1、上海世博園視頻監(jiān)控前端無線接入解決方案 摘要：本文就世博園視頻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控要求做了簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)目前熱門的3G接入、Wimax接入、WiFi接入進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，對(duì)各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較，最后對(duì)世博園監(jiān)控系統(tǒng)前端無線接入解決方案的部署提出了合理建議。 前言 上海世博會(huì)將是探討人類城市生活的盛會(huì)；是一曲以創(chuàng)新和融合為主旋律的交響樂；將成為人類文明的一次精彩對(duì)話。場(chǎng)館的安全防護(hù)成為整個(gè)建設(shè)中重要的一環(huán)。本文僅介紹視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端無線接入的幾種方案，并進(jìn)行了比較。 1.世博園區(qū)無線視頻監(jiān)控要求 上海世博園區(qū)的無線視頻監(jiān)控（僅包括視頻前端的無線接入，不包括無線回傳連接以及手機(jī)等用戶終端的無線接入），有

2、以下場(chǎng)景及要求： 1、場(chǎng)館內(nèi)無線視頻監(jiān)控； 2、單兵無線視頻監(jiān)控，單兵視頻監(jiān)控要求全世博園區(qū)覆蓋，可以在園區(qū)內(nèi)任何發(fā)生緊急情況的地點(diǎn)投入使用，一般是室外步行，偶爾在室內(nèi)； 3、輪渡及渡口的無線視頻監(jiān)控； 4、園區(qū)流動(dòng)車輛無線視頻監(jiān)控；車輛移動(dòng)監(jiān)控有兩種，即流動(dòng)站定點(diǎn)外景監(jiān)控和車輛行進(jìn)間車內(nèi)監(jiān)控兩種。對(duì)于車輛行進(jìn)間車內(nèi)監(jiān)控，其車速可參考市內(nèi)交通管理規(guī)定限速80km/h。 2.3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)接入方式 2.1TD-SCDMA 2.1.1概述 TD-SCDMA在頻譜利用率、對(duì)業(yè)務(wù)支持具有靈活性、頻率靈活性及成本等方面有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。TD-SCDMA具有TDMA的優(yōu)點(diǎn)，可以靈活設(shè)置上行和下行時(shí)隙的比例而調(diào)

3、整上行和下行的數(shù)據(jù)速率的比例，特別適合因特網(wǎng)業(yè)務(wù)中上行數(shù)據(jù)少而下行數(shù)據(jù)多的場(chǎng)合。TD-SCDMA是時(shí)分雙工，不需要成對(duì)的頻帶。因此，和另外兩種頻分雙工的 3G標(biāo)準(zhǔn)相比，在頻率資源的劃分上更加靈活。一般認(rèn)為， TDSCDMA由于智能天線和同步 CDMA技術(shù)的采用，可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的復(fù)雜性，適合采用軟件無線電技術(shù)，因此，設(shè)備造價(jià)可望更低。 但是，由于時(shí)分雙工體制自身的缺點(diǎn)，TD-SCDMA被認(rèn)為在終端允許移動(dòng)速度和小區(qū)覆蓋半徑等方面落后于頻分雙工體制。此外，TD-SCDMA引入了HSDPA（高速下行分組接入）和HSUPA（高速上行分組接入）技術(shù)，合稱 HSPA技術(shù)，其引入沒有改變?cè)?TD-SCD

4、MA的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步的增強(qiáng)還包括 HSPA+技術(shù)。 2.1.2頻段 TD-SCDMA系統(tǒng)占用155MHz頻譜，其中2010MHz2025MHz為一階段頻段，干擾小，劃分為3個(gè) 5MHz的頻段。每個(gè)載頻占用帶寬為 1.6MHz，因此對(duì)于 5M、10M、15M帶寬，分別可支持 3、6、9個(gè)載頻，可以同頻組網(wǎng)或異頻組網(wǎng)。 2.1.3覆蓋 TD-SCDMA尤其適合于高密度用戶地區(qū)：城市及近郊區(qū)的局部覆蓋，對(duì)于TD-SCDMA系統(tǒng)，在人口密集地區(qū)，小區(qū)半徑設(shè)置在數(shù)百米，在郊區(qū)，小區(qū)半徑可達(dá)到數(shù)公里。 2.1.4帶寬 .移動(dòng)速度為最高240km/h時(shí)，數(shù)據(jù)速率為 8， .， 64/144kbit/s。.

