几种移动无线视频传输技术的比较与选择（上）

基于无线传输方式实现的移动视频监控，是指在移动目标上加装前端视频采集装置，通过传输单元将视频信号传输至监控中心，实现对移动目标动态、实时地跟踪、监控、调度的目的。移动视频监控系统的优点，主要表现为组网极其灵活、扩展性好，可摆脱线缆束缚、实施周期短、综合成本低等。本文介绍GPRS、CDMA、COFDM几种移动无线视频传输技术的含义、原理、优缺点、性能比较与选择。

文/雷玉堂

大家知道，我们人类接受外界信息主要来自视觉，据国内外光电专家研究表明，至少有80％以上的信息是来源于视觉。因为视频具有直观、具体、真实等特点，所以作为安全技术防范最主要的手段是视频监控，它已广泛应用于许多重要场所，从而为监控现场提供了可靠的安全保证。它对威慑犯罪分子，保护人民生命及财产安全，协助公安部门调查取证及侦破案件等起到了极其重要的作用。

随着信息社会及科学技术的发展，对视频监控系统的视频信号处理、传输、存储、显示提出了更高的要求，特别是Internet网的普及、发展，为音频、视频数字化处理提供了必要保证。而网络视频监控根据传输方式分电话线、DDN、ISDN、光纤、无线传输、卫星线路等。

基于无线传输方式实现的移动视频监控，是指在移动目标上加装前端视频采集装置，通过传输单元将视频信号传输至监控中心，实现对移动目标动态、实时地跟踪、监控、调度的目的。移动视频监控优点主要表现为组网灵活、综合成本低。这是因为基于无线传输技术的移动视频监控系统，可根据需要迅速将新监控点加入网络，无须新建传输网络即可高效实现远程监控，且数字化视频很便于存储、检索，对市政、公安等特殊要求的部门尤为合适，因而组网极其灵活、扩展性好；并且，由于地理环境、工作性质限制而采用有线传输可能存在诸多不便，甚至根本无法实现，而利用无线网络可摆脱线缆束缚，且实施周期短、维护方便、扩容能力强，加上网络维护由供应商实施，前端设备是即插即用，因而综合成本低。

无线视频传输技术概况

无线移动通讯网络的发展，特别是GPRS和CDMA数据通讯技术的出现，为各种智能设备的远程无线通讯提供了新的手段，也成为了嵌入式系统应用的一个重要领域。在信息高速发展的今天，GPRS与CDMA1X网络建设已日趋完善，它们都是2.5代的移动通信系统，均将要过渡到3G移动通信系统。

GPRS具有费用低廉、“永远在线”、覆盖范围广等显著优点，使无线多媒体应用成为可能，也适合于移动监控系统的视频传输。基于GPRS技术实现的视频监控系统可为用户提供灵活的、实时的监控图像，可应用于车载视频监控系统、特别是边远偏僻，不具备常规传输网络条件区域，如远程指挥、现场救护、大型集会、交通路口、公安侦查、突发事件处置等有线通信不能达到的场合。监控现场无需复杂的系统设定，具有高可靠、低功耗、易维护、灵活方便、迅速快捷的特点。

CDMA无线视频监控系统是通过CDMA1X网络进行数据传送，以实现实时的远程图像传送和移动监控的目的。这种网络可实际达到80K以上的数据传输，从而可实现每秒1至15帧，解决了被监视场景不能固定在一个位置而无法传输的问题。并且，CDMA1X网络通信速度远高于GPRS网络，而且易于平滑过渡到3G移动通信系统。未来的第3代移动通信系统虽然有几种模式，但毫无例外地都是属于CDMA码分多址的。

COFDM无线视频传输技术是目前世界上最先进和最具发展潜力的一种调制技术。它的实用价值在于它突破了视距限制的应用，是一种在无线电频谱资源方面充分利用的技术。其技术核心是能绕射和穿透遮挡物，因而对噪声和干扰有着很好的免疫力。COFDM技术能够持续不断地监控传输介质上通信特性的突然变化，通信路径传送数据的能力会随时间发生变化，COFDM能动态地与之相适应，并且接通和切断相应的载波以保证持续成功地进行通信。由于COFDM技术能同时分开多个数字信号，而且在干扰的信号周围可以安全运行，因而特别适合使用在城市中高层建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及将信号撒播的地区、高速的数据传播的地方等。

