上海世博园视频监控前端无线接入解决方案

前言

上海世博会将是探讨人类城市生活的盛会；是一曲以创新和融合为主旋律的交响乐；将成为人类文明的一次精彩对话。场馆的安全防护成为整个建设中重要的一环。本文仅介绍视频监控系统前端无线接入的几种方案，并进行了比较。

1.世博园区无线视频监控要求

上海世博园区的无线视频监控（仅包括视频前端的无线接入，不包括无线回传连接以及手机等用户终端的无线接入），有以下场景及要求：

1、场馆内无线视频监控；

2、单兵无线视频监控，单兵视频监控要求全世博园区覆盖，可以在园区内任何发生紧急情况的地点投入使用，一般是室外步行，偶尔在室内；

3、轮渡及渡口的无线视频监控；

4、园区流动车辆无线视频监控；车辆移动监控有两种，即流动站定点外景监控和车辆行进间车内监控两种。对于车辆行进间车内监控，其车速可参考市内交通管理规定限速80km/h。

2.3G移动通信网络接入方式

2.1TD-SCDMA

2.1.1概述

TD-SCDMA在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面有独特优势。TD-SCDMA具有TDMA的优点，可以灵活设置上行和下行时隙的比例而调整上行和下行的数据速率的比例，特别适合因特网业务中上行数据少而下行数据多的场合。TD-SCDMA是时分双工，不需要成对的频带。因此，和另外两种频分双工的 3G标准相比，在频率资源的划分上更加灵活。一般认为， TDSCDMA由于智能天线和同步 CDMA技术的采用，可以大大简化系统的复杂性，适合采用软件无线电技术，因此，设备造价可望更低。

但是，由于时分双工体制自身的缺点，TD-SCDMA被认为在终端允许移动速度和小区覆盖半径等方面落后于频分双工体制。此外，TD-SCDMA引入了HSDPA（高速下行分组接入）和HSUPA（高速上行分组接入）技术，合称 HSPA技术，其引入没有改变原有 TD-SCDMA的网络结构。进一步的增强还包括 HSPA+技术。

2.1.2频段

TD-SCDMA系统占用155MHz频谱，其中2010MHz～2025MHz为一阶段频段，干扰小，划分为3个 5MHz的频段。每个载频占用带宽为 1.6MHz，因此对于 5M、10M、15M带宽，分别可支持 3、6、9个载频，可以同频组网或异频组网。

2.1.3覆盖

TD-SCDMA尤其适合于高密度用户地区：城市及近郊区的局部覆盖，对于TD-SCDMA系统，在人口密集地区，小区半径设置在数百米，在郊区，小区半径可达到数公里。

2.1.4带宽

.移动速度为最高240km/h时，数据速率为 8， ...， 64/144kbit/s。.手持机环境(速度 30km/h),数据速率为 8 ，... ，384 kbit/s 。.室内环境(速度 3 km/h)，数据速率可达 2Mbit/s 。

.引入HSUPA技术后，上行峰值速率5.8Mbit/s，典型值为 1.12Mbit/s。.引入 HSDPA技术后，下行峰值速率 14.4 Mbit/s，典型值为 8.4Mbit/s（3载波）。

2.2WCDMA

2.2.1概述

WCDMA采用直接序列扩频码分多址（DS-CDMA）方式，码片速率为 3.84Mcps，载波带宽为5MHz。WCDMA支持 FDD和 TDD 两种双工方式，TDD 模式基本参照了 FDD 模式的概念与设计思路。在 Release 5版本后，WCDMA引入了下行链路增强技术，即 HSDPA（High Speed Downlink Packet Access，高速下行分组接入）技术，在 5MHz的带宽内可提供最高 14.4Mbps的下行数据传输速率。在 Release 6版本后， WCDMA引入了上行链路增强技术，即 HSUPA（High Speed Uplink Packet Access，高速上行分组接入）技术，在 5MHz的带宽内可提供最高约 6Mbps的上行数据传输速率。

总之，WCDMA有较高的扩频增益，发展空间较大。WCDMA全球漫游能力最强，技术成熟性最佳。

2.2.2频段

上行1920MHz～1980MHz，下行 2110MHz～2170MHz

2.2.3覆盖

覆盖半径大于TD-SCDMA系统，在人口密集地区，小区半径设置在数百米，在郊区，小区半径可达到数公里。

2.2.4带宽

WCDMA可支持384Kbps到 2Mbps不等的数据传输速率，在高速移动的状态，可提供 384Kbps的传输速率，在低速或是室内环境下，则可提供高达 2Mbps的传输速率。引入 HSDPA技术后，下行峰值速率 14.4 Mbit/s，引入 HSUPA技术后，上行峰值速率 6 Mbit/s。

