COFDM无线视频传输技术具有频谱利用率高和可对抗多径时延扩展等特点，是早期用于军事无线电传输的一种多载波数字通信调制技术，也是较为完备的移动接收和传输技术。目前，被认为是超3代移动通信系统中的核心技术，最适宜于平安城市建设之用。本文介绍COFDM无线视频传输技术的工作原理、系统组成、特点，以及它在视频监控中的应用。
引言
目前，市场上无线视频传输技术大多采用的是GPRS和CDMA技术。但是GPRS传输的带宽不足，传输视频每秒只有几帧，且出现应急事件时，容易出现断点和无线接收的死角。CDMA传输同样存在这样的缺陷，其下行带宽是153K，上行带宽是70K～80K，因而传输流畅的视频基本上不可能实现。由于图像只有几帧，以抓图的形式来传输，并且为小画面尺寸。显然，这种技术的应用，不能够满足平安城市视频监控系统的实际应用需求。
对于微波（数字微波、扩频微波）、无线LAN（802.11(b)、802.11(g)、802.11(a)）等技术的其他较高带宽的无线传输方案，其实现视频压缩编码以MPEG-2/4、H.264等为主。其中高质量图像（分辨率720×576）一般以MPEG-2编解码居多，个别采用小波编解码。但它们大多都存在共同的缺点，即只能做到通视传输、定向传输，并且难以支持移动传输，从而限制了它在视频监控系统的应用。而COFDM无线视频传输技术则能克服此缺点，它的实用价值主要是它突破了视距限制，对噪声和干扰有着很好的免疫力，并能绕射和穿透遮挡物。COFDM技术能同时分开多个数字信号，并且可以在干扰的信号周围安全运行。它能够持续不断地监控传输介质上通讯特性的突然变化，其通讯路径传送数据的能力会随时间发生变化，且COFDM能动态地与之相适应，并接通和切断相应的载波，以保证持续地进行成功地通讯。因此，COFDM技术特别适合使用在城市高层建筑物、居民密集和地理上突出的地方，以及将信号撒播的地区与高速的数据传播的地方。可满足如消防、公安、边防、森林防火、煤矿监控、人防应急、城管执法、银行押运等场所用户的需求。
由于无线视频传输技术机动灵活，能弥补有线网络的不足，因而适用于平安城市安防建设的需要。实际上，无线视频实时传输主要有两个概念：一是移动中传输；二是宽带传输。因此，研制能够在高速移动过程中将频带很宽的高清晰度视频进行稳定传输的无线视频传输系统，需要解决二个主要问题：一是由多径传播引起的回波干扰；二是频率资源的使用率和渐趋饱和的问题。过去的无线视频图像传输，主要是以单向的模拟电视广播业务为主，一套电视节目采用一个单独的频点，但在不同地点用相同频率同频发射播出电视节目时，它们之间会有相互干扰。此外，由于接收或发射的一方处于移动状态，无论是发射或接收都会遇到强烈的多径干扰即回波干扰。因此，对回波干扰的处理方式可能从根本上影响一个无线高清晰度视频实时传输系统的性能。而COFDM无线视频传输技术正是可以有效地利用回波而不是消极地排除回波引起的问题，可实现固定-移动，移动-移动间的无线视频传输。因此，在城市环境里，COFDM无线视频传输技术特别适合解决当今摩天大厦林立的现代都市环境，尤其适合平安城市建设的应用。下面介绍COFDM无线视频传输技术的工作原理、系统组成、特点，以及它在视频监控中的应用。
系统的组成及其工作原理
COFDM（coded orthogonal frequency division multiplexing），即编码正交频分复用的简称，是目前世界上最先进和最具有发展潜力的调制技术。它的实用价值就在于支持突破视距限制的应用，是一种在无线电频谱资源方面充分利用的技术,对噪声和干扰有着很好的免疫力。其中，字母C指编码，是指信道编码采用编码率可变的卷积编码方式，以适应不同重要性数据的保护要求；字母OFD指正交频分，系指使用大量的载波（副载波），它们有相等的频率间隔，都是一个基本震荡频率的整数倍；字母M指复用，系指多路数据源相互交织地分布在上述大量载波上，形成一个频道。实际上，COFDM是ETSI欧洲电信标准协会关于DVB-T数字视频地面广播及DAB数字音频广播的标准，早期是用于军事无线电传输安全性之目的。近年来，基于COFDM技术的廉价数字188金宝慱图片 芯片已成为众多公司发展产品之首选，因而可用于民用。
