无线电传输距离

无线电传输距离 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 无线电传输距离 无线传输距离和发射功率以及频率的关系 功率 灵敏度 (dBm dBmV dBuV) dBm=10log(Pout/1mW)，其中Pout是以mW为单位的功率值 dBmV=20log(Vout /1mV)，其中Vout是以mV为单位的电压值 dBuV=20log(Vout /1uV)，其中Vout是以uV为单位的电压值 换算关系: Pout,Vout×Vout/R dBmV=10log(R/0.001)+dBm，R为负载阻抗 dBuV=60+dBmV 应用举例 无线通信距离的计算 这里给出自由空间传播时的无线通信距离的计算方法:所谓自由空间传播系指天线周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条件。电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。 通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关。 [Lfs](dB)=32.44+20lgd(km)+20lgf(MHz) 式中Lfs为传输损耗，d为传输距离，频率的单位以MHz计算。 由上式可见，自由空间中电波传播损耗(亦称衰减)只与工作频率f和传播距离d有关，当f或d增大一倍时，,Lfs,将分别增加6dB. 下面的公式说明在自由空间下电波传播的损耗 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ Los = 32.44 + 20lg d(Km) + 20lg f(MHz) Los=20Lg(4π/c)+20Lg(f(Hz))+20Lg(d(m))=20Lg(4π/3x10^8)+20Lg(f(MHz)x 10^6)+20Lg(d(km)x10^3)=20Lg(4π/3)-160+20Lgf+120+20Lgd+60=32.45+ 20Lgf+20Lgd, d 单位为km，f 单位为MHz Los 是传播损耗，单位为dB，一般车内损耗为8-10dB，馈线损 耗8dB d是距离，单位是Km f是工作频率，单位是MHz 例:如果某路径的传播损耗是50dB，发射机的功率是10dB，那 末接收机的接收信号电平是-40dB。 下面举例说明一个工作频率为433.92MHz，发射功率为， 10dBm(10mW)，接收灵敏度为-105dBm的系统在自由空间的传播距离: 1. 由发射功率+10dBm，接收灵敏度为-105dBm Los = 115dB 2. 由Los、f 计算得出d =30公里 这是理想状况下的传输距离，实际的应用中是会低于该值，这是因为无线通信要受到各种外界因素的影响，如大气、阻挡物、多径等造成的损耗，将上述损耗的参考值计入上式中，即可计算出近似通信距离。 假定大气、遮挡等造成的损耗为25dB，可以计算得出通信距离 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 为: d =1.7公里 结论: 无线传输损耗每增加6dB, 传送距离减小一倍 在遥控钥匙门禁(RKE)系统中，可以用钥匙扣上的发射器从远端开锁，发射器将无线编码发送到汽车内的接收机。遥控钥匙门禁(RKE) 系统通常工作在ISM频段，包括315MHz和433.92MHz。随着远程启动和带校验的RKE的出现，设计者希望延长这些短程设备的有效收发距离。影响有效收发距离的关键因素是无线信号的路径损耗。该应用笔记描述了无线信号的“地面反射”对路径损耗的影响，给出了路径损耗的近似式，并给出了在空旷停车场内路径损耗的曲线。另外，本文还给出了多路径信号和阻塞影响的估算。 在RKE系统中，汽车驾驶员利用钥匙扣上的发射器向车内接收机发送无线编码信号，打开车锁。接收机对接收到的信号进行解码，并控制执行装置打开车门。 RKE系统的一个重要指标是它的有效收发距离。该距离由链路预算决定，关键因素是钥匙扣上发射器的发射功率、接收器的灵敏度和路径损耗。本应用只讨论路径损耗，阐述了发射器与接收器的距离、发射信号频率以及发射器与接收器之间的相对高度对路径损耗的影响。 地面反射中的路径损耗 在一个空旷的停车场环境中，几米以上距离的路径损耗与距离的4次方成正比，在自由空间传输中它与距离的平方成正比。实际上，—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 对于增益为1的小天线而言，路径损耗与频率无关，可由一个简单的式表示: 其中，R是发射器和接收器之间的水平距离，h 1 是发射器的高度，h 2 是接收器的高度。这个简单的用于表示路径损耗的公式式是根据“地面反射”原理得出的。在靠近地面的任何位置，无线信号传输都会在发 射器和接收器之间选择一条直接路径和一条地面反射路径，如图1所示。地面反射类似于镜面反射。对于常规地形，地面反射会使信号产生180 相移，而且比直接路径传输更远的距离。