本文介绍GPRS、CDMA、COFDM几种移动无线视频传输技术的含义、原理、优缺点、性能比较与选择。

GPRS技术

GPRS的含义及其基本原理
GPRS(General Packet Radio Service：通用无线分组业务)，其实质上是作为第二代移动通信技术GSM向第三代移动通信(3G)的过渡的中间技术。它早在1993年，由英国BT Cellnet公司提出，是GSM hase2+(1997年)规范实现的内容之一。传统的GSM网络仅能以9.6Kbps速率数据传输业务，远不能满足用户对高速无线数据业务需求。而GPRS作为一种构架于传统GSM网络之上的新型移动数据通信业务，在移动用户和数据网络间提供连接，为移动用户提供高速无线IP或X.25服务，可提供高达115kbps速率分组数据业务，使得包括图片、音频、视频在内的多媒体业务通过无线网络进行实时传输成为可能。采用分组交换技术的GPRS，其通信过程无需建立、保持电路，符合数据通信突发性特点，且呼叫建立时间很短。由于各用户均可同时占用多个无线信道，而同一无线信道亦可多个用户共享，因此资源利用率显著提高。此外，数据分组发送、接收时，GPRS根据实际数据流量计费，用户可始终在线，既大大降低服务成本，又充分享受方便快捷的通信服务。

GPRS采用与GSM相同频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则、相同TDMA帧结构，因而在GSM基础上构建GPRS时，GSM系统的绝大部分部件都不需进行硬件改动，只要进行软件的升级即可。因此，实现GSM升级至GPRS非常容易，现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。目前中国移动GPRS网络已覆盖全国所有省、直辖市、自治区，网络遍及240多个城市。

GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS理论带宽可达171.2Kb/s，实际应用带宽大约在10?70Kb/s，在此信道上提供TCP/IP连接，包括收发E-mail、进行Internet浏览、即时聊天等应用。

GPRS的基本原理是，利用分组业务传输数据时，多个用户可共享一个时隙，一个用户亦可使用八个时隙。实际传输时，数据信息被包封到很短的分组里，每个分组含一个报头，报头中包括分组始发地址、目标地址。来自多用户的分组可交错传输，即按需分配传输容量，并在无分组传输时释放容量，有效提高网络资源利用率。目前，GPRS还仅仅是对GSM的补充，不会取代GSM网络。

GPRS技术的优点
基于GSM网络并采用分组交换的GPRS技术的优点主要体现在以下五方面。

1、可传输音视频
由于GPRS可提供高达115kbps速率分组数据业务，因而可通过GPRS无线网络传输包括图片、音频、视频在内的多媒体业务。基于GPRS的视频传输突破了仅用于音频通信的局限，其永远在线、数话兼容、按流量计费、快速传输数据、短消息功能等特点得到更好体现，特别是监控指挥中心可根据需要，随时获取监控现场图像并进行实时处置，具有其他传输方式无可比拟的优越性，因而在很多行业、部门有着极好的实用价值。

2、接入时间短
GPRS网络接入速度快，可提供与现有数据网的无缝连接。这是因为GPRS分组交换接入时间约1秒，能提供快速实时连接，从而大幅度提高远程监控、信用卡核对等的效率，并可使已有的E-mail、网页浏览等操作更便捷、流畅。

3、支持IP协议和X.25协议
GPRS支持因特网上应用最广泛的IP协议和X.25协议，从而使GPRS能提供Internet和其他分组网络的全球无线接入。

4、资源利用率高
因为GPRS引入分组交换的传输模式，使原来采用电路交换模式的GSM传输数据方式发生根本性变化，这在无线资源稀缺情况下尤为重要。而用户只在发送、接收数据期间才占用资源，即多用户可共享同一无线信道。由于各用户均可同时占用多个无线信道，而同一无线信道亦可多个用户共享，因此资源利用率显著提高。

5、覆盖范围广
因为现有的基站子系统(BSS)，从一开始就可提供全面的GPRS覆盖，所以目前中国移动GPRS网络已覆盖全国所有省、直辖市、自治区，网络遍及240多个城市，其网络覆盖率要比CDMA网的覆盖率要高。

GPRS技术的缺点
GPRS技术的不足之处。主要表现为以下五方面。

1、存在包丢失现象
由于分组交换连接比电路交换连接要差，因而GPRS存在包丢失现象。并且，话音和GPRS业务无法同时使用相同网络资源，因为提供GPRS使用的时隙数越多，则提供话音通信网络的资源越少。此外，话音和GPRS使用相同网络资源，也势必会产生相互干扰。

