基于广电白频谱的无线宽带双向传输应用平台

2013-07-25 07:40:44曹健

电视技术 2013年20期

曹健

（南京广播电视集团电视播出部，江苏南京 210001）

现阶段地面电视面临数模同播，频率资源紧张，一定程度上制约了地面数字电视[1]的发展；然而，关闭地面模拟电视后，频率资源得到有效释放，广电又将面临如何科学有效利用频谱资源的课题。

广电无线传输和覆盖以下行见长，点对多点，高带宽、广覆盖，建设成本和维护成本低；但缺乏有效的上行能力，双向传输和互动实现困难，广电无线上行和双向传输能力不足，从而使得电信行业3G、4G、微信、微博等应用有机会向广电行业渗透。

南京广电集团与南京宽慧无线网络通信有限公司、中科院相关单位合作，利用广电U波段白频谱资源，运用具有自主知识产权的MiWAVE技术和设备构建南京城域宽带无线多媒体双向传输网，开展相关实验。目前，除应用在南京广电集团日常新闻直播栏目和突发事件新闻现场回传外，也作为南京无线城域网专网运用在城市交通、公安、城市卫生等行业。下一步将应用于2014年在南京举行的第二届世界青奥会中。

南京作为国家公布的首批三网融合[2]试点城市，南京广电集团一直积极探索和寻找合适的切入点。在三网融合背景下，利用广电频谱资源，将下行和上行传输有机结合，构建广电无线宽带双向传输网络，作为NGB-W[3]的发展方向，具有前瞻性和探索性，将是广电行业未来发展的希望，有着广阔的发展和应用前景。

1 系统平台介绍

1.1 系统简介

基于南京城域广电白频谱感知和资源利用，采用中科院具有自主知识产权的MiWAVE技术和设备来构建宽带无线双向接入网络（见图1），其中，MiWAVE系列基站建设完成对南京主城区的覆盖；微基站或直放站等无线设备的补点建设，解决角落、停车场等主基站覆盖的死角，以达到覆盖移动车辆在南京主城区区大部分地区活动范围的目标。

由于系统规模大，采取分步投资与建设的方案，从2011年开始，截至2013年6月，共建成基站38个（见图2），实现了长江和绕城高速所围成的南京主城区约700 km2中90%面积的广覆盖（见图3）。目前已完成38个基站和核心网建设，投入广电业务和其他行业业务应用的实验。

1.2 系统平台简介

系统网络架构从逻辑上划分为应用平台、核心网、接入网、终端4个层次。

图1 南京无线双向传输网骨干网络平台示意图

图2 南京无线双向实验网基站分布图（截图）

图3 南京城域覆盖效果测试情况（截图）

1.2.1 应用平台

应用平台包括一个运管中心和应用服务系统，其设备包括各种应用服务器及业务控制系统，如视频监控服务器、视频会议服务器、授权访问终端、视频监控管理系统、多路解码器、视频交换矩阵、视频会议系统、电视墙等。用于具体应用业务（如视频业务）的访问和调度，满足在移动情况下的新闻直播、应急指挥、安全保障等业务应用要求。

运管中心作为城域网的动态监控系统的核心，是系统安全稳定运行的前提。

应用服务系统是整个系统对外提供服务的基础，其设备根据需要可以集中放置或分布放置。一般放置有大型电视墙，实时显示由矩阵切换的多路城市动态图像，可实时浏览前端各终端上传的实时图像，并可将重要图像数字化存储录像。

目前已实现对南京市内24个主要交通路口的动态图像实时监控。

1.2.2 核心网

利用南京广电网络公司南京城域光网平台构建本系统所需的核心网络。核心网部分需要根据具体应用规模和设备分布配置适当的交换机和路由器以及相应的光接入口，现有4台核心路由器，分别部署于南京广电网络的城东、城南、城西、城北等4个光网核心节点。核心网与接入网的连接通过网关实现，网关可对所有基站设备进行资源配置。