两条路径信号在接收端重新组合，如果不考虑路径长度的影响，这两路信号可以完全抵消。直接路径和地面反射路径的传输距离由式2和式3表示: 由于R、R1、R2 >> h1、h2，上述表达式可近似为式4和式5: 两者距离之差由式6表示: 地面反射是多径传输的一个简单例子:无线电波在传播过程中，遇到不同的表面反射，形成幅值和延迟均不同的多径信号到达接收机。若在自由空间只有一条传输路径，接收器收到的信号功率由式7表示: 其中，P R 是接收功率、P T 是发射功率、G T 是发射机天线增益、G R 是接收天线增益、 是波长。 在地面传输时，传输信号会选择两条路径:直接路径和地面反射路径。有许多种方法可以模拟这种传输，且大多数都可以作为学术 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 的内容。我们采取这样一种合理且直观的方法来模拟第二种路径所产生的影响:假定一半的发射功率进入直接路径传输，而另一半进入—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 地面反射路径。结果会有两路具有微小相位差异的电压信号在接收天线端相减(反射会产生180&#176的相位翻转)。式8是两路电压信号组合后的复数表达式: 实际上，在大多数地面平坦的条件下，两路电压信号V 1 和V 2 的幅值相等。我们可以把V看成是一个“电压” ，等于接收功率的1/2次方(这种情况下，是V/ ，如式9所示: 接收功率刚好是式8电压幅值的平方。 将式9中的V代入该式，整理并转化为三角函数，可得到精确的路径损耗式为: 如果我们将式6中 的近似表达式代入式11，并将近似为x，就可得到如下简化表达式: 对于具有宽角度覆盖范围的小天线来说，其天线增益近似为1。将式12表示为PR/PT的比值，并设置G T =G R =1, 所得到的近似表达式既为式1。图2和图3是天线增益为1时，在315MHz和434MHz下路径损耗的曲线图。包括式7表示的自由空间路径损耗、式11给出的精确路径损耗和式12给出的近似路径损耗。由图可以看出:在距离非常近时，确切的路径损耗会随信号频率不同而发生变化。 从这两幅图我们可以发现，对于图1 所示的典型遥控钥匙信号传输路径，在距离10米远处的路径损耗近似等于自由空间的路径损耗。这是因为在300MHz至400MHz，直接路径传输信号和通过地面反射的信号在距离上相差四分之一波长，产生90 和176 的相位差。这意味着两路信号叠加后既不增强也不抵消。 而在大于10米处，路—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 径损耗以 R -4 变化，这说明在中等或较远距离时，式1是计算路径损耗的一个非常有用、快捷的方法。实际上，在发射和接收高度相等且均为h时，路径损耗(单位:dB)可以简化为: 由该式可知，当发射和接收高度均为1米时，1千米远处的路径损耗为123dB。 路径损耗计算的使用技巧 将发射功率一分为二，一半进入直接路径传输，一半进入地面反射路径传输的传播模型并不精确。这也是根据该模型建立的式12和式13表达式有时会出现2次方因子。但是，重要的是该应用笔记给出的表达式非常近似地估计了可以达到的最远距离。并描述了高度和距离对路径损耗的影响。自由空间损耗模型可用于传输距离在10米以内的情况，因为在相距10米以内时，地面反射会使信号传输发生巨大的变化。而在距离大于10米且无障碍的环境中，可以采用的规律近似估算。 任何散射体的存在都会影响任意距离处的路径损耗。任何障碍物(如停车场的其他汽车、灯柱、低矮的建筑物等)都会造成更多的反射路径，并使无线电波发生绕射，在混凝土建筑物中还会进一步削弱信号。这说明在实际情况中，以R 4 变化的损耗模型比自由空间的损耗模型更准确。实际使用时，考虑到不同表面造成的瞬时衰落，估计路径损耗较好的方法是从式1计算出的空旷停车场的路径损耗中减去20dB。如果钥匙扣发射器在一个建筑物内发送信号(比如一个远程启动装置)，则要从式1计算出的路径损耗中减去30dB到40dB。总之，要想得到最远收发距 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 离，最可靠的方法就是进行实际测试。上述近似法只是一种参考，或者说是在测量开始之前进行的一个“可靠检验”。 dBm, dBi, dBd, dB, dBc释义 dBm dBm是一个考征功率绝对值的值，计算公式为:10lgP(功率值/1mw)。 [例1] 如果发射功率P为1mw，折算为dBm后为0dBm。 [例2] 对于40W的功率，按dBm单位进行折算后的值应为: 10lg(40W/1mw)=10lg(40000) =10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。 dBi 和dBd dBi和dBd是考征增益的值(功率增益)，两者都是一个相对值， 但参考基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线，dBd的参考基准为偶极子，所以两者略有不同。