视频图像无线传输中运用微波技术的思考

摘  要：视频图像传输是支撑电视监控的一项功能，其可以分为有线、无线两种形式，其中，有线传输出现的时间较早，应用表现也非常突出，因此开始迅速普及。但是随着应用范围的扩张，人们发现视频图像有线传输存在应用条件上的限制，如当监控点与中央控制端距离过远，会导致有线传输运作质量大幅下滑，且出现巨大的成本。因此，通过不断的研究，视频图像无线传输应运而出。视频图像无线传输突破了有线传输的距离、成本限制，让视频图像传输的应用价值得到提升，而微波技术是实现无线传输的重要技术，因此，要对视频图像无线传输进行应用，必须对微波技术有深刻的认知，本文将对此展开相关研究。

关键词：视频图像无线传输;微博技术;电视监控                      中图分类号：TN292                         文献标识码：A

导语

以微波技术为基础的视频图像无线传输较于其他形式的无线传输，具有容量大、质量高、传输距离远等优势，因此，微波技术在电视监控领域与网络建设领域得到了广泛应用。微波技术的核心在于“微波”，这种波段具有频率高、波长短，传播速度接近光波等特点，且可以通过传输路径改造规避微波技术的一些缺陷。我国最新研发的微波技术频段K正在迅速推广中，这种频段的微波的频率过于高、波长过于短，在应用中虽然能够让传输效率更快，但是K频段微波是直线运行的，如果传输过程中遭遇阻碍就会形成反射或倍隔断，而针对这一问题，可以采用中断转发进行规避。另外，我国目前最常用的微波技术频段是L、S、C，这三种频段虽然在效率上弱于K，但是适用性更强，因此，如何正确选择微波技术，会影响到视频图像无线传输的质量，这一点需要相关人员引起重视。

1.微波技术概述及其特点

1.1微波技术概述

微波技术中的“微波”是一种频率在300MHz-3000GHz范围内的电磁波，属于无线电波中的一种有限频带，它的波长在1米（不含1米）至0.1毫米之间，可以分为分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波等几种，其中，最常用的是分米波、厘米波、毫米波（亚毫米波还在研究过程中，还没有得到实际应用）。根据“微波”的特性，在微波技术使用中，需要依照实际情况设定微波的频率范围、中心波长、常用主频率、波长（表1展示了L、S、C、K四种微波的参数），因为微波与微波之间会形成干扰，所以不能重合使用。原理上，“微波”作为微波技术信息传输中的主要载体，它的工作频率越高，其结构越小、信息容量越大、信号分辨率越强，但同时也会带来更大的损耗，因此，在使用中必须控制传输距离，否则容易造成信号质量问题。另外，现代以微波技术为基础构建的信息通信系统普遍会增上一个扩频功能，这项功能能够对信息进行扩展，使其在更宽的带宽上进行传输，这样信息就不容易被人为拦截或干扰，具有良好的抗衰落能力。表2展示了“微波”与工业用电和无线电中波广播的参数区别，以便于将三者进行比较。

1.2微波技术的特点

“微波”作为电磁波的一种，其必然具有电磁波的反射、透射干涉、衍射、偏振、能量波动等特点，这些特点使得微波技术在生产、传输、扩大、辐射“微波”时，不能采用普通无线电或交流电的方法，需要严格采用“电磁场”概念进行运作，这是微波技术应用的关键点。

1.2.1特点一

因为“微波”是直线传输的，所以，如果在传输过程中遇到了阻碍，且阻碍物质具有金属表面，则必然会引起“微波”反射，反射方向上与光反射原理一致。如果“微波”在直线传输中遇到了“铁块”，则会根据“铁块”表面的形状、角度等形成反射波，代表“微波”传输倍阻隔。此外，如果在传输过程中遇到的阻隔物不是金属材质的，则可能会引发散射、吸收等问题，但最终结果都是“微波”无法继续传播。

1.2.2特点二

首先，“微波”的运作频率极高，因此，其具有很突出的辐射效应，这一点在早期视频图像有线传输中非常常见，即在早期视频图像有线传输应用中，会采用普通导线来传播“微波”，但是“微波”受普通导线影响，其能量会不断向周边辐射，这说明传输距离越长，则“微波”能量越弱，造成传播强度衰减问题。因此，视频图像有线传输不再适用，视频图像无线传输得到了更多的关注。

