第11卷第9期中国水运V ol.11
N o.9
2011年9月Chi na W at er Trans port Sept em ber 2011
收稿日期：5作者简介：刘
祎，南通海事局指挥中心。透明导电膜
基于多载波调制技术的海事移动
CCTV 视频监控
刘
祎
（南通海事局，江苏南通226004）
摘
要：海事移动CCTV 作为一种有效的监控手段，通过安装在巡逻艇上的摄像头可以实时传送现场巡航和搜救画
面，从而为中心领导应急指挥和决策提供帮助。文中从海事移动视频监控技术现状入手，阐述了海事移动视频监控当前正在应用的几种技术，重点分析了采用多载波调制技术进行视频数据传输的优点， 给出系统传输结构图，并结合信道估计方法的采用对如何提高视频信号传输质量进行了探讨。关键词：多载波调制；移动CCTV ；信道估计中图分类号：U 675.7文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2011）09-0074-02 一、前言
随着无线通信技术的日益发展，传输带宽不断提高，通信终端的实时信息处理能力飞速增强，无线多媒体应用日渐成为人们关注的焦点和必然需求。其主流应用之一即是便利、 灵活的无线实时视频监控系统。基于多种无线传输手段的移
动视频监控以其特有的灵活性已成为视频监控新的发展方向。海事移动CCTV 作为一种有效的监控手段，通过安装在巡逻艇上的摄像头可以实时传送现场巡航和搜救画面，从而为中心领导应急指挥和决策提供帮助。
海事移动CCTV 包括两个方面内容：（1）监控中心的移动。目前该技术实现的平台已经初步具备，在部分海事局开始初步应用的海事通作为一种有效的现场执法平台，同时也可以作为移动监控中心的载体；（2）信息传输技术的采用。由于长江水上环境的特殊性以及视频监控网络的无线化，需要采用有效的信息传输技术使得在接收端能得到高质量的视频信号。
本文将主要分析采用多载波调制技术进行视频数据传输的优点，给出系统传输结构图，并结合信道估计方法的采用对如何提高视频信号传输质量进行探讨。
二、移动CC TV 视频监控信息传输技术比较
下表列出了目前移动CCTV 视频监控使用的几种信息传输技术：
表1
序号名称优点缺点1
数字扩频技术双向以太网络
不能有遮挡
2
单载波
调制技术
适合港区和开阔水域
单向传输，频带利用率不高
3WIM AX 传输距离远，双向以太网络
不支持用户在移动过程中无缝切换4CDM A /GP RS 信道捆绑技术网络覆盖依赖通信运营商覆盖
5 2.4g/802.11g 双向以太网络不能有遮挡
6
多载波
调制技术
良好的电磁兼容性能，
适合衰落信道高速数据传输
不支持网络漫游
三、多载波调制技术
正交频分复用（OFD M ，Orth ogon al Freq u en cy Division Mu lt ip lexin g ）作为一种新型的高效调制技术，是一种特殊的多载波调制技术，可以有效地对抗多径传输，使得受到干扰的信号能够可靠地接收。OFD M 将高速信息数据经编码和基带调制后，分配到并行的N 个相互正交的载波上，
每个载波上的调制速率很低（1/N ），调制符号的持续间隔远
大于信道的时间扩散，从而能够在具有较大失真和突发性脉
冲干扰的环境下对传输的数字信号提供有效的保护。
d t j
e 0ω1N d 1
d #
#t
j N e
1ωt
去离子水机器j e 1ω##t
j e
0ωt
j e
1ωt
j N e
1ω)
(t s 0
^
d 1
^
d 1
^
N
d Σ
P
S
/S
P
/图1O FD M 系统基本模型框图
高速输入的串行比特流经串并变换，转换成若干并行的低速数据流，映射到O FD M 符号的不同子载波上进行传输。由于调制模式可以自适应调节，即每个子载波的调制模式是可变化的，因而每个子载波可传送的比特数也是可变化的，所以串并变换需要分配给每个子载波的数据段的长度是不一样。在
接收端执行相反的过程，从各个子载波来的数据被转
换回原始的串行数据。
四、系统设计1．背景
根据长江水域实际情况，由于江面无线图像传输的信道特性变化剧烈，信号幅度、相位的变化，多径的时延和幅度的变化速度都远比卫星和有线电缆信道复杂。再加上地面大功率非线性发射使相邻频道间的干扰加剧，因此，如何设计一个图像无线传输系统，既满足恶劣的地面传输多变通道的条件，又满足高质量的数字图像信号的需要，是系统设计的技术难点。
无线信道所有的技术很多，通过比较目前广泛应用的无线通信传输技术，对于移动CCTV 视频传输尚没有非常好的解决方案，而COFDM （编码正交频分复用）内在的抗码间
2011-07-0
第9期刘祎：基于多载波调制技术的海事移动CCTV视频监控
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干扰能力和利用多径信道的分集特性的能力，在衰落信道高速数据传输显示了很强的能力，是一种值得深入研究并具有广泛应用前景的技术。
