2021-4-9 | 通信技术
1概述
目前，无线通信技术的应用越来越广泛，具有代表性的、应用也最广泛的无线通信技术有RFID、红外、蓝牙、WIFI、GSM和3G等。一般认为，通信距离在100m以内的为近程无线通信，在100m以上的为远程无线通信。其中RFID、红外、蓝牙通信距离为10m以内，为近程无线通信技术，而WIFI、GSM、3G为远程无线通信技术。近程通信技术一般通信带宽较窄，如蓝牙最高带宽为1Mb/s，而远程通信技术一般带宽较高，其中WIFI无线局域网的传输带宽已由11Mb/s逐步发展到54Mb/s，目前最高可达到300Mb/s。3G技术的上行峰值带宽可达5.76Mb/s，正在试验的4G远程通信技术，带宽甚至达到100Mb/s。无线通信技术的发展使无线网络带宽越来越高，这大大促进了多媒体技术的发展及应用。从20世纪90年代的纯语音通信，发展到目前的3G音视频通话，在这个“视频无处不在”的世界，无线通信技术正在日益发挥其巨大的威力。尤其是3G技术的发展，使无线通信技术已经渗透到了安防领域的各个行业。铁路专用无线通信技术GSM-R已经在中国列车运行控制系统（CTCS）中广泛应用，铁路综合视频监控系统的大规模建设和发展，也在逐步引入无线通信技术。
2视频传输对无线通信技术的要求
视频数据传输具有带宽要求高、实时性好、私密性强等特点。目前视频传输的格式主要有CIF、4CIF（D1）、720p和1080p，对网络带宽的要求分别为512kb/s、2Mb/s、4Mb/s和8Mb/s，其中720p和1080p通常定义为高清格式。依据视频传输特点，如采用无线技术传输，则首先是带宽必须满足，其次是实时性要好，并且网络要具备一定的安全性。当前，可承载无线视频传输的成熟技术主要有以下几种：（1）基于802.11a/b/g/n协议的，利用免许可的2.4GHz、5.8GHz频段的WIFI无线局域网联网技术；（2）基于WCDMA（联通）、CDMA2000-EVDO（电信）、TD-SCDMA（移动）协议的3G无线网络技术；（3）基于COFDM技术、利用336～344MHz专用频段的无线通信传输。目前商业领域较多采用WIFI和3G技术进行视频传输，而第3种技术因为频点需要申请和带宽限制，其商业应用较少，一般在公安、消防等专业领域应用较多。
基于铁路行业特点，采用无线方式传输视频需要满足以下要求：（1）有效距离要求高。铁路视频监控点通常大部分集中在车站内，但是各业务部门对于车站与区间结合部的咽喉部位也有监控需求。随着高速铁路的建设发展，各铁路部门对区间的监控需求日益强烈，希望做到全线“无缝监控”。（2）清晰度（带宽）要求高。业务部门对监控目标图像的清晰度要求，已经由CIF分辨率提升到4CIF（D1）分辨率，相对应地提升了对网络带宽的要求。按照目前的H.264编码格式，D1分辨率可接受的最小码率≥1Mb/s，而CIF格式分辨率可接受的最小码率≥384kb/s。
高清数字摄像机的单路视频对于带宽的要求达4Mb/s以上。（3）实时性好。视频监控系统最重要的质量要求就是实时性。模拟监控系统具有很好的实时性，而数字监控系统则存在一定的延时。一般认为，视频系统可接受的端到端延时应≤2s。过大的延时将影响摄像机云台的可操控性。（4）可靠性和性价比高。随着业务部门对视频监控系统需求增加，对可靠性的要求也越来越高，对系统成本的敏感性较高。在不降低质量的前提下，希望以更少的投入获得更高的性能。
3无线通信技术在铁路综合视频系统的应用
无线视频监控利用无线电波传输视频、音频等数据信号，是视频监控和无线通信技术的结合应用。它摆脱了线缆的约束，可将现场视频信息通过无线通信实时传送到监控中心。目前已应用到设备维护远程技术指导、突发事件应急处理、特殊环境视频监控、机车车辆视频监控等场景中。随着无线信号的覆盖面积、传输带宽和传输可靠性的提高，无线通信技术必将更多地应用在铁路综合视频监控系统中。
3.1应用原理
在铁路综合视频监控系统中，目前可采用WIFI和3G2种视频传输方式。由于WIFI和3G均为纯数字传输系统，因此前端摄像机如采用模拟摄像机，需要先进行编码；如采用IPC（IP摄像机），则可省却前端编码器。经过编码后的音视频数据，如采用WIFI传输，其传输设备主要是无线网桥。一般在车站信号楼顶部建设WIFI基站，直接与车站的视频监控局域网相连。根据前端摄像机的分布情况及距离远近，基站天线可分别采用全向、扇区或定向天线。前端实时采集的视频数据，通过无线网桥传到车站局域网进行转发和存储。采用3G技术传输，需在视频监控中心设置3G接入服务器，前端编码后的音视频数据，需通过3G模块传输到运营商基站，再传输到互联网，之后通过3G接入服务器传输到视频监控中心局域网进行转发和存储。无线通信技术视频应用原理见图1。
3.2应用场景
3.2.1设备维护远程技术指导
信号设备是保障铁路运输安全的核心设备，设备维护的质量和及时性是影响铁路运输安全和效率的重要因素。近年来，信号设备和技术升级换代迅速，对于复杂的信号设备故障往往需要电务段或电务处等上级单位专家指导。以往通过电话沟通方式难以形象直观地反映现场情况，大部分还需要专家到现场诊断，此种方式不利于故障的及时解决。采用一体化便携式音视频交互设备移动视频方式，可快速到达现场，监控中心能清晰查看仪表读数、设备指示灯状态、现场维护人员的操作等，可通过语音对讲功能听取现场人员故障现象描述，指导现场人员排查故障。一体化便携式音视频交互设备可采用WIFI技术、3G技术，还可以采用3G+WIFI技术综合方式传输音视频数据。
3.2.2突发事件应急处理
铁路沿线地理环境复杂，地震、山体滑坡、泥石流、台风、暴雪、暴雨等重大自然灾害，还有人为破坏等因素，对铁路系统风险防护的能力提出了更高的要求。所有突发事件均有紧迫性、不可逆转性、高风险性等特点。发生突发事件时，往往抢险指挥的决策者不可能快速到达现场。基于无线方式传输的视频监控系统，以其灵活机动、便携快捷的特点，可以第一时间到达突发事件现场，上传的视频图像可以让决策者基于真实的现场情况，快速准确地做出决策。此时的一体化便携式音视频交互设备可采用3G或WIFI技术。