基于廣電白頻譜的無線寬帶雙向傳輸應用平臺

曹 健

（南京廣播電視集團 電視播出部，江蘇 南京 210001）

現階段地面電視面臨數模同播，頻率資源緊張，一定程度上制約了地面數字電視[1]的發(fā)展；然而，關閉地面模擬電視后，頻率資源得到有效釋放，廣電又將面臨如何科學有效利用頻譜資源的課題。

廣電無線傳輸和覆蓋以下行見長，點對多點，高帶寬、廣覆蓋，建設成本和維護成本低；但缺乏有效的上行能力，雙向傳輸和互動實現困難，廣電無線上行和雙向傳輸能力不足，從而使得電信行業(yè)3G、4G、微信、微博等應用有機會向廣電行業(yè)滲透。

南京廣電集團與南京寬慧無線網絡通信有限公司、中科院相關單位合作，利用廣電U波段白頻譜資源，運用具有自主知識產權的MiWAVE技術和設備構建南京城域寬帶無線多媒體雙向傳輸網，開展相關實驗。目前，除應用在南京廣電集團日常新聞直播欄目和突發(fā)事件新聞現場回傳外，也作為南京無線城域網專網運用在城市交通、公安、城市衛(wèi)生等行業(yè)。下一步將應用于2014年在南京舉行的第二屆世界青奧會中。

南京作為國家公布的首批三網融合[2]試點城市，南京廣電集團一直積極探索和尋找合適的切入點。在三網融合背景下，利用廣電頻譜資源，將下行和上行傳輸有機結合，構建廣電無線寬帶雙向傳輸網絡，作為NGB-W[3]的發(fā)展方向，具有前瞻性和探索性，將是廣電行業(yè)未來發(fā)展的希望，有著廣闊的發(fā)展和應用前景。

1 系統(tǒng)平臺介紹

1.1 系統(tǒng)簡介

基于南京城域廣電白頻譜感知和資源利用，采用中科院具有自主知識產權的MiWAVE技術和設備來構建寬帶無線雙向接入網絡（見圖1），其中，MiWAVE系列基站建設完成對南京主城區(qū)的覆蓋；微基站或直放站等無線設備的補點建設，解決角落、停車場等主基站覆蓋的死角，以達到覆蓋移動車輛在南京主城區(qū)區(qū)大部分地區(qū)活動范圍的目標。

由于系統(tǒng)規(guī)模大，采取分步投資與建設的方案，從2011年開始，截至2013年6月，共建成基站38個（見圖2），實現了長江和繞城高速所圍成的南京主城區(qū)約700 km2中90%面積的廣覆蓋（見圖3）。目前已完成38個基站和核心網建設，投入廣電業(yè)務和其他行業(yè)業(yè)務應用的實驗。

1.2 系統(tǒng)平臺簡介

系統(tǒng)網絡架構從邏輯上劃分為應用平臺、核心網、接入網、終端4個層次。

圖1 南京無線雙向傳輸網骨干網絡平臺示意圖

圖2 南京無線雙向實驗網基站分布圖（截圖）

圖3 南京城域覆蓋效果測試情況（截圖）

1.2.1 應用平臺

應用平臺包括一個運管中心和應用服務系統(tǒng)，其設備包括各種應用服務器及業(yè)務控制系統(tǒng)，如視頻監(jiān)控服務器、視頻會議服務器、授權訪問終端、視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)、多路解碼器、視頻交換矩陣、視頻會議系統(tǒng)、電視墻等。用于具體應用業(yè)務（如視頻業(yè)務）的訪問和調度，滿足在移動情況下的新聞直播、應急指揮、安全保障等業(yè)務應用要求。

運管中心作為城域網的動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的核心，是系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的前提。

應用服務系統(tǒng)是整個系統(tǒng)對外提供服務的基礎，其設備根據需要可以集中放置或分布放置。一般放置有大型電視墻，實時顯示由矩陣切換的多路城市動態(tài)圖像，可實時瀏覽前端各終端上傳的實時圖像，并可將重要圖像數字化存儲錄像。

目前已實現對南京市內24個主要交通路口的動態(tài)圖像實時監(jiān)控。

1.2.2 核心網

利用南京廣電網絡公司南京城域光網平臺構建本系統(tǒng)所需的核心網絡。核心網部分需要根據具體應用規(guī)模和設備分布配置適當的交換機和路由器以及相應的光接入口，現有4臺核心路由器，分別部署于南京廣電網絡的城東、城南、城西、城北等4個光網核心節(jié)點。核心網與接入網的連接通過網關實現，網關可對所有基站設備進行資源配置。

1.2.3 接入網

該接入網包括MiWAVE系列化基站以及與核心網相連接的接入網關。MiWAVE系統(tǒng)作為無線寬帶多媒體業(yè)務的接入網絡，提供雙向承載通道。只要有核心網光纖接入口的地方，就可以架設MiWAVE基站，同時，在沒有光纖資源的地方，也可以用微波中繼作為數據回傳的一種手段。

無線寬帶接入基站采用宏蜂窩覆蓋方式布置與目標區(qū)域中，主要采用3扇區(qū)應用模式，可以支持異頻和同頻組網方式。每個基站采用100 MHz以上寬頻天線和發(fā)射設備，采用TDD雙工方式，每個基站由2個上行通道、1個下行通道組成，上下行共用1個信道，按照時分的工作模式共用，在上下行比例分配可調，MiWAVE系統(tǒng)支持多種不同的配置，目前設定為17∶30（以上行為主）、突出和彌補廣電無線上行能力。每個基站功率等級10 W以下連續(xù)可調。

