单兵无线图像传输技术的应用特性

一、背景

　　进入二十一世纪后，人们对信息的需求迅猛增长，对频宽的需求与日俱增，无线通信得

　　到了蓬勃发展，各种无线新技术和通讯方式层出不穷。无线图像传输技术已经作为一种必备通信方式应用在事故救援、重大事件现场保障等活动中。其中，单兵无线图像传输技术将应急现场图像进行采集后及时传输，以其机动灵活的特点发挥着越来越重要的作用，已经成为一种必不可少的通信保障手段。

　　二、现状

　　无线图像传输设备从技术应用标准上广泛的分为三类：第一种是公用网络型，利用移动、联通等网络，采用包括GSM、CDMA、3G等技术进行传输；第二种是专用网络型，利用无线网络采用包括WLAN、DSSS、MESH等技术的网络进行传输；第三种是专业图像传输型，利用数字移动电视传输网络采用包括COFDM、8VSB、OFDM等技术的专业无线图像传输。以上三类技术各有不同的应用面和优缺点，但是从专业技术应用角度，在其图像质量、传输距离、移动性能、集成性能来说，第三类已经成为单兵无线图像传输的主要技术和专业产品。

　　在第三类无线图像传输设备中，主要以COFDM为代表，首先适合在城区、城郊、建筑物内等非通视和有阻挡的环境中应用，具有卓越的绕射、穿透能力，能够以高概率实现图像的稳定传输，不受环境影响或受环境影响小；其次适合高速移动中传输，可应用于车辆、船舶、直升机/无人机等平台；第三适合高速数据传输，速率一般大于4Mbps，满足高质量视音频的传输；第四在复杂电磁环境中，COFDM具备优异的抗干扰性能；第五在对抗频率选择性衰落或窄带干扰及信号波形间的干扰性能优越，通过各个子载波的联合编码，具有很强的抗衰落能力。

三、特性分析

　　（一）射频特性

　　无线电频率是一种稀缺资源，主要服务于电台、移动通信、微波站、卫星，从法律法规上没有明确规定无线图像传输设备的专用频率，国家无委在“5.12”地震后确定336M~344MHz作为应急机动图像传输设备工作频率，此外，L频段（1000M~1500MHz），其反射传输性能出色，适合在城区、空中应用。如果在实际应用中采用双频工作模式，既可以提高设备抗干扰性能，降低对其他通信设备的干扰和污染，而且同时具有UHF波段和L频段的传输特性，将非常适合复杂电磁环境和各种不同地理环境的应用。

　　射频带宽越窄越方便于应用，但是会影响图像质量。目前采用多种带宽兼容的传输技术，设备可以同时工作在1.2M~8MHz带宽，根据不同的图像质量要求和传输距离要求选择不同工作带宽。

　　除了工作频率和射频带宽外，设备的频谱特性、带外抑制、频道间隔等也是设备的重要指标。

　　（二）图像质量

　　无线图像传输设备的图像质量主要是指图像的分辨率和时延。图像分辨率主要决定于两个因素：传输速度和编码方式。传输速率范围从0.5M~10Mbps，传输速率越高，图像质量越好。同时图像质量还取决于射频带宽、调制方式（QPSK\16QAM\64QAM）等。通常无线单兵设备采用的图像编码方式有MPEG2\MPEG4\H.264三种主要方式。MPEG2编解码是一种传统的编解码方式，主要应用于广播电视领域等高质量图像传输要求，其传输码流在2. 4M ~10Mbps，图像分辨率为720×576。而采用MPEG4编解码方式主要应用在码流较低时提高图像分辨率，适合网络传输，其传输码流通常在0.5M~2Mbps，图像分辨率是CIF,4CIF。H.264作为一种新的编解码方式，能够在同等传输码流时提供更高的图像质量。它引入了面向IP包的编码机制，有利于网络中的分组传输，支持网络中视频的流媒体传输。但是由于其应用成本较高，所以，目前采用的不多。

　　图像传输的时延对于决策指挥的反应非常重要，主要包括传输时延和设备编码/解码的时延。无线电的传输时延基本一致，传输1KM时延在3uS左右，可以忽略不计。而图像编解码的时延主要决定于编解码芯片的运算速度，采用高速芯片运算速度时延在40~60mS以内，采用普通芯片时延在100~500mS之间。