一般认为，表示同一个增益，用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2.15。 [例3] 对于一面增益为16dBd的天线，其增益折算成单位为dBi时，则为18.15dBi(一般忽略小数位，为18dBi)。 [例4] 0dBd=2.15dBi。 [例5] GSM900天线增益可以为13dBd(15dBi)，GSM1800天线增益可以为15dBd(17dBi)。 dB dB是一个表征相对值的值，当考虑甲的功率相比于乙功率大或—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 小多少个dB时，按下面计算公式:10lg(甲功率/乙功率) [例6] 甲功率比乙功率大一倍，那么10lg(甲功率/乙功率)=10lg2=3dB。也就是说，甲的功率比乙的功率大3 dB。 [例7] 7/8 英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3.9dB。 [例8] 如果甲的功率为46dBm，乙的功率为40dBm，则可以说，甲比乙大6 dB。 [例9] 如果甲天线为12dBd，乙天线为14dBd，可以说甲比乙小2 dB。 dBc 有时也会看到dBc，它也是一个表示功率相对值的单位，与dB的计算方法完全一样。一般来说，dBc 是相对于载波(Carrier)功率而言，在许多情况下，用来度量与载波功率的相对值，如用来度量干扰(同频 干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等)以及耦合、杂散等的相对量值。 在采用dBc的地方，原则上也可以使用dB替代。 经验算法: 有个简便公式:0dbm=0.001w 左边加10=右边乘10 所以0+10DBM=0.001*10W 即10DBM=0.01W 故得20DBM=0.1W 30DBM=1W 40DBM=10W 还有左边加3=右边乘2，如40+3DBM=10*2W，即43DBM=20W，这些是经验公式，蛮好用的。 所以 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ -50DBM=0DBM-10-10-10-10-10=1mw/10/10/10/10/10=0.00001mw。 波特率 波特率是每秒钟传送的信息位的数量。它是所传送代码的最短码元占有时间的倒数。例如一个代码的最短时间码元宽度为20毫秒，则其波特率就是每秒50波特。 20毫秒=0.02秒 波特率1/0.02=50波特 在信息传输通道中，携带数据信息的信号单元叫码元，每秒钟通过信道传输的码元数称为码元传输速率，简称波特率。波特率是传输通道频宽的指标。 每秒钟通过信道传输的信息量称为位传输速率，简称比特率。比特率表示有效数据的传输速率。 在架设无线网络时，我们都需要计算一下无线网络的传输距离，在此给出无线网络的传输距离的计算公式。 无线传输距离计算 Pr(dBm) = Pt(dBm) - Ct(dB) + Gt(dB) - FL(dB) + Gr(dB) - Cr(dB) Pr:接受端灵敏度 Pt: 发送端功率 Cr: 接收端接头和电缆损耗 Ct: ?投私油泛偷缋滤鸷?br>Gr: 接受端天线增益 Gt: 发送端天线增益 FL: 自由空间损耗 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ FL(dB)=20 lg R (km) +20 lg f (GHz) + 92.44 R是两点之间的距离 f是频率=2.4 无线应急图像传输系统建设方案 中网信安无线网络事业部 一、项目概述 客户应用分析 1、在事发现场或其他重要场合，单兵所采集的图像、现场声音可以通过无线通信的方式传送到一定距离外的通讯车，在指挥车内的监视器进行图像信号的显示;同时，通过车载图像传输系统，将图像信号传输到市指挥中心，从而实现快速、灵活的现场指挥调度。 2、根据对现场图像的分析、存储等应用需要，现场图像传输应具备高质量:图像的数字编解码应达到720*576或720*468分辨(即MPEG2编码广播级画质);图像传输信道速率应大于4Mbps，图像传输延时应小于40ms。 3、各事件发生地环境复杂，所以从拍摄的现场到通讯车的无线图像及音频传输系统必须具备“绕射”“穿透”的能力，可以实现全向发、全向收的效果，才能满足应急通讯的灵活、机动、便捷、快速的应用要求。 4、单兵携带的无线图像传输设备应体积小、重量轻，可背负使用。 5. 指挥中心的接收机除常见的BNC输出外，还应有USB输出，可直接在电脑上显示，并在电脑上直接实现存储，抓图，回放等功能。 