5、手持機(jī)環(huán)境(速度 30km/h),數(shù)據(jù)速率為 8 ，. ，384 kbit/s 。.室內(nèi)環(huán)境(速度 3 km/h)，數(shù)據(jù)速率可達(dá) 2Mbit/s 。 .引入HSUPA技術(shù)后，上行峰值速率5.8Mbit/s，典型值為 1.12Mbit/s。.引入 HSDPA技術(shù)后，下行峰值速率 14.4 Mbit/s，典型值為 8.4Mbit/s（3載波）。 2.2WCDMA 2.2.1概述 WCDMA采用直接序列擴(kuò)頻碼分多址（DS-CDMA）方式，碼片速率為 3.84Mcps，載波帶寬為5MHz。WCDMA支持 FDD和 TDD 兩種雙工方式，TDD 模式基本參照了 FDD 模式的概念與設(shè)計(jì)思路。在 Rele

6、ase 5版本后，WCDMA引入了下行鏈路增強(qiáng)技術(shù)，即 HSDPA（High Speed Downlink Packet Access，高速下行分組接入）技術(shù)，在 5MHz的帶寬內(nèi)可提供最高 14.4Mbps的下行數(shù)據(jù)傳輸速率。在 Release 6版本后， WCDMA引入了上行鏈路增強(qiáng)技術(shù)，即 HSUPA（High Speed Uplink Packet Access，高速上行分組接入）技術(shù)，在 5MHz的帶寬內(nèi)可提供最高約 6Mbps的上行數(shù)據(jù)傳輸速率。 總之，WCDMA有較高的擴(kuò)頻增益，發(fā)展空間較大。WCDMA全球漫游能力最強(qiáng)，技術(shù)成熟性最佳。 2.2.2頻段 上行1920MHz1980

7、MHz，下行 2110MHz2170MHz 2.2.3覆蓋 覆蓋半徑大于TD-SCDMA系統(tǒng)，在人口密集地區(qū)，小區(qū)半徑設(shè)置在數(shù)百米，在郊區(qū)，小區(qū)半徑可達(dá)到數(shù)公里。 2.2.4帶寬 WCDMA可支持384Kbps到 2Mbps不等的數(shù)據(jù)傳輸速率，在高速移動(dòng)的狀態(tài)，可提供 384Kbps的傳輸速率，在低速或是室內(nèi)環(huán)境下，則可提供高達(dá) 2Mbps的傳輸速率。引入 HSDPA技術(shù)后，下行峰值速率 14.4 Mbit/s，引入 HSUPA技術(shù)后，上行峰值速率 6 Mbit/s。 2.3CDMA20001X/EVDO2.3.1概述 CDMA2000技術(shù)是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)IMT-2000系統(tǒng)的一種模式，它

8、是從CDMAOne（IS-95）演進(jìn)而來的一種第三代移動(dòng)通信技術(shù)。 CDMA2000分為多個(gè)階段來實(shí)施，第一個(gè)階段稱為 CDMA20001X，第二個(gè)階段稱為 CDMA2000 3X。1X的意思是使用與 IS-95相同的一個(gè) 1.25Mhz頻寬的載波；3X則意味著三個(gè)載波。 CDMA2000 1X完全兼容 IS-95的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，仿真與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明，CDMA2000 1X系統(tǒng)的話音業(yè)務(wù)容量是 IS-95系統(tǒng)的倍，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)容量是 IS-95的 10倍。 CDMA20001X在 HDR（High Date Rate）技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行演進(jìn)，名為 1xEV（1X Evolution）。1xE