1.2.4 終端

該系統(tǒng)方案中的終端側主要包括無線寬帶接入終端設備以及與業(yè)務應用相配套的外圍設備，如攝像機、網絡攝像機、視頻會議終端、上網本、WiFi手機等。終端內部可以集成國內主流廠家的編碼模塊，以直接連接模擬攝像機提供圖像上傳，也可以選擇外接前端設備（包括網絡攝像機、WiFi攝像機或網絡服務器+模擬攝像機）的方式應用于實際業(yè)務。終端內置的編碼模塊缺省采用壓縮性能最好的H.264進行音視頻壓縮，結合系統(tǒng)本身較高的鏈路預算，確保在不同的應用場景都有好的信號質量，提供CIF到D1畫質的視頻圖像。根據圖像的變化情況和對清晰度、分辨率的不同要求可提供從128 kbit/s～3 Mbit/s不等的碼流。

MiWAVE終端用于和MiWAVE基站保持連接，進行雙向的數據傳輸。車載終端滿足南京城域新聞移動車上的應用，移動單兵適用于前方記者機動靈活的現場信號采集，回傳移動單兵或車載終端，將新聞現場信號通過就近基站匯入接入網，通過核心交換網送至南京廣電集團播控中心機房，由播控中心矩陣調度到各頻道演播室。

采用車載終端結合無線AP（WiFi，可選擇支持WAPI的設備）的方式向附近的新聞工作人員提供便捷的WiFi系列網絡接入；將來該無線多媒體網絡若有可能向公眾拓展應用，則MiWAVE+WiFi AP的方式可解決新技術接納現有終端的問題，為寬帶無線多媒體網絡提供不同于其他技術的公眾用戶發(fā)展策略。

2 涉及的部分關鍵技術

2.1 結合地理信息（CIS）進行南京城域白頻譜資源分析

通過對南京城區(qū)若干典型區(qū)域的頻譜檢測，初步掌握了一些基本特征?？傮w來說比較復雜，存在信道差異、地區(qū)差異、方向差異、時間差異等情況。主要測試和分析內容包括：

1）不同頻段、同一時間、同一地點、同一方向的頻譜存在的差異；

2）同一頻段、同一時間、不同地點、同一方向的頻譜存在的差異；

3）同一頻段、同一時間、同一地點、不同方向的頻譜存在的差異；

4）同一頻段、不同時間、同一地點、同一方向的頻譜存在的差異。

2.2 特定區(qū)域白頻譜資源的感知和頻譜利用技術

鑒于白頻譜隨時間變化的特性，往往有些信道在2/3以上的時間段是可用的，但是在剩下的1/3時間內，卻存在較強的干擾，難以直接利用。如果具備動態(tài)感知能力，則可以及時掌握到這些資源的動態(tài)信息，結合動態(tài)頻譜資源調度與管理，進一步提升白頻譜的利用效率。下一步的發(fā)展模式是頻譜的動態(tài)感知能力和動態(tài)頻譜資源調度與管理。

2.3 干擾子載波扣除、抑制帶內窄帶干擾能力

采用MiWAVE技術可以在啟動及運行過程中實時檢測帶內的其他頻率分量，倘若存在非自身頻率，則分析并量化其信號情況（幅度、位置等）。根據分析結果，自適應調整空口子頻帶分配，刻意避讓非自身信號所用子頻帶。針對帶內特定規(guī)律的窄帶干擾信號，可以通過扣除相應子載波的方式實現干擾抑制，使得系統(tǒng)能夠在具有較強帶內窄帶干擾的電磁環(huán)境中工作（見圖4）。

圖4 基站設備子載波扣除界面（截圖）

2.4 頻譜的非對稱利用

對于白頻譜的特性，期望整齊地規(guī)劃出成對的頻段以適應頻分復用（FDD）的通信系統(tǒng)是不現實的，因此需要采用能夠對頻譜進行非對稱利用的時分復用（TDD）系統(tǒng)。時分復用系統(tǒng)還有其他好處：一是上下行信道的對稱性對信道估計的幫助；二是基站間完全同步，可避免基站與基站之間信號的相互干擾。

3 相關廣電應用簡介

3.1 信號上行傳輸單兵測試效果

信號上行傳輸單兵測試效果如圖5所示。

圖5 信號上行傳輸單兵測試效果

應用于新聞現場信號回傳。采用1 080p高清網絡相機，占用帶寬2 Mbit/s，實時碼流為2 Mbit/s，可清晰顯示當場情景全貌。

3.2 重點交通路口實時監(jiān)控

交通路口實時監(jiān)控如圖6所示。

目前可監(jiān)控南京市24個重點交通路口的實時交通信息，應用于南京廣電集團每天生活頻道“城市晚高峰”、18頻道“標點”等新聞節(jié)目直播中。

4 結束語

圖6 交通路口實時監(jiān)控

NGB-W標準還未確定，采用組網技術MiWAVE系統(tǒng)存在風險和利益并存的情況，但目前市場情況不容等待，隨著幾大通信運營商3G業(yè)務的成熟和4G牌照的發(fā)放，使得廣電面臨困局。此項目在承載南京廣電相關業(yè)務的同時，可作為南京NGB無線系統(tǒng)標準試驗城域外場基地，為NGB-W技術標準和行業(yè)政策提供實地驗證。

[1] 劉宏學.地面數字電視發(fā)射系統(tǒng)組成與維護[J].有線電視技術，2013（2）：56-58.

[2] 吳云松，趙曉平，董雪.三網融合下的廣播電視業(yè)務拓展策略研究[J].電視技術，2013，37（8）：27-28.

[3] 李孟玲，薛劍，聶釗，等.NGB接入網設備集成平臺[J].電視技術，2011，35（16）：68-69.