双向非视距无线传输系统解决方案

2010-12-10 16:01:48

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第一章  概述 
    公共安全重大突发性事件一般包括:战争、地震、台风、洪涝、特大交通安全事故、飞机失事、火车出轨、客轮遇险、特大建筑质量安全事故、民用爆炸物品和危险 化学品特大事故、生物恐怖事件、山体崩塌滑坡、井下透水/瓦斯/坍塌、锅炉/压力容器/压力管道和特种设备特大事故、特大急性中毒、重大疾病与突发性疫 情、重大环境污染、聚众械斗/骚乱/暴乱/叛乱、邪教活动、核泄露事故、网络黑客事件、其他特大安全事故等。
    这类重大突发性事件的共同特点一是突然性,二是没有预见性或难以预见。因此我们必须在平时制定相应的应对预案,以加强对此类事件的监控;除避免事件发生外,一个重要目的是:对突发事件顺利实施应急救援和监控。
    信息和网络技术的应用是应急救援预案设置工作的一项重要内容,是保证突发事件应急指挥和处理所必须的硬件。只有在一个有效、高速、安全的现代信息网络上才能实现快速反应,从而达到应急指挥和监控的目的。
    将图像监控系统安装在可以高速移动和机动的车辆或飞机上,这就将应急指挥的监控范围和应急程度大大提高,由无线数字图像传输电台组成的车载图像传输系统, 主要目的是用于应急指挥中心对移动车辆同应急指挥中心的数据、语音和图像实时传输。使指挥机关和领导能在指挥中心或在办公室中甚至首长车内看到实时传输的 现场图像,如亲临现场,及时了解重大突发事件现场实况,做作出准确的分析判断,达到实时指挥,提高决策系统的快速准确性,增强快速反应能力、指挥能力和突 发事件的处置能力。因此保证信息的可靠、安全和实时快速传输是该系统的核心要求。无线数字图像通信系统研究和应用,对于提高应急指挥快速反应能力,打击恐 怖活动,打击各种犯罪,维护社会安定,保障人民生活安全,有效处理各种突发事件,具有重要的社会意义。
 
    本方案采用完全采用太阳驹自主研发的将背负单兵声音图像经过无线信号通过车上背负单兵的接收机接收高清MPEG2图像,然后再经过车载COFDM发射机将 单兵背负图像以及车载两路图像通过另外一个频点无线信号经图像发射到指挥中心的接收天线上,指挥中心再通过接收机将图像还原成标准AV音视频信号,音视频 信号再经过高清D1的音视频服务器编码将图像通过LAN/INTERNET传输到世界各地以及分指挥中心。
 
 
 第二章  系统设计目标和原则
 
一、设计目标
●视频、语音实时同步传输
●背负单兵在通信指挥车通视5km范围内执行任务,并采集突发事故现场图像
●实现通信指挥车对背负式单兵的实时监控指挥
●实现通信指挥车到通信指挥车的实时监控指挥
●实现指挥中心对通信车、背负式单兵的实时监控指挥
●实现区域覆盖。
 
二、设计原则
    为使本系统达到技术先进,经济实用,安全可靠,质量优良的标准,设计过程中我们遵循了以下原则:
(1)实用性和安全可靠性
    所选择技术与设备针对用户的应用,实用可行与安全可靠是整个系统能够良好运行,发挥作用的关键。所以在系统设计时,实用和安全可靠是我们最基本的追求目标。
在设备选型和系统的设计中必须考虑采用被证明为成熟的技术与产品,尽量提高系统的可靠性与抗干扰性。
(2)先进性
    本系统在研发过程中大量采用先进技术,系统的设计吸收了国外同类产品的优点,使系统在国际同类产品中具有领先地位。在投资费用许可的情况下充分利用现代最 新技术、最可靠的科技成果,以便该系统在尽可能长的时间内与社会发展相适应。并使系统具有强大的发展潜力。在技术上采用计算机数字化图像压缩记录、无线网 络、等智能控制技术、可便于扩展和升级。
(3)经济性
    优化设计,造价合理,具有较高的性能价格比和较低的维护费用。充分利用设备资源,避免造成浪费。
(4)实用性
    前端发射机,联通机房接收机和服务中心选取质量可靠设备主机,操作简单、显示明了、维修方便、便于管理。
(5)可扩展性
    系统在设计阶段充分考虑了系统的扩容性,预留接口,使系统扩容余量大大增加。
(6)规范性和结构化
    无线网络视频传输系统在设计中着重参考更多方面的标准和规范,力求使各子系统做到结构化、标准化、模块化和系列化。
 
第三章  COFDM技术特点
 
 一、COFDM(信道编码的正交频分复用)全数字调制解调技术特点
    具备以下特点:
    绕射功能:在城区内车辆之间支持2~5 公里移动中传输,在建筑物顶与车辆/人员之间支持。
    移动速度:支持200 公里/小时高速移动中传输。
    传输速率:支持高清晰度音视频和高速数据传输。
    水面传输:在海岸与船艇之间传输距离40 公里以上。
    远距离传输:通视车载20公里左右。
    携带方式:发射机可单兵背负、车载、船载、机载、扣板使用。
    电池工作:单兵背负设备外挂双电池可连续工作8 小时以上。
 
