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(chǎng)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(xiàn)方式無(wú)法實(shí)現視頻監控，而新興的無(wú)線(xiàn)方式3G、VPN因涉及公網(wǎng)影響安全性而不予采用。文章引入了一種新方式——無(wú)線(xiàn)數字微波通信，從工程角度來(lái)分析項目需求和選擇相關(guān)技術(shù)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(shí)踐證明，對于本項目的水庫系統視頻監控，無(wú)線(xiàn)數字微波通信是最合理的、行之有效的傳輸通信方式。
關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)數字微波通信；視頻監控；水庫；無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋；擴頻技術(shù)；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(zhù)科技的發(fā)展，視頻監控在水庫系統管理中所起的作用越來(lái)越明顯。目前遠程監控多采用同軸電纜或光纖來(lái)實(shí)現監控中心與各監控點(diǎn)的連接和通信。然而由于地理因素的限制，監控點(diǎn)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(xiàn)成本極高，施工難度極大；并且考慮到安全性問(wèn)題，水庫系統通信不宜在公網(wǎng)上進(jìn)行。這時(shí)，無(wú)線(xiàn)數字微波通信的優(yōu)勢就體現出來(lái)了。

1 無(wú)線(xiàn)數字微波通信技術(shù)的發(fā)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(huán)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(shù)由模擬向數字發(fā)展的過(guò)渡階段。80年代后期，隨著(zhù)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(zhù)微波擴頻技術(shù)和視頻圖像壓縮技術(shù)的不斷更新，通過(guò)支持IEEE 802．11b／a／g協(xié)議的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)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(jìn)行傳輸，在條件滿(mǎn)足的情況下，無(wú)線(xiàn)傳輸的距離最遠可以達到50km。無(wú)線(xiàn)數字微波通信技術(shù)因其投資小、建設快、應用性強、傳輸距離遠、信號質(zhì)量好、抗干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)始逐步受到人們的重視。

2 無(wú)線(xiàn)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(lián)邦通信委員會(huì )(FCC)對使用無(wú)線(xiàn)電的計算機通信開(kāi)放了無(wú)需申請就可以使用的ISM(Industrial，Scientific，and Medical)頻段。我國也先后開(kāi)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(gè)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(gè)不交疊的工作信道。
本項目的水庫系統中共需要監控點(diǎn)12個(gè)，珊瑚沙水庫和大刀沙泵站各占6個(gè)，為避免同頻間干擾以及提高視頻信號傳輸效率，無(wú)線(xiàn)傳輸需要工作在5．8GHz的頻段下。
2．2 監控點(diǎn)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(gè)監控點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)上有1個(gè)監控攝像機，前端監控點(diǎn)最遠處距監控中心一一九溪水廠(chǎng)的中央控制室約有2km，且監控點(diǎn)均在監控中心90°的范圍之內，便于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋連接分別位于不同建筑中的監控網(wǎng)絡(luò )。由此可見(jiàn)，本項目中監控點(diǎn)與監控中
心的距離以及角度，都符合無(wú)線(xiàn)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(zhì)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(lái)說(shuō)，1路D1格式的圖像所占的無(wú)線(xiàn)信號傳輸帶寬約為2Mbps，因此水庫和泵站，各所需無(wú)線(xiàn)信號傳輸帶寬為12Mbps。為此，我們需要選用實(shí)際無(wú)線(xiàn)信號傳輸帶寬至少高于12Mbps的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋設備。艾克賽爾的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋在傳輸時(shí)能提供高達24Mbps的實(shí)際無(wú)線(xiàn)信號傳輸帶寬，因此采用點(diǎn)對多點(diǎn)方式傳輸后，完全能夠滿(mǎn)足整個(gè)視頻監控帶寬的需要。
2．4 擴頻技術(shù)選擇
2．4．1 擴頻技術(shù)的原理
微波擴頻技術(shù)的原理，簡(jiǎn)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(fā)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(shù)在克服衰落影響方面也很有優(yōu)勢。由此可見(jiàn)，擴頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于較強的抗干擾抗衰溶能力以及保密、多址、組網(wǎng)、抗多徑等。
2．4．2 直擴技術(shù)和跳頻技術(shù)
在微波通信方面，往往涉及劍直接序列擴頻技術(shù)和跳頻技術(shù)。直接序列擴頻簡(jiǎn)稱(chēng)直擴，就是將所傳送的信息經(jīng)過(guò)高速率的偽隨機序列編碼后對載波進(jìn)行調制，降低進(jìn)入解調器的干擾功率來(lái)達到抗干擾的目的。跳頻技術(shù)則是靠載頻的隨機跳變，將干擾排斥存接收通道以外來(lái)達到抗干擾的目的。