编码正交频分复用调制方式是一种多载波数字通信调制技术，也是较为完备的移动接收和传输技术，它可大大降低每个子载波内的符号间干扰，并节省用于均衡的系统开销。因此，它具有频谱利用率高和可对抗多径时延扩展等特点，通常被认为是超3代移动通信系统中的核心技术。
COFDM无线视频传输技术的基本原理就是将高速数据流通过串并转换，分配到传输速率较低的若干子信道中进行传输，即将频域中的一个宽带信道划分成多个重叠的子信道进行窄带传输。在接收端，虽然频谱相互重叠，但是只要保证各子信道上信号的正交性，就可以将各信道上的信号正确分离。
COFDM无线视频传输系统的组成及其基本工作原理如图1所示。
由图1可见，视频、音频、数据，通过R-S编码器编码(224、208)后，数据率上升，即进行串/并转换(S/P)，即将频域中的一个宽带信道划分成多个重叠的子信道，再经160AM调制器进行AM调制后，藉助于逆快速付里叶变换IFFT处理器，把信号调制到512个并行频率信道上，然后双边带调制到载波后再通过发射机发射出去。
用512个并行信道传输的目的，是为了克服地面的多径传输所造成的码问干扰。应该看到，当8MHz频带正交划分成512信道时，每一信道可容纳的波形脉冲宽度仅此为τ=512／8=64μS，而地面广播经多径传入的信号强度较大，通常在通过近区反射而来，所以时延较小，一般在3～3.5μs以下，因而可以采用加保护时间的方法来吸收掉符号间的干扰。
由图1知，当接收机收到信号后，它不用带通滤波器来分隔子载波，而是通过快速付里叶变换（FFT）来选用那些即便混叠也能够保持正交的波形。此外，各并行信道每隔一定波形间隔分别传送基准信号，接收端根据基准信号，在FFT处理器处理之前先算出频响特性均衡数据，采用以上二项措施可大大降低多径干扰带来的影响。经处理后的信号，再将160AM解调，经并/串转换(P/S)后即进行R-S解码，就可还原成视频、音频、数据信号输出。
为了对付PAL制模拟电视的同频干扰，凡在PAL信号频谱中能量强的频谱线如图像载频、副载波和伴音载波附近的一些信道可以空开来不用，虽然没有用足512个信道，但解决了正交频分复用OFDM和PAL信号间的相互干扰。由此可见，采用OFDM的调制方式可省略了自适应均衡器和同步干扰抑制滤波器。
当多径延时量与所传送的数字符号处于同一量级时，会严重影响符号间干扰，延长传输符号的周期可有效克服多径干扰，COFDM正是根据这一原理来消除反射波的影响。OFDM由N个频率间隔相等的子载波组成，各个子载波又可采用同一种数字调制如QPSK，或不同载波采用不同调制。而串行传输的符号序列也分成长度为N的段，每段内N个符号分别调制N个子载波，所以OFDM把符号周期延长N倍，而用并行调制来弥补周期延长降低符号传输率的困境。在传统的频分复用中，各子载波的信号频谱是互不重叠的，以便接收机中能采用传输滤波方法将其分离和提取，但这类做法降低了频带利用率。在OFDM中，使各载波的信号频谱可相互重叠，但子载波间隔的选择要使这些载波在整个符号周期上处于正交状态，也就是说加于符号周期上的任何两个载波的乘积为零。为实现最大频谱效率，使子载波的最小频率间隔为符号周期的倒数。若符号由脉冲序列组成，则每个调制子载波频谱的形状符合sincx，其峰值对应于其他载波的频谱中的零点。
OFDM技术的推出其实是为了提高载波的频谱利用率，或者是为了改进对多载波的调制，它的特点是各子载波相互正交，使扩频调制后的频谱可以相互重叠，从而减小了子载波间的相互干扰。OFDM每个载波所使用的调制方法可以不同，各个载波能够根据信道状况的不同选择不同的调制方式，比如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等，以频谱利用率和误码率之间的最佳平衡为原则。OFDM技术使用了自适应调制，根据信道条件的好坏来选择不同的调制方式。OFDM还采用了功率控制和自适应调制相协调的工作方式。信道好的时候，发射功率不变，可以增强调制方式（如64QAM），或者在低调制方式（如QPSK）时降低发射功率。由于这种技术具有在杂波干扰下传送信号的能力，因此常常会被利用在容易受外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的传输介质中。
