南京U波段无线宽带试验网建设与应用

1、南京U波段无线宽带试验网建设与应用（南京广播电视集团，江苏210001 ）【摘要】南京通过无线宽带试验网项目建设， 在U波段频谱资源的感知、频谱利 用技术、组网技术以及对现有 U波段广电应用的影响等方面进行了实验性研究， 并在青奥会等重大活动、广播电视实时传输和政府行业等领域进行了成功应用， 为U波段频谱的利用和探索下一代无线广播电视双向网进行了有益尝试。【关键词】U波段、频谱感知、无线宽带网、 MiWAVENGBW【中图分类号TN929【文献标识码】B【DOI编码】The applications of Nanjing wireless broadband network basd on t

2、he U-bandspectrumJIN Jian(Nanjing TV & Radio Broadcasting Group Jiangsu 210001,China)【Abstract Nanjing TV & Radio Broadcasting Group researches experimentally on the perception of the spectrum utilization technologyand networking technology of the U band frequency spectrum resource, through the wire

3、less broadband network project s construction. The project is used in the Youth Olympic Games and other major activities, broadcast television real-time transmission, government industry applications. This is a beneficial attempt on using U radio bandspectrumresource and exploration of the next gene

4、ration TV & Radios bilateral network.【Key words U-band; Spectrum perception Broadband wirelessnetwork ; MiWAVE ； NGBW刖百南京U波段无线宽带试验网建设，一方面是根据南京市政府“十二五”智慧城市发展规划中关于“加强与中科院的院市合作，完善无线宽带网络建设，尽快将南京建设成为在全国居领先水平的无线宽带城市”的明确要求；另一方面是根据地面数字电视的快速发展，将来地面电视关闭模拟电视频率资源得到有效释放，广电将面临如何科学有效利用频谱资源的前瞻性研究的需要。2011 年以来，在南京市政府

5、、省市广电局的有力支持下，南京广电集团与中科院、南京市发改委相关单位积极合作，利用广电U波段频谱资源，运用基于具有自 主知识产权的MiWAV既线接入技术，开展了南京城域无线宽带双向 传输研究和试验网建设。经过近五年的技术研发、网络优化和基础网络建设，初步建成了由 100 多个基站，20 多个承载网机房，近1000公里骨干、接入传输线路组成的无线数字宽带实验网，实现了对长江和绕城高速所围成的南京主城区约700 平方公里95%面积的无线网络覆盖。专网应用于2014 年南京青奥会、1213国家公祭日以及2015年夫子庙元宵节灯会等大型活动指挥保障，同时应用于广播电视、公安、城管等城市委办局的专项应用

6、和行业用户。二、项目研究的主要内容本项目研究广电U波段频谱资源的有效利用，探索利用在U波段进行视频信息微功率双向传输的应用，在先期开展城域新闻传输网实验的基础上，继而探索构建广电无线宽带双向网络平台。项目主要探索研究以下几个方面：1 . 广电可利用的U 波段频谱的查询方法针对本地现有广电频谱资源使用的现状，探索一套行之有效的可 利用U波段频谱的查询方法。结合地理信息系统技术，利用频谱感知技术，分析和掌握频谱在不同时间、不同地点、不同方向上的分布规律并研究其可利用性，形成 UHF段频谱的基础地理信息数据库。2 .城域环境下U波段频谱的有效利用方式在对现有广电频谱利用方式有效分析的基础上，探索针对

7、U 波段频谱有效利用的无线技术。针对应用目标，研究信道之间的干扰特性，规范技术要求，采用有针对性的技术手段实现对 U波段频谱的利用。包括：1) 研究无线系统相邻信道之间的干扰性能指标要求，如第一邻信道干扰和第二邻信道干扰，以及对相应干扰的抑制能力要求；2) 研究结合系统频谱感知技术、非对称频谱利用技术、载波聚合技术、干扰规避和协调技术，实现对复杂无线环境频谱资源的有效利用；3) 研究不同业务应用对应的不同要求，提出针对性的频谱资源利用方式。4) 研究 U 波段无线宽带网对现有U 波段广电业务的影响并进行实测评估。3 . U波段频谱综合资源调度与管理方法研究利用广电U 波段频谱资源开展各类应用与

8、现有广电业务之间的相互关系，探索一种广电U波段频谱资源调度与管理技术。 重点一是结合频谱基础地理信息数据库，针对具体采用的无线技术，制定合理的频谱管理和利用机制；二是通过分析行业应用的多用户特性与公众用户的多用户特性的异同，以更有针对性实现对专网用户的服务优化，实现与传统广播电视网络、新兴数字广播电视、移动广播电视等业务的共存。4 .对利用U波段频谱进行各类应用的价值评估1、 政府应急发布和指挥平台，重大活动应急通信指挥克服每逢重大事件重大活动移动通信等网络常常面临网络堵塞的问题，利用U波段无线宽带专网开展双向传输应用，对各公共场所、重要区域建立完善的现场综合感知系统，形成智慧公共安全机制，面

