當今，無線傳輸視頻和音頻已經成為一種趨勢，CDMA也由于所具備的較大優(yōu)勢，而被一些廠家將其選擇作為無線傳輸網絡。本文即對在無線傳輸中，應用比較突出的CDMA多信道集群技術作淺要分析。
文/陳胤良 太陽駒（北京）科技發(fā)展有限公司大中華區(qū)營銷副總經理
陳胤良帶領的研發(fā)團隊成功研發(fā)中國第一個CDMA單通道視頻傳輸系統(tǒng)、CDMA四通道視頻傳輸系統(tǒng)。他曾獲軍事科技進步成果二等獎、三等獎等。他主持的北京市公安局、安全局、地震局、稅務局等奧運安全應急保障項目正在進行中。
隨著CDMA無線網絡技術和數字視頻壓縮技術的發(fā)展，在CDMA無線網絡上傳輸視頻和音頻成為一種趨勢。在這樣的趨勢引導下，一些主流廠家陸續(xù)開發(fā)出各具特色的CDMA無線視頻系統(tǒng)。但是由于CDMA的平均業(yè)務速率為80kbit/s-100kbit/s，帶寬比較窄，單通道CDMA視頻系統(tǒng)在傳輸CIF（352×288）格式下大約只有4-7幀左右，只能滿足對采集場景變化不大、要求不高的低端應用場合，所以從2000年中國CDMA開始應用以來，一直到2005年，CDMA無線視頻系統(tǒng)的發(fā)展一直比較尷尬，但是經過4-5年的發(fā)展，CDMA網絡覆蓋范圍的加大，以及CDMA的資費降低，CDMA多信道集群技術對于視頻傳輸的發(fā)展需求越來越迫切，因此2006年一直到現在，CDMA多信道集群視頻系統(tǒng)的發(fā)展成為無線移動視頻傳輸系統(tǒng)一道亮麗的風景線。
CDMA多信道集群技術
什么是CDMA 1X（簡稱CDMA）
CDMA是碼分多址的英文縮寫(Code Division Multiple Access)，它是在擴頻通信技術上發(fā)展起來的一種新型無線通信技術。CDMA技術的原理是基于擴頻技術，將需傳送的具有一定信號帶寬信息數據，用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調制，使原數據信號的帶寬被擴展，再經載波調制并發(fā)送出去。其接收端使用完全相同的偽隨機碼，與接收的帶寬信號作相關處理，把寬帶信號換成原信息數據的窄帶信號即解擴，以實現數據傳輸。
CDMA 1X是指CDMA 2000的第一階段(速率高于IS95，低于2Mbit/s)，可支持308kbit/s的數據傳輸、網絡部份引入分組交換，支持移動IP業(yè)務。它是在現有CDMA IS95系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務，目的是為CDMA用戶提供分組IP形式的數據業(yè)務。它是中國聯通在完善優(yōu)化CDMA網絡建設過程中推出的第2.75代通信技術，并在目前的IS-95 CDMA網絡的基礎上進一步升級了無線接口，使其支持高速補充業(yè)務信道。CDMA 1X理論速率153.6Kbps，目前實際測試速率為80 Kbps。
CDMA 1X系統(tǒng)的無線IP網絡接口采用成熟和開放的IETF協議，支持基于IP的Internet/Intranet的接入方式，可在移動用戶和數據網絡之間提供一種連接，能夠提供快速即時的TCP/IP連接，并可以用于數據傳輸、遠程監(jiān)控等應用當中。使用CDMA 1X技術能夠實現數據分組發(fā)送和接收，特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的數據傳輸。
CDMA多信道集群技術原理
CDMA 1X系統(tǒng)的標稱峰值速率為153.6kbit/s，而在實際應用中即使是CDMA的上傳速率在一般的應用中只能達到50kbit/s左右，遠無法達到峰值。因此，無線數據傳輸技術所能輸送的數據量不能太大，否則會造成數據丟失而達不到傳輸的最初目的。為了進一步提升傳輸速率，利用多通道數據傳輸技術，通過捆綁多個CDMA的通信通道（目前是最多集群八個信道，四信道能達到實時圖像傳輸），同時在傳輸控制中結合使用多線程處理技術，以及H.264視頻壓縮復用技術。其技術原理圖見圖1。
在這個數據傳輸速率上，已經可以實現視頻圖像在（352×288）格式下每秒22幀的清晰、流暢傳輸。根據我們的經驗，多通道同時傳輸的情況下，速率將會是單通道的1.8倍左右，那么，多道的傳輸速率將會是（單通道實際傳輸）×1.8＝（實際傳輸）Kbps。按照這個速率來傳輸視頻圖像，配合優(yōu)化的視頻壓縮算法，可以取得很好的效果。
技術優(yōu)點
CDMA多信道集群技術具備以下優(yōu)點：
·能夠保證移動過程中視頻的正常通信傳輸，并符合移動視頻通信的嚴格要求，具有全數字化、智能化、網絡化、系統(tǒng)化無線監(jiān)控系統(tǒng)的典型特點；
·建設成本低，借助現有CDMA基站，不必建立獨立專用基站；
·運行費用低，只給CDMA運營商（中國的CDMA運營商是中國聯通）交費，每個通道不受時間以及流量限制每月大約100元左右；
·不受阻擋物的限制，可以進行通過建筑物以及高山繞射的視頻傳輸；
·視頻傳輸基本清晰、流暢，在傳輸CIF格式下2通道集群的大約12-15秒/幀，4通道集群的大約14-20秒/幀，8通道集群的大約16-22秒/幀；
