基于最新一代4G OFDMA技術(shù)的SENS自組網(wǎng)技術(shù)在新華社現(xiàn)場(chǎng)采編傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用研討

+ 黃春晨 顧春林（德芯科技）

基于獨(dú)有的自組織應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)（SENS）專利技術(shù)，能確保實(shí)現(xiàn)海陸空天多維立體組網(wǎng)寬帶通信體系，為新聞界提供立體式的海陸空天多維新聞采訪新模式和全方面、交互式的采訪體制，提供海上、陸地、空中的多樣采訪手段，滿足DSNG的特殊采編、傳輸需求，形成立體、交互、實(shí)時(shí)、多樣的新聞采訪直播效果。

一.技術(shù)背景

目前的通信網(wǎng)絡(luò)基于固定、基站蜂窩等形式，僅可以滿足常態(tài)使用，但在應(yīng)急搶險(xiǎn)、災(zāi)害救護(hù)、國(guó)土防衛(wèi)、公安、消防應(yīng)急處置等應(yīng)用領(lǐng)域中，常規(guī)網(wǎng)絡(luò)臨界狀態(tài)的任何細(xì)小錯(cuò)誤均將導(dǎo)致大面積通信系統(tǒng)癱瘓；另一方面，當(dāng)前無線電系統(tǒng)僅能提供數(shù)量有限的用戶或蜂窩區(qū)域覆蓋，或在吞吐量和帶寬等方面有限制；因此，目前的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不適合戰(zhàn)術(shù)通信、國(guó)土安全、災(zāi)害救援或消防應(yīng)急處置。

如2008年汶川地震中，所有常規(guī)通信網(wǎng)絡(luò)（無論移動(dòng)還是固定電話）全部癱瘓，只有衛(wèi)星通信尚能體現(xiàn)價(jià)值。但衛(wèi)星通信也面臨量少、價(jià)高、本地接入覆蓋有限等缺點(diǎn)。同時(shí), 救援等現(xiàn)場(chǎng)往往聚集多部門不同團(tuán)隊(duì)人員, 如消防、公安、武警、民政、醫(yī)療救護(hù)、水利、地震、氣象、交通、國(guó)務(wù)院/省市地方政府部門行政單位等，不同部委的內(nèi)部通信聯(lián)系采用其自有體系，僅能保證體系內(nèi)的互通，無法保障跨部門互聯(lián)協(xié)作；另一問題在于，如何使得地面載體(車輛、列車等)與空中的升空平臺(tái)（飛機(jī)、直升機(jī)、無人機(jī)、飛艇、高空氣球等）與水域的船只、艦艇救援等形成立體式的跨地域三維架構(gòu)互聯(lián)互通體制，以克服救援中的地面障礙物（山坡、山峰、高層建筑等）造成的網(wǎng)絡(luò)障礙。

基于上述現(xiàn)有傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的缺憾與現(xiàn)實(shí)需求的緊迫性，需要發(fā)展更加靈活，能自我優(yōu)化和自我配置架構(gòu)，能使移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與每個(gè)其他設(shè)備直接溝通，或通過其他節(jié)點(diǎn)作為中繼或網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。該解決方案將使移動(dòng)節(jié)點(diǎn)快速部署和自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)的操作變得可行，網(wǎng)絡(luò)可自我管理和自我修復(fù)，不需要任何固定基礎(chǔ)設(shè)施或網(wǎng)絡(luò)管理中心。通過實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)，將實(shí)現(xiàn)CPU最低功耗運(yùn)行能力，適應(yīng)野外長(zhǎng)期作業(yè)需求。

基于4G OFDMA技術(shù)的SENS網(wǎng)絡(luò)能滿足實(shí)現(xiàn)上述各項(xiàng)嚴(yán)格要求

SENS系統(tǒng)框架圖如圖1所示：

圖1 自組織網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

二. 技術(shù)介紹

1.OFDMA技術(shù)介紹

正交頻分多址（OFDMA）是正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)的演進(jìn)。在利用OFDM對(duì)信道進(jìn)行子載波化后，在部分子載波上加載傳輸數(shù)據(jù)的傳輸技術(shù) 。

OFDMA特點(diǎn)有：①通過采用可擴(kuò)展的OFDMA，可以支持多種信道帶寬；②當(dāng)采用OFDMA時(shí)，頻率復(fù)用效率最高；③較高的頻譜效率，如下行鏈路及上行鏈路上所用的子信道化模式，在各子載波級(jí)分配中具有最大靈活性；④OFDMA中子載波在子信道中的分配無需鄰接，有利于實(shí)現(xiàn)頻率分集；⑤支持對(duì)每幀子載波級(jí)的傳輸進(jìn)行優(yōu)化的功率控制。子載波具有正交性，無需像在CDMA系統(tǒng)中那樣嚴(yán)格控制功率。

