COFDM無線圖傳在人防應急通信中的應用

蘇廣軍

（山東省濟寧市人民防空辦公室，山東 濟寧 272000）

COFDM技術是目前世界上最先進和最具發(fā)展?jié)摿Φ恼{制技術。其基本原理是將高速數(shù)據(jù)流通過串并轉換，分配到傳輸速率較低的若干子信道中進行傳輸。編碼（C）是指信道編碼采用編碼率可變的卷積編碼方式，以適應不同重要性數(shù)據(jù)的保護要求；正交頻分（OFD）指使用大量的載波（副載波），它們有相等的頻率間隔，都是一個基本震蕩頻率的整數(shù)倍；復用（M）指多路數(shù)據(jù)源相互交織地分布在上述大量載波上，形成一個頻道，因此常常會被利用在容易受外界干擾或者抵抗外界干擾能力較差的傳輸介質中。

1 COFDM無線圖像傳輸系統(tǒng)特點

1.1 適合在城區(qū)、城郊、建筑物內等非通視和有阻擋的環(huán)境中應用，表現(xiàn)出卓越的“繞射”“穿透”能力。

傳統(tǒng)的微波設備，必須在通視條件（既收發(fā)兩點之間必須無阻擋）下才能建立鏈路，所以使用中受環(huán)境制約，需要提前考察環(huán)境，擬定、實測收發(fā)點。即使成功“布點”，天線定向、線纜布置等工作也相當煩瑣，不僅直接限制視音頻源的獲取、傳輸，而且系統(tǒng)的可靠性、工作效率也大打折扣。

COFDM無線圖像設備則徹底改變了這種局面。因其多載波等技術特點，COFDM設備具備“非視距”、“繞射”傳輸?shù)膬?yōu)勢，在城區(qū)、山地、建筑物內外等不能通視及有阻擋的環(huán)境中，該設備能夠以高概率實現(xiàn)圖像的穩(wěn)定傳輸，不受環(huán)境影響或受環(huán)境影響小。其收發(fā)兩端一般采用全向天線，無須預先“踩點”、“定向”、布設繁雜的視音頻輸入、輸出電纜，視音頻源的采集端、接收端可根據(jù)現(xiàn)場情況及指揮的要求自由活動。系統(tǒng)簡單、可靠，應用靈活。

1.2 適合高速移動中傳輸，可應用于車輛、船舶、直升機/無人機等平臺。

對于大多數(shù)行業(yè)而言，無線圖像的一般應用模式是：視音頻前端采集-接入點（車、船、機）--視音頻處理中心（一般通過有線鏈路或衛(wèi)通）。所以車輛、船舶、直升機/無人機等平臺是系統(tǒng)非常重要的組成部分，其核心的功能之一就是實時接入前端的圖像。

適合高速數(shù)據(jù)傳輸，速率一般大于4M bps-24Mbps[根據(jù)調制方式而定]，滿足高質量視音頻的傳輸。高質量的視音頻除對攝像機的要求外，對編碼流、信道速率要求十分高。一般的數(shù)字微波，擴頻微波傳輸中，雖然采用MPEG2編碼，但信道多采用2M速率，如E1，使得解碼后的圖像分辨率一般為352×288，無法滿足后期圖象分析、存儲、編輯等要求。

COFDM技術每個子載波可以選擇QPSK、16QAM、64QAM等高速調制，合成后的信道速率一般均大于4M bps。因此，可以傳輸MPEG2中4:2:0、4:2:2等高質量編解碼，接收端圖像分辨率可達到576×720滿足后期分析、存儲、編輯等要求。

1.3 在復雜電磁環(huán)境中，COFDM具備優(yōu)異的抗干擾性能。

對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾及信號波形間的干擾性能優(yōu)越，通過各個子載波的聯(lián)合編碼，具有很強的抗衰落能力。在單載波系統(tǒng)中（如數(shù)字微波，擴頻微波等），單個衰落或干擾能夠導致整個通信鏈路失敗，但是在多載波COFDM系統(tǒng)中，僅僅有很小一部分子載波會受到干擾，并且這些子信道還可以采用糾錯碼來進行糾錯，確保傳輸?shù)牡驼`碼率。

裝備了COFDM技術的無線圖傳人防機動指揮車，能夠確保高速移動、抗衰落及多徑干擾下的穩(wěn)定傳輸與實時監(jiān)控（移動速率可達150公里/小時），提供廣播級DVD質量的高清晰圖像，強大的非視距傳輸能力，非常適合稱為難度極大的“峽谷通信”的城市阻擋環(huán)境應用，無需天線定向。實現(xiàn)音視頻數(shù)字化傳輸，實時圖像傳輸，采集發(fā)射端體積小，機動性強，靈活方便，單兵式鏈路傳輸距離，市區(qū)可以達到3KM-5KM。基站傳輸可達5KM-50KM。

2 COFDM無線圖傳在人防應急通信中的應用

公共安全突發(fā)性事件一般包括：戰(zhàn)爭、地震、臺風、洪澇、特大交通安全事故、飛機失事、火車出軌、客輪遇險、特大建筑質量安全事故、民用爆炸物品和危險化學品特大事故、生物恐怖事件、山體崩塌滑坡、其他特大安全事故等。