二、抗多径能力
    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,表现出卓越的“绕射”与“穿透”能力。
    传统的微波设备,必须在可视条件(即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。
    设备采用先进的COFDM 调制解调技术,上述局面彻底改观。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。
 
三、适合高速数据传输,满足高清晰度音视频的传输
    高质量的视音频除对摄像机的要求外,对编码流、信道速率的要求也相当高。一般的数字微波、扩频微波传输中,虽然采用MPEG2 编码,但信道多采用2M 速率,如E1,使得解码后的图像分辨率一般为352×288,无法满足后期分析、存储、编辑等要求。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,能充分满足后期分析、存储、编辑等要求。
 
四、在复杂电磁环境中,抗干扰性能和抗衰落能力强
    TYJ 2008设备采用全数字调制解调方式及强大的串行级联编码方案。其串行级联编码方案模式为:外码+外码交织+内码+内码交织,获得很高的编码增益,使系统 在极低的信噪比下仍然可以正常工作。通过各个子载波的联合编码,TYJ 2008设备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。同时COFDM 技术具有更强的多径分集作用,特别适合城市快速移动的工作环境;结合空间分集、时间分集等多种先进的分集技术,极大增强系统的抗衰落能力。上述先进技术的 采用保证了产品在复杂的工作环境下具有极强的接收灵敏度,接收电平-100dBm 时仍能保证误码率<10E-6。
 
五、系统设计实用性好、可靠性高
    TYJ 2008 结合当前无线通信最新技术发展趋势,以移动多媒体传输系统为核心,在整个系统设计中贯彻一系列实用性原则,包括:采用多种不同的发射功率配置 (500mW/1W/2W/4W/10W)和天线配置,同时采用各种误码纠错技术和分集技术,在保证整个覆盖范围内性能的同时,尽量减少发射功率。
    调制参数可由用户设定,包括:
 信道带宽:16MHz/8MHz/4MHz/2MHz 可选;
 保护时间间隔:1/32、1/16、1/8、1/4 可选
 信道编码:1/2、2/3、3/4 可选
 调制星座图:QPSK/16QAM/64QAM 可选
 对外提供多种接口,便于用户开展多种应用。主通道扩展接口包括AV 视频接口、以太网标准接口(10/100BASE-T 自适应)和E1 数据接口,可以方便和图像编解码器和语音编解码器连接;辅通道接口提供RS232 数据接口和双向语音业务接口,其中双向语音可以和指挥中心进行语音联系。
 射频模块设计灵活,接收机系统的频率可以在300~900MHz,1000~1700MHz,2300~2700MHz 范围内设置,同时采用了适用于数字微波的低相位噪声的本振,提高了整个系统的抗相噪能力。
    同时考虑到使用质量是通信系统的生命,在系统设计时坚持了一系列可靠性设计原则:无源部件可以解决的就不用有源部件;固定连接可以解决的就不用活动连接;低功率可以解决的就不用高功率来实现。
 
 
第四章  系统整体解决方案
 
一、系统示意图
11、单兵传输系统示意图
 
 
12、车—车系统示意图
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13、单兵车载中继示意图
 
二、整体系统拓扑图
 
三、整体系统描述
    SPY-400M及移动式SPY-400S型无线高清晰度视频实时传输系统采用固定地点摄像(机动)和运动跟踪摄像(移动)相结合的方式,在城市环境、郊 区环境和山地环境等不同位置、不同角度对重要场景和主要部位进行高质量图像拍摄,并将所拍摄的图像、声音信号通过无线电或微波的传输方式传输到各接收地 点,再通过其他路由传输到指挥中心,进行视频信号的分发和处理。
     超短波COFDM无线音视频传输设备根据移动监视系统的实际需求特别开发的,完全适用于突发性应急事件或其它特殊情况的现场处理和控制。现场情况需要实时 而迅速地传回指挥中心,而事发地点又通常具有不确定性,车载实时传输系统发挥出强劲的技术优势和灵活反应能力,通过超短波无线视频技术将现场情况及时传回 指挥中心,便于远程指挥和调度,降低危险性,极大地缩短反应时间,增强战斗力。
    本方案采用完全采用太阳驹自主研发的将背负单兵声音图像经过无线信号通过车上背负单兵的接收机接收高清MPEG2图像,然后再经过车载COFDM发射机将 单兵背负图像以及车载两路图像通过另外一个频点无线信号经图像发射到指挥中心的接收天线上,指挥中心再通过接收机将图像还原成标准AV音视频信号,音视频 信号再经过高清D1的音视频服务器编码将图像通过LAN/INTERNET传输到世界各地以及分指挥中心。
 