COFDM技术不使用单载波系统而是多载波系统，在同样的调制方式下，比如采用QPSK、16-QAM或64QAM，可以使之应用于单载波系统。但无论如何，数据的传输仍然是采用时分和频分方式 ，并工作在各自的子载波上，每个子载波都在特定的正交频率上，以增加潜在的数据吞吐量。尽管这时每个子载波的数据率低于单载波系统，但各个子载波的总的数据率要高于整个系统的数据率。
DVB-T标准已被广泛应用于欧洲和世界各国，其中“2K”版本(1704 载波信号)应用于较强的干扰环境，“8K”版本 (6816载波信号)应用于较低些的干扰环境。DAB标准应用于CD品质的音频和数据在移动环境下的规划和设计。其中有4个不同的工作方式，在整个1.5MHz的信道上具有高达1536个载波的间隔，其目的是为了提高对多普勒相移和多径干扰的免疫力。
值得注意的是，实际上多径信号会给COFDM系统带来好处，如果原始信号被封锁，仅有多径信号被接收的话，这些信号会被用于接收机去获得想得到的数据。此外，即使个别的子载波不能完全地被接收，数据纠错方式也能够使接收机从其它的子载波中获得足够的信息去重建缺少的数据。
技术特点
COFDM技术在无线视频图像传输方面的应用有以下特点：
能在非可视和有阻挡的环境中应用
通常，适于在城区、城郊、建筑物内，可实现无线图像实时传输，具备卓越的“绕射”与“穿透”能力的是传统的微波设备，必须在可视条件（既收发两点之间必须无阻挡）下才能建立无线链接通道。因此，设备使用受环境制约较大，需要提前考察应用环境，选择、测试收发点，调整天线的方向，架设天线的高度测算等。其工作量非常大，也相当繁琐，不仅直接限制音视频的传输与接收，而且系统的可靠性、工作效率也大打折扣。
而采用COFDM无线视频图像传输设备，则彻底改变了这种局面。因为COFDM技术有多载波等技术特点，其设备具备“非视距”、“绕射”传输的优势，使在城区、山地、建筑物内外等不能可视及有阻挡的环境中，该设备都能够以高概率实现图像的稳定传输，而不受环境影响或受环境影响小。COFDM无线视频传输系统采用全向天线，可以在最短的时间内架设无线传输链路，其采集端和接收端也可以随意移动，而不受方向的限制。因此，COFDM无线视频传输系统简单、可靠，应用灵活，最适于城市中应用。
适于高速移动中无线传输实时图像
由于微波（数字微波、扩频微波）、无线LAN等设备，因其技术体制的原因，无法独立实现采集端和接收端在高速的移动过程中实时传输图像。在车辆、船舶上应用微波和无线LAN等设备进行无线图像传输时，通常的方案是再配置附加的“伺服稳定”装置，以解决电磁波定向、跟踪、稳定等问题。但是，也仅仅能在一定条件下实现移动点对固定点的传输，并且图像常常会出现中断，从而严重影响传输接收的效果。并且，其工程复杂，可靠性降低，造价也极高。
而对于COFDM技术设备，它不需要任何附加装置，就可实现固定-移动，移动-移动间的使用，因而COFDM技术适于高速移动中无线传输实时的图像，非常适合安装到车辆、船舶、直升机等移动平台上使用。这种COFDM技术设备，不仅其传输具有高的可靠性，而且表现出很高的性价比。
适于传输高带宽、高码流、高画质的音视频
由于高码流、高画质的音视频数据流，对编码、信道速率要求十分高，其图像码流一般大于4M bps。在数字微波、扩频微波传输链路中，虽然采用MPEG-2编码，但信道多采用2M速率，如E1，虽然可使得解码后的图像分辨率达到720×576，但其图像压缩码流却只有1M左右，因而无法满足接收端后期的音视频分析、存储、编辑等具体的要求。
而COFDM技术，每个子载波可以选择QPSK、16QAM、64QAM等高速调制，其合成后的信道速率一般均大于4M bps。因此，可以传输MPEG-2中4:2:0、4:2:2等高质量编解码图像，接收端图像分辨率可达到720×576或720×480，其码流可以在6M左右，接收后的图像质量接近DVD画质，因而完全可以满足接收端后期音视频分析、存储、编辑等具体的要求。因此，COFDM技术适于传输高带宽、高码流、高画质的音视频。
可应用在复杂的电磁环境中
