基于廣電白頻譜的無線寬帶雙向傳輸應用平臺

2013-07-25 07:40:44曹健

電視技術 2013年20期

曹健

（南京廣播電視集團電視播出部，江蘇南京 210001）

現階段地面電視面臨數模同播，頻率資源緊張，一定程度上制約了地面數字電視[1]的發展；然而，關閉地面模擬電視后，頻率資源得到有效釋放，廣電又將面臨如何科學有效利用頻譜資源的課題。

廣電無線傳輸和覆蓋以下行見長，點對多點，高帶寬、廣覆蓋，建設成本和維護成本低；但缺乏有效的上行能力，雙向傳輸和互動實現困難，廣電無線上行和雙向傳輸能力不足，從而使得電信行業3G、4G、微信、微博等應用有機會向廣電行業滲透。

南京廣電集團與南京寬慧無線網絡通信有限公司、中科院相關單位合作，利用廣電U波段白頻譜資源，運用具有自主知識產權的MiWAVE技術和設備構建南京城域寬帶無線多媒體雙向傳輸網，開展相關實驗。目前，除應用在南京廣電集團日常新聞直播欄目和突發事件新聞現場回傳外，也作為南京無線城域網專網運用在城市交通、公安、城市衛生等行業。下一步將應用于2014年在南京舉行的第二屆世界青奧會中。

南京作為國家公布的首批三網融合[2]試點城市，南京廣電集團一直積極探索和尋找合適的切入點。在三網融合背景下，利用廣電頻譜資源，將下行和上行傳輸有機結合，構建廣電無線寬帶雙向傳輸網絡，作為NGB-W[3]的發展方向，具有前瞻性和探索性，將是廣電行業未來發展的希望，有著廣闊的發展和應用前景。

1 系統平臺介紹

1.1 系統簡介

基于南京城域廣電白頻譜感知和資源利用，采用中科院具有自主知識產權的MiWAVE技術和設備來構建寬帶無線雙向接入網絡（見圖1），其中，MiWAVE系列基站建設完成對南京主城區的覆蓋；微基站或直放站等無線設備的補點建設，解決角落、停車場等主基站覆蓋的死角，以達到覆蓋移動車輛在南京主城區區大部分地區活動范圍的目標。

由于系統規模大，采取分步投資與建設的方案，從2011年開始，截至2013年6月，共建成基站38個（見圖2），實現了長江和繞城高速所圍成的南京主城區約700 km2中90%面積的廣覆蓋（見圖3）。目前已完成38個基站和核心網建設，投入廣電業務和其他行業業務應用的實驗。

1.2 系統平臺簡介

系統網絡架構從邏輯上劃分為應用平臺、核心網、接入網、終端4個層次。

圖1 南京無線雙向傳輸網骨干網絡平臺示意圖

圖2 南京無線雙向實驗網基站分布圖（截圖）

圖3 南京城域覆蓋效果測試情況（截圖）

1.2.1 應用平臺

應用平臺包括一個運管中心和應用服務系統，其設備包括各種應用服務器及業務控制系統，如視頻監控服務器、視頻會議服務器、授權訪問終端、視頻監控管理系統、多路解碼器、視頻交換矩陣、視頻會議系統、電視墻等。用于具體應用業務（如視頻業務）的訪問和調度，滿足在移動情況下的新聞直播、應急指揮、安全保障等業務應用要求。

運管中心作為城域網的動態監控系統的核心，是系統安全穩定運行的前提。

應用服務系統是整個系統對外提供服務的基礎，其設備根據需要可以集中放置或分布放置。一般放置有大型電視墻，實時顯示由矩陣切換的多路城市動態圖像，可實時瀏覽前端各終端上傳的實時圖像，并可將重要圖像數字化存儲錄像。

目前已實現對南京市內24個主要交通路口的動態圖像實時監控。

1.2.2 核心網

利用南京廣電網絡公司南京城域光網平臺構建本系統所需的核心網絡。核心網部分需要根據具體應用規模和設備分布配置適當的交換機和路由器以及相應的光接入口，現有4臺核心路由器，分別部署于南京廣電網絡的城東、城南、城西、城北等4個光網核心節點。核心網與接入網的連接通過網關實現，網關可對所有基站設備進行資源配置。