9、V的演進(jìn)又被劃分為兩個(gè)發(fā)展階段，第一階段叫 1xEV-DO。1xEV-DO意指 Date Only，它使運(yùn)營商利用一個(gè)與 IS-95或 CDMA2000相同頻寬的 CDMA載頻就可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 2.4Mbps的前向數(shù)據(jù)傳輸速率，目前已被國際電聯(lián) ITU接納為國際 3G標(biāo)準(zhǔn)。1x EV-DO是一種專為高速分組數(shù)據(jù)傳送而優(yōu)化設(shè)計(jì)的，已經(jīng)發(fā)展出 Release 0，Release A和 Release B 三個(gè)版本。隨著 1xEV-DO標(biāo)準(zhǔn)的不斷演進(jìn)，該技術(shù)對(duì)于非實(shí)時(shí)對(duì)稱性業(yè)務(wù)（例如高速數(shù)據(jù)下載），以及實(shí)時(shí)對(duì)稱性業(yè)務(wù)（例如 VoIP、VT）的支持能力也在不斷增強(qiáng)。目前已商用的網(wǎng)絡(luò)是基于Release 0

10、 版本和Release A 版本設(shè)計(jì)的終端和系統(tǒng)。 2.3.2頻段 5GHZ 2.3.3覆蓋 覆蓋半徑大于TD-SCDMA系統(tǒng)，在人口密集地區(qū)，小區(qū)半徑設(shè)置在數(shù)百米，在郊區(qū)，小區(qū)半徑可達(dá)到數(shù)公里。 2.3.4帶寬 .CDMA20001xRTT（單載波）：最高數(shù)傳率614.4 Kbps，實(shí)際數(shù)傳率 80-100 Kbps .CDMA20001x-EV-DO：最高數(shù)傳率2.48 Mbps，實(shí)際數(shù)傳率 600K-1Mbps .CDMA20003xRTT（三載波）：最高數(shù)傳率2.4 Mbps實(shí)際數(shù)傳率 1Mbps-1.8Mbps .多載波EV-DO版本B：其下行數(shù)據(jù)速率高達(dá)9.3Mbps，上行數(shù)據(jù)速率

11、高達(dá) 5.4Mbps。 .“EV-DO增強(qiáng)版”：其下行數(shù)據(jù)速率高達(dá)34.4Mbps，上行數(shù)據(jù)速率高達(dá)13.4Mbps。 2.4 WiMAX無線網(wǎng)絡(luò)接入方式 2.4.1802.16d固定 WiMAX 2.4.1.1概述 IEEE802.16REVd是2-66GHz固定寬帶無線接入系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，也稱為IEEE 802.16-2004，是目前IEEE 802.16家族中最成熟的、商用化產(chǎn)品最多的標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.16e在繼承 IEEE 802.16REVd能力的基礎(chǔ)上增加了終端用戶移動(dòng)性的支持，理論移動(dòng)速度可以達(dá)到 120km/h。 目前，國內(nèi)的“無線城市”主要采用的就是WiFi覆蓋+802.1

12、6d回傳的方案。 2.4.1.2頻段 266GHz 2.4.1.3覆蓋 覆蓋半徑50公里，僅在LOS（Line of Sight）直線視距傳輸時(shí)能達(dá)到 50公里，否則小于 10公里。受雨、霧及水蒸氣影響而衰減的程度比微波要輕。 2.4.1.4帶寬 峰值速率75Mbps 2.4.2802.16e移動(dòng) WiMAX 2.4.2.1概述 IEEE802.16e是移動(dòng)寬帶無線接入的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)后向兼容IEEE802.16d。IEEE 802.16e的物理層實(shí)現(xiàn)方式與 IEEE 802.16d是基本一致的，主要差別是對(duì) OFDMA進(jìn)行了擴(kuò)展，可以支持 2048-Point、1024Point、512-Po

