視頻圖像無線傳輸中運用微波技術的思考

摘? 要：視頻圖像傳輸是支撐電視監控的一項功能，其可以分為有線、無線兩種形式，其中，有線傳輸出現的時間較早，應用表現也非常突出，因此開始迅速普及。但是隨著應用范圍的擴張，人們發現視頻圖像有線傳輸存在應用條件上的限制，如當監控點與中央控制端距離過遠，會導致有線傳輸運作質量大幅下滑，且出現巨大的成本。因此，通過不斷的研究，視頻圖像無線傳輸應運而出。視頻圖像無線傳輸突破了有線傳輸的距離、成本限制，讓視頻圖像傳輸的應用價值得到提升，而微波技術是實現無線傳輸的重要技術，因此，要對視頻圖像無線傳輸進行應用，必須對微波技術有深刻的認知，本文將對此展開相關研究。

關鍵詞：視頻圖像無線傳輸;微博技術;電視監控? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 中圖分類號：TN292? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

導語

以微波技術為基礎的視頻圖像無線傳輸較于其他形式的無線傳輸，具有容量大、質量高、傳輸距離遠等優勢，因此，微波技術在電視監控領域與網絡建設領域得到了廣泛應用。微波技術的核心在于“微波”，這種波段具有頻率高、波長短，傳播速度接近光波等特點，且可以通過傳輸路徑改造規避微波技術的一些缺陷。我國最新研發的微波技術頻段K正在迅速推廣中，這種頻段的微波的頻率過于高、波長過于短，在應用中雖然能夠讓傳輸效率更快，但是K頻段微波是直線運行的，如果傳輸過程中遭遇阻礙就會形成反射或倍隔斷，而針對這一問題，可以采用中斷轉發進行規避。另外，我國目前最常用的微波技術頻段是L、S、C，這三種頻段雖然在效率上弱于K，但是適用性更強，因此，如何正確選擇微波技術，會影響到視頻圖像無線傳輸的質量，這一點需要相關人員引起重視。

1.微波技術概述及其特點

1.1微波技術概述

微波技術中的“微波”是一種頻率在300MHz-3000GHz范圍內的電磁波，屬于無線電波中的一種有限頻帶，它的波長在1米（不含1米）至0.1毫米之間，可以分為分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波等幾種，其中，最常用的是分米波、厘米波、毫米波（亞毫米波還在研究過程中，還沒有得到實際應用）。根據“微波”的特性，在微波技術使用中，需要依照實際情況設定微波的頻率范圍、中心波長、常用主頻率、波長（表1展示了L、S、C、K四種微波的參數），因為微波與微波之間會形成干擾，所以不能重合使用。原理上，“微波”作為微波技術信息傳輸中的主要載體，它的工作頻率越高，其結構越小、信息容量越大、信號分辨率越強，但同時也會帶來更大的損耗，因此，在使用中必須控制傳輸距離，否則容易造成信號質量問題。另外，現代以微波技術為基礎構建的信息通信系統普遍會增上一個擴頻功能，這項功能能夠對信息進行擴展，使其在更寬的帶寬上進行傳輸，這樣信息就不容易被人為攔截或干擾，具有良好的抗衰落能力。表2展示了“微波”與工業用電和無線電中波廣播的參數區別，以便于將三者進行比較。

1.2微波技術的特點

“微波”作為電磁波的一種，其必然具有電磁波的反射、透射干涉、衍射、偏振、能量波動等特點，這些特點使得微波技術在生產、傳輸、擴大、輻射“微波”時，不能采用普通無線電或交流電的方法，需要嚴格采用“電磁場”概念進行運作，這是微波技術應用的關鍵點。

1.2.1特點一

因為“微波”是直線傳輸的，所以，如果在傳輸過程中遇到了阻礙，且阻礙物質具有金屬表面，則必然會引起“微波”反射，反射方向上與光反射原理一致。如果“微波”在直線傳輸中遇到了“鐵塊”，則會根據“鐵塊”表面的形狀、角度等形成反射波，代表“微波”傳輸倍阻隔。此外，如果在傳輸過程中遇到的阻隔物不是金屬材質的，則可能會引發散射、吸收等問題，但最終結果都是“微波”無法繼續傳播。

1.2.2特點二

首先，“微波”的運作頻率極高，因此，其具有很突出的輻射效應，這一點在早期視頻圖像有線傳輸中非常常見，即在早期視頻圖像有線傳輸應用中，會采用普通導線來傳播“微波”，但是“微波”受普通導線影響，其能量會不斷向周邊輻射，這說明傳輸距離越長，則“微波”能量越弱，造成傳播強度衰減問題。因此，視頻圖像有線傳輸不再適用，視頻圖像無線傳輸得到了更多的關注。