9、对突发事件，在政府统一指挥下，在统一的信息平台上，各部门联动服务，第一时间同步发布现场实时情况，实现消防、医疗、民政、化防、卫生、交通、公安等部门的默契配合，可提升应急处理能力。2、 广电业务应用构建城域新闻传输网，进行视音频信息微功率双向传输的应用。其中对突发事件、野外、航拍、移动环境下的现场信号回传。3、 行业专网应用为公安、质监、安监、消防、武警、环保、城管等政府各行业部门提供应急通讯、应急调度指挥、移动视频监控、临时性的固定视频监控、移动办公等。4、作为NGB-慌统的尝试性试验在“三网融合”背景下，作为下一代广播电视网（NGB的无线 接入部分，收集试验数据，积累组网经验，为 NG标统的

10、技术架构审定及标准规范制订等工作进行有益的尝试， 为NGBB线网络长期发展贡献力量。三、相关关键技术目前，南京U波段无线宽带试验网在南京城域范围的 U波段频谱感知和频谱利用技术主要体现在以下几个方面：1、特定区域U 波段频谱资源的感知和频谱利用技术所谓U波段频谱资源的感知和频谱利用技术是指在那些非本地规划占用的电视频道中，找出干扰性质和强度属于可接受范围内的频谱并加以利用。目前的U波段频谱感知和频谱使用方式为：基于特定区域定时、实时全频道频谱扫描；另外， 基站设备实时将使用频谱的外来干扰信号进行监测，并将监测告警信息回传到中心管理系统进行动态频段调整。2 、干扰子载波扣除、抑制带内窄带干扰能力

11、采用MiWAV豉术可以在启动及运行过程中实时检测带内的其他频率分量，倘若存在非自身频率，则分析并量化其信号情况（幅度、位置等）。根据分析结果，自适应调整空口子频带分配，刻意避让非自身信号所用子频带，系统可设定其他外来信号临界值，如果超过了临界值，则对应子频带不安排信号传输，以此来降低影响。针对带内特定规律的窄带干扰信号，可以通过扣除相应子载波的方式实现干扰抑制，使得系统能够工作在具有较强带内窄带干扰的电磁环境中。3、频谱的非对称利用对于U波段频谱的特性，期望整齐地规划出成对的频段以适应频 分复用（FDD的通信系统是不现实的，因此需要采用能够对频谱进 行非对称利用的时分复用（TDD系统。时分复用

12、系统还有其它好处： 一是上下行信道的对称性对信道估计的帮助；二是基站间完全同步， 可避免基站与基站之间信号的相互干扰。4、具备抑制邻带强信号的能力在100MH左右的范围内，往往存在多个 2-4个信道的本地强信号， 这些信道资源甚至地理上距离其较近的区域的第一邻道，都属于强干扰情况，是难以直接利用的。非但如此，这些强信号完全落在无线专网工作的频段范围内，如果希望利用其邻道，设备在具备相应的抗饱和能力的基础上，还需要具备较强的邻道抑制能力。5、同频/异频混合组网组建城域范围的无线网，可以采用同频组网和异频组网两种方式， 同频组网的优势是要求相对较少的频谱资源即可组网，但是受到U 波段频谱地区分布差

13、异的限制；采用异频组网，则一般需要多个信道，要求有足够的U波段频谱资源。两者相结合，则可望要求较低的频谱资源的基础上实现城域组网，进一步提升频谱资源的利用率。6、MiWAV骇心技术MiWAVE（统基于正交频分复用技术，采用了自主知识产权的算法组合和自定义的协议栈，降低了峰均比，提升了频谱利用效率，结合频谱感知和自适应技术，首先实现了在广电U波段城市电磁环境应用宽带无线蜂窝系统的突破，完成了 MiWAV电线宽带试验网系统设计，研制了第一批相关产品，包括基站和终端，建设了第一个城域范 围试验网络一一南京宽带无线城域专网。MiWAV舔统具有如下适用于U波段频谱的特点：系统设备支持的射频频段跨度达到1

14、12MHz并有进一步扩展至U 200MH型上的潜力频谱非对称利用能力，系统基于 TDD系设计，通过时隙的划分来区分上下行信息传输，不受成对使用频率的限制，能够很好地利用非特定规律分散的U 波段频谱资源，并且可利用上下行信道估计，以及规避基站之间的相互干扰。基于TDD的设计，系统所有基站是同步收发的，在基站不发送信号的时候，基本上是等同于无线电静默状态的，这些时隙可以利用来进行全网范围的多点多方向频谱扫描，可为全城范围的频谱分布状况分析提供基础数据，形成基础信息数据库，结合实时感知及时获知并预判频谱变化动态。具备较强的抗饱和能力和抑制邻带强信号的能力，在南京城域范围地面，设备均不会由于强电视信号