2．系统组成图
（1）无线发射机
无线发射机由视音频压缩单元、无线数字信道调制单元、上变频单元、微波功率放大器和发射天线组成。框图如图2所示。
模拟视音频信号输入
视音频
压缩编码
无线数字
信道调制
上变频功放发射天线图2无线发射机组成框图
无线数字信道调制单元
无线数字信道调制单元的核心是COFDM技术，即编码正交频分复用技术，它是将信号调制到多个子载波上，该技术的特点是各子载波互相正交，使扩频调制后的频谱可以相互重叠，从而减小了子载波之间的相互干扰。
（2）无线接收机
无线接收机包括视音频解压缩单元、无线数字信道解调单元、下变频单元、低噪声放大器、接收天线。其组成框图如图3所示。
接收天线低噪声
放大器
下变频无线数字
信道解调
视音频解
压缩
模拟视音频
信号输出图3无线接收机组成框图
无线数字信道解调单元
在无线数字信道解调单元采用信道估计技术，从而在接收端正确地解调出发射信号。
五、信道估计
1．定义
信道，顾名思义，即是信息传输的通道。无线通信系统的性能很大程度上受到无线信道的影响，如阴影衰落和频率选择性衰落等等，使得发射机和接收机之间的传播路径非常复杂。无线信道并不像有线信道固定并可预见，而是具有很大的随机性，这就对接收机的设计提出了很大的挑战。在接收机端观察到的信号是经过不同传输路径到达的所有信号的叠加，每个电波不仅幅度衰减和相位偏移不同，而且到达的时间也不同，因此在接收机处接收到的信号呈现出移动通信所特有的衰落特性。
图4无线信道的传输路径
在OFDM系统的相干检测中需要对信道进行估计，信道估计的精度将直接影响整个系统的性能。为了能在接收端准确的恢复发射端的发送信号人们采用各种措施来抵抗多径效应对传输信号的影响，信道估计技术的实现需要知道无线信道的信息，如信道的阶数、多普勒频移和多径时延或者信道的冲激响应等参数。就需要在接收信息时，对信道的参数进行估计。因此，信道参数估计是实现无线通信系统的一项关键技术。
能否获得详细的信道信息，从而在接收端正确地解调出发射信号，是衡量一个无线通信系统性能的重要指标。因此，对于信道参数估计算法的研究是一项有重要意义的工作。
OFD M能有效对抗多径衰落，具有非常高的频带利用率，适用于宽带移动通信，是下一代移动通信系统中实现高速移动通信的最有前途的技术。但OFD M系统中的信道具有频率选择性和时变性，当归一化多普勒扩展大于0.01时，恒定的信道模型不再适用，而需要将信道建模为线性或非线性模型。所以必须对信道进行动态的估计，以便在接收端及时地获得信道状态信息，从而实现实时而准确的相干解调。
2．基于训练序列的信道估计
基于训练序列的信道估计是通过在发送端发送训练序列，接收端根据所接收的信号估计出训练序列处的信道参数，然后根据训练序列处的信道参数得到数据信号处的信道参数。在本章中，训练序列处信道估计根据最大似然准则得到，数据符号处信道估计通过已估计的训练序列处的信道冲激响
应内插获得。
"
"
"
"
图5训练序列分布图样
如图5所示，每隔N
d
个OFDM符号插入一个训练序列。同时，将任意两个相邻的块之间的信道冲激响应看作是按二阶多项式变化的，而将单个OFD M符号内信道建模成恒定信道。选择图5.1中的第m+1个训练序列作为参考
点，然后第m块的第k个OFD M符号的信道冲激响应被内插如下
}
,2,1{
)1
(
)
1(
)
1(
2
2
1
1
2
2
1
,d
m
m
m
k
m
N
k
a
a
a
a
a"
∈
+
+
+
=
+
+
h
h
h
h（1）
其中，a=（Nd+1-k）/（Nd+1）.
壳体加工m
h根据最大似然准则得到的第m个训练序列的信道冲激响应。这是基于符号水平的二次多项式内插，相应的O FD M符号被均衡如下
k
m
k
m
k
m,
1
,
,
)
(Y
H
X=（2）其中
=
L
N
k
往复式喷漆机
m
N
k
m0
h
F
diag
H,
,
（3）
其中L
N
0是一个（N-L）维的零列向量，等式（2）称为单加权系数均衡器（OTE）。
六、意义
电磁信号在空中的传播机制非常复杂，与有线信道传输相比，无线信道中的信号传输所经历的环境要复杂得多，而由于长江水域江面环境的复杂和特殊性，使得信号在长江水域传输时，容易受到发射机和接收机间的复杂地形（如桥梁、码头密集高大建筑物遮挡）、移动物体和空气温度湿度以及它们的变化特性的影响，呈现许多不稳定的传输损耗。
多载波传输技术各个子载波之间存在正交性，允许子信道的频谱相互重叠，可以最大限度地利用频谱资源，频谱效率高。还可以通过动态调制方式分配利用（下转第页）
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78中国水运第11
卷
图4闸室横支廊道剖面
2．输水系统布置
根据平均水位差对输水时间的要求，可得输水系统选型系数：
o
H T
m .262混凝土防冻剂配方
.
