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一、背景

　　進(jìn)入二十一世紀(jì)后，人們對(duì)信息的需求迅猛增長(zhǎng)，對(duì)頻寬的需求與日俱增，無(wú)線通信得

到了蓬勃發(fā)展，各種無(wú)線新技術(shù)和通訊方式層出不窮。無(wú)線圖像傳輸技術(shù)已經(jīng)作為一種必備通信方式應(yīng)用在事故救援、重大事件現(xiàn)場(chǎng)保障等活動(dòng)中。其中，單兵無(wú)線圖像傳輸技術(shù)將應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)圖像進(jìn)行采集后及時(shí)傳輸，以其機(jī)動(dòng)靈活的特點(diǎn)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，已經(jīng)成為一種必不可少的通信保障手段。

二、現(xiàn)狀

　　無(wú)線圖像傳輸設(shè)備從技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)上廣泛的分為三類：第一種是公用網(wǎng)絡(luò)型，利用移動(dòng)、聯(lián)通等網(wǎng)絡(luò)，采用包括GSM、CDMA、3G等技術(shù)進(jìn)行傳輸；第二種是專用網(wǎng)絡(luò)型，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)采用包括WLAN、DSSS、MESH等技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸；第三種是專業(yè)圖像傳輸型，利用數(shù)字移動(dòng)電視傳輸網(wǎng)絡(luò)采用包括COFDM、8VSB、TDS-OFDM等技術(shù)的專業(yè)無(wú)線圖像傳輸。以上三類技術(shù)各有不同的應(yīng)用面和優(yōu)缺點(diǎn)，但是從專業(yè)技術(shù)應(yīng)用角度，在其圖像質(zhì)量、傳輸距離、移動(dòng)性能、集成性能來(lái)說(shuō)，第三類已經(jīng)成為單兵無(wú)線圖像傳輸?shù)闹饕夹g(shù)和專業(yè)產(chǎn)品。

　　在第三類無(wú)線圖像傳輸設(shè)備中，主要以COFDM為代表，首先適合在城區(qū)、城郊、建筑物內(nèi)等非通視和有阻擋的環(huán)境中應(yīng)用，具有卓越的繞射、穿透能力，能夠以高概率實(shí)現(xiàn)圖像的穩(wěn)定傳輸，不受環(huán)境影響或受環(huán)境影響??；其次適合高速移動(dòng)中傳輸，可應(yīng)用于車(chē)輛、船舶、直升機(jī)/無(wú)人機(jī)等平臺(tái)；第三適合高速數(shù)據(jù)傳輸，速率一般大于4Mbps，滿足高質(zhì)量視音頻的傳輸；第四在復(fù)雜電磁環(huán)境中，COFDM具備優(yōu)異的抗干擾性能；第五在對(duì)抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾及信號(hào)波形間的干擾性能優(yōu)越，通過(guò)各個(gè)子載波的聯(lián)合編碼，具有很強(qiáng)的抗衰落能力。

三、特性分析

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　　無(wú)線電頻率是一種稀缺資源，主要服務(wù)于電臺(tái)、移動(dòng)通信、微波站、衛(wèi)星，從法律法規(guī)上沒(méi)有明確規(guī)定無(wú)線圖像傳輸設(shè)備的專用頻率，國(guó)家無(wú)委在“5.12”地震后確定336M~344MHz作為應(yīng)急機(jī)動(dòng)圖像傳輸設(shè)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(qū)、空中應(yīng)用。如果在實(shí)際應(yīng)用中采用雙頻工作模式，既可以提高設(shè)備抗干擾性能，降低對(duì)其他通信設(shè)備的干擾和污染，而且同時(shí)具有UHF波段和L頻段的傳輸特性，將非常適合復(fù)雜電磁環(huán)境和各種不同地理環(huán)境的應(yīng)用。

　　射頻帶寬越窄越方便于應(yīng)用，但是會(huì)影響圖像質(zhì)量。目前采用多種帶寬兼容的傳輸技術(shù)，設(shè)備可以同時(shí)工作在1.2M~8MHz帶寬，根據(jù)不同的圖像質(zhì)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(shè)備的頻譜特性、帶外抑制、頻道間隔等也是設(shè)備的重要指標(biāo)。