2.3CDMA20001X/EVDO
2.3.1概述

CDMA2000技术是第三代移动通信系统IMT-2000系统的一种模式，它是从CDMAOne（IS-95）演进而来的一种第三代移动通信技术。 CDMA2000分为多个阶段来实施，第一个阶段称为 CDMA20001X，第二个阶段称为 CDMA2000 3X。1X的意思是使用与 IS-95相同的一个 1.25Mhz频宽的载波；3X则意味着三个载波。 CDMA2000 1X完全兼容 IS-95的第三代移动通信系统，仿真与现场测试结果表明，CDMA2000 1X系统的话音业务容量是 IS-95系统的２倍，数据业务容量是 IS-95的 10倍。

CDMA20001X在 HDR（High Date Rate）技术的基础上进行演进，名为 1xEV（1X Evolution）。1xEV的演进又被划分为两个发展阶段，第一阶段叫 1xEV-DO。1xEV-DO意指 Date Only，它使运营商利用一个与 IS-95或 CDMA2000相同频宽的 CDMA载频就可实现高达 2.4Mbps的前向数据传输速率，目前已被国际电联 ITU接纳为国际 3G标准。1x EV-DO是一种专为高速分组数据传送而优化设计的，已经发展出 Release 0，Release A和 Release B 三个版本。随着 1xEV-DO标准的不断演进，该技术对于非实时对称性业务（例如高速数据下载），以及实时对称性业务（例如 VoIP、VT）的支持能力也在不断增强。目前已商用的网络是基于Release 0 版本和Release A 版本设计的终端和系统。

2.3.2频段

5GHZ

2.3.3覆盖

覆盖半径大于TD-SCDMA系统，在人口密集地区，小区半径设置在数百米，在郊区，小区半径可达到数公里。

2.3.4带宽

.CDMA20001xRTT（单载波）：最高数传率614.4 Kbps，实际数传率 80-100 Kbps

.CDMA20001x-EV-DO：最高数传率2.48 Mbps，实际数传率 600K-1Mbps

.CDMA20003xRTT（三载波）：最高数传率2.4 Mbps实际数传率 1Mbps-1.8Mbps

.多载波EV-DO版本B：其下行数据速率高达9.3Mbps，上行数据速率高达 5.4Mbps。

."EV-DO增强版"：其下行数据速率高达34.4Mbps，上行数据速率高达13.4Mbps。

2.4 WiMAX无线网络接入方式

2.4.1802.16d固定 WiMAX

2.4.1.1概述

IEEE802.16REVd是2-66GHz固定宽带无线接入系统的标准，也称为IEEE 802.16-2004，是目前IEEE 802.16家族中最成熟的、商用化产品最多的标准。IEEE 802.16e在继承 IEEE 802.16REVd能力的基础上增加了终端用户移动性的支持，理论移动速度可以达到 120km/h。

目前，国内的"无线城市"主要采用的就是WiFi覆盖+802.16d回传的方案。

2.4.1.2频段

2～66GHz

2.4.1.3覆盖

覆盖半径<50公里，仅在LOS（Line of Sight）直线视距传输时能达到 50公里，否则小于 10公里。受雨、雾及水蒸气影响而衰减的程度比微波要轻。

2.4.1.4带宽

峰值速率75Mbps

2.4.2802.16e移动 WiMAX

2.4.2.1概述

IEEE802.16e是移动宽带无线接入的标准，该标准后向兼容IEEE802.16d。IEEE 802.16e的物理层实现方式与 IEEE 802.16d是基本一致的，主要差别是对 OFDMA进行了扩展，可以支持 2048-Point、1024Point、512-Point和 128- Point，以适应不同载波带宽的需要。为了支持移动性， 802.16e在 MAC层引入了很多新的特性，主要是针对移动宽带无线接入（ MBWA）空中接口的规范，支持 MS休眠模式。 802.16e系统将接入基于 IP协议的核心网，主要面向个人用户提供数据接入业务，也可以提供话音业务。可以支持 120km/h的移动速度。

2.4.2.2频段

2～6GHz

2.4.2.3覆盖

覆盖半径支持1km～50km的宏蜂窝；100m～1000m的微蜂窝以及半径 100m内的室内微微蜂窝。

2.4.2.4带宽

支持上行最高为1.5Mbps的数传率，上行最高为6Mbps的数传率。

遗憾的是在政策方面，由于802.16e和TD-SCDMA系统在定位和频谱分配上有冲突，目前在国内尚无法大规模商业部署。

2.5无线局域网WiFi接入方式

无线局域网（含802.11a和 802.11b等）是 1999年 8月 IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，美国电气和电子工程师学会）颁布的无线局域网（ WLAN）的标准协议，该标准定义了 WLAN物理层 (PHY，Physical Layer)和媒体访问控制(MAC，Medium Access Control)的规范。允许无线局域网及无线设备制造商在一定范围内建立互操作网络设备。