13、int和 128- Point，以適應(yīng)不同載波帶寬的需要。為了支持移動(dòng)性， 802.16e在 MAC層引入了很多新的特性，主要是針對(duì)移動(dòng)寬帶無線接入（ MBWA）空中接口的規(guī)范，支持 MS休眠模式。 802.16e系統(tǒng)將接入基于 IP協(xié)議的核心網(wǎng)，主要面向個(gè)人用戶提供數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)，也可以提供話音業(yè)務(wù)。可以支持 120km/h的移動(dòng)速度。 2.4.2.2頻段 26GHz 2.4.2.3覆蓋 覆蓋半徑支持1km50km的宏蜂窩；100m1000m的微蜂窩以及半徑 100m內(nèi)的室內(nèi)微微蜂窩。 2.4.2.4帶寬 支持上行最高為1.5Mbps的數(shù)傳率，上行最高為6Mbps的數(shù)傳率。 遺憾的是在政策方面

14、，由于802.16e和TD-SCDMA系統(tǒng)在定位和頻譜分配上有沖突，目前在國內(nèi)尚無法大規(guī)模商業(yè)部署。 2.5無線局域網(wǎng)WiFi接入方式 無線局域網(wǎng)（含802.11a和 802.11b等）是 1999年 8月 IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，美國電氣和電子工程師學(xué)會(huì)）頒布的無線局域網(wǎng)（ WLAN）的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，該標(biāo)準(zhǔn)定義了 WLAN物理層 (PHY，Physical Layer)和媒體訪問控制(MAC，Medium Access Control)的規(guī)范。允許無線局域網(wǎng)及無線設(shè)備制造商在一定范圍內(nèi)建立互操作網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。 2.

15、5.1802.11a 2.5.1.1概述 非全球性標(biāo)準(zhǔn)，采用OFDM技術(shù)，802.11a是802.11的擴(kuò)展，在802.11協(xié)議基礎(chǔ)上， 802.11a定義了在 5GHz頻段下更高通信速率的 PHY和 MAC規(guī)范。與單個(gè)載波系統(tǒng) 802.11b不同， 802.11a運(yùn)用了提高頻率信道利用率的正交頻分多路復(fù)用（OFDM）的多載波調(diào)制技術(shù)。由于 802.11a運(yùn)用 5GHz頻譜，因此它與 802.11b或最初的 802.11WLAN標(biāo)準(zhǔn)均不能進(jìn)行互操作。 2.5.1.2頻段 5GHZ 2.5.1.3覆蓋 室內(nèi)覆蓋半徑50米，室外覆蓋半徑 100 米 2.5.1.4帶寬 支持最高54Mbps的物理層

16、數(shù)傳率，但傳輸層最高只可達(dá)25Mbps。 2.5.2802.11b/g 2.5.2.1概述 802.11b是802.11的擴(kuò)展，在802.11協(xié)議基礎(chǔ)上，802.11b定義了無須申報(bào)授權(quán)的ISM（工科醫(yī)）2.4GHz頻段通信業(yè)務(wù)規(guī)范，是目前應(yīng)用最廣泛的無線局域網(wǎng)。 802.11b定義了 ISM頻段的 PHY和 MAC規(guī)范，主要內(nèi)容是關(guān)于 PHY層，采用了直序擴(kuò)頻技術(shù)，所用的編碼方法有補(bǔ)碼鍵控 CCK(Complementary Code Keying)和分組二進(jìn)制卷積碼 PBCC(Packet Binary Convolutional Coding)。 2003年 7月 IEEE802.11工