用户功能要求 l 实现单兵便携设备深入现场采集图像; l 实现单兵图像上传至指挥车; l 实现移动通信车图象通过中转站上传至指挥中心，可再—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 通过专网上传至上级指挥中心; l 指挥中心的接收机除常见的BNC输出外，还应有USB输出，可直接在电脑上显示，并在电脑上直接实现存储，抓图，回放等功能; 用户技术指标 单兵发射机 设备性能要求:采用COFDM调制技术;提供广播级MPEG-2或MPEG-4标准压缩的高质量的图像和声音传输;具备端到端的128位AES数字加密功能，防止信息泄密;设备工作频率可调，抗干扰能力强;发射机采用全密封结构，防水防尘性能好，适合于恶劣环境使用;输出功率可调，传输距离远. 设备功能:在紧急情况下由单兵携带进入案发现场、危险地域或建筑物内，将现场图像传输到1-3公里外的通信指挥车上。单兵无线图像传输设备应具有较强的绕射和穿透能力。 ? 工作频段:150M,1700MHz，2300M,2700MHz，(频率可调) ? 输出功率:1,3W ? 通道带宽8/7/6/4/3.5/2.5/1.25MHz(定制) ? 图像输入:PAL或NTSC复合视频 ? 压缩标准:MPEG2 MPEG-4 ? 图像清晰度:D1 ? 声音输入:双声道 ? 调制方式:COFDM QPSK/16QAM ? 电源:(配两块备用电池) ? 电池工作:,2H ? 供电:AC220V或DC12V ? 扩展:支持GPS地图定位 单兵接收机 ?输入频段:150M,1700MHz，2300M,2700MHz(频率可调) ?接收门限:<-100dBm ?图像输出:PAL或NTSC复合视频 ?解压标准:MPEG2 MPEG4 ?行 标 准:625或525线 ?图像清晰度:D1 ?解码速率:1.2M,4.8Mbps ?声音输出:双声道 ?解调方式:COFDM QPSK/16QAM ?工作环境:-30,70? ; ?湿度环境:<95% 非凝结; ?电源:AC220V 或DC 12V; ?控制接口:RS232; ?扩展:支持GPS地图定位 设备指标要求:要求发射设—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 备轻便，体积小(配防护设备)，适合单兵携带、能即时开通使用(便携 式);要求接收设备既可以车载使用也可以单兵携带使用。 车载式发射机 设备性能要求:采用COFDM调制技术;具备优质的性能、高稳定性、高电磁兼容性，系统调试安装操作方法要做到简单明了;要求无线传输设备必须具备端到端的128位AES数字加密方式;传输距离:典型城市环境中20-50公里 ;通视条件80公里以上支持非视距传输。 设备功能:解决指挥车到市指挥中心之间的图像传输。在紧急情况下将指挥车开到事发现场，将车载摄像机或单兵图像传输设备采集现场图像，实时地传送到指挥中心;在车辆高速移动的情况下也能实时传输图像。设备具有组网功能。 ?工作频段:150M,1700MHz，2300M,2700MHz(频率可调) ?输出功率:10,20W(可调)、 ?通道带宽:8/7/6/4/3.5/2.5/1.25MHz(定制) ?图像声音编码、图像输入:PAL或NTSC ?复合视频压缩标准:MPEG2 MPEG-4 ?图像清晰度:D1 ?编码速率: 1.2M,4.8Mbps、 ?声音输入:双声道 ?调制方式:COFDM QPSK/16QAM ?电源供电:AC220V/DC12V ?扩展:支持GPS定位 ?工作环境:-30,70? ; ?湿度环境:<95% 非凝结; 车载式接收机 ?输入频段:300M,800MHz(频率可调); ?接收门限:<-100dBm ? 图像声音解码:图像输出:PAL或NTSC复合视频 ?解压标准:MPEG2 MPEG-4 ?行 标 准:625或525线 ?解码速率:1.2M,4.8Mbps ?声音输出:双声道 ?解调方式:COFDM QPSK/16QAM ?电源:AC220V ?扩—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 展:支持GPS地图定位 ?接收部分:接受天线:高增益全向天线，驻波比<1.5，抗风强度?60 ?工作环境:-30,70? ; ?湿度环境:<95% 非凝结; 二、方案论述 技术选型 COFDM技术体制选型分析 1.概述 目前，无线图像传输所采用的技术体制可大致分为:模拟传输、数字/网络电台、GSM/GPRS、CDMA、数字微波、扩频微波、无线网、COFDM(正交频分复用)、卫星通讯等。应该说各种体制均有自身的优势。大体上: ?模拟传输为“古老”的技术，其优势是价格低廉，但其为单载波技术，抗干扰差、抗多径差、保密性差，仅仅在通视环境下应用，不能在阻挡环境中和移动中使用。 ?数字/网络电台价格低，很多采用扩频技术，但本质上为单载波调制;有效传输速率有限，一般在100Kbps以下，传输图片，无法传输高质量图像(大于2Mbps)。 ?GSM/GPRS、CDMA为移动通信公网技术，很成熟，但传输速率有限，一般在100Kbps级，无法传输高质量图像(大于2Mbps);保密机制不健全，如建设专用网，其小区制覆盖将意味着极高的建设成本。 ?