第五章  系统组成及功能特点
 
一、系统组成
11、图像采集子系统
    摄像机   索尼DCR—R300E摄像机
12、单兵超短波无线传输系统
    单兵背负发射机
    发射天线
    电源(便携锂电池供电)
    车载接收机
    接收天线(加配吸盘,以便车顶安装)
13、车载超短波无线传输系统
    便携式车载发射机
    全向高增益车载发射天线
14、指挥中心无线接收系统
    指挥中心接收机
    高增益指挥中心接收天线
 
二、系统功能和特点
21、系统功能
    现场指挥功能:该系统能把单兵拍摄的现场情况传输到指挥车或者指挥中心,供指挥员进行指挥。
    工作频点切换功能:发送、接收设备工作频点可调,操作简单,可手动切换频点,可预设多频点;
    技术参数显示功能:不同的接收装置均显示实时动态图像,同时,可以显示工作频率频谱、图像误码率、信号强度等信息等等;
    加密功能:系统发射/接收机内置全数字加密,AES128位或选配256位;
    功率可调功能:系统在工作频段内频率01MHz步进连续可调,功率/调制方式等参数可调;
    电气兼容功能:无线发射时,无线电的频率避开车载其它通讯设备频率,以避免产生干扰。
22、系统特点
    ● 系统的架设方便快捷,不需要特殊的基建改造,只需要找个制高点,架设接收机的天线。以制高点为基站。尤其是不需要车辆的特殊的改装,完全可以实现即用即装,即拆即卸,非常方便。
    ●单兵超短波无线传输设备将现场所拍摄的一路图像实时传输到车载接收设备,然后通过车载接发射机传输到指挥中心,移动接收;方便灵活,可以根据实际的需求灵活使用。
    ●车载接收设备选择大功率超短波无线发射机,把接收到的单兵信号传输到指挥中心;
    ●指挥中心接收机天线安装在40米以上的铁塔或者高楼上面可以实现方圆几公里到十几公里范围内的信号接收(根据周边环境变化,距离有所变化)。
    ●超短波无线传输设备的图像质量DVD画质,声音可实现两路通道。
    ● 超短波设备支持25MHz的COFDM工作模式。
    ●超短波设备支持射频待机、系统告警、锁定、8频道触摸按键等友好操控界面,可以根据现场的电磁环境和实际的需要来切换频点。
    ●接收装置均可显示单兵拍摄的实时动态图像,同时,可以显示工作频率频谱、图像误码率、信号强度等信息。
    ●微波系统发射/接收机内置全数字加密,AES128位或选配256位。
    ●超短波系统在工作频段内频率01MHz步进连续可调,功率/调制方式等参数可调。
    ●微波系统工作频段可以在UHF、L或S波段内选择,也可根据用户要求或者实际需求订制。
    ●超短波系统采用国际上先进的扩展性正交编码频分复用板卡,调制方式采用QPSK的数字调制方式,支持支持高速移动,最大移动速度250Km/h以上。
三、无线传输设备性能指标
    无线传输设备性能指标:
调制方式:   COFDM,2K,QPSK
工作频段:    300MHZ—85G或根据用户要求定制
信道带宽:    8MHz;
图像压缩格式: MPEG2   4:2:0
传输距离:    背负型发射模块非通视情况下2-5公里、通视5-15公里;
              车载式非通视情况下5-10公里、通视10-20公里;
输出功率:    背负型1-2W 、 车载型30-50W           
传输时延:    小于200ms
移动速度:    每小时不低于150公里;
通道带宽      8MHz
FEC:         1/2
保护间隔:   1/8
电源接口:    航空插头
设备重量:    发射端:65Kg   接收端:40Kg
供电:        AC 220V(车载) AC12V3A (背负)
工作温度:    -45°C~+70°C;
设备外观:    120×60×200,25Kg
环境湿度:    不小于95%
 
    无线传输设备音视频技术指标
图像制式:        PAL;
视频压缩解压标准:MPEG-2;
分辨率:         720水平线 576垂直线;
视频速率:       大于4Mbit/s(速率可调);
音频通道:       单声道。
 
   无线图像接收设备技术指标
接收技术:   全向天线接收
覆盖范围:   全向360°
接收天线增益: > 10db
接收门限:     </= -90dBm
输出接口: 标准AV接口,可同时输出一路VIDEO视频
电源供电:        AC220V
       
四、系统接口技术指标
 1、背负型前端发射模块
    与摄像设备接口技术要求:复合图像BNC接口,声音单声
    电源接口:三芯航空插头
    电池:锂电 3AH或车载电瓶
 2、大功率车载型前端发射模块
    外置独立功放射频接口:L16
    与电源设备接口技术要求:AC220V   7A
    可利用载车自身直流电源供电
    安装尺寸:19寸标准机架式
 3、图像接收设备
    输出接口:标准AV接口,声音RCA(L/R);
    接地电阻要求:小于4
    电源要求:    AC220V
    安装要求:    19寸标准机架式
  • 关键词:
  • 双向
  • 视距
  • 无线传输
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