15、的存在而导致饱和；邻道抑制能力达到30dBe以上，相当于1000倍的信号强度的容忍能力。具备抑制带内窄带干扰的能力。针对带内特定规律的窄带干扰信号，可以通过扣除相应子载波的方式实现干扰抑制，使得系统能够工作在具有较强带内窄带干扰的电磁环境中。一般带内窄带干扰在-70dBm以下时，系统能够应对。系统还具备自适应扣除子载波的能力，但主要用在一些特殊行业的电子对抗环境中。一般城域环境若存在突发干扰，也可以采用此技术。全网频谱资源统一调度的能力，系统设计了大网管，可对全网的无线设备进行实时管理，在有必要的情况下，可以即刻调整无线信道的使用方案，以应对突发的频谱限制或者干扰事件。四、 技术系统架构南京U

16、波段无线宽带试验网采用具有自主知识产权的MiWAV豉术和设备来构建宽带无线多媒体接入网络，其中，MiWAVMC列基站建设完成对南京主城区的基本覆盖；微基站或直放站等无线设备的用于补点建设，以解决角落、停车场等主基站覆盖的阴影区，达到覆盖移动车辆在南京主城区区大部分地区活动范围的目标。13基于白频谱感知的南京城域新闻传输网骨干网络平台示意图南京广播电视集团图（一）无线宽带试验网骨干网络平台示意图南京U波段无线宽带试验网的总体逻辑结构如图所示， 整个网络 架构可从逻辑上划分为四个层次，依次为应用平台、核心网、接入网、 终端。1 、应用平台应用平台由一个运管中心和应用服务系统组成， 用于具体各类应

17、用业务（如视频业务）的访问和调度，满足在移动情况下的新闻直播、 应急指挥、安全保障等业务应用要求。系统包括各种应用服务器及业 务控制系统。如视频监控服务器、视频会议服务器、授权访问终端、 视频监控管理系统、多路解码器、视频交换矩阵、视频会议系统、电 视墙等等。运管中心作为城域网的动态监控系统的核心， 是系统安全稳定运 行必须。应用服务系统是整个系统对外提供服务的基础平台，具设备根据需要可以集中放置或分布放置。一般放置有大型电视墙，实时显示由矩阵切换的多路城市动态图像，可实时浏览前端各终端上传的实时图像，并可将重要图像数字化存储录像。目前已实现对南京市内24 个主要交通路口的动态图像实时监控。2

18、、核心网利用南京城域光网平台构建本项目所需的核心网络。核心网部分需要根据具体应用规模和设备分布配置适当的交换机和路由器、以及相应的光接入口，现有核心路由器四台，分别部署于南京广电网络的城东、城南、城西、城北等四个光网核心节点。核心网与接入网的连接通过网关实现，网关可对所有基站设备进行资源配置。3、接入网该接入网包括MiWAVEC列化基站以及与核心网相连接的接入网关。MiWAVE1统作为无线宽带多媒体业务的接入网络，提供双向承载通道。只要有核心网光纤接入口的地方， 就可以架设MiWAV电站，同时， 在没有光纤资源的地方，也可以用微波中继作为数据回传的一种手段。无线宽带接入基站采用宏蜂窝覆盖方式布

19、置与目标区域中，主要采用 3 扇区应用模式，可以支持异频和同频组网方式。4 、终端无线宽带试验网系统终端主要完成一个数据和视频采集的过程。数据直接转成IP 报文通过网络传输，视频则需要进行压缩编码以节省带宽资源。目前主流的编码器都采用H.264进行语音视频的压缩编码，根据图像的变化情况和对清晰度、分辨率的不同要求可提供从128Kbps到J 3Mbps不等的码流。终端主要包括MiWAV既线宽带接入终端设备以及与业务应用相 配套的外围设备。MiWAV酸端用于和MiWAV电站保持连接，进行双 向的数据传输。外围设备主要用于数据才采集转换和交换，主要包括手持终端、摄像机、网络摄像机、视频会议终端、上网

20、本、WiFi 手机等设备。五、项目应用简介2013 年以来，南京U 波段无线宽带试验网已经广泛应用于重大活动的安保和应急通信指挥、广播电视视音频信号传输、政府多个行业部门专网应用等领域。1、大型活动指挥保障重大活动的保障主要包括活动重要出入口临时架设的监控摄像机、 单兵手持摄像机的视频回传至指挥中心；活动涉及的周边道路及行进道路的交通安保视频监控；安保队伍的包含语音、视频的多媒体指挥调度业务等。专网已经成功服务于南京青奥会、1213 国家公祭日、夫子庙元宵节灯会保障的指挥调度和现场安保等运行保障。南京青奥会期间，共派发出手持终端超过1500 台；为28 个场馆 63 个安检大棚配备无线接入设备（CPE） 61 台，用于大棚内330 路高清监控摄像头的实时回传；各类车载、临时部署移动/固定终端超过200台。2、广播电视现场直播和新闻实时回传构建城域电视信号传输网，进行视音频信号微功率双向传输，实现对突发事件、野外、航拍、移动环境下的现场信号实时回传。在8月 8 日和 8 月 12 日两次青奥会火炬传递及开幕式转播中，针对移动通信3G4G覆盖盲区和热点阻塞的情况，南京广电通过无线专网实现了直播信号的全程全区域无缝视音频信号回传，现场高清视频信号稳定、流畅的传回了演