数字微波、扩频微波可以提供高速率链路，可以传输基于E1的低端MPEG2，图像编码速率小于2Mbps，但均为单载波调制技术体制，仅仅在通视环境下应用，不能在阻挡环境中和移动中使用;如采用多级接力的方式，则现场需要多人“踩点”，找合适的通视路线，操作烦琐，系统可靠性不高，很难实现保密。 ?无线网技术发展很快。802.11FHSS(跳频调制)、802.11(b)DSSS(直序扩频)可以提供约1-5 Mbps净速率，但因它们的单载波调制体制，仅仅在通视环境下应用，不能在阻挡环境中和移动中使用。802.11a、—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 802.11g在物理层采用了OFDM多载波调制，但载波数量较少，如802.11a为52个子载波，实际应用中对比802.11FHSS表现出少量的“绕射”能力;它们一般应用于办公室内无线局域网，用于室外需配置定向天线。 ?COFDM(正交频分复用)调制技术是最新的无线传输技术，它是真正的多载波技术，子载波数量达到1704载波(2K模式)，同时也真正在实际使用中实现了“抗阻挡”、“非视距”、“动中通”的高速数据传输(2-20Mbps)，表现出卓越的“绕射”、“穿透”性能;传输MPEG2质量图像，可以加密;安装应用便捷，可采用全向收发天线，无须“踩点”寻找通视路由;装置在车、船、机等运动载体上，无须配备复杂、昂贵的伺服稳定系统。 ?卫星通讯是近几年兴起的一种无线宽带通讯方式，作为通讯通道，它可以传输图像、语音、数据。具有机动灵活，基本无覆盖范围限制等优点。但同时，卫星通讯设备昂贵(每套动中通车载天线的造价均在二三百万之间)，因为租用卫星通道，在使用过程中，还需事先预约，并产生大量的费用(每小时六百-两千)。其传输的视频质量受卫星通道限制，通常只能达到MPEG4效果，因此 目前卫星通讯并不适合大量使用。 ?COFDM无线图像设备操作简单，即插即用、便于携带，如果采用卫星作为远距离传输手段，采用COFDM无线图像设备背负式、便携式或微型无线图像传输设备作为卫星传输的辅助系统，便于深入现场，采集现场图像、语音和数据传至卫星发射端，然后利用卫星的远程传输能力，传至中心，实现同卫星的互补，使系统更加完善。 根据需求分析，用户业务中的无线—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 图像必须实现城区阻挡环境下的传输，这种城区阻挡环境复杂，包括了建筑物房间内—建筑物外、地下停车场—地上、不同楼层之间、跨越建筑物、跨越街区等不同形式的阻挡模式。第二，必须提供高质量图像传输。第三，图像发射端、接收端必须机动灵活，移动中也能可靠传输，可以采用全向收发天线，安装便捷。 通过对以上业务要求的分析，我们认为，COFDM技术体制的设备能可靠、便利地满足公安图像传输的需求。 2.COFDM技术简介 ?什么是COFDM COFDM(coded orthogonal frequency division multiplexing)，既编码正交频分复用的简称，是目前世界最先进和最具发展潜力的调制技术。其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。编码(C)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;正交频分(OFD)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;复用(M)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。 上个世纪中期，人们提出了频带混叠的多载波通信方案，选择相互之间正交的载波频率作子载波，也就是我们所说的OFDM。这种“正交”表示的是载波频率间精确的数学关系。按照这种设想，OFDM既能充分利用信道带宽，也可以避免使用高速均衡和抗突发噪声差错。OFDM是一种特殊的多载波通信方案，单个用户的信息流被串/并变换为多个低速率码流，每个码流都用一个子载波发送。OFDM不用带通滤波器来分隔子载波，而是通过快速傅立叶变换(FFT)来选用那些即便混叠也能够保持正交的波形。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ OFDM子载波频谱 OFDM频谱 OFDM技术属于多载波调制(Multi,CarrierModulation，MCM)技术。有些文献上将OFDM和MCM混用，实际上不够严密。MCM与OFDM常用于无线信道，它们的区别在于:OFDM技术特指将信道划分成正交的子信道，频道利用率高;而MCM，可以是更多种信道划分方法。 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。 OFDM技术是HPA联盟(HomePlug Powerline Alliance)工业规范的基础，它采用一种不连续的多音调技术，将被称为载波的不同频率中的大量信号合并成单一的信号，从而完成信号传送。