數字微波通信在水庫系統視頻監控中的應用

摘要：由珊瑚沙水庫、大刀沙泵站以及九溪水廠三者構成的水庫系統受地理或成本因素的限制，電纜、光纖等有線方式無法實現視頻監控，而新興的無線方式3G、VPN因涉及公網影響安全性而不予采用。文章引入了一種新方式——無線數字微波通信，從工程角度來分析項目需求和選擇相關技術參數，對硬件平臺的搭建和軟件平臺的配置，提出了具體的方法。實踐證明，對于本項目的水庫系統視頻監控，無線數字微波通信是最合理的、行之有效的傳輸通信方式。
關鍵詞：無線數字微波通信；視頻監控；水庫；無線網橋；擴頻技術；頻段；帶寬

0 引言
視頻監控是水庫管理中必不可少的措施。隨著科技的發展，視頻監控在水庫系統管理中所起的作用越來越明顯。目前遠程監控多采用同軸電纜或光纖來實現監控中心與各監控點的連接和通信。然而由于地理因素的限制，監控點和監控中心之間往往有河流山川或者農田阻隔，傳統的電纜或光纖布線成本極高，施工難度極大；并且考慮到安全性問題，水庫系統通信不宜在公網上進行。這時，無線數字微波通信的優勢就體現出來了。

1 無線數字微波通信技術的發展歷史
從20世紀30年代起，最初的微波通信系統都是模擬制式的，它易受天氣、建筑物遮擋等環境因素的影響。70年代起陸續出現了中小容量(如8Mb／s、34Mb／s)的數字微波通信系統，這是通信技術由模擬向數字發展的過渡階段。80年代后期，隨著同步數字系列(SDH)在傳輸系統中的推廣應用，出現了155Mb／s的SDH大容量數字微波通信系統。如今，隨著微波擴頻技術和視頻圖像壓縮技術的不斷更新，通過支持IEEE 802．11b／a／g協議的無線網絡產品，采用H．263／MPEG-1／2／4等格式的數字視頻流完全能夠穩定可靠地進行傳輸，在條件滿足的情況下，無線傳輸的距離最遠可以達到50km。無線數字微波通信技術因其投資小、建設快、應用性強、傳輸距離遠、信號質量好、抗干擾能力強等優點，開始逐步受到人們的重視。

2 無線數字微波通信的項目需求分析
2．1 頻段的選擇
20世紀80年代，美國聯邦通信委員會(FCC)對使用無線電的計算機通信開放了無需申請就可以使用的ISM(Industrial，Scientific，and Medical)頻段。我國也先后開放了2．4GHz和5．8GHz作為ISM頻段。
2．4GHz支持IEEE802．11b標準，其物理層的傳輸速率最高可達11Mbps。工作在2．4GHz頻段的設備，一般只有3個不干擾的信道。5．8 GHz則支持IEEE802．11a標準，其物理層傳輸速率最高可達54Mbps。工作在5．8GHz頻段的設備，一般有24個不交疊的工作信道。
本項目的水庫系統中共需要監控點12個，珊瑚沙水庫和大刀沙泵站各占6個，為避免同頻間干擾以及提高視頻信號傳輸效率，無線傳輸需要工作在5．8GHz的頻段下。
2．2 監控點到監控中心距離的分析
珊瑚沙水庫和大刀沙泵站前端各有6個監控點，每個點上有1個監控攝像機，前端監控點最遠處距監控中心一一九溪水廠的中央控制室約有2km，且監控點均在監控中心90°的范圍之內，便于無線網橋連接分別位于不同建筑中的監控網絡。由此可見，本項目中監控點與監控中
心的距離以及角度，都符合無線數字微波通信的要求。
2．3 帶寬分析
水庫和泵站各有6路視頻圖像，兼顧到質量巡檢取證需要較高清晰度的視頻記錄，為此，監控視頻的傳輸格式選擇清晰度較高的D1的圖像格式(像素為702×576)。一般來說，1路D1格式的圖像所占的無線信號傳輸帶寬約為2Mbps，因此水庫和泵站，各所需無線信號傳輸帶寬為12Mbps。為此，我們需要選用實際無線信號傳輸帶寬至少高于12Mbps的無線網橋設備。艾克賽爾的無線網橋在傳輸時能提供高達24Mbps的實際無線信號傳輸帶寬，因此采用點對多點方式傳輸后，完全能夠滿足整個視頻監控帶寬的需要。
2．4 擴頻技術選擇
2．4．1 擴頻技術的原理
微波擴頻技術的原理，簡而言之就是增加帶寬，以在較低信噪比的情況下可靠地傳輸信息，即在發射端擴展了信號頻譜，在接收端還原了信息。另外，由于衰落僅對一小部分特定頻率的信號造成影響，所以擴頻技術在克服衰落影響方面也很有優勢。由此可見，擴頻技術的優點在于較強的抗干擾抗衰溶能力以及保密、多址、組網、抗多徑等。
2．4．2 直擴技術和跳頻技術
在微波通信方面，往往涉及劍直接序列擴頻技術和跳頻技術。直接序列擴頻簡稱直擴，就是將所傳送的信息經過高速率的偽隨機序列編碼后對載波進行調制，降低進入解調器的干擾功率來達到抗干擾的目的。跳頻技術則是靠載頻的隨機跳變，將干擾排斥存接收通道以外來達到抗干擾的目的。