2.5.1802.11a

2.5.1.1概述

非全球性标准，采用OFDM技术，802.11a是802.11的扩展，在802.11协议基础上， 802.11a定义了在 5GHz频段下更高通信速率的 PHY和 MAC规范。与单个载波系统 802.11b不同， 802.11a运用了提高频率信道利用率的正交频分多路复用（OFDM）的多载波调制技术。由于 802.11a运用 5GHz频谱，因此它与 802.11b或最初的 802.11WLAN标准均不能进行互操作。
2.5.1.2频段

5GHZ

2.5.1.3覆盖

室内覆盖半径<50米，室外覆盖半径< 100 米

2.5.1.4带宽

支持最高54Mbps的物理层数传率，但传输层最高只可达25Mbps。

2.5.2802.11b/g

2.5.2.1概述

802.11b是802.11的扩展，在802.11协议基础上，802.11b定义了无须申报授权的ISM（工科医）2.4GHz频段通信业务规范，是目前应用最广泛的无线局域网。 802.11b定义了 ISM频段的 PHY和 MAC规范，主要内容是关于 PHY层，采用了直序扩频技术，所用的编码方法有补码键控 CCK(Complementary Code Keying)和分组二进制卷积码 PBCC(Packet Binary Convolutional Coding)。 2003年 7月 IEEE802.11工作组批准了 IEEE802.11g草案，该标准成为人们关注的新焦点。与以前的IEEE802.11协议标准相比，IEEE802.11g有以下两个特点：在 2.4GHz频段使用正交频分复用（OFDM）调制技术，使数据传输速率提高到 20Mbit/s以上，峰值数传率达 54Mbit/s；能够与 IEEE802.11b的 Wi-Fi系统互联互通，可共存于同一 AP的网络里，从而保障了后向兼容性。这样原有的 WLAN系统可以平滑地向高速 WLAN过渡，延长了 IEEE802.11b产品的使用寿命，降低了用户的投资。

2.5.2.2频段

2.4GHZISM频段

2.5.2.3覆盖

室内覆盖半径<100米，室外覆盖半径< 300 米

2.5.2.4带宽

802.11b支持5.5Mbit/s和11Mbit/s数传率；802.11g支持54Mbit/s峰值数传率。

3.几种方案比较

3.1移动通信网络接入方案的缺点

首先，移动通信系统的频谱资源十分有限。而高数传率的无线视频传输势必耗费大量的频谱资源，在世博等用户密集的场合下，甚至会影响用户的话音业务。而且也会增加系统成本以及网络规划的难度。

其次，由于移动通信系统中存在着呼吸效应，即覆盖半径随用户数目的增加而收缩。导致呼吸效应的主要原因是CDMA系统是一个自干扰系统，用户增加导致干扰增加而影响覆盖。而且，对于数据业务，随着峰值速率的提高，处理增益在下降，所消耗的无线资源在增加，为了保持与语音业务相同的覆盖半径，需要增加发射功率等资源，因此前向数据容量随着峰值速率的提高而不断下降。比如，对某CDMA20001X的实测表明，在满足用户平均空中速率为9.6kbps数据速率的条件下，最大支持 22个用户 /sector/carries；在满足用户平均空中速率为 38.4kbps的条件下，最大支持 7个用户/ sector/carries；在满足用户平均空中速率为 153.6kbps的条件下，最大只能支持 2个用户/ sector/carries。因此，当用户大量涌入

世博场馆时，无线视频传输的距离和质量势必受到影响。

其三，移动通信系统的网络规划、部署都比较复杂，要考虑对邻近小区的干扰等诸多因素，成本很高，基站的增减还需要无委会审批过程。因此，监控前端与监控平台间的无线连接监控前端与监控平台间的无线连接若采用移动通信系统的解决方案，既不灵活，成本也高。

最后，带CDMA接口的无线摄像机种类很少，价格较高，且多是以成套无线视频系统的形式售卖。

3.2 WiFi无线接入方案的优点

首先，WiFi不占用移动通信系统的频谱资源。与移动通信系统互不干扰，即会场人群的移动通信业务再多，两者也不会互相影响。

其次，WiFi的网络规划、部署、转移都很简单易行，只需考虑其本身的信道复用规划即可，无需有关部门的审批。WiFi普及度很高，各种WiFi产品生产批量都很高，所以，WiFi产品成本很低。带WiFi接口的无线摄像机仅仅数千元人民币。