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 3.无线图像传输技术原理 无线图像传输主要有两个概念，一是移动中传输，即移动通信，二是宽带传输，即宽带通信，因此，研制能够在高速移动过程中将频带很宽的高清晰视频进行稳定传输的无线图—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 像传输系统，就要解决二个主要问题:一是由多径传播引起的回波;二是频率资源的使用率和渐趋饱和的问题。在过去的无线图像传输，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，单频网可以提高频率资源的利用率，但是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，另外，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无线图像传输系统的性能，而应急联动移动传输系统中的COFDM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。我们重点在探究应急联动移动传输系统中解决多径干扰问题的COFDM传输技术，并就其中一些特性进行分析。 ?、模拟图像传输和数字图像传输 数字图像传输依靠的是一种可靠的射频能量调制方法来传送离散的数据而不是模拟变量。 传统的模拟图像传输技术是以几十年前的老技术为基础的，占用了大量的带宽，如果发射机之间距离足够远的话，则可以使用同一频道在各自的覆盖范围内播出各自的节目,但是如果两者覆盖范围若存在有重叠的区域，该频道则完全不能使用。在某些电子新闻采集系统(ENG)中，会利用模拟微波技术进行信号传送，但这些微波通路会受多径干扰问题的影响，这种影响有时很严重，导致很长的时延，从而使画面完全失真。解除禁用频道和使用较窄的带宽来发射，是广播业发展的必然趋势。地面DVB(DVB-T)标准就是依赖一系列的基础技术，利用MPEG-2压缩编码方式降低比特—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 率来进行视频编码，并可根据实际用途来选择4:2:0或4:2:2两种不同的图像编码方式进行传输，使两者有机的结合在一起。 模拟发射机和数字发射机器 工作原理 数字放映机工作原理变压器基本工作原理叉车的结构和工作原理袋收尘器工作原理主动脉球囊反搏护理 之间的主要差别是，前者的发射机输出是由连续变化的模拟信号调制过的载波，而后者是通过一系列分立状态之间的切换来传递信息的，这一过程称为信道编码，数字等效于调制。地面发射可以有比卫星之类的发射更大的功率，所以能将更强的信号发送到接收机。这就有可能采用多电平信号，这种信号的功率以一系列阶梯波发射出去，不存在一个阶梯信号被误认为另一阶梯而造成的杂波。结果是减少了所用的带宽。 COFDM这种调制技术，有助进一步节省带宽。接收机接收到信号后在把数字信号变成模拟信号之前对误码及残留受损数据进行处理，只要误码修正系统还工作在它的能力范围之内，就不会出现明显的质量下降。但如果误码超过可以矫正的范围，MPEG解码后的结果就非常糟。因此画面和声音的原始质量实际上由压缩系统的性能决定，而不在于射频发射通道。在数字通道系统中，信号强度并不直接影响图像质量，图像质量由比特误码率决定,一般由信号差造成，从整体上看，信道只有足够好，才能保证在所有可以预见的条件下，不会发生超出误码校正范围的情况。 ?、传输机理 信道包括调制器，发射机，天线，接收天线和解调器以及发射机和接收机之间的中转部分。通常最不受控制的就是传输途径。传输路径将引入宽带噪声或者高斯噪声，以及由于闪电引起的脉冲噪声等,这两种效应都能通过误码矫正来处理。卷积内码抗噪声性能很好，而交织的里德-索罗门码可以解决突发误码。 随着射频传输频率—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 越来高，波长越来越短。对于任何类型的高频传输，最大问题之一就是多径接收。无线电信号受障碍物的影响是与波长与物体的相对大小而定。 波长为数百米的调幅(AM)传输可以轻易地绕过较大的物体。传输波长越短，则同样的障碍物影响越大，这些物体造成的反射越大。 经过反射物体的延时反射信号叠加在接收机接收的直达信号上，在模拟传输过程中这将导致重影。在简单的数字传输中，比特率非常高，以至反射信号可能落后直达信号几个比特，引起码间串扰。与噪声不同，噪声是统计的，由反射造成的干扰则是连续不断的，其结果就是一个高比特误码率，造成纠正系统难以应付。 提高发射机功率于事无补，因为反射的功率也按比提高。如同模拟电视UHF传输一样，对于普通的数字传输，必须具备一幅定向天线，因为它能帮助抑制反射。事实上，在调整天线时，最佳的结果将是让反射波在极坐标图的零点里，而不是调到有最大的信号。 当前国际上全数字高清晰度视频实时传输系统中采用的调制技术主要有:QPSK(四相移相键控),MQAM(多电平正交幅度调制),VSB(多电平残留边带调制)和COFDM(正交频分复用调制)。