在OFDMA系統(tǒng)中，用戶僅僅使用所有子載波中的一部分，如果同一個(gè)幀內(nèi)用戶的定時(shí)偏差和頻率偏差足夠小，則系統(tǒng)內(nèi)就不會(huì)存在小區(qū)內(nèi)的干擾，比碼分系統(tǒng)更有優(yōu)勢(shì)。由于OFDMA可以把跳頻技術(shù)和OFDM技術(shù)相結(jié)合，因此可以構(gòu)成一種更為靈活的多址方案。此外，OFDMA可以靈活地適應(yīng)帶寬要求，可以與動(dòng)態(tài)信道分配技術(shù)結(jié)合使用，以支持高速的數(shù)據(jù)傳輸。

2.SENS Ad-hoc自組織網(wǎng)介紹

SENS Ad-hoc自組織網(wǎng)是目前唯一的可移動(dòng)OFDMA-SENS技術(shù)，利用無線網(wǎng)狀網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)自組織、自我配置、自我修復(fù)。在不同的環(huán)境下，允許方便、快捷、高度可擴(kuò)展、可靠和具有成本效益的網(wǎng)絡(luò)部署。OFDMA可提高系統(tǒng)的整體能力，以克服多徑、非視距等困難，提高系統(tǒng)性能和移動(dòng)性，可以通過使用幀的持續(xù)時(shí)間2.5ms來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換的延遲。

SENS Ad-hoc自組織網(wǎng)絡(luò)主要技術(shù)特點(diǎn)有：①創(chuàng)新的減少射頻干擾方法；②分布式頻譜設(shè)計(jì)算法（重復(fù)使用，頻率，調(diào)制...）；③網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)自結(jié)構(gòu)，采用自動(dòng)角色選擇算法（DRSA），權(quán)函數(shù)算法（鏈路質(zhì)量、等級(jí)標(biāo)識(shí)、根級(jí)別的ID...），動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法，增強(qiáng)的移動(dòng)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)路由算法等，可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)路徑、自適應(yīng)調(diào)制和編碼速率，以及最小維護(hù)、最小的網(wǎng)絡(luò)開銷，優(yōu)化的多播/廣播。

三.技術(shù)關(guān)鍵應(yīng)用

如何使得SENS網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程指揮平臺(tái)建立三維立體式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)建立各類視頻等數(shù)據(jù)應(yīng)用層。

1.衛(wèi)星通信方式

通過衛(wèi)星通信回傳鏈路作為SENS的骨干網(wǎng)接入，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)指揮中心與跨地域遠(yuǎn)程指揮的語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)等信息互聯(lián)互通?，F(xiàn)場(chǎng)衛(wèi)星通信平臺(tái)載體包括車、船、航空平臺(tái)（飛機(jī)、無人機(jī)、飛艇、高空氣球等）、列車等。相應(yīng)的通信系統(tǒng)有動(dòng)中通、靜中通等，頻段有L、S、Ku、Ka、C、X等。

2.遠(yuǎn)程微波通信方式

通過遠(yuǎn)程微波通信模組可以實(shí)現(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò)之間10km以上的無線語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)等信息的相互通信。

3.機(jī)載寬帶通信方式

通過架設(shè)在機(jī)載平臺(tái)里的寬帶通信模塊，與地面現(xiàn)場(chǎng)指揮中心的地面寬帶通信模塊?？梢詫?shí)現(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò)之間范圍達(dá)180km以上的語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)等信息寬帶通信(5Mbit/s以上)。

四.SENS應(yīng)用于新聞廣播領(lǐng)域的前景

如果某地域發(fā)生重大災(zāi)害應(yīng)急新聞事件發(fā)生地，公網(wǎng)傳輸設(shè)施容易被破壞而不能夠使用，而通過SENS自組織網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，在新聞現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生地的多名新聞采集員與現(xiàn)場(chǎng)新聞采集車能夠形成一個(gè)完整的現(xiàn)場(chǎng)自組織網(wǎng)絡(luò)。這樣，所有現(xiàn)場(chǎng)新聞采集員所采集的信息能不通過公網(wǎng)就實(shí)時(shí)互相焦?fàn)t，并與現(xiàn)場(chǎng)新聞采集車通互聯(lián)互通。現(xiàn)場(chǎng)新聞采集車通過衛(wèi)星回傳鏈路與跨地域的遠(yuǎn)程新聞中心互相通信。這樣就能使新聞中心實(shí)時(shí)、穩(wěn)定地了解現(xiàn)場(chǎng)新聞事件的連續(xù)進(jìn)展，從而對(duì)現(xiàn)場(chǎng)新聞事件進(jìn)行連續(xù)追蹤報(bào)導(dǎo)。

SENS網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程指揮平臺(tái)建立三維立體式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

綜上所述，相信基于最新一代4G OFDMA技術(shù)的SENS在新華社各類突發(fā)重大新聞事件一線采訪中必將提供有力的現(xiàn)代化技術(shù)保障，實(shí)現(xiàn)新聞采集、編輯、傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性與時(shí)效性。

SENS應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)新聞播送