2、存在转接时延
由于GPRS分组通过不同方向传输数据，而最终到达相同目的地，因此各数据在通过无线链路传输过程中可能分组丢失、出错等，且转接时延较大。

3、调制方式不是最优
目前，GPRS采用基于高斯滤波最小频移键控GMSK(GaussianFilteredMinimumShiftKeying）的调制技术，存在一些不足，网络要真正过渡到第三代，则必须采用更先进的调制方式。

4、实际速率比理论值低
GPRS数据传输速率，只有在一个用户占用所有8个时隙时，才能达到理论最大值，并且没有任何防错保护。显然，其传输速率受网络和终端现实条件制约，往往其实际速率比理论值低。GPRS理论上虽可提供高达171.2kbps的传输速率，但通常实际上是在35kbps左右。

5、传输图像的可靠性、稳定性需进一步地改善
由于GPRS毕竟是使用公网资源进行视频信号的传输，因而传输图像信号时视频数据需要通过多道关口进行交换，其传输机制显然远比有线方式复杂，所以传输图像的可靠性、稳定性还有待进一步地改善。

CDMA技术

CDMA技术的含义
CDMA(Code Division Multiple Access：码分多址)，它是在扩频通信技术上发展起来的一种新的无线通信技术。CDMA技术的标准化经历了几个阶段。IS95是CDMAONE系列标准中最先发布的标准，真正在全球得到广泛应用的第一个CDMA标准是IS95A，这一标准支持8K编码话音服务。在ITU向各国征求第三代移动通信无线候选技术时，IS95由于刚取得商用成功，美国TR45标准委员会没有将很多精力放在第三代标准的研究上，而是正在努力完成IS95B的标准。在ITU的要求下，在当年提出了CDMA2000的第三代标准，即CDMA20001X和3X(1X代表其载波一倍于IS95A的带宽，3X代表其载波三倍于IS95A的带宽)，3X又分为下行直接扩谱和三载波两种方式，后来直接扩谱CDMA2000部分与WCDMA进行了融合，所以实际上目前的CDMA2000就只包括CDMA20001X和三载波方式3X。

CDMA基于扩频技术，占用的是全新的800M频段（GSM占用的是900M频段），所以不能在原GSM设备上直接升级。目前，中国联通通过二期工程建设，对CDMA网络进行了网络优化和提升，网络从IS95升级为CDMA1X网络；同时建成覆盖全国31个省(自治区、直辖市)的无线数据网。

CDMA1X原意是指CDMA2000的第一阶段，可支持153.6kbps的数据传输、网络部分引入分组交换，可支持移动IP业务；CDMA1X是在CDMAIS95系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为CDMA用户提供分组形式的数据业务；CDMA1X理论传输速率可达300kbps，目前的实际传输速率大约在90kbps左右，可以用于Internet连接、数据传输等应用。CDMA1X无线数据通信系统的特点是按流量计费，即一直在线，按照接收和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量的传递时不收费用。

CDMA是基于PN码(伪随机噪声)的扩频通信，由于信号频谱的扩展，因此在通信中，信号的传输功率很小，不易干扰别的设备，而且不易被截获，具有良好的保密性，同时由于扩展了频谱，因此抗频率选择性衰落能力强，抗多普勒频移能力强，当然，由于PN码的尖锐自相关特性能消除多径影响，因而抗多径干扰的能力强，加上CDMA又普遍采用了RAKE分集接收技术，更增强了抗多径干扰和抗衰落能力。

CDMA技术的工作原理就是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。此外，CDMA系统还采用编码技术，其编码有4.4亿种数字排列，每部终端的编码还随时变化，这使得盗码只能成为理论上的可能。无线上网终端与联通总部间的CDMA1X分组网PDSN间的通信采用CDMA加密技术，所以可以充分保证无线终端与联通总部CDMA1X分组网PDSN间通信路由的安全性。

CDMA技术的优点
1、上网方式好，上网速率高，单基站覆盖范围大
CDMA比GPRS上网方式好。因为GPRS上网要占用语音通道，周围打电话的人越多，网速越慢；而CDMA上网是走独立数据信道，不需争夺语音信道资源。并且，CDMA1x可以提供高达153.6kbps的上网速率，因而比GPRS的上网速率要快多了。
此外，GPRS单基站覆盖范围有限，其最大半径35km；而CDMA的单基站覆盖范围的最大半径是150?200km，是GPRS基站的5倍。