QPSK广泛应用于数字微波通讯系统，数字卫星通讯系统及有线电视的上行传输;美国HDTV传输系统中采用MQAM和VSB方案，有线电视的下行传输亦采用QAM技术;COFDM为欧洲HDTV传输系统采用。采用这些高速数据调制技术，能有效的提高频谱利用率，进一步提高抗干扰能力，满足电视系统的传输要求应用。并被作为DVB-T标准，已被世界各国采纳。 COFDM的解决办法是发送许多个载波，而每个载波都具有一种低的比特率。它是把多 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 个载波紧密而高效地组装起来，相互间没有干扰。由于使用很低的比特率，反射信号与直达信号可在同一比特的期间到达，收反射的干扰比较小。 一个串行数据信号波形基本上包含一序列矩形脉冲。矩形的变量是sinx/x 函数，因此基带脉冲序列具有sinx/x 频谱特性。当这个信号波形被用来调制一个载波频率时，结果为一个以载波频率为中心的对称sinx/x频谱。 如下图所示，频谱里的零点出现在载波后几倍比特率的间隔上。接下来的载波可以其它零点为中心放置， 载波频谱 如图2所示。载波之间的相位为90o，或sinx的一个象限。也就是说，这些载波是相互正交的。实际上，整个频谱几乎是矩形的，由几千个载波被插入在一起，并填满可用的传输信道。 为了使调制系统更有效的克服码间干扰，还可以进一步采取措施，利用保护间隙(Guard Interval)进一步抑制反射。保护间隙设在比特与比特之间。在保护间隙里，载波返回到未调制状态，保护间隙的周期比反射周期更长。这样，在接受到下一个比特之前，就有足够时间让反射信号衰减掉。 保护间隙的使用，无疑降低了载波的效率，因为有些时间它是不发射数据的。一般效率降低20%左右。但是，因为这种设计大大改进了误码统计，纠正系统只需要很小的冗余，所以大大提高了有效传输率。 采用传统的调制技术，在几台发射机所覆盖区域之间的某些位置是没有信号的。但是，COFDM能工作在多径环境下。只要正确同步，几部发射机就能精确的发射相同信号，整个地域都可以高效的重复使用一个信道，不存在禁用信道。阴影区可以由转发器使用同频道来链接信号。 保护间隔的使用可以—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 避免符号间的干扰，但接收到的信号的相位和幅度仍然会受到影响，这个问题靠动态均衡来解决，一个已知相位和幅度的预定信号定期发送，接收机利用这个信号来测量信道的响应，各个载波的均衡特性就根据这个测量来计算。实际上就是COFDM频谱要带有一个“向导”信号，其能量比其它信号稍强。此向导信号是在整个信道指定的频率上分布，构成整个传输的标准。COFDM接收机对这个载波的符码进行快速傅立叶(FFT)计算，甚至在多经环境下，FFT计算能提供一种有效的频谱分析，算出相关系数，完成多径接收频谱变更的均衡计算。 只要信号强度足够，对采用COFDM调制技术的信号进行接收就不需要定向天线，可以进行全向天线移动接收。 一般来说，每个系统都具有自己独特的优势和劣势。COFDM采用了级联的正向纠错和交织措施。COFDM的外码(outer code)是具有12个RS块交织措施的RS(204，188 t=8)。从RS(255，239)缩减而得的RS(204，188)编码，能够纠正8个字节的传输误码;在内码调制上，COFDM系统采用次最佳的收缩卷积编码，这样COFDM系统相加性白高斯噪声(AWGN)信道方面有较强的能力，具有较高的频谱效率和较低的峰值—平均功率比，并且抗脉冲噪声和相位噪声的能力较强。它在低电平回波(鬼影)效果及模拟电视对数字电视的干扰方面可能具有较大的优势。 考虑到高电平(高至0dB)、长时间延迟的动态和静态多径失真时， COFDM系统具有性能上的优势。当需要大范围单频网络(SFN)(8k模式)或运动接收(2k模式)的服务时，COFDM系统性能上具有优势,如COFDM 2K系统能承受达数百赫兹的移动回波,所以—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ COFDM系统对移动更为可取。但COFDM技术上的优势也使发射机的设计变得更加严格，发射机的线性失真会引起交调，两个输入频率产生和频或差频，导致多载波互相干扰。 但是，应该指出:当前在任何现存的DTTB系统中，任何信道间隔，无论是6MHz，7MHz或8MHz，还不能实现大范围SFN、运动接收以及HDTV服务。针对每一特殊应用必须选择特定的系统参数 ?、COFDM抗多径干扰传输技术的工作原理 COFDM即编码的正交频分复用(Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术是应急联动移动传输系统为克服在广播发送中多径传播的干扰和移动接收以及频率资源的利用问题而引入的。在COFDM传输系统中，将传输信道分成许多子信道，每个信道对应一个载波，同时将需要传输的信号分割成许多部分，每个部分采用一个载波进行传输。