在数字微波、扩频微波等单载波系统中，单个衰落或干扰能够导致整个通讯链路失败。但在多载波COFDM系统中，只仅仅有很小一部分子载波会受到干扰，并且这些子信道还可以采用纠错码来进行纠错，从而可以确保传输的低误码率。因此，在复杂的电磁环境中，COFDM技术具备优异的抗干扰性能。它对抗频率选择性衰落，或抗窄带干扰及信号波形间的干扰性能优越。并且，它通过各个子载波的联合编码，而具有很强的抗衰落能力。
信道利用率很高
这一优点在频谱资源有限的无线环境中尤为重要。当子载波个数很大时，COFDM无线视频传输系统的频谱利用率趋于2Baud/Hz，因而其信道利用率很高。
视频监控中的应用
COFDM系统可灵活、迅速地将现场实况声像直接传输，或通过转信台、光纤网等传输至指挥中心。并且，COFDM无线视频传输设备还可与其他微波、卫星、光纤通讯设备组建远距离链路，建设实用而有效的远距离的视频传输系统。
COFDM技术的无线视频传输设备，主要应用在城市建筑物阻挡环境，楼宇之间，建筑物内外，建筑物地下到地面之间；应用在移动中；应用在海上图像、空中图像传输等。因此，COFDM无线视频传输技术是公安、部队、武警、消防、人防（民防）、水利、海事、海关、广播电视等行业在安全保卫、野战指挥、任务侦察、灾难救援、现场转播等任务中急需的高性能视频监控中的一种无线视频图像传输技术。
由此可见，在视频监控中采用了COFDM技术，能够确保高速移动、抗衰落及多径干扰下的稳定视频图像传输与实时监控。并且，具有强大的非视距传输能力，非常适合称为难度极大的“峡谷通信”的城市阻挡环境中应用。并且，它无需天线定向，可提供广播级DVD质量的高清晰图像。
COFDM技术是移动环境下应用的最佳选择。如目前，UBS系统的COFDM调制器在新加坡已被广泛应用于公交车的电视信号的传送；这项技术也被用于拉斯维加斯战时流动医院的实时移动视频图像的单向传送，以诊断病人；同时，该项技术也被应用于双向广播无线接入业务，包括数据、互联网接入、话音和传真等。
总之，COFDM无线视频传输技术可广泛应用于公安、消防、交警、人防应急、城管执法、环保监控、消防应急、水利防汛、电力抢险、铁路抢险、海事执法、海监巡查、海关边防、码头监控、森林防火、油田防盗、军事侦察等领域，尤其适合城区、海上、山地等多种复杂环境中高质量图像的实时移动传输与监控。
在国内，也有部分公司开发有COFDM无线图像实时传输监控系统。该系统具有音视频数字化传输，实时图像传输（移动速率可达150km/h），其采集发射端体积小，机动性强，灵活方便。并且，可手持使用，可加密传输，保密性好，它的链路传输距离可以达到10Km～50Km。
结束语
无线网络除了提供语音服务之外，还提供多媒体、高速数据和视频图像业务。而COFDM无线视频传输技术在视频监控中的作用很大，它可实现固定-移动，移动-移动间的使用，机动灵活，能弥补有线网络的不足；适于传输高带宽、高码流、高画质的音视频；有优异的抗干扰、抗衰落能；有卓越的“绕射”与“穿透”能力；信道利用率很高等，因而特别适于在平安城市中应用。
COFDM技术标准为增强频谱资源的利用率提供了一种有效的解决途径，特别是在强的干扰环境下，它可应用于单向或双向的固定或移动的数据网络环境。以前采用固定无线接入方式访问互联网的用户都知道一个道理：如果他们屋顶上的天线不在几公里/几十公里外的基站天线视线范围内的话，他们就接收不到信号。 但现在，利用COFDM无线视频传输技术的新一代的无线双向系统可以突破这一限制，包括树丛、饰墙、甚至是金属片都不能阻挡它与基站天线的通信。这对于使用固定无线接入技术向用户提供高速互联网接入服务的人们来说也无疑是一件好事。此外，这种新系统的安装也更加方便，用户可以自行安装天线，而不是象以前那样需要工程技术人员来调整它的角度以对准远端的天线。
但值得指出的是，由于无线信道环境恶劣，有效的带宽资源十分有限，因而在实现大数据量的视频信号的传输，尤其在面向大众的无线可视应用中，无线信道的资源尤其紧张；无线信道的物理特点决定了无线网络是一个时变的网络；在移动通信中，用户的移动造成无线视频的Qos保障十分复杂。由此可以看出，视频信号对传输的需要和无线环境的特点存有矛盾，因此无线通信环境（无线信道、移动终端等）以及移动多媒体应用业务的特点，对视频图像的视频图像编码与传输技术等已成为当今信息科学与技术的前沿课题。
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