　　（三）传输距离

　　单兵无线图像传输设备的传输距离是用户使用时的关注重点，同时传输距离是设备多个技术参数和应用环境决定的。主要因素有发射功率、天线增益、接受门限、工作频率、电磁环境、地理环境等条件。从技术参数上主要是接收机的接收门限，通常采用DVB标准的通用接收机接收门限-93~-96dBm之间，而采用窄带COFDM专业级接收设备的接收门限在-103~-107dBm之间，理论上传输距离比前者提高一倍以上，传输时通常可以降低图像传输质量提高设备的传输距离。

　　设备的传输距离根据无线电传输特性，其系统增益大于系统自由空间传输损耗则可以实现传输，而在阻挡情况下通常需要分析其阻挡损耗和反射增益，每一幢建筑物其阻挡损耗通常是10~20dB，每增加一次阻挡，传输距离会降低到1/3以下。

（四）人机界面

　　在使用单兵无线图像传输设备过程中，良好的人机界面、分析诊断功能可以方便用户操作设置、判断故障、分析情况。

　　在发射端可以调整发射机工作频率、发射功率、射频带宽、编码速率、加密密码等功能。通常使用控制软件能实现以上功能，但在使用中连接计算机非常不方便，部分产品能够通过发射机的控制面板对以上参数进行设置和修改，可以设置多个以上不同工作频道，设置每个频道不同的传输码流而提供不同的图像质量和传输距离，提供视频输入告警功能判断视频输入信号，提供待机/发射功能，提供功率调整功能。

　　在接收端同样可以通过软件设置相应功能，接收机能够通过控制面板显示工作现场的频谱监测、信号强度显示、信噪比/误码率检测等功能，非常方便用户在使用时对周围电磁环境的检测、判断系统工作状况、分析确定传输距离，在用户非专业技术人员和没有专业检测仪器时，非常方便用户的使用。

　　根据实际应用经验，通常在电磁环境较好情况下，设备近距离使用时正常的接收信噪比在18dB以上，距离延伸一倍，信噪比降低3dB左右。图像传输码流4Mbps时，接收信噪比要求6~8dB，传输码流2Mbps时，接收信噪比要求4~6dB，传输码流1Mbps时，接收信噪比要求2~4dB。所以在实际应用中每降低一半传输码流，传输距离能提高50%左右。

　　（五）便携特性

　　设备体积小、重量轻、功耗低、携带方便、传输性能好是设备推广应用的重要条件。

　　对发射端通常其发射功率1W以内是对人体电磁防护的要求。而设备的整机功耗是决定其体积重量的主要技术条件，而通常发射端的整机效率不到10%，单兵携带时要求设备工作温度不超过人体体温37.5度，大量功率要求设备通过金属热交换方式散发，所以提高设备整机效率是决定其体积重量的决定因素。较先进的发射设备整机效率达到15%以上，例如：发射功率1W时，整机功耗7W左右，这样其体积相当于对讲机大小，重量在400g以内，4AH锂电池工作时间6小时以上，非常方便携带和使用。

　　接收端的车载使用要求通常不高，采用标准机架19英寸1U的结构广泛应用。大量的应用要求接收在脱离车辆、基站的条件下应用，采用一体化手持接收将非常适用，将天线、接收机、显示器、电池、储存设备集成一体，便于携带，同时将笔记本电脑作为接收端显示、存储也将非常方便。

（六）   应用环境

　　具体使用中不同的环境条件，对单兵无线图像传输设备的防护性能有不同的要求。在高低温、雨雪天气、危险气体等环境条件下的应用将不断扩大，要求单兵无线图像传输系统能够适应不同环境条件下的应用。

　　温度环境：我国地域辽阔，北方的低温和南方的高温环境要求设备有宽温工作环境，通常要求设备工作温度范围在-15~45℃之间，而对于消防、火灾应用环境要求设备工作高温能够在70℃环境中连续工作。

　　湿度环境：通常要求设备工作相对湿度环境0～90%,而对于水灾、消防、野外天气等环境，要求设备能够满足符合IP55、IP56防护等级的防护要求，在潮湿、喷淋状态下能够正常工作。这类设备非常适合洪灾、地质灾害、火灾等特殊行业部门的应用。

　　特殊气体环境：在特殊工业环境中，要求设备具备防爆功能，能够在危险气体、粉尘环境中工作。

　　四、展望

　　目前，单兵无线图像传输设备已逐渐应用于车辆、船舶、飞机、机器人等移动载体中，对传输性能和应用环境有不同的要求，特别在EMC、振动、高低温、防护等方面有不同的要求。随着技术和工艺的不断进步，单兵无线图像传输设备将应用于更多领域，为社会的建设和发展起到更多的作用。