45℃之間,而對于消防、火災應用環境要求設備工作高溫能夠在70℃環境中連續工作。

                濕度環境:通常要求設備工作相對濕度環境0~90%,而對于水災、消防、野外天氣等環境,要求設備能夠滿足符合IP55、IP56防護等級的防護要求,在潮濕、噴淋狀態下能夠正常工作。這類設備非常適合洪災、地質災害、火災等特殊行業部門的應用。

                特殊氣體環境:在特殊工業環境中,要求設備具備防爆功能,能夠在危險氣體、粉塵環境中工作。

              四、展望

                目前,單兵無線圖像傳輸設備已逐漸應用于車輛、船舶、飛機、機器人等移動載體中,對傳輸性能和應用環境有不同的要求,特別在EMC、振動、高低溫、防護等方面有不同的要求。隨著技術和工藝的不斷進步,單兵無線圖像傳輸設備將應用于更多領域,為社會的建設和發展起到更多的作用。

               

               

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