1.2.3 接入網

該接入網包括MiWAVE系列化基站以及與核心網相連接的接入網關。MiWAVE系統作為無線寬帶多媒體業務的接入網絡，提供雙向承載通道。只要有核心網光纖接入口的地方，就可以架設MiWAVE基站，同時，在沒有光纖資源的地方，也可以用微波中繼作為數據回傳的一種手段。

無線寬帶接入基站采用宏蜂窩覆蓋方式布置與目標區域中，主要采用3扇區應用模式，可以支持異頻和同頻組網方式。每個基站采用100 MHz以上寬頻天線和發射設備，采用TDD雙工方式，每個基站由2個上行通道、1個下行通道組成，上下行共用1個信道，按照時分的工作模式共用，在上下行比例分配可調，MiWAVE系統支持多種不同的配置，目前設定為17∶30（以上行為主）、突出和彌補廣電無線上行能力。每個基站功率等級10 W以下連續可調。

1.2.4 終端

該系統方案中的終端側主要包括無線寬帶接入終端設備以及與業務應用相配套的外圍設備，如攝像機、網絡攝像機、視頻會議終端、上網本、WiFi手機等。終端內部可以集成國內主流廠家的編碼模塊，以直接連接模擬攝像機提供圖像上傳，也可以選擇外接前端設備（包括網絡攝像機、WiFi攝像機或網絡服務器+模擬攝像機）的方式應用于實際業務。終端內置的編碼模塊缺省采用壓縮性能最好的H.264進行音視頻壓縮，結合系統本身較高的鏈路預算，確保在不同的應用場景都有好的信號質量，提供CIF到D1畫質的視頻圖像。根據圖像的變化情況和對清晰度、分辨率的不同要求可提供從128 kbit/s～3 Mbit/s不等的碼流。

MiWAVE終端用于和MiWAVE基站保持連接，進行雙向的數據傳輸。車載終端滿足南京城域新聞移動車上的應用，移動單兵適用于前方記者機動靈活的現場信號采集，回傳移動單兵或車載終端，將新聞現場信號通過就近基站匯入接入網，通過核心交換網送至南京廣電集團播控中心機房，由播控中心矩陣調度到各頻道演播室。

采用車載終端結合無線AP（WiFi，可選擇支持WAPI的設備）的方式向附近的新聞工作人員提供便捷的WiFi系列網絡接入；將來該無線多媒體網絡若有可能向公眾拓展應用，則MiWAVE+WiFi AP的方式可解決新技術接納現有終端的問題，為寬帶無線多媒體網絡提供不同于其他技術的公眾用戶發展策略。

2 涉及的部分關鍵技術

2.1 結合地理信息（CIS）進行南京城域白頻譜資源分析

通過對南京城區若干典型區域的頻譜檢測，初步掌握了一些基本特征。總體來說比較復雜，存在信道差異、地區差異、方向差異、時間差異等情況。主要測試和分析內容包括：

1）不同頻段、同一時間、同一地點、同一方向的頻譜存在的差異；

2）同一頻段、同一時間、不同地點、同一方向的頻譜存在的差異；

3）同一頻段、同一時間、同一地點、不同方向的頻譜存在的差異；

4）同一頻段、不同時間、同一地點、同一方向的頻譜存在的差異。

2.2 特定區域白頻譜資源的感知和頻譜利用技術

鑒于白頻譜隨時間變化的特性，往往有些信道在2/3以上的時間段是可用的，但是在剩下的1/3時間內，卻存在較強的干擾，難以直接利用。如果具備動態感知能力，則可以及時掌握到這些資源的動態信息，結合動態頻譜資源調度與管理，進一步提升白頻譜的利用效率。下一步的發展模式是頻譜的動態感知能力和動態頻譜資源調度與管理。

2.3 干擾子載波扣除、抑制帶內窄帶干擾能力

采用MiWAVE技術可以在啟動及運行過程中實時檢測帶內的其他頻率分量，倘若存在非自身頻率，則分析并量化其信號情況（幅度、位置等）。根據分析結果，自適應調整空口子頻帶分配，刻意避讓非自身信號所用子頻帶。針對帶內特定規律的窄帶干擾信號，可以通過扣除相應子載波的方式實現干擾抑制，使得系統能夠在具有較強帶內窄帶干擾的電磁環境中工作（見圖4）。