无人区无线监控传输技术的研究

2022-11-18

1 无线监控传输技术的发展

无线微波通信是二十世纪五十年代开始实际应用的一种通信技术, 早期视频监控处于模拟监控时代, 就出现了第一代无线监控系统, 这时的监控系统以微波的方式发送模拟的视频信号, 模拟视频信号的传输系统受气候环境影响较大, 抗干扰能力弱, 安全性低。随着技术的发展, 微波扩频技术在应用于无线传输, 波段民用化及视频图像压缩标准不断改进, 支持IEEE802.1lb/g/a的无线网络产品也随之面世, 视频技术亦实现了模拟信号转为数字信号的功能, 将连续的模拟信号通过AD芯片采集后交由专用数字信号处理器处理, 并按照IP包的格式进行数据封装, 以网络信号发送出去, 两种技术的结合完全能够保证视频的稳定可靠的传输。

2 系统结构及工作原理

2.1 系统结构

本项目根据京新高速实际情况, 将路段监控设备信号通过无线传输系统传至监控中心, 实现路段视频的监控。无线通信传输系统由无线微波发射机、无线微波中继器、无线微波接收机组成, 通过无线微波发射和接收信号, 实现远程监控视频的传输, 微波传输频段使用5.8G公共频段, 能够满足频段免申请、抗干扰能力强、远距离传输的需求。传输系统在中心机房配置汇聚交换机、存储服务器、管理计算机、液晶监视器等设备, 实现整个传输系统的融合。

2.2 工作原理

无线传输系统工作时, 无线发射机收集数字高清视频信号, 通过微波将信号发出, 无线中继收集发射端发出信号和本地视频信号再通过微波进行信号转发, 无线接收机将收集到的信号传入交换机, 实现视频传输功能, 无线微波可以进行双向信号收发, 既能实现视频的接收也能满足控制信号的下达。

3 关键技术

3.1 无线微波扩频技术

微波扩展频谱技术, 简称微波扩频技术, 是90年代以来在美国发展起来的一种新型民用计算机无线网络技术。其主要技术特点是使用微波作为传输媒介, 以扩展频谱方式发射信号的传输技术。扩频技术是使用比发送的信息数据速率高许多倍的伪随机码, 把载有信息数据的基带信号的频谱进行扩展, 形成宽带的低功率谱密度的信号来发射。微波扩频技术最常用的方式有两种:一种是跳跃扩频技术, 它以随机模式传输信号, 信号传送过程中要经过多次握手和同步, 效率较低。另一种是直接序列扩频技术。它通过宽带调制发射, 与传统的无线电窄带调制发射方式不同, 它以固定模式传输本频段内信号, 可以更加充分地利用带宽。无线监控传输这种对带宽要求较高的方案, 直接序列扩频技术的应用是较好的选择。

3.2 频段的选择

5.8GHz是2002年7月无线电管理委员会核准免费运营的频段, 5.8GHz频段频率支持工作在5.725~5.850GHz的IEEE802.11a标准, 支持最大54Mbit/s动态速率调整。由于频率较高, 设备抗干扰能力相对较强, 同时它可以满足高带宽应用支持的需求。本项目由于传输距离相对较远, 且视频信号均为高清视频, 传输带宽要求比较高, 所以无线微波传输介质选择在5.8GHz上进行数据传输, 通过直接序列扩频技术, 能够实现传输速率高、发射功率小、保密性好、抗干扰能力强的效果, 而且能很好的适用于多点通信, 配置好合适的增益天线后, 其视距内传输距离可达100公里。

4实践应用

中交京新高速路在额济纳旗境内穿越近200公里无人区, 无人区路段通过视频监控实时观测交通状况, 项目每隔8公里设置一处监控点, 配置网络高清云台摄像机, 摄像机安装立杆高13米, 以太阳能方式进行供电, 无人区路段监控汇聚点位于风雷山服务区监控室, 在风雷山服务区监控室设置本地监控平台并将视频数据汇集通过高速公路自有通信系统上传。视频传输方面, 由于监控点距离8公里, 且各监控点均在视距以内, 所以本项目生产设计使用能够传输10公里的无线传输设备。该套无线微波传输设备采用内置天线, 工作频率为4900MHz~5850MHz, 发射功率30d Bm, 设备灵敏度为-96d Bm@6Mbps、-75d Bm@54Mbps, 支持IEEE802.11a/n协议, 天线增益27d Bi, 传输净带宽大于150Mbps。该设备采用MIMO技术, 支持多路天线和定向天线, 支持点对点连接 (PTP) 、点对多点连接、无线接力、无线漫游 (WDS) 等所有无线功能。同时该设备还配置了firewal, VPN, 带宽管理, Qo S等功能。同时根据传输距离的远近, 可增加外置定向天线, 实现50公里以上的视距内点对点超远距离传输。

系统实施过程中, 天线的安装是系统实施的最重要步骤, 天线设置于摄像机立杆11米处, 由于是点对点定向传输, 天线的角度要求很严格, 施工时在两端天线极化方向相同、方向大致对准的情况下, 先调整一端天线的方向使本方或对方的接收电平为最大, 再调整另一端天线的方向使接收电平为最大, 如此反复几次, 直到双方天线处于最佳状态。系统安装完毕后, 对各个监控点进行IP配置, 并根据里程编号, 实现视频集中化管理。

摘要：以中交京新临白高速公路所处无人区监控系统工程为实例, 开发研究一套无人区无线通信监控视频传输方案。由于工程所在地为无人区, 地势平坦且视距远, 传统的光传输通信方案造价高, 施工难度大, 而且后期光缆维护成本大。借助有利的地理条件和施工现场的实际情况, 开发使用一种无线传输系统, 将路段的视频信号通过无线载波传送至各通信中心归集, 实现视频无线传输目的。此方案的开发研究, 可适用于各种不易布置有线传输通道的工程现场。

关键词：无线通信,视频传输