4.前端无线接入方案部署建议

关于世博园区的无线视频监控，建议尽量多地采用WiFi等非移动通信系统的技术来实现监控前端与监控平台间的无线连接，理由是：世博园区在活动期间会聚集大量的人群，势必造成移动通信系统的频谱资源及其它资源极度紧张，且移动通信系统不可避免地存在着呼吸效应。同时，移动视频传输需要占用大量的无线资源，所以要尽量减轻移动通信系统的负荷，以满足国内外参访人群的移动通信需求及通信质量。而 WiFi使用无需申请的 ISM频段，与移动通信系统互不干扰，带宽足够且连接稳定，并且带 WiFi接口的摄像机型号很多、价格低廉，所以，WiFi解决方案应该尽量多地采用。

具体地，针对四种场景的解决方案如下：

4.1、场馆内无线视频监控

这个显然是应该采用带 WiFi（802.11b/g）接口的无线摄像机。另外，在园区大门、路口、场馆门口可以采用带 WiFi（802.11b/g）接口的无线摄像机。在园区道路，可以每隔 250米就布设一个 WiFi无线摄像机（WiFi室外覆盖半径< 300 米），重点路段可以布得密集一点。这样，加上带摄像机的巡逻人员及车辆的补充，应该可以满足园区视频监控的需求。

4.2、单兵无线视频监控

世博园区要求有 5～6组安保人员（每组 5~6人）肩负便携式无线摄像机以步行的方式执行园区监控（绝大多数情况下是户外）。由于黄埔江两岸的世博园区面积均不大（浦西世博园区面积：约 1.96平方公里，浦东世博园区面积：约 4.72平方公里），因为 802.16d覆盖距离最大达 50 公里，所以完全可以用 2个 802.16d小区来分别覆盖黄埔江东西两岸的世博园区，这样，不涉及小区切换的话，802.16d完全可以支持在单小区内以步行速度移动的安保人员的视频采集活动（如果想节省成本，浦西园区与黄埔江江面可以用同一个 WiMAX 802.16d小区进行覆盖）。而且，为了能够后向平滑过渡到 802.16e，802.16d增加了部分功能以支持用户的移动性。其最高 75Mbps的带宽也足以满足多路视频传输的要求。当然，如果能使用 802.16e的产品，效果会更好。

4.3、轮渡及渡口的无线视频监控

渡口和码头等固定场所可以采用带 WiFi（802.11b/g）接口的无线摄像机。至于轮渡，其活动范围是，两岸世博园区所夹黄埔江江段，沿江距离 2~3公里，江面跨度 700米左右。显然轮渡的活动范围远大于 WiFi的覆盖范围，远小于 802.16d覆盖距离。但是，由于轮渡属于低速移动物体（小于 20公里/小时），可以在轮渡上采用 802.16d 的 WiMAX解决方案。可直接采用带 802.16d 接口的无线摄像机或者将带以太网接口的有线摄像机和 802.16d的发射机连接。因为 802.16d覆盖距离最大达 50 公里，且江面平坦无遮挡，所以完全可以用单个 802.16d小区来覆盖轮渡的活动范围，这样，不涉及小区切换的话，802.16d完全可以支持在单小区内低速移动物体的正常无线通信（为了能够后向平滑过渡到 802.16e，802.16d增加了部分功能以支持用户的移动性。），其最高 75Mbps的带宽也足以满足多路视频传输的要求。当然，如果能使用 802.16e的产品，效果会更好。
4.4、园区流动车辆无线视频监控；

车辆移动监控有两种，即流动站定点外景监控和车辆行进间车内监控两种（其车速可参考市内交通管理规定限速80km/h）。

流动站定点外景监控显然仍是采用带WiFi（802.11b/g）接口的无线摄像机。

对于车辆行进间车内监控，由于车速最高可达80km/h，如果不能使用802.16e的话，对于上海移动而言，就只有TD-SCDMA的HSUPA技术（上行峰值速率5.8 Mbit/s，典型值为1.12Mbit/s）能满足视频数据无线上传的要求了。建议此种车辆不要行驶到人员密集区域进行实时视频采集，人员密集区域的实时视频采集应由单兵无线视频监控人员或布放的WiFi 摄像机进行。

5.结束语

本文阐述了世博园监控系统的要求，对三种接入方式进行了比较说明，最后根据世博园的特点，对世博园监控系统接入方案提出了合理化建议，详细介绍了场馆、单兵、渡口、园区流动车辆的无线视频监控接入方案。
编辑：小宇