眾所周知，3G之后的演進(jìn)是4G——基于LTE無線技術(shù)。本文詳細(xì)介紹了LTE無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)知識和優(yōu)點，以及現(xiàn)存的3G無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的缺點和不足，LTE無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在未來應(yīng)用前景。希望對大家有所幫助。

一、 引言
隨著社會和技術(shù)的發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)得到了極大地發(fā)展。視頻監(jiān)控可以分為有線視頻監(jiān)控和無線視頻監(jiān)控兩種。其中，無線視頻監(jiān)控由于不受布放線纜的限制，得到了越來越廣泛應(yīng)用，甚至有逐漸取代有線視頻監(jiān)控的趨勢。2008年8月，中國移動北京公司以TD-SCDMA技術(shù)為北京市公交集團(tuán)提供奧運專線安全保障視頻監(jiān)控系統(tǒng)。2009年4月，中國移動北京公司同樣以TD-SCDMA技術(shù)為北京急救中心“120”提供無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)。目前以上監(jiān)控系統(tǒng)運轉(zhuǎn)正常，取得了很好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

但基于3G技術(shù)的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)仍受到不同程度的限制，例如：3G的無線容量小、傳輸速率不高以及時延長等問題。因此我們需要一種完全滿足廣域無線視頻監(jiān)控的新技術(shù)，而 LTE技術(shù)正可以解決以上問題。

二、 現(xiàn)有無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題

現(xiàn)有的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在如下問題：

（1）采用TD-SCDMA、CDMAEVDO、WCDMA等3G技術(shù)接入方式，存在無線帶寬容量有限、接入用戶有限、時延長等劣勢。在多用戶共享的情況下，難以保證無線視頻監(jiān)控的速率和時延要求。

（2）采用WIFI、微波等無線接入技術(shù)方式，傳輸距離小，靈活性差，廣域覆蓋的成本高，因此不具備廣域視頻監(jiān)控的能力。

（3）對于銀行、交通、安保、礦業(yè)等有視頻監(jiān)控需求的行業(yè)，由于他們無專用無線頻段的使用權(quán)限，因此也無法有效應(yīng)用無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

（4）采用公共頻段的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)無法達(dá)到電信級的保障水平，故障率高、維護(hù)水平低。

LTE技術(shù)作為3G技術(shù)演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，是幾乎所有主流移動通信運營商一致支持的標(biāo)準(zhǔn)，是后3G時代最重要的無線接入技術(shù)。LTE具有帶寬大、傳輸速率高、系統(tǒng)傳輸時延低以及覆蓋廣泛的特點，幾乎可以保證用戶“永遠(yuǎn)在線”。2009年，美國Verizon Wireless、歐洲TeliaSonera、日本NTT DoCoMo和KDDI等公司都宣布在2010年商業(yè)性推出LTE基礎(chǔ)設(shè)施。作為2010上海世博會的贊助商，中國移動也承諾為上海世博會提供TD-LTE服務(wù)?？梢灶A(yù)見在LTE時代，無線視頻監(jiān)控必將得到更好的網(wǎng)絡(luò)支持。

三、 LTE廣域無線視頻監(jiān)控優(yōu)勢的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

長期演進(jìn)LTE（Long Term Evolution）在3GPP R7中定義，它定義了全新的具有更高頻譜效率的無線接入技術(shù)及平滑的IP核心網(wǎng)絡(luò)，相比于2G/3G的移動網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)性能獲得大幅度的提高，并明顯降低了網(wǎng)絡(luò)的運營成本。LTE 支持LTE FDD 和LTE TDD兩種雙工方式，其中LTE TDD作為TD-SCDMA向4G的演進(jìn)方式，是中國移動必然的選擇。

(一) LTE系統(tǒng)架構(gòu)

圖1   LTE系統(tǒng)架構(gòu)

LTE是一個全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)，整個系統(tǒng)呈現(xiàn)扁平化特性。整個LTE系統(tǒng)由核心網(wǎng)絡(luò)（EPC）、無線網(wǎng)絡(luò)（E-UTRAN）和用戶設(shè)備（UE）3部分組成，見圖1。與UMTS網(wǎng)絡(luò)相比，LTE E-UTRAN去掉了RNC，也沒有CS（電路交換）域，而只是由若干個eNodeB組成。eNodeB集成了UMTS RNC的功能如無線網(wǎng)絡(luò)資源的管理、切換管理、流量匯集等，進(jìn)一步降低了傳輸處理時延，加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)運行的靈活度。在LTE系統(tǒng)中，eNodeB是一個綜合的功能強(qiáng)大的接入網(wǎng)節(jié)點。RNC功能被分散到了E-Node B和接入網(wǎng)關(guān)中。

(二) LTE廣域無線視頻監(jiān)控優(yōu)勢的關(guān)鍵技術(shù)

LTE采用了OFDM(正交頻分復(fù)用技術(shù))、MIMO(多輸入多輸出)、64QAM高階調(diào)制等關(guān)鍵技術(shù)，使得LTE可以提供更快的接入速率、更低的時延，這對提高無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和視頻質(zhì)量尤其重要。