2、抗干扰强，手机通话清晰、不易中断、保密性强、显示时间准确
CDMA的抗干扰比GPRS强。其手机具有通话清晰无杂音、容易接通不掉线、保密性强防窃听、显示时间准确不对时。其原因是：
首先，CDMA可变速率声码器所提供的话音质量清晰，背景噪声小，其品质已经接近有线电话效果，尤其在公交车上的优势凸现。因此，在相同环境下打电话，CDMA的杂音要比GSM小很多；
其次，通话不易中断、接通率高，这是因为CDMA系统有自动跟踪多径信号和软切换技术，大大降低切换掉话的可能性，这将非常有利于用户在移动过程中通话和数据传输；CDMA的扩频技术和频率复用技术，可充分利用信道容量，从而提高网络接通率；在越区切换方式上，CDMA不像GPRS是先中断后连接的硬切换，而采用软切换，确保持续连接，因而不易掉线；
第三，保密性能好，这是CDMA系统的鉴权、数字格式、扩频处理等通话保护措施，可提供最佳的保密特性，防止通信过程中的盗听和手机密码的盗用；
最后，CDMA手机的用户无需对显示的时间作任何调整，其时间准确、无需对时的原因是，CDMA手机一开机就自动与联通自动对时，同中央电视台的时间毫秒不差，因而比GSM手机方便，时间准确不对时。

3、发射功耗小、辐射小、安全系数高
由于CDMA采用了出色的功率控制技术，系统的发射功率非常小，最大只有200毫瓦，正常通话时仅需0.１毫瓦，即使与一只普通灯泡相比，也仅相当于十万分之一以下，因此其移动电话功耗小，无线辐射能量低。因此，CDMA手机的辐射要比GSM小很多，在同等情况下，G网手机的辐射大小是C网的几十倍；并且，C网由于原用于军事领域，所以它的安全系数也要比G网要好；

4、频谱利用率高、支持多项业务
CDMA的频谱利用率高，可以提供各种增值服务等优势。因为CDMA采用宽带技术，支持呼叫转移、呼叫等待、三方会谈、主叫号码显示、短消息、语音信箱、自动漫游、传真和数据通信、多种声码器服务等多项业务。
目前，中国联通已经在7个城市建成了CDMA20001X网络，并很快将在这几个城市开通相关服务的试运行。从目前某些发达国家的发展状况来看，CDMA1X的网络发展和业务模型设计上已经走在了GPRS的前面。

5、调制方式较好、易于过渡到3G
CDMA即码分多址，是美国高通的专利产品，是手机界的微软、INTEL。由于其调制方式较好，国际电信联盟已确定第三代技术用CDMA为基础平台。CDMA现在是CDMA1x，实际上属于2.75G，在升级到CDMA2000就是3G。它与同为2.5G技术的GPRS相比，在国际上CDMA1X实际是被看作是3G的第一阶段，也就是说CDMA1X可以被当作是3G的一部分。同时，它能提供相对较好的语音和数据业务，特别是在视频浏览、视讯会议、接收电子邮件、网上购物、游戏、银行交易、与公司局域网连接并查询相关信息等领域已相当成熟。

CDMA技术的缺点
1、CDMA目前在国内基站较少，服务网络的覆盖区域比GPRS少
CDMA网目前在国内基站相对比GPRS少，联通公司宣称CDMA在城区有99%的覆盖率，在乡村则有98%的覆盖。尤其在地铁里，目前CDMA信号不好。
2、延迟时间较长
目前，CDMA手机打电话有明显延迟，通常要比GSM手机多等3?10秒完全没声音的寂静状态，才会有振铃或忙音。因此，CDMA的延迟时间较长。
3、扩展性较差
CDMA1X的数据服务虽然比GPRS好，但是目前市面的手机都只有语音功能，到时如果想使用数据服务，就要换手机。现在有很多智能手机，如拥有红外、蓝牙功能的G网手机比比皆是，但C网目前基本上是“绝缘”。又，目前CDMA手机生产厂家太少，机种单一，CDMA只能用UIM卡，给以后的换卡带来了不便，因而目前扩展性较差。
4、价格较贵
CDMA一般都是采用高通的芯片，由于高通高昂的专利费用，所以在功能配置差不多的情况下CDMA机比GSM机要贵。此外，CDMA的语音通话计时是从拨号开始的，可是实际上那时并未接通，这在很大程度上侵犯了消费者的权益。经常打别人电话特别是PHS小灵通，打了30秒还不通，好不容易50秒通了，手机费用也计去了50秒的时间，所以CDMA的价格相对较贵。（未完待续）

几种移动无线视频传输技术的比较与选择 （上 ）