LTE技術(shù)在蘇北運(yùn)河視頻監(jiān)控中應(yīng)用的研究

摘 要：隨著無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)監(jiān)控視頻的清晰度和實(shí)時(shí)性也提出了更高的要求。隨著我國(guó)4G牌照的發(fā)放，未來(lái)LTE這一新興移動(dòng)通信技術(shù)必將在水運(yùn)移動(dòng)視頻監(jiān)控領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。本文作者基于京杭運(yùn)河江蘇省交通運(yùn)輸廳蘇北航務(wù)管理處多年的工程管理工作經(jīng)驗(yàn)，以現(xiàn)有的船載移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)為例，對(duì)基于LTE技術(shù)的移動(dòng)視頻監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行相關(guān)探討，以期在實(shí)踐中發(fā)揮借鑒作用。

關(guān)鍵詞：LTE；船載終端；視頻監(jiān)控

中圖分類號(hào)：U641.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 04-0000-01

一、引言

內(nèi)河航運(yùn)在我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著日益重要的作用。以筆者所在單位京杭運(yùn)河江蘇省交通運(yùn)輸廳蘇北航務(wù)管理處為例，2012年全年運(yùn)河貨物通過(guò)量達(dá)到2.4億噸，貨物周轉(zhuǎn)量439億噸，十五期間貨物通過(guò)量年增長(zhǎng)率超過(guò)10%[1]。與此相伴的是運(yùn)河航行船舶的數(shù)量日益增加，船體大型化趨勢(shì)日趨明顯。因此航政船的船載移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于保證航道的暢通、安全，實(shí)現(xiàn)航道高效管理的方面發(fā)揮著重要的作用。

二、LTE技術(shù)的簡(jiǎn)介

長(zhǎng)期演進(jìn)（又稱 Long Term Evolution，以下簡(jiǎn)稱 LTE）技術(shù)是為了提高數(shù)據(jù)傳輸速率，減少時(shí)延、降低成本、擴(kuò)展兼容性和信號(hào)覆蓋范圍由3GPP組織提出的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

LTE系統(tǒng)引入了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用）和MIMO（Multi-Input Multi-Output，多輸入多輸出）等關(guān)鍵傳輸技術(shù)，顯著增加了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率。LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加扁平化簡(jiǎn)單化，減少了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和系統(tǒng)復(fù)雜度，從而減小了系統(tǒng)時(shí)延，也降低了網(wǎng)絡(luò)部署和維護(hù)成本[2]。

LTE系統(tǒng)有FDD（頻分雙工）、TDD（時(shí)分雙工）兩種方式，目前我國(guó)已發(fā)放牌照開展商業(yè)應(yīng)用的正是后者。TDD LTE的幀長(zhǎng)是Tf=307200×Ts=10ms，與FDD LTE相同，同時(shí)它分為2個(gè)半幀頻，每個(gè)長(zhǎng)度為 5ms，每個(gè)半幀又包含5個(gè)子幀，每個(gè)長(zhǎng)度1ms，TDD LTE模式的上下行使用要分開來(lái)，它共有7種組合[3]。

三、基于TDD LTE技術(shù)的船載移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的必要性

傳統(tǒng)移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)傳輸質(zhì)量受到移動(dòng)傳輸技術(shù)的限制，以作者所在的蘇北運(yùn)河現(xiàn)有的航政艇移動(dòng)視頻監(jiān)控平臺(tái)為例：該平臺(tái)基于3G標(biāo)準(zhǔn)之一的CDMA2000，此技術(shù)在一個(gè)無(wú)線信道傳送高速數(shù)據(jù)報(bào)文數(shù)據(jù)的情況下，支持下行（向前鏈路）數(shù)據(jù)速率最高3.1Mbps，上行（反向鏈路）速率最高到1.8 Mbps，實(shí)際使用時(shí)受制于信道條件和系統(tǒng)噪聲等因素影響很少能達(dá)到這一理論速率，很明顯實(shí)際應(yīng)用中，現(xiàn)有的基于3G技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)只能滿足較低碼率的低質(zhì)量視頻傳輸?shù)男枨蟆?/p>