這類重大突發(fā)性事件的共同特點一是突然性，二是沒有預見性或難以預見。因此我們必須在平時制定相應的應對預案，以加強對此類事件的監(jiān)控；除避免事件發(fā)生外，一個重要目的是：對突發(fā)事件順利實施應急救援和監(jiān)控。信息和網(wǎng)絡技術的應用是應急救援預案設置工作的一項重要內容，是保證突發(fā)事件應急指揮和處理所必須的硬件。只有在一個有效、高速、安全的現(xiàn)代信息網(wǎng)絡上才能實現(xiàn)快速反應，從而達到應急指揮和監(jiān)控的目的。

人防應急通信不同于常規(guī)通信，往往是在公用通信網(wǎng)絡覆蓋不到、遭遇戰(zhàn)爭或突發(fā)事件破壞、失去部分效力等特殊情況下才派上用場，具有一定的突發(fā)性、復雜性，要求通過各種傳輸手段和組網(wǎng)方式，提供臨時、有效的解決方案，成為公用網(wǎng)絡的延伸、補充或自成網(wǎng)絡，實現(xiàn)特殊情況下的通信暢通無阻。目前專用于應急搶險通信的設備很少，且基本上是針對公網(wǎng)設計的，無法滿足各行業(yè)用戶及專網(wǎng)用戶對應急通信的的一些特殊要求。同時普通的應急通信設備通常只提供或有線或無線的窄帶的基于語音的通信方式。 COFDM無線圖像傳輸設備是目前既能有效改善應急現(xiàn)場傳輸條件，又能滿足應急現(xiàn)場較高的通信需求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、話音、動圖實時傳送較為理想的應急通信設備。

人防應急指揮通信系統(tǒng)一般包括固定指揮通信部分和機動指揮通信部分，機動部分由背負式單兵、小型信息采集車和中型信息保障車組成。在事發(fā)現(xiàn)場或其他重要場合，靈活機動的背負式單兵把在最前端采集到的圖像和語音信息通過無線圖傳方式傳到一定距離（覆蓋范圍3KM-5KM）外的小型信息采集車；小型信息采集車（覆蓋范圍5KM-20KM）可將自身采集的圖像和語音信息或背負式單兵傳來的信息在車內的監(jiān)視器進行圖像信號的顯示，同時通過無線圖傳方式有選擇的傳給中型信息保障車；中型信息保障車（覆蓋范圍5KM-50KM）可將自身采集的圖像和語音信息或小型信息采集車傳來的信息在指揮車內的監(jiān)視器進行圖像信號的顯示，同時通過無線圖傳方式有選擇的傳給固定指揮中心，從而實現(xiàn)快速、靈活的現(xiàn)場指揮調度。

把圖像監(jiān)控系統(tǒng)安裝在可以高速移動和機動的人防指揮車上，這就將應急指揮的監(jiān)控范圍和應急程度大大提高，由無線數(shù)字圖像傳輸電臺組成的人防車載圖像傳輸系統(tǒng)，主要目的是用于應急指揮中心對機動指揮車輛以及機動指揮車之間的數(shù)據(jù)語音和圖像實時傳輸。使指揮機關和領導能在指揮中心或在辦公室中甚至首長車內看到實時傳輸?shù)默F(xiàn)場圖像，如親臨現(xiàn)場，及時了解重大突發(fā)事件現(xiàn)場實況，做出準確的分析判斷，達到實時指揮，提高決策系統(tǒng)的快速準確性，增強快速反應能力、指揮能力和突發(fā)事件的處置能力。因此保證信息的可靠、安全和實時快速傳輸是該系統(tǒng)的核心要求。無線數(shù)字圖像通信系統(tǒng)的應用，對于提高人防應急指揮快速反應能力，打擊恐怖活動，打擊各種犯罪，維護社會安定，保障人民生活安全，有效處理各種突發(fā)事件，具有重要的社會意義。

3 在人防應急通信中使用COFDM無線圖傳設備應注意的問題

為了提高人防應急通信系統(tǒng)的可靠性，通常在人防機動指揮車中配備短波電臺、超短波電臺等無線電設備，因此，為避免各無線電設備之間的相互干擾，在選配COFDM無線圖傳設備工作頻率時，應與其它無線電設備留有足夠的頻差。背負式單兵與小型信息采集車和中型信息保障車無線圖傳設備的工作頻率應根據(jù)無委會管理規(guī)定和當?shù)仉姶怒h(huán)境合理規(guī)劃，避免相互干擾。

COFDM無線視頻傳輸技術在視頻傳輸中的作用很大，它可實現(xiàn)固定-固定、固定-移動，移動-移動間的傳輸，機動靈活，能彌補有線網(wǎng)絡的不足；適于傳輸高帶寬、高碼流、高畫質的音視頻；有優(yōu)異的抗干擾、抗衰落能；有卓越的“繞射”與“穿透”能力；信道利用率高等，因而特別適于在人防應急指揮通信中應用。

[1]劉剛.COFDM傳輸系統(tǒng)中同步技術的研究[J].西安電子科技大學，2001-01-01.