17、作組批準(zhǔn)了 IEEE802.11g草案，該標(biāo)準(zhǔn)成為人們關(guān)注的新焦點(diǎn)。與以前的IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)相比，IEEE802.11g有以下兩個(gè)特點(diǎn)：在 2.4GHz頻段使用正交頻分復(fù)用（OFDM）調(diào)制技術(shù)，使數(shù)據(jù)傳輸速率提高到 20Mbit/s以上，峰值數(shù)傳率達(dá) 54Mbit/s；能夠與 IEEE802.11b的 Wi-Fi系統(tǒng)互聯(lián)互通，可共存于同一 AP的網(wǎng)絡(luò)里，從而保障了后向兼容性。這樣原有的 WLAN系統(tǒng)可以平滑地向高速 WLAN過渡，延長(zhǎng)了 IEEE802.11b產(chǎn)品的使用壽命，降低了用戶的投資。 2.5.2.2頻段 2.4GHZISM頻段 2.5.2.3覆蓋 室內(nèi)覆蓋半徑100米，室

18、外覆蓋半徑 300 米 2.5.2.4帶寬 802.11b支持5.5Mbit/s和11Mbit/s數(shù)傳率；802.11g支持54Mbit/s峰值數(shù)傳率。 3.幾種方案比較 3.1移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)接入方案的缺點(diǎn) 首先，移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻譜資源十分有限。而高數(shù)傳率的無線視頻傳輸勢(shì)必耗費(fèi)大量的頻譜資源，在世博等用戶密集的場(chǎng)合下，甚至?xí)绊懹脩舻脑捯魳I(yè)務(wù)。而且也會(huì)增加系統(tǒng)成本以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的難度。 其次，由于移動(dòng)通信系統(tǒng)中存在著呼吸效應(yīng)，即覆蓋半徑隨用戶數(shù)目的增加而收縮。導(dǎo)致呼吸效應(yīng)的主要原因是CDMA系統(tǒng)是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，用戶增加導(dǎo)致干擾增加而影響覆蓋。而且，對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，隨著峰值速率的提高，處理增益在下降

19、，所消耗的無線資源在增加，為了保持與語音業(yè)務(wù)相同的覆蓋半徑，需要增加發(fā)射功率等資源，因此前向數(shù)據(jù)容量隨著峰值速率的提高而不斷下降。比如，對(duì)某CDMA20001X的實(shí)測(cè)表明，在滿足用戶平均空中速率為9.6kbps數(shù)據(jù)速率的條件下，最大支持 22個(gè)用戶 /sector/carries；在滿足用戶平均空中速率為 38.4kbps的條件下，最大支持 7個(gè)用戶/ sector/carries；在滿足用戶平均空中速率為 153.6kbps的條件下，最大只能支持 2個(gè)用戶/ sector/carries。因此，當(dāng)用戶大量涌入 世博場(chǎng)館時(shí)，無線視頻傳輸?shù)木嚯x和質(zhì)量勢(shì)必受到影響。 其三，移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、

20、部署都比較復(fù)雜，要考慮對(duì)鄰近小區(qū)的干擾等諸多因素，成本很高，基站的增減還需要無委會(huì)審批過程。因此，監(jiān)控前端與監(jiān)控平臺(tái)間的無線連接監(jiān)控前端與監(jiān)控平臺(tái)間的無線連接若采用移動(dòng)通信系統(tǒng)的解決方案，既不靈活，成本也高。 最后，帶CDMA接口的無線攝像機(jī)種類很少，價(jià)格較高，且多是以成套無線視頻系統(tǒng)的形式售賣。 3.2 WiFi無線接入方案的優(yōu)點(diǎn) 首先，WiFi不占用移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻譜資源。與移動(dòng)通信系統(tǒng)互不干擾，即會(huì)場(chǎng)人群的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)再多，兩者也不會(huì)互相影響。 其次，WiFi的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、部署、轉(zhuǎn)移都很簡(jiǎn)單易行，只需考慮其本身的信道復(fù)用規(guī)劃即可，無需有關(guān)部門的審批。WiFi普及度很高，各種WiFi產(chǎn)品生產(chǎn)