其次，在视频图像无线传输中，因扩频技术的使用，让微波技术升级为“微波扩频技术”。这种技术一般采用直接序列实现扩频，即在传输中采用高码率扩频序列，将序列作用于信号发射端，可以起到扩展信号频谱的作用，同时，要在接收端设置相同的扩频码序列，由此实现解扩，让扩频信号还原成原有信号，以便于读取。此外，除了直接序列扩频形式以外，现代还存在另一种扩频技术形式，即跳频技术。这种技术主要采用随机码对跳频载频进行控制，在带宽范围内依照随机规律不断调换频率，同时依照相同规律对接收端频率进行控制，这样就能够让发射端、接收端的频率变化保持动态性一致关系，不会影响到信号接收。视频技术的使用意义在于：能让微波技术的抗干扰、保密、多址、组网、抗多径等能力提升，但要充分发挥扩频技术功能，还必须根据实际情况选择技术形式。

2.视频图像无线传输中微波技术的应用

要在视频图像无线传输中应用微波技术，就必须使用扩频技术对微波技术进行升级，使其成为“微波扩频技术”，因此，以“微波扩频技术”为核心，根据“微波扩频技术”应用案例，将该项技术的应用流程简化为三个步骤，即频点选择、扩频技术选型、方案构建。

2.1频点选择

最早在视频图像无线传输中使用微波技术的国家是美国。其在20世纪80年代末期，通过FCC（美国联邦通信委员会）开放了一种全公开的微波频段，即ISM（Industrial，Scientific，andMedical），此举让微波技术无线网络应用得到了广泛关注，引起了世界其他科技强国中相关领域人员的研究热潮。在这一背景下，我国在当时也开发、开放了两种ISM频段下的频点，即2.4GHz和5.8GHz。其中，2.4GHz通過IEEE802.11b标准协议即可使用，能够支撑5.5Mbps、11Mbps两种物理层速率，同时具有良好的灵活性表现，能根据环境在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps中来回切换，保障通信顺畅，还能在2Mbps、1Mbps速率下与IEEE802.11保持兼容关系;5.8GHz通过IEEE 802.11a标准协议即可使用，它的传播速率可以达到54Mbps，这是2.4GHz不具备的特点，同时，因为5.8GHz与2.4GHz的差异，5.8GHz会避开2.4GHz频点，避免频点拥挤。在这两种频点条件下，微波技术在视频图像无线传输中的应用需要根据两个要点来进行选择，确保视频、图像信息传输满足实际要求，即成本与传输效率。2.4GHz因为其公开性良好，出于成本角度，会带来大量的用户，但是，如果在视频图像无线传输中，需要微波技术有良好的传输效率表现，则不建议采用这种频点;5.8GHz与2.4GHz频段完全相反，其传输效率快，但其成本较大。

2.2扩频技术选型

根据以上（2.2技术特点中的特点二）分析可知，微波技术中的扩频技术具有两种形式，即直接序列、跳频。其中，直接序列在扩频运作上具有传输距离远、传输效率快的特点，但因为其扩频后的微波是直线运行的，因此，如果环境中存在阻隔，会带来很多负面影响，甚至无法实现微波无线传输。因此，在选择直接序列扩频之前，必须对环境的通畅度进行分析，如果有很多阻隔因素，则不建议选择直接序列扩频，但如果条件运行，这种扩频技术更具优势;而跳频扩频技术在传输距离、传输效率上虽然弱于直接序列扩频，而它的优势在于抗干扰能力强、灵活性优秀，即如果环境中存在阻隔因素，在跳频技术使用中可以在每个阻隔因素附近安装一个接收端，再由接收端将“微波”发送到另一个接收端，以此类推，最终将“微波”发送到用户终端即可。同时，在跳频的强抗干扰能力下，当其遇到超过固定容限干扰（如反射源不规则的无规则全反射、噪声干扰等）时，可以很好地避开干扰，确保信息传播质量。

2.3方案构建

在直接序列、跳频基础上，视频图像无线传输中微波技术的应用方案可以分为两种，这两种方案的特点与直接序列、跳频高度一致（即采用直接序列，只设置终端、接收端即可，而采用跳频则在终端与接收端之间，再设置若干中转接收端）。但是，无论采用哪一种扩频技术，视频图像无线传输中微波技术的应用方案构建要具备两大要素。