1.2.3 接入网

该接入网包括MiWAVE系列化基站以及与核心网相连接的接入网关。MiWAVE系统作为无线宽带多媒体业务的接入网络，提供双向承载通道。只要有核心网光纤接入口的地方，就可以架设MiWAVE基站，同时，在没有光纤资源的地方，也可以用微波中继作为数据回传的一种手段。

无线宽带接入基站采用宏蜂窝覆盖方式布置与目标区域中，主要采用3扇区应用模式，可以支持异频和同频组网方式。每个基站采用100 MHz以上宽频天线和发射设备，采用TDD双工方式，每个基站由2个上行通道、1个下行通道组成，上下行共用1个信道，按照时分的工作模式共用，在上下行比例分配可调，MiWAVE系统支持多种不同的配置，目前设定为17∶30（以上行为主）、突出和弥补广电无线上行能力。每个基站功率等级10 W以下连续可调。

1.2.4 终端

该系统方案中的终端侧主要包括无线宽带接入终端设备以及与业务应用相配套的外围设备，如摄像机、网络摄像机、视频会议终端、上网本、WiFi手机等。终端内部可以集成国内主流厂家的编码模块，以直接连接模拟摄像机提供图像上传，也可以选择外接前端设备（包括网络摄像机、WiFi摄像机或网络服务器+模拟摄像机）的方式应用于实际业务。终端内置的编码模块缺省采用压缩性能最好的H.264进行音视频压缩，结合系统本身较高的链路预算，确保在不同的应用场景都有好的信号质量，提供CIF到D1画质的视频图像。根据图像的变化情况和对清晰度、分辨率的不同要求可提供从128 kbit/s～3 Mbit/s不等的码流。

MiWAVE终端用于和MiWAVE基站保持连接，进行双向的数据传输。车载终端满足南京城域新闻移动车上的应用，移动单兵适用于前方记者机动灵活的现场信号采集，回传移动单兵或车载终端，将新闻现场信号通过就近基站汇入接入网，通过核心交换网送至南京广电集团播控中心机房，由播控中心矩阵调度到各频道演播室。

采用车载终端结合无线AP（WiFi，可选择支持WAPI的设备）的方式向附近的新闻工作人员提供便捷的WiFi系列网络接入；将来该无线多媒体网络若有可能向公众拓展应用，则MiWAVE+WiFi AP的方式可解决新技术接纳现有终端的问题，为宽带无线多媒体网络提供不同于其他技术的公众用户发展策略。

2 涉及的部分关键技术

2.1 结合地理信息（CIS）进行南京城域白频谱资源分析

通过对南京城区若干典型区域的频谱检测，初步掌握了一些基本特征。总体来说比较复杂，存在信道差异、地区差异、方向差异、时间差异等情况。主要测试和分析内容包括：

1）不同频段、同一时间、同一地点、同一方向的频谱存在的差异；

2）同一频段、同一时间、不同地点、同一方向的频谱存在的差异；

3）同一频段、同一时间、同一地点、不同方向的频谱存在的差异；

4）同一频段、不同时间、同一地点、同一方向的频谱存在的差异。

2.2 特定区域白频谱资源的感知和频谱利用技术

鉴于白频谱随时间变化的特性，往往有些信道在2/3以上的时间段是可用的，但是在剩下的1/3时间内，却存在较强的干扰，难以直接利用。如果具备动态感知能力，则可以及时掌握到这些资源的动态信息，结合动态频谱资源调度与管理，进一步提升白频谱的利用效率。下一步的发展模式是频谱的动态感知能力和动态频谱资源调度与管理。

2.3 干扰子载波扣除、抑制带内窄带干扰能力

采用MiWAVE技术可以在启动及运行过程中实时检测带内的其他频率分量，倘若存在非自身频率，则分析并量化其信号情况（幅度、位置等）。根据分析结果，自适应调整空口子频带分配，刻意避让非自身信号所用子频带。针对带内特定规律的窄带干扰信号，可以通过扣除相应子载波的方式实现干扰抑制，使得系统能够在具有较强带内窄带干扰的电磁环境中工作（见图4）。