　?。ǘ﹫D像質(zhì)量

　　無(wú)線圖像傳輸設(shè)備的圖像質(zhì)量主要是指圖像的分辨率和時(shí)延。圖像分辨率主要決定于兩個(gè)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(zhì)量越好。同時(shí)圖像質(zhì)量還取決于射頻帶寬、調(diào)制方式（QPSK\16QAM\64QAM）等。通常無(wú)線單兵設(shè)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(tǒng)的編解碼方式，主要應(yīng)用于廣播電視領(lǐng)域等高質(zhì)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(yīng)用在碼流較低時(shí)提高圖像分辨率，適合網(wǎng)絡(luò)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(shí)提供更高的圖像質(zhì)量。它引入了面向IP包的編碼機(jī)制，有利于網(wǎng)絡(luò)中的分組傳輸，支持網(wǎng)絡(luò)中視頻的流媒體傳輸。但是由于其應(yīng)用成本較高，所以，目前采用的不多。

　　圖像傳輸?shù)臅r(shí)延對(duì)于決策指揮的反應(yīng)非常重要，主要包括傳輸時(shí)延和設(shè)備編碼/解碼的時(shí)延。無(wú)線電的傳輸時(shí)延基本一致，傳輸1KM時(shí)延在3uS左右，可以忽略不計(jì)。而圖像編解碼的時(shí)延主要決定于編解碼芯片的運(yùn)算速度，采用高速芯片運(yùn)算速度時(shí)延在40~60mS以內(nèi)，采用普通芯片時(shí)延在100~500mS之間。

　　（三）傳輸距離

　　單兵無(wú)線圖像傳輸設(shè)備的傳輸距離是用戶使用時(shí)的關(guān)注重點(diǎn)，同時(shí)傳輸距離是設(shè)備多個(gè)技術(shù)參數(shù)和應(yīng)用環(huán)境決定的。主要因素有發(fā)射功率、天線增益、接受門(mén)限、工作頻率、電磁環(huán)境、地理環(huán)境等條件。從技術(shù)參數(shù)上主要是接收機(jī)的接收門(mén)限，通常采用DVB標(biāo)準(zhǔn)的通用接收機(jī)接收門(mén)限-93~-96dBm之間，而采用窄帶COFDM專業(yè)級(jí)接收設(shè)備的接收門(mén)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(shí)通?？梢越档蛨D像傳輸質(zhì)量提高設(shè)備的傳輸距離。

　　設(shè)備的傳輸距離根據(jù)無(wú)線電傳輸特性，其系統(tǒng)增益大于系統(tǒng)自由空間傳輸損耗則可以實(shí)現(xiàn)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(huì)降低到1/3以下。

（四）人機(jī)界面

　　在使用單兵無(wú)線圖像傳輸設(shè)備過(guò)程中，良好的人機(jī)界面、分析診斷功能可以方便用戶操作設(shè)置、判斷故障、分析情況。

　　在發(fā)射端可以調(diào)整發(fā)射機(jī)工作頻率、發(fā)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(shí)現(xiàn)以上功能，但在使用中連接計(jì)算機(jī)非常不方便，部分產(chǎn)品能夠通過(guò)發(fā)射機(jī)的控制面板對(duì)以上參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和修改，可以設(shè)置多個(gè)以上不同工作頻道，設(shè)置每個(gè)頻道不同的傳輸碼流而提供不同的圖像質(zhì)量和傳輸距離，提供視頻輸入告警功能判斷視頻輸入信號(hào)，提供待機(jī)/發(fā)射功能，提供功率調(diào)整功能。

　　在接收端同樣可以通過(guò)軟件設(shè)置相應(yīng)功能，接收機(jī)能夠通過(guò)控制面板顯示工作現(xiàn)場(chǎng)的頻譜監(jiān)測(cè)、信號(hào)強(qiáng)度顯示、信噪比/誤碼率檢測(cè)等功能，非常方便用戶在使用時(shí)對(duì)周?chē)姶怒h(huán)境的檢測(cè)、判斷系統(tǒng)工作狀況、分析確定傳輸距離，在用戶非專業(yè)技術(shù)人員和沒(méi)有專業(yè)檢測(cè)儀器時(shí)，非常方便用戶的使用。