LTE有以下優(yōu)勢：

1、帶寬和上下行速率可靈活配置

LTE支持成對或非成對頻譜，可靈活支持1.4M、2.5M、5M、10M、15M、20M系統(tǒng)帶寬，在20MHz頻譜帶寬下可提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率。該速率可以滿足多監(jiān)控終端的數(shù)據(jù)傳輸需求，徹底解決無線視頻傳輸速率的瓶頸。

2、更低的系統(tǒng)時延

用戶平面內(nèi)部單向傳輸時延低于5ms，控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時間低于50ms，從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時間小于100 ms。更低的時延有利于保證無線視頻監(jiān)控的實時性。

3、支持100Km半徑的小區(qū)覆蓋，能夠為350Km/h高速移動用戶提供大于100kbps的接入服務(wù)。這可滿足大部分移動設(shè)備的監(jiān)控需求，對LTE廣域無線視頻監(jiān)控具有重要意義。#p#

四、 基于LTE廣域無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的方案

(一) 廣域無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

廣域無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以分為視頻采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸以及視頻監(jiān)控中心（或監(jiān)控臺）三個子系統(tǒng)。視頻采集子系統(tǒng)主要用于信息收集；網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)以無線和有線方式完成監(jiān)控中心和視頻采集的數(shù)據(jù)交換；視頻監(jiān)控中心系統(tǒng)主要完成視頻信息的展現(xiàn)、存儲、轉(zhuǎn)換等。廣域無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2   廣域無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

以下對三個子系統(tǒng)分別進(jìn)行介紹：

(二) 視頻采集子系統(tǒng)

視頻采集子系統(tǒng)包括無線攝像機(jī)以及安裝附屬部件，負(fù)責(zé)對監(jiān)控現(xiàn)場的視頻采集并轉(zhuǎn)換（視頻壓縮）成為可供傳遞的數(shù)字信號。其最主要設(shè)備為內(nèi)置了無線傳輸模塊的視頻采集器，如無線攝像機(jī)、無線攝像頭等。它不一定是固定在某個局限區(qū)域內(nèi)，而是可以放置在任何可接收LTE信號的移動設(shè)備上面。

無線攝像機(jī)需要集成鏡頭、光學(xué)過濾器、影像感應(yīng)器、視頻壓縮卡、無線上網(wǎng)模塊等設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)端監(jiān)控平臺可以根據(jù)每臺無線攝像機(jī)無線上網(wǎng)模塊的號碼地址確定視頻數(shù)據(jù)來自的具體位置。
無線攝像機(jī)的視頻數(shù)據(jù)非常龐大，必須壓縮后才能進(jìn)行傳輸。正確選擇壓縮標(biāo)準(zhǔn)能夠保證視頻清楚度并且傳輸流暢。這也是我們在設(shè)計系統(tǒng)是需要考慮的重要因素。

（三）網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)是負(fù)責(zé)傳輸視頻數(shù)據(jù)的通道，它的作用是保證良好的傳輸速率和時延水平。
在LTE廣域無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，無線傳輸采用LTE系統(tǒng)可以很好的保證無線傳輸速率和時延要求。視頻數(shù)據(jù)通過無線傳輸后就會進(jìn)入有線傳輸通道。有線傳輸通道包括運營商的IP傳輸網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)網(wǎng)關(guān)、PDN網(wǎng)關(guān)、防火墻、Internet以及到達(dá)視頻監(jiān)控中心的有線傳輸通道。視頻數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)后，視頻監(jiān)控中心可以對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行下載、處理并存儲于硬盤中。

（四）視頻監(jiān)控中心（監(jiān)控臺）

通過Internet、以太網(wǎng)的互聯(lián)，視頻監(jiān)控中心可以擁有多個物理地址。視頻監(jiān)控中心負(fù)責(zé)視頻信息的存儲、管理、查詢和實時監(jiān)控等任務(wù)，主要包括視頻存儲服務(wù)器和監(jiān)控管理服務(wù)器。
當(dāng)視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心后，監(jiān)控管理服務(wù)器首先對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷是否是授權(quán)用戶所需要實時瀏覽的監(jiān)控數(shù)據(jù)，如果是則將其轉(zhuǎn)發(fā)至特定用戶，例如電視墻或者網(wǎng)內(nèi)其他計算機(jī)，同時將視頻數(shù)據(jù)傳送至視頻存儲服務(wù)器進(jìn)行歸檔和備份。同時，監(jiān)控管理服務(wù)器接受管理人員的管理指令，按照管理人員的指令進(jìn)行監(jiān)控地點的配置。

圖3   監(jiān)控中心子系統(tǒng)（監(jiān)控臺）

五、 結(jié)束語

本文介紹的LTE廣域無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有監(jiān)控范圍廣、傳輸帶寬大、可接入終端用戶多、時延小等優(yōu)點，適合于絕大部分行業(yè)用戶。隨著LTE商用時間的到來，基于LTE技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)必將得到廣泛應(yīng)用。