应用于智能无线视频监控系统的WiMAX设计方案

0 引言

传统的视频监控系统基本都是定点监控， 受制于硬件及传输线路的连接， 不能满足行业的特殊需要。基于无线通信网络的移动监控技术可以很好地满足这一社会需求。目前国内现有的移动通信网络有GSM 网络、GPRS 网络、CDMA 1X 网络，利用无线信道传输话音、数据和视频己经可以实现，但是普遍存在传输速率不高、传输图像不稳定和传输的信息存在安全漏洞等问题。

1 WiMAX 系统概述及网络体系结构

在市场和技术的共同驱动下， 无线通信系统在最近几十年经历了几次巨大跨越， 从2G 到3G,无线移动通信系统解放了有线的束缚， 成为人们必不可少的通信手段。WiMAX 是一项基于IEEE 802.16空中接口标准的宽带无线接入城域网(BWAMAN)技术。2007 年10 月，国际电信联盟(ITU)已批准WiMAX 宽带无线接入技术成为移动设备的全球标准。WiMAX 成为继WCDMA、CDMA2000、TDSCDMA后全球第四个3G 标准。

WiMAX 系统的通信实体包括移动用户台(MSS)、接入服务网络(ASN)、连接服务网络(CSN)和应用服务提供商(ASP)网络或者Internet.有关非漫游模式端到端参考模型如图1 所示。

图1 基于802.16 的非漫游模式端到端参考模型

ASN 由基站(BS) 和ASN 网关(ASN GW) 构成， 作为一个逻辑实体， 它的功能是管理IEEE802.16 空中接口， 为WiMAX 用户提供无线接入。

ASN 网关是BS 和CSN 通信的管理通信实体。ASN作为WiMAX 系统的接入网，为WiMAX 用户提供无线接入。

CSN 是一套网络功能的组合，为WiMAX 用户提供IP 连接。CSN 包含许多功能实体，如路由器、AAA 代理或者服务器、用户数据库、互联网关等。 协议接口位于两组功能之间， 两组功能则分别位于协议接口两侧的功能实体中， 协议接口两侧的网络实体通过标准的协议接口上的协议实现互操作。图1 包含了非漫游模式端到端模型定义的主要接口。

2 WiMAX 系统采用的关键技术

WiMAX 技术是新一代宽带无线接入技术，通过接入核心网从而提供业务。与之前的宽带无线接入系统相比， 它的优势来源于所采用的空中接口技术，其技术优势可简要概括为以下几点：

a)传输距离远，WiMAX 的无线信号传输距离最远可达50km.

b) 接入速率高，WiMAX 所能提供的最高接入速率是70Mbit/s.

c)支持固定、游牧、便携和全移动多种场景。

d)基站对信道资源进行集中管理，实现了空口的QoS 管理。

2.1 正交频分复用(OFDM)技术

OFDM 是一种多载波传输技术，将较宽的频带分成若干较窄的子带(子载波)进行并行发送，这是最朴素的实现宽带传输的方法。在数字信号处理技术FFT 发展的推动下， 允许将各个子载波重叠排列，同时保持子载波之间的正交性，从而有效避免了子载波之间的干扰。由于相同的带宽内容纳了更多的子载波， 部分重叠的子载波可以大大提高频谱效率[3].OFDM 技术成为新一代无线通信的核心技术，是由于它具有以下优点： 频谱效率高、带宽扩展性强、抗多径衰落、频谱资源灵活分配、实现OFDM 技术较简单。

2.2 多进多出(MIMO)技术 MIMO

技术可以在不消耗额外空口资源的基础上成倍地提高系统容量和频谱效率。

MIMO 系统是指在发射机/ 接收机采用多天线发送/ 接收的系统，MIMO 系统之所以可以在不消耗额外时间和频率资源的基础上大大提高系统容量，是因为它利用了第三种资源---空间。不同的天线只要相隔一定距离， 它们就可以拥有不同的多径衰落信道，从而可以实现"空间分集".利用这种空间分集，就可以改变信道的性质，变为多进多出信道。

通信理论证明，MIMO 信道的容量可以成倍地高于单进单出信道。

2.3 自适应调制编码(AMC)技术

AMC 的原理是根据用户瞬时信道质量状况和当前资源，选择最合适的下行链路调制和编码方式。

靠近基站的用户接收信号功率强， 采用高阶调制方式(如16QAM 或64QAM)和高速率信道编码(3/4编码速率)使用户获得尽量高的数据吞吐率;当信号较差时，则选取低阶调制方式(如QPSK)和低速率信道编码(1/4 编码速率) 来保证通信质量。

WiMAX 采用AMC 作为基本的链路自适应技术对调制编码速率进行选择。