其次，在視頻圖像無線傳輸中，因擴頻技術的使用，讓微波技術升級為“微波擴頻技術”。這種技術一般采用直接序列實現擴頻，即在傳輸中采用高碼率擴頻序列，將序列作用于信號發射端，可以起到擴展信號頻譜的作用，同時，要在接收端設置相同的擴頻碼序列，由此實現解擴，讓擴頻信號還原成原有信號，以便于讀取。此外，除了直接序列擴頻形式以外，現代還存在另一種擴頻技術形式，即跳頻技術。這種技術主要采用隨機碼對跳頻載頻進行控制，在帶寬范圍內依照隨機規律不斷調換頻率，同時依照相同規律對接收端頻率進行控制，這樣就能夠讓發射端、接收端的頻率變化保持動態性一致關系，不會影響到信號接收。視頻技術的使用意義在于：能讓微波技術的抗干擾、保密、多址、組網、抗多徑等能力提升，但要充分發揮擴頻技術功能，還必須根據實際情況選擇技術形式。

2.視頻圖像無線傳輸中微波技術的應用

要在視頻圖像無線傳輸中應用微波技術，就必須使用擴頻技術對微波技術進行升級，使其成為“微波擴頻技術”，因此，以“微波擴頻技術”為核心，根據“微波擴頻技術”應用案例，將該項技術的應用流程簡化為三個步驟，即頻點選擇、擴頻技術選型、方案構建。

2.1頻點選擇

最早在視頻圖像無線傳輸中使用微波技術的國家是美國。其在20世紀80年代末期，通過FCC（美國聯邦通信委員會）開放了一種全公開的微波頻段，即ISM（Industrial，Scientific，andMedical），此舉讓微波技術無線網絡應用得到了廣泛關注，引起了世界其他科技強國中相關領域人員的研究熱潮。在這一背景下，我國在當時也開發、開放了兩種ISM頻段下的頻點，即2.4GHz和5.8GHz。其中，2.4GHz通過IEEE802.11b標準協議即可使用，能夠支撐5.5Mbps、11Mbps兩種物理層速率，同時具有良好的靈活性表現，能根據環境在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps中來回切換，保障通信順暢，還能在2Mbps、1Mbps速率下與IEEE802.11保持兼容關系;5.8GHz通過IEEE 802.11a標準協議即可使用，它的傳播速率可以達到54Mbps，這是2.4GHz不具備的特點，同時，因為5.8GHz與2.4GHz的差異，5.8GHz會避開2.4GHz頻點，避免頻點擁擠。在這兩種頻點條件下，微波技術在視頻圖像無線傳輸中的應用需要根據兩個要點來進行選擇，確保視頻、圖像信息傳輸滿足實際要求，即成本與傳輸效率。2.4GHz因為其公開性良好，出于成本角度，會帶來大量的用戶，但是，如果在視頻圖像無線傳輸中，需要微波技術有良好的傳輸效率表現，則不建議采用這種頻點;5.8GHz與2.4GHz頻段完全相反，其傳輸效率快，但其成本較大。

2.2擴頻技術選型

根據以上（2.2技術特點中的特點二）分析可知，微波技術中的擴頻技術具有兩種形式，即直接序列、跳頻。其中，直接序列在擴頻運作上具有傳輸距離遠、傳輸效率快的特點，但因為其擴頻后的微波是直線運行的，因此，如果環境中存在阻隔，會帶來很多負面影響，甚至無法實現微波無線傳輸。因此，在選擇直接序列擴頻之前，必須對環境的通暢度進行分析，如果有很多阻隔因素，則不建議選擇直接序列擴頻，但如果條件運行，這種擴頻技術更具優勢;而跳頻擴頻技術在傳輸距離、傳輸效率上雖然弱于直接序列擴頻，而它的優勢在于抗干擾能力強、靈活性優秀，即如果環境中存在阻隔因素，在跳頻技術使用中可以在每個阻隔因素附近安裝一個接收端，再由接收端將“微波”發送到另一個接收端，以此類推，最終將“微波”發送到用戶終端即可。同時，在跳頻的強抗干擾能力下，當其遇到超過固定容限干擾（如反射源不規則的無規則全反射、噪聲干擾等）時，可以很好地避開干擾，確保信息傳播質量。

