基于4G网络的电视新闻直播系统

摘要：本文阐述了4G无线传输系统中各种关键技术的基本概念和基本原理，并从技术的角度探讨了利用4G网络电视新闻直播系统的设计思路，分析了4G网络在现代电视新闻直播应用中的不足。

关键词：4G MIMO 电视新闻直播 手机电视直播

4G，作为目前先进通讯技术，视频通话一直是最为热议的应用。如果几乎无所不在的通讯平台能够进行电视视频传输，就能够摆脱对直播卫星车的高度依赖，实现实时的、无地域限制的即时电视新闻直播。

1、系统方案

1.1 系统架构

在现场端，也就是信号的采集、编码和发射端，摄像机采集到的HD-SDI 视音频信号通过转换器转换为DV信号，然后通过USB 或IEEE1394 线输入到笔记本式的H.264或MPEG-4编码器。经过编码压缩，打包后通过4G无线上网卡上行。经4G网内点对点传输后，由接收端4G外接天线式路由接收下行，而后通过网线将接收到的IP数据传输至H.264或MPEG-4解码器端，最后由解码器输出。

1.2 系统在高清流媒体传输中的优势

以上系统和设备设计应用于直播有如下优势和特点:现场端的便携、灵活性和几乎全天候的适用性； 4G网络的高效传输技术保障视音频传输质量和连续性。

2、技术需要

2.1 4G网络的特点及基本技术概要

目前许多著名通信公司已经投入巨资研究4G移动通信系统，该系统主要采用了MIMO 天线、OFDM、LDPC 等前沿技术，从而使得下一代移动通信系统主要有以下性能特点：传输速率在低速移动和固定情况下达20Mbps，在高速移动情况下达2Mbps ；容量达到3G 系统的5～10倍，传输质量相当于或优于3G 系统；小区覆盖范围等于或大于3G系统；在不同速率间能够自动切换，以保证通信质量；网络的比特成本低于3G 系统。

2.2 MIMO 技术

MIMO（Multiple Input Multiple Output）天线系统，在发送和接收方都有多付天线，可以认为是双天线分集的进一步扩展，但MIMO 还引入编码重用 (Code re-use) 方法，其原理为：传输信息流s(k) 经过空时编码形成N 个信息子流ci(k)，I=1，……，N。这N 个子流由N个天线发射出去，这样同时发射出去的各路数据所用的发射天线不会完全一致。经空间信道后由M个接收天线接收，那么各个数据流就要靠不同天线信号在无线信道中的不相关性来区分。

MIMO 将多径无线信道与发射、接收视为一个整体进行优化，从而实现高的通信容量和频谱利用率。对于发射天线数为N，接收天线数为M 的MIMO 系统，假定信道为独立的瑞利衰落信道，并设N、M 很大，则信道容量C 近似为：

C=[min(M,N)]Blog2(ρ/2)

其中B 为信号带宽，ρ为接收端平均信噪比。

上式表明，功率和带宽固定时，MIMO 系统的最大容量或容量上限随最小天线数的增加而线性增加。而在同样条件下，在接收端或发射端采用多天线或天线阵列的普通智能天线系统，其容量仅随天线数的对数增加而增加。利用MIMO 技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。

2.3 OFDM 技术

在各类无线通信系统中，ISI（Inter-Symbol Interference,符号间干扰）一直是影响通信质量的重要因素。当能够有效对抗ISI 的OFDM 技术推出时，就因其频谱利用率高、抗多径衰落性能好、成本偏低而被普遍看好。

OFDM 技术其实是MCM(Multi-Carrier Modulation,多载波调制) 技术的一个分支。其核心运行方式是：将信道分成许多正交子信道，在每个子信道上进行窄带调制和传输，这样减少了子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的频率选择性衰落是平坦的，大大消除了符号间干扰。另外，在各个子信道中的这种正交调制和解调可以采用 IFFT 和FFT方法来实现，随着大规模集成电路技术与DSP 技术的发展，IFFT 和FFT很容易实现和应用。与相同传输速率的单载波系统相比，OFDM 的每个子信道码元宽度是前者码元宽度的N 倍，且其宽度远远大于信道的时延扩展。因此，OFDM 的每个子载波均具有极强的抗码间干扰的能力。

OFDM 技术有着广阔的发展前景，目前已成为第4 代移动通信的核心技术。IEEE802.11a/g 标准为了支持高速数据传输 都采用了OFDM 调制技术。

2.4 LDPC 技术

纠错编码技术作为改善数字信道通信可靠性的一种有效手段。LDPC 是一类可以用非常稀疏的Paritycheck(奇偶校验矩阵) 或Bi-Partite graph( 二分图) 定义的线性分组纠错码。LDPC 码的特点是: 性能优于Turbo 码, 具有较大灵活性和较低的差错平底特性；描述简单,对严格的理论分析具有可验证性；译码复杂度低于Turbo 码,且可实现完全的并行操作, 硬件复杂度低, 因而适合硬件实现；再者其吞吐量大, 具有高速译码潜力。因此，结合LDPC的MIMO OFDM 无线宽带通信势必将取得更好的性能。

3、4G手机电视新闻直播系统

手机电视泛指以手机作为接收终端在手机上收看电视内容的业务，可以是接收直播频道也可以是点播，下载电视内容片段及影像推送等。手机电视的应用载体可分为两大类：一类是基于移动通信运营商的蜂窝无线网络，利用流媒体技术实现点对点的传送，支持流媒体手机电视的移动网络有GPRS、EDGE、CDMA1X以及3G或4G网络； 另一类就是利用数字广播电视频谱上的便携、移动广播业务，通过无线传输的方式实现点对多的传送。

4、结束语

在抢新闻、赶新闻，竞争越来越激烈的今天，对重大题材、突发事件的新闻采用直播形式报道已是大势所趋。然而要想做到更加快速的机动反应和全天候不受地域影响地完成直播任务，设备手段的保障起到了至关重要的作用。4G网络系统的简便快捷和易操作性对现有种种直播手段来说，无疑是一种有力的补充。

参考文献：

[1]谢新梅,黄俊钦,4G 无线通信系统及其关键技术分析,2003

[2]昊薇,王晟.第四代移动通信系统,电信工程技术与标准化,2002