2.3.1要素一

在视频图像无线传输中微波技术的应用方案中，终端与接收端、接收端与相邻中转接收端之间的距离都要尽可能的保持在视距范围内，此举是为了保障传输过程中信号的强度。即虽然微波技术与扩频技术可以避免信号强度衰弱，但“微波”的能量衰减性会导致避免的不彻底，在长距离传输中依然可能出现信号强度不足的问题。然而，如果终端与接收端、接收端与相邻中转接收端之间的距离在视距范围内，则强度衰弱程度很低，且经过中转接收端的再次扩频，可以再次提高信号强度，这样才能完全避免信号强度衰弱现象，消除长距离信号强度不足的问题。这里提到的“视距”在电视监控中，是指单个监控设备的最大拍摄范围。

2.3.2要素二

中转接收端的解扩速度应该尽可能的快，即在跳频扩频技术形势下，视频图像无线传输中“微波”需要中转多次才能到达终端，这必然会导致传输速度变慢，但是，如果变慢的幅度较小，则尚且可以接收，而如果每个中转接收端的解扩速度比较慢，则变慢幅度会很大，造成严重的信息延时问题，这与电视监控的实时性原则不符。因此，每一个中转接收端的解扩速度要尽可能的快。要让每一个中转接收端的解扩速度要尽可能的快，应当重点考虑带宽资源分配问题，每个中转接收端占用的带宽资源越多，则其解扩速度越快。

3.视频图像无线传输中微波技术的应用案例

首先，某电视监控系统由定向天线、无线网桥、全方位摄像机、网络视频编码器、网络视频解码器组成。其中，定向天线是决定系统性能的关键因素，需要根据实际情况设置，即该系统采用的是直接序列扩频，因此，微波是直线传输的，这时天线与天线（天线代表了发射端与中转接收端）的间距要保持在视距范围之内，且在两个相邻的天线之间有一个较短的通信距离，这个距离区间内最好不要有阻隔物，特别是阻隔性强、厚度大的物质（如果条件不允许，则最多可以存在2个左右1m左右的阻隔物，但是这样会导致系统性能不稳定）。另外，考虑到气候对天线性能的影响，需要对天线进行增益，即在相邻天线传输中，确保两端天线极化方向相同，再对某一端天线的方向进行调整，同时，对双方接收电平进行检测，找到最大电平后保持当前天线状态即可。

其次，针对无线网桥采用2.4GHz频点与直接序列扩频技术，并对网桥发射功率可调区间进行设置，即1mW～600mW。在接收端选择了在传输速率11Mbit/s条件下，灵敏度达-85dB、传输距离达20km的设备，且采用软件对设备进行监控，以保障设备运作始终保持在最佳状态。

最后，考虑到天线在方案中位于建筑最高点，容易遭遇雷击，因此，方案中还采用了避雷器来保护天线与无线网桥的安全，即避雷器的使用在天线遭遇雷击时，第一时间将天线与网桥断开，随后借助软件恢复连接状态即可，且考虑到方案频点为2.4GHz，因此，避雷器為3GHz避雷器。此外，案例中全方位摄像机、网络视频编码器、网络视频解码器的具体功能见表3，它们主要根据实际监控要求来布置，与对应天线、无线网桥连接即可。

结语

综上所述，本文对“视频图像无线传输中运用微波技术的思考”课题进行了研究，分析了微波技术的原理与特点，并结合理论阐述了微波技术在视频图像无线传输中的应用情况，通过分析可知，微波技术在视频图像无线传输中的应用需要注意的三个重点。最后通过案例解析了微波技术的应用方法，以供相关领域人员参考。

[1] 金海，王宁.数字式多媒体视频图像容错编码传输方法仿真[J].计算机仿真，2018（2）.

[2] 张跃.公安部发布视频图像信息联网与应用六项行业标准[J].中国安全防范认证，2017（4）.

[3] 龚亮，孙俊喜，顾播宇，曹永刚，宋立维.基于FPGA的视频图像去雾系统的设计与实现[J].电视技术，2013（7）.

[4] 王翔，李明，赵文燕.数字微波技术在广播电视信号传输中的应用[J].西部广播电视，2019（14）.

[5] 白雅杰，姜玉臣.数字微波技术在广播电视信号传输中的应用探析[J].信息记录材料，2019（1）.

[6] 王翔，李明，赵文燕.数字微波技术在广播电视信号传输中的应用[J].西部广播电视，2019（14）.

[7] 樊鹏.数字微波传输网在广播电视信号传输中的作用分析[J].电子测试，2017（22）.

[8] 孙明.数字微波技术在广播电视信号传输中的应用[J].数字通信世界，2017（11）.

作者简介：庞刚（1979-），男，辽宁海城人，硕士，高级项目经理，研究方向：媒体视频技术-互联网技术。