经过这样的分割后，每个信道中传输的信号的速率将会变得很低，于是信道中的每个调制后的符号的时长将远远大于回波的延时长度，如果在每个符号间插入保护间隔，则只要多径延时不超过保护间隔的长度，多径传输就不会带来符号间的相互干扰，只能是在符号内部相互叠加或相互削弱，而这种特性可以表示为信道的传输函数，使用适当的导频信号可以在 接收端得到这样的传输函数，从而可以正确恢复符号的原始值。 在应急联动移动传输系统发送图像时，每个子信道的特征会不一样，在不同地点的信道特征也不一样，另外，在移动接收的情况下信道的特性还随时间的变化而变化。可能某些子信道上的回波特别强，并且与直接传播的载波反相，引起信号的严重衰弱，而另外一些子信道上—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 的回波可能与载波的相位相差不大，反而增强了直接传播的载波信号。因此，可能会出现部分子信道上的信噪比会比没有回波时更高的情况。为充分利用这种回波增强信号的作用，必须解决部分信道严重受损的问题。在COFDM传输系统技术中，解决这一问题的重要途径是采用有效的信道上进行编码的方法。 信道编码的作用是与时间、频率交织一起将各个不同载波上的信号相互联系起来，信道的特性可以实时地合理设置的一些导频信号导出，由此可以知道哪些信道的结果是可信的，哪些信道是严重受损的。对于部分严重受损的信道，由于其他信道和时间段的信号与该信道的信号有交织，可以通过其他信道上解调出的信号来恢复被衰弱的信号。它的作用相当于对所有的信道进行了一个平均，从而克服频率选择性带来的问题。 上述的特性一方面使得COFDM传输系统技术比较适合应急联动移动传输系统传输实时图像的复杂情况，包括移动接收时信道特性不断变化的情况，另一方面也使得COFDM技术比较容易实现单频网络。 COFDM的功能框图如图一，在发送端建立信号和接收端分析信号使用的是离散付里叶变换，可以采用实现成本较低的快速变换。 COFDM的功能框图 一般COFDM可以看成由受时间限制的一系列正弦或余弦波的片段组成，COFDM的信号可以写成下式: 其中am,n表示由第m个载波在第n个符号间隔内传送的信号，xm,n(t)是基信 号函数 信号的长度T0要比载波的正交时间τ0长一些(载波的间隔为τ0的倒数)，即它包含有效符号时间τ0和保护间隔。 Rect函数定义为: 由于对边界附近的部分载波进行抑制，可以认为对符号时长进行限制所引起的—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 旁瓣在[0，M/τ0]外可以忽略。信号可以从它的抽样值重建: 在此式中未使用时间变量n，实际上在任一时间点都有这样的结果。对上式进行分析，可以发现这是一个反离散付里叶变换式，即信号s(kτ0/M)可以通过对 进行反离散付里叶变换得到，这就使得实现COFDM变得比较容易。 假设回波比保护间隔短，那么收到的信号在有效时间τ0内只会受到本符号回波的干扰，不会受到其他符号的干扰。于是调制的信号am会变成Hmam，Hm是第m个信道的频率响应。Hmam可以通过对接收信号抽样进行离散付里叶变换得到: 于是为了进行相关解调，必须得到每个信道对应的频率响应Hm。这些频率响应是通过使用在时间,频率域上特定分布的导频信号而获得的，导频的选取是根据信道的时间和频率的变化特点和抽样定理来确定的。Hm主要包括两个要素:一个是相位，另一个是模。而模表示每个信道对信号的衰减，由于回波信号有加性和减性的差别，所以每个信道的模是不一样的。信道的模的大小可以用来粗略地衡量该信道的可靠性，从而指导解码过程，得到更为可靠的结果。 ?、COFDM技术应用于无线图像传输优点 l 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，具有很高的“绕射”、“穿透”能力 传统的微波设备，必须在通视条件(既收发两点之间必须无阻挡)下才能建立链路，所以使用中受环境制约，需要提前考察环境，拟定、实测收发点。即使成功“布点”，天线定向、线缆布置等工作也相当烦琐，不仅直接限制视音频源的获取、传输，而且系统的可靠性、工作效率也大打折扣。 COFDM无线图像设备则彻底改变了这种—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 局面。因其多载波等技术特点，COFDM设备具备“非视距”、“绕射”传输的优势，在城区、山地、建筑物内外等不能通视及有阻挡的环境中，该设备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。其收发两端一般采用全向天线，无须预先“踩点”、“定向”、布设繁杂的视音频输入、输出电缆，视音频源的采集端、接收端可根据现场情况及指挥/导演的要求自由活动。系统简单、可靠，应用灵活。 l 适合高速移动中传输 对于大多数行业而言，无线图像的一般应用模式是:视音频前端采集—接入点(车、船、机)--视音频处理中心(一般通过有线链路或卫通)。所以车辆、船舶、直升机 ——————————————————————————————————————