21、批量都很高，所以，WiFi產(chǎn)品成本很低。帶WiFi接口的無線攝像機(jī)僅僅數(shù)千元人民幣。 4.前端無線接入方案部署建議 關(guān)于世博園區(qū)的無線視頻監(jiān)控，建議盡量多地采用WiFi等非移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控前端與監(jiān)控平臺(tái)間的無線連接，理由是：世博園區(qū)在活動(dòng)期間會(huì)聚集大量的人群，勢(shì)必造成移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻譜資源及其它資源極度緊張，且移動(dòng)通信系統(tǒng)不可避免地存在著呼吸效應(yīng)。同時(shí)，移動(dòng)視頻傳輸需要占用大量的無線資源，所以要盡量減輕移動(dòng)通信系統(tǒng)的負(fù)荷，以滿足國內(nèi)外參訪人群的移動(dòng)通信需求及通信質(zhì)量。而 WiFi使用無需申請(qǐng)的 ISM頻段，與移動(dòng)通信系統(tǒng)互不干擾，帶寬足夠且連接穩(wěn)定，并且?guī)?WiFi接口的攝像機(jī)型號(hào)

22、很多、價(jià)格低廉，所以，WiFi解決方案應(yīng)該盡量多地采用。 具體地，針對(duì)四種場(chǎng)景的解決方案如下： 4.1、場(chǎng)館內(nèi)無線視頻監(jiān)控 這個(gè)顯然是應(yīng)該采用帶 WiFi（802.11b/g）接口的無線攝像機(jī)。另外，在園區(qū)大門、路口、場(chǎng)館門口可以采用帶 WiFi（802.11b/g）接口的無線攝像機(jī)。在園區(qū)道路，可以每隔 250米就布設(shè)一個(gè) WiFi無線攝像機(jī)（WiFi室外覆蓋半徑 300 米），重點(diǎn)路段可以布得密集一點(diǎn)。這樣，加上帶攝像機(jī)的巡邏人員及車輛的補(bǔ)充，應(yīng)該可以滿足園區(qū)視頻監(jiān)控的需求。 4.2、單兵無線視頻監(jiān)控 世博園區(qū)要求有 56組安保人員（每組 56人）肩負(fù)便攜式無線攝像機(jī)以步行的方式執(zhí)行園區(qū)監(jiān)

23、控（絕大多數(shù)情況下是戶外）。由于黃埔江兩岸的世博園區(qū)面積均不大（浦西世博園區(qū)面積：約 1.96平方公里，浦東世博園區(qū)面積：約 4.72平方公里），因?yàn)?802.16d覆蓋距離最大達(dá) 50 公里，所以完全可以用 2個(gè) 802.16d小區(qū)來分別覆蓋黃埔江東西兩岸的世博園區(qū)，這樣，不涉及小區(qū)切換的話，802.16d完全可以支持在單小區(qū)內(nèi)以步行速度移動(dòng)的安保人員的視頻采集活動(dòng)（如果想節(jié)省成本，浦西園區(qū)與黃埔江江面可以用同一個(gè) WiMAX 802.16d小區(qū)進(jìn)行覆蓋）。而且，為了能夠后向平滑過渡到 802.16e，802.16d增加了部分功能以支持用戶的移動(dòng)性。其最高 75Mbps的帶寬也足以滿足多路視頻傳輸?shù)囊?。?dāng)然，如果能使用 802.16e的產(chǎn)品，效果會(huì)更好。 4.3、輪渡及渡口的無線視頻監(jiān)控 渡口和碼頭等固定場(chǎng)所可以采用帶 WiFi（802.11b/g）接口的無線攝像機(jī)。至于輪渡，其活動(dòng)范圍是，兩岸世博園區(qū)所夾黃埔江江段，沿江距離 2