基于WiMAX的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案

　　0 引言

　　傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)基本都是定點監(jiān)控， 受制于硬件及傳輸線路的連接，不能滿足行業(yè)的特殊需要?；?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/1252/" target="_blank">無線通信網(wǎng)絡(luò)的移動監(jiān)控技術(shù)可以很好地滿足這一社會需求。目前國內(nèi)現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡(luò)有GSM 網(wǎng)絡(luò)、GPRS 網(wǎng)絡(luò)、CDMA 1X 網(wǎng)絡(luò)，利用無線信道傳輸話音、數(shù)據(jù)和視頻己經(jīng)可以實現(xiàn)，但是普遍存在傳輸速率不高、傳輸圖像不穩(wěn)定和傳輸?shù)?a target="_blank">信息存在安全漏洞等問題。本文主要研究了基于WiMAX 的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)與應(yīng)用，WiMAX 具有良好的非視距特性和高帶寬， 可以滿足復(fù)雜城市環(huán)境中的傳輸要求，能夠很好地解決對環(huán)境要求比較苛刻、不易敷設(shè)線纜地方的視頻監(jiān)控的問題，比如旅游景點等。

　　1 WiMAX 系統(tǒng)概述及網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

　　在市場和技術(shù)的共同驅(qū)動下， 無線通信系統(tǒng)在最近幾十年經(jīng)歷了幾次巨大跨越， 從2G 到3G，無線移動通信系統(tǒng)解放了有線的束縛，成為人們必不可少的通信手段。WiMAX 是一項基于IEEE 802.16空中接口標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線接入城域網(wǎng)（BWAMAN）技術(shù)。2007 年10 月，國際電信聯(lián)盟（ITU）已批準(zhǔn)WiMAX 寬帶無線接入技術(shù)成為移動設(shè)備的全球標(biāo)準(zhǔn)。WiMAX 成為繼WCDMA、CDMA2000、TDSCDMA后全球第四個3G 標(biāo)準(zhǔn)。

　　WiMAX 系統(tǒng)的通信實體包括移動用戶臺（MSS）、接入服務(wù)網(wǎng)絡(luò)（ASN）、連接服務(wù)網(wǎng)絡(luò)（CSN）和應(yīng)用服務(wù)提供商（ASP）網(wǎng)絡(luò)或者Internet.有關(guān)非漫游模式端到端參考模型如圖1 所示。

　　圖1 基于802.16 的非漫游模式端到端參考模型

　　ASN 由基站（BS） 和ASN 網(wǎng)關(guān)（ASN GW） 構(gòu)成， 作為一個邏輯實體， 它的功能是管理IEEE802.16 空中接口，為WiMAX 用戶提供無線接入。

　　ASN 網(wǎng)關(guān)是BS 和CSN 通信的管理通信實體。ASN作為WiMAX 系統(tǒng)的接入網(wǎng)，為WiMAX 用戶提供無線接入。

　　CSN 是一套網(wǎng)絡(luò)功能的組合，為WiMAX 用戶提供IP 連接。CSN 包含許多功能實體，如路由器、AAA 代理或者服務(wù)器、用戶數(shù)據(jù)庫、互聯(lián)網(wǎng)關(guān)等。

　　協(xié)議接口位于兩組功能之間， 兩組功能則分別位于協(xié)議接口兩側(cè)的功能實體中，協(xié)議接口兩側(cè)的網(wǎng)絡(luò)實體通過標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議接口上的協(xié)議實現(xiàn)互操作。圖1 包含了非漫游模式端到端模型定義的主要接口。

　　2 WiMAX 系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù)

　　WiMAX 技術(shù)是新一代寬帶無線接入技術(shù)，通過接入核心網(wǎng)從而提供業(yè)務(wù)。與之前的寬帶無線接入系統(tǒng)相比，它的優(yōu)勢來源于所采用的空中接口技術(shù)，其技術(shù)優(yōu)勢可簡要概括為以下幾點：a）傳輸距離遠，WiMAX 的無線信號傳輸距離最遠可達50km.

　　b） 接入速率高，WiMAX 所能提供的最高接入速率是70Mbit/s.c）支持固定、游牧、便攜和全移動多種場景。

　　d）基站對信道資源進行集中管理，實現(xiàn)了空口的QoS 管理。

　　2.1 正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)

　　OFDM 是一種多載波傳輸技術(shù)，將較寬的頻帶分成若干較窄的子帶（子載波）進行并行發(fā)送，這是最樸素的實現(xiàn)寬帶傳輸?shù)姆椒?。?a target="_blank">數(shù)字信號處理技術(shù)FFT 發(fā)展的推動下，允許將各個子載波重疊排列，同時保持子載波之間的正交性，從而有效避免了子載波之間的干擾。由于相同的帶寬內(nèi)容納了更多的子載波，部分重疊的子載波可以大大提高頻譜效率［3］.OFDM 技術(shù)成為新一代無線通信的核心技術(shù)，是由于它具有以下優(yōu)點：頻譜效率高、帶寬擴展性強、抗多徑衰落、頻譜資源靈活分配、實現(xiàn)OFDM 技術(shù)較簡單。

　　2.2 多進多出（MIMO）技術(shù)

　　MIMO 技術(shù)可以在不消耗額外空口資源的基礎(chǔ)上成倍地提高系統(tǒng)容量和頻譜效率。

　　MIMO 系統(tǒng)是指在發(fā)射機/ 接收機采用多天線發(fā)送/ 接收的系統(tǒng)，MIMO 系統(tǒng)之所以可以在不消耗額外時間和頻率資源的基礎(chǔ)上大大提高系統(tǒng)容量，是因為它利用了第三種資源---空間。不同的天線只要相隔一定距離，它們就可以擁有不同的多徑衰落信道，從而可以實現(xiàn)“空間分集”。利用這種空間分集，就可以改變信道的性質(zhì)，變?yōu)槎噙M多出信道。

　　通信理論證明，MIMO 信道的容量可以成倍地高于單進單出信道。

　　2.3 自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC）技術(shù)

　　AMC 的原理是根據(jù)用戶瞬時信道質(zhì)量狀況和當(dāng)前資源，選擇最合適的下行鏈路調(diào)制和編碼方式。

　　靠近基站的用戶接收信號功率強， 采用高階調(diào)制方式（如16QAM 或64QAM）和高速率信道編碼（3/4編碼速率）使用戶獲得盡量高的數(shù)據(jù)吞吐率；當(dāng)信號較差時，則選取低階調(diào)制方式（如QPSK）和低速率信道編碼（1/4 編碼速率） 來保證通信質(zhì)量。

　　WiMAX 采用AMC 作為基本的鏈路自適應(yīng)技術(shù)對調(diào)制編碼速率進行選擇。