2.3方案構建

在直接序列、跳頻基礎上，視頻圖像無線傳輸中微波技術的應用方案可以分為兩種，這兩種方案的特點與直接序列、跳頻高度一致（即采用直接序列，只設置終端、接收端即可，而采用跳頻則在終端與接收端之間，再設置若干中轉接收端）。但是，無論采用哪一種擴頻技術，視頻圖像無線傳輸中微波技術的應用方案構建要具備兩大要素。

2.3.1要素一

在視頻圖像無線傳輸中微波技術的應用方案中，終端與接收端、接收端與相鄰中轉接收端之間的距離都要盡可能的保持在視距范圍內，此舉是為了保障傳輸過程中信號的強度。即雖然微波技術與擴頻技術可以避免信號強度衰弱，但“微波”的能量衰減性會導致避免的不徹底，在長距離傳輸中依然可能出現信號強度不足的問題。然而，如果終端與接收端、接收端與相鄰中轉接收端之間的距離在視距范圍內，則強度衰弱程度很低，且經過中轉接收端的再次擴頻，可以再次提高信號強度，這樣才能完全避免信號強度衰弱現象，消除長距離信號強度不足的問題。這里提到的“視距”在電視監控中，是指單個監控設備的最大拍攝范圍。

2.3.2要素二

中轉接收端的解擴速度應該盡可能的快，即在跳頻擴頻技術形勢下，視頻圖像無線傳輸中“微波”需要中轉多次才能到達終端，這必然會導致傳輸速度變慢，但是，如果變慢的幅度較小，則尚且可以接收，而如果每個中轉接收端的解擴速度比較慢，則變慢幅度會很大，造成嚴重的信息延時問題，這與電視監控的實時性原則不符。因此，每一個中轉接收端的解擴速度要盡可能的快。要讓每一個中轉接收端的解擴速度要盡可能的快，應當重點考慮帶寬資源分配問題，每個中轉接收端占用的帶寬資源越多，則其解擴速度越快。

3.視頻圖像無線傳輸中微波技術的應用案例

首先，某電視監控系統由定向天線、無線網橋、全方位攝像機、網絡視頻編碼器、網絡視頻解碼器組成。其中，定向天線是決定系統性能的關鍵因素，需要根據實際情況設置，即該系統采用的是直接序列擴頻，因此，微波是直線傳輸的，這時天線與天線（天線代表了發射端與中轉接收端）的間距要保持在視距范圍之內，且在兩個相鄰的天線之間有一個較短的通信距離，這個距離區間內最好不要有阻隔物，特別是阻隔性強、厚度大的物質（如果條件不允許，則最多可以存在2個左右1m左右的阻隔物，但是這樣會導致系統性能不穩定）。另外，考慮到氣候對天線性能的影響，需要對天線進行增益，即在相鄰天線傳輸中，確保兩端天線極化方向相同，再對某一端天線的方向進行調整，同時，對雙方接收電平進行檢測，找到最大電平后保持當前天線狀態即可。

其次，針對無線網橋采用2.4GHz頻點與直接序列擴頻技術，并對網橋發射功率可調區間進行設置，即1mW～600mW。在接收端選擇了在傳輸速率11Mbit/s條件下，靈敏度達-85dB、傳輸距離達20km的設備，且采用軟件對設備進行監控，以保障設備運作始終保持在最佳狀態。

最后，考慮到天線在方案中位于建筑最高點，容易遭遇雷擊，因此，方案中還采用了避雷器來保護天線與無線網橋的安全，即避雷器的使用在天線遭遇雷擊時，第一時間將天線與網橋斷開，隨后借助軟件恢復連接狀態即可，且考慮到方案頻點為2.4GHz，因此，避雷器為3GHz避雷器。此外，案例中全方位攝像機、網絡視頻編碼器、網絡視頻解碼器的具體功能見表3，它們主要根據實際監控要求來布置，與對應天線、無線網橋連接即可。

結語

綜上所述，本文對“視頻圖像無線傳輸中運用微波技術的思考”課題進行了研究，分析了微波技術的原理與特點，并結合理論闡述了微波技術在視頻圖像無線傳輸中的應用情況，通過分析可知，微波技術在視頻圖像無線傳輸中的應用需要注意的三個重點。最后通過案例解析了微波技術的應用方法，以供相關領域人員參考。

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作者簡介：龐剛（1979-），男，遼寧海城人，碩士，高級項目經理，研究方向：媒體視頻技術-互聯網技術。