與3G網(wǎng)絡(luò)相比，TDD LTE技術(shù)在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)配置下，可獲得下行約100Mbps，上行50Mbps的峰值速率，支持標(biāo)清以上標(biāo)準(zhǔn)視頻的傳輸，解決了視屏采集終端移動(dòng)性與視頻清晰度之間的通信速率瓶頸矛盾。

四、基于TDD LTE技術(shù)的移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)

基于TDD LTE技術(shù)的船載視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由以下三個(gè)部分組成：

（1）船載終端。船載終端由中心微處理器、數(shù)據(jù)編解碼及存儲(chǔ)設(shè)備、視頻采集設(shè)備、GPS模塊、無(wú)線傳輸模塊等構(gòu)成；

（2）無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)即利用沿線運(yùn)營(yíng)商的LTE TDD網(wǎng)絡(luò)為船載終端和視頻監(jiān)控中心間的數(shù)據(jù)交互提供通信平臺(tái)；

（3）視頻監(jiān)控中心。監(jiān)控終端主要由中心微處理器、顯示設(shè)備等組成，實(shí)時(shí)接收無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)的各類數(shù)據(jù)。

船載視頻監(jiān)控系統(tǒng)將攝像頭采集的視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)編解碼處理和硬盤錄像機(jī)存儲(chǔ)，視頻監(jiān)控中心通過(guò)無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)調(diào)閱所需監(jiān)控圖像。

五、基于LTE技術(shù)移動(dòng)視頻傳輸相對(duì)于傳統(tǒng)3G的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）通信速率更快。TDD LTE技術(shù)理論上可獲得下行約100Mbps，上行50Mbps的峰值速率。FDD LTE技術(shù)理論下行速率150Mbps，上行速率40Mbps。實(shí)際應(yīng)用中的速率也足以滿足標(biāo)清乃至高清視頻的傳輸要求。

（2）傳輸技術(shù)與多址技術(shù)。LTE多址技術(shù)采用下行OFDM，上行SC-FDMA的方案。以O(shè)FDM為基礎(chǔ)的多址技術(shù)OFDMA可以實(shí)現(xiàn)小區(qū)內(nèi)各用戶之間的正交性，從而有效地避免了用戶間干擾[4]。

（3）MIMO技術(shù)。MIMO技術(shù)是利用空間中增加的傳輸信道，在發(fā)射端和接收端分別使用了多個(gè)發(fā)射天線和接收天線，利用收發(fā)之間空間信道的傳播特性來(lái)提高數(shù)據(jù)速率、減少誤碼率，從而達(dá)到改善無(wú)線信號(hào)傳送質(zhì)量的目的[5]。

六、結(jié)束語(yǔ)

筆者介紹的TDD LTE技術(shù)在移動(dòng)視頻監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用是基于長(zhǎng)期工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合當(dāng)前無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的最新技術(shù)所提出的新的解決方案。該方案有能夠解決當(dāng)前移動(dòng)視頻監(jiān)控領(lǐng)域存在的一些關(guān)鍵性瓶頸問(wèn)題，提升移動(dòng)視頻監(jiān)控的實(shí)際應(yīng)用效果。對(duì)于京杭運(yùn)河蘇北段的航運(yùn)事業(yè)而言，有助于提升航道管理的信息化水平，增強(qiáng)航道實(shí)時(shí)管理的效果，更好的為航道事業(yè)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]田源.基于GPS的船舶管理信息系統(tǒng)研究[J].電子制作，2012（12）.

[2]萬(wàn)鵬，杜志敏.LTE和LTE-Advanced關(guān)鍵技術(shù)綜述[J].現(xiàn)代電信科技，2009（09）.

[3]董時(shí)菊，王海波，劉寅生.利用TDD信道互易性和現(xiàn)有LTE幀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)信道預(yù)測(cè)[J].電信科學(xué)，2011（06）.

[4]蘇愛國(guó)，劉梁杰，何毅，張琳.自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)在LTE OFDM系統(tǒng)中的性能分析[J].移動(dòng)通信，2009（14）.

[5]劉曉峰，沈嘉.LTE中MIMO技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)及其測(cè)試[J].現(xiàn)代電信科技，2009（09）.

[作者簡(jiǎn)介]倪定亞（1986.07-），男，江蘇淮安人，本科，助理工程師，研究方向：通信。