375
.3===，应选分散输水
式中，平均水位差m H 62.353.34515.349==，平均水位差时要求输水时间min 75.3225==s T 。虽然选型系数m 是对
长宽比较大的一般船闸而言，本船闸长宽比较小，仅供参考，但若采用集中输水系统，必然要增设一定长度的消力段和镇静段，就会延长闸室和闸首的长度，不符合本工程省水要求，也是不经济的，故对分散输水系统布置进行特别研究。在中镦内布置两条主廊道，分别接A 、B 线闸室横支廊道，两主廊道间有一条平水廊道连通（图2）。输水系统由进口段、闸阀段、横支廊道及其支口组成，末端接泄水段廊道（图2、3）。
（1）进口段。进水口底高程,80.146m 顶高程m 00.148，最小淹没水深m 85.0，按上下游为最低通航水位时的水头差
m 15.4时，最大输水流量s m Q 3
m a x 0.7=，估计进口段流速水
头m g v H 68.022
==Δ
，略有富余。进水口外为半径
m 4的半圆形平台，其作用为在平台上设置导航栅拦，以防船舶碰撞，平台上设船舷栏杆，高程m 40.150。
进口三边修圆，圆弧半径cm 30。进口尺寸
bs认证2
2.16.1m h b ×=×，水平段长m 4.1，设有检修门。门后紧接竖井上湾段，中线展示长cm 2512；竖直段长cm 1150，断面由m 2.16.1×渐变为m 2.12.1×与下湾段相接，下湾段展示长
cm 2512，与上游工作闸阀段相接。
（2）闸门段及主廊道。输水和泄水闸门尺寸为m 2.12.1×，输水闸门后至平水廊道间，顶部以0.13坡度扩大至高度1.4m ，即主廊道断面为m h b 4.12.1×=×。
至下游横支廊道进口下游侧，顶部以11.0坡度缩小至高度1.2m ，与下游泄水闸阀段相接。平水廊道的闸门段顶部低于主廊道顶部20cm ，以斜坡相连（图3）。
（3）横支廊道。横支廊道布置对闸室水量出流平稳十分
重要，本工程闸室纵横比仅2：1，保持横向水流分布均匀是主要问题。由于上游横支廊道的进口损失较下游横支进口损失大，故上游横支廊道进口断面积为265.050.1m h b ×=×，下游横支廊道进口断面积为265.030.1m h b ×=×，进口均四边修圆。两横支廊道断面的高度不变，仅变宽度，上横支宽度分别为1.50m 、1.22m 、0.94m 及0.66m ，首末两端面积比
为0.44；下横支宽度分别为1.30m 、1.06m 、0.82m 及0.58m ，首末两端面积比为446.0。两横支廊道每侧设6个侧向出水口，两侧孔口面积不等，以便水流向中部出流。两横支廊道距离8.3m ，其间水域面积74.7m 2，出水孔面积1.075m 2，每单位面积负担69.5m 2；同样两端每单位面积负担51.9m 2，说明闸室两端出流较中部为多，这样就使停在闸室内的船舶会受两端水流的相向顶推，即使不系缆，也不致向上、下闸首漂移，有利于游览。
在两条横支廊道之间，设置三道消力槛（图4），其中二条正对横支各出水支孔处开有孔口，通过孔口大小，以调整水流均匀分布，使游船平稳升降。
（4）泄水段布置。出水横向廊道宽m 5.1，采用逆坡逐渐将廊道高度由m 2.1减至m 6.0，设8个非等面积朝上出水口（图3）。为消除纵向波浪，在闸室检修门下游设置长m 2.3、深m 6.0消力池。为消除单闸室泄水形成下游引航道内回流和横向扩散波，对另一闸室上行船舶不利影响，将两闸室横向出
水廊道连通，并在中间设一突出体（见图2）
（5）其它。通过模型试验，在某种工况下，因廊道顶产生轻微负压而出现检修闸槽进气现象，形成闸室逸气，影响水面平稳。由于进口高程受到湖底限制不能降低，采取将输水闸门开啟时间延至2m in ，并将检修门槽采用橡皮垫圈封闭门槽顶的措施。
四、结论及回访
通过对春天湖船闸的地形、水域、环境、景观以及耗水量等较充分研究，本工程设计为双线省水船闸，据省水和游览的要求，独具一格的输水系统布置是合理适当的。从2002年运行以来，至今已运行9年，实践证明船闸运行平稳、快捷、达到省水效果，安全运载游客近400万人次，其中2010年为65万人次。
（上接第75页）衰落小的子信道，避免深衰落子载波信道对系统性能带来的不利影响。具有良好的电磁兼容性能，适合衰落信道高速数据传输。
本文从多载波传输技术的特点入手，深入论述了该技术在海事移动CCTV 视频监控中的应用前景，并对无线数字信道解调单元采用的信道估计技术进行了分析论述，结合信道估计技术的采用对于提高信号传输质量具有重要而深远的意义。
参考文献
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[J]．中国海事，2009，12．
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1998．
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Electronics 19984217-22
豫公网安备41160202000603
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