　　根據(jù)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，通常在電磁環(huán)境較好情況下，設(shè)備近距離使用時(shí)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(shí)，接收信噪比要求6~8dB，傳輸碼流2Mbps時(shí)，接收信噪比要求4~6dB，傳輸碼流1Mbps時(shí)，接收信噪比要求2~4dB。所以在實(shí)際應(yīng)用中每降低一半傳輸碼流，傳輸距離能提高50%左右。

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　　設(shè)備體積小、重量輕、功耗低、攜帶方便、傳輸性能好是設(shè)備推廣應(yīng)用的重要條件。

　　對(duì)發(fā)射端通常其發(fā)射功率1W以內(nèi)是對(duì)人體電磁防護(hù)的要求。而設(shè)備的整機(jī)功耗是決定其體積重量的主要技術(shù)條件，而通常發(fā)射端的整機(jī)效率不到10%，單兵攜帶時(shí)要求設(shè)備工作溫度不超過(guò)人體體溫37.5度，大量功率要求設(shè)備通過(guò)金屬熱交換方式散發(fā)，所以提高設(shè)備整機(jī)效率是決定其體積重量的決定因素。較先進(jìn)的發(fā)射設(shè)備整機(jī)效率達(dá)到15%以上，例如：發(fā)射功率1W時(shí)，整機(jī)功耗7W左右，這樣其體積相當(dāng)于對(duì)講機(jī)大小，重量在400g以內(nèi)，4AH鋰電池工作時(shí)間6小時(shí)以上，非常方便攜帶和使用。

　　接收端的車(chē)載使用要求通常不高，采用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架19英寸1U的結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用。大量的應(yīng)用要求接收在脫離車(chē)輛、基站的條件下應(yīng)用，采用一體化手持接收將非常適用，將天線、接收機(jī)、顯示器、電池、儲(chǔ)存設(shè)備集成一體，便于攜帶，同時(shí)將筆記本電腦作為接收端顯示、存儲(chǔ)也將非常方便。

（六）應(yīng)用環(huán)境

　　具體使用中不同的環(huán)境條件，對(duì)單兵無(wú)線圖像傳輸設(shè)備的防護(hù)性能有不同的要求。在高低溫、雨雪天氣、危險(xiǎn)氣體等環(huán)境條件下的應(yīng)用將不斷擴(kuò)大，要求單兵無(wú)線圖像傳輸系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同環(huán)境條件下的應(yīng)用。

　　溫度環(huán)境：我國(guó)地域遼闊，北方的低溫和南方的高溫環(huán)境要求設(shè)備有寬溫工作環(huán)境，通常要求設(shè)備工作溫度范圍在-15~45℃之間，而對(duì)于消防、火災(zāi)應(yīng)用環(huán)境要求設(shè)備工作高溫能夠在70℃環(huán)境中連續(xù)工作。

　　濕度環(huán)境：通常要求設(shè)備工作相對(duì)濕度環(huán)境0～90%,而對(duì)于水災(zāi)、消防、野外天氣等環(huán)境，要求設(shè)備能夠滿足符合IP55、IP56防護(hù)等級(jí)的防護(hù)要求，在潮濕、噴淋狀態(tài)下能夠正常工作。這類設(shè)備非常適合洪災(zāi)、地質(zhì)災(zāi)害、火災(zāi)等特殊行業(yè)部門(mén)的應(yīng)用。

　　特殊氣體環(huán)境：在特殊工業(yè)環(huán)境中，要求設(shè)備具備防爆功能，能夠在危險(xiǎn)氣體、粉塵環(huán)境中工作。

四、展望

　　目前，單兵無(wú)線圖像傳輸設(shè)備已逐漸應(yīng)用于車(chē)輛、船舶、飛機(jī)、機(jī)器人等移動(dòng)載體中，對(duì)傳輸性能和應(yīng)用環(huán)境有不同的要求，特別在EMC、振動(dòng)、高低溫、防護(hù)等方面有不同的要求。隨著技術(shù)和工藝的不斷進(jìn)步，單兵無(wú)線圖像傳輸設(shè)備將應(yīng)用于更多領(lǐng)域，為社會(huì)的建設(shè)和發(fā)展起到更多的作用。

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單兵無(wú)線圖像傳輸技術(shù)的應(yīng)用特性

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