·不受距離限制，前端只要有CDMA信號，接收端只要能上互聯網，就能傳輸視頻。
技術應用范圍
正是由于以上CDMA多信道集群技術的突出優(yōu)點，因此短短兩年該系統(tǒng)已經被廣泛應用于野戰(zhàn)部隊軍事演習、公安、消防武警現場指揮和勘探，以及金融護衛(wèi)、水利防汛、道路搶險、城管督察等緊急應急指揮系統(tǒng)，其主要作用是能夠將現場的實時視頻圖像傳輸到指揮中心，以達到遠程視頻指揮的作用，以提高指揮的準確性和及時性。
目前2008奧運會的安全保衛(wèi)工作，奧運場館建設應急保障工作，都已經在成功運行該系統(tǒng)。
CDMA多信道集群系統(tǒng)結構
CDMA多信道集群技術應用一般是攝像機圖像經過視頻壓縮編碼模塊壓縮，根據編碼流特點，合理分拆視頻包，充分利用多路CDMA數據通道通過智能無線通訊終端發(fā)射到CDMA網絡，實現視頻數據的交互、發(fā)送/接收、加解密、加解碼，鏈路的控制維護等功能，并根據應用把實時動態(tài)圖像傳到距離用戶最近的聯通通信網絡，從而可通過Internet從系統(tǒng)客戶端得到實時圖像信息。接收端自動合成，整個過程對用戶透明。系統(tǒng)整合CDMA網絡和Internet網絡優(yōu)勢，在傳輸速度、視頻流暢度、空間和距離上產生突破性拓展。其系統(tǒng)結構如圖2。
CDMA 1X無線接入的安全性
由于有些應用場合對數據以及視頻的安全性要求較高，而CDMA1X本身的特點正好符合此需求，這也是優(yōu)先發(fā)展CDMA多信道集群技術另一個原因。
數據中心可通過到中國聯通CDMA網中數據網(VPDN)接入，采用VPDN方式成本比較低，安全性比較高，可充分保障速度和網絡服務質量。聯通網中數據網可以提供五級業(yè)務安全保證，從而充分保證網絡中數據的安全。
第一級：CDMA網絡本身的安全性
CDMA本來就是起源于軍事保密技術，在戰(zhàn)爭期間廣泛應用于軍事領域，具有抗干擾、安全通信、保密性好的特性。進行移動手機信號的竊聽一般使用以下方法，但CDMA都可以一一應對：
·竊聽器需要捕捉到通信信號，因為在空間中充滿了各種各樣的無線電波，用戶手機信號就混雜在其中，要想竊聽某一個用戶的通話，必須先捕捉到這個用戶手機發(fā)出的特定的電磁波，而由于CDMA系統(tǒng)采用擴頻技術，經過擴頻以后的有用信號的頻譜被大大地展寬了，用戶信號隱蔽在互不相關的信號中，要想捕捉到這一有用信號非常困難，因此，竊聽器捕捉不到，也無法識別出哪些是CDMA手機用戶的通信信號，哪些是噪音；
·竊聽器必須鎖定手機用戶通信的信號，繼而才能分析和破解信息，而CDMA采用快速切換功率控制技術，即便是竊聽設備捕捉到了用戶手機信號，也不能鎖定快速功率切換下的有用信號，因此，快速功率切換讓CDMA信號很難鎖定；
·需要破解用戶信息編碼，而CDMA采用偽隨機碼技術，用長達42位的偽隨機碼來標識區(qū)分用戶，每次通話都有4.4萬億種可能的排列，竊聽器很難破譯出CDMA的編碼。
第二級：CDMA網絡側的AAA認證
AAA是指認證（Authentication）、授權（Authorization）、計費（Accounting）三個過程，介紹如下：
·認證，指用戶在使用網絡系統(tǒng)中的資源時對用戶身份的確認。這一過程通過與用戶的交互獲得身份信息（像用戶名——口令、生物特征信息等），然后提交給認證服務器，認證服務器對身份信息與存儲在數據庫里的用戶信息進行核對處理，然后根據處理結果確認用戶身份是否正確；
·授權，網絡系統(tǒng)授權用戶以特定的權限使用其資源，這一過程指定了被認證的用戶在接入網絡后能夠使用的業(yè)務和擁有的權限，如授予IP地址，準許訪問時間等；
·計費，網絡系統(tǒng)收集、記錄用戶對網絡資源的使用信息，以便向用戶收取資源使用費。以互聯網業(yè)務提供商ISP為例，用戶的網絡接入使用情況可以按流量或者時間準確地記錄下來。
認證、授權和計費，一起實現了網絡系統(tǒng)對特定用戶網絡資源使用情況的準確記錄，既在一定程度上有效地保障了合法用戶的權益，又能有效地保障網絡系統(tǒng)安全可靠地運行。CDMA網絡側的AAA認證過程是對用戶的域名進行鑒權認證，網中數據網的用戶（VPDN成員）是以username@xxx.133vpdn.qd形式登錄的。CDMA網絡側的AAA服務器對登錄用戶的域名和該用戶的IMSI進行綁定審核驗證，驗證通過后，方可接入聯通CDMA網絡。
第三級：CDMA網絡和用戶網絡之間的VPN鏈接
CDMA網絡和用戶網絡之間可以采用專線鏈接，也可以使用Internet鏈接。使用Internet鏈接必須考慮安全性，因此，可以使用VPN將二者利用Internet鏈接起來。
VPN技術非常復雜，涉及到通信技術、密碼技術和現代認證技術，主要包含隧道技術和安全技術。VPN是在不安全的Internet上傳輸的，傳輸內容可能涉及到企業(yè)的機密數據，因此安全性非常重要。VPN中的安全技術通常由加密、認證及密鑰交換與管理組成。
第四級：用戶網絡側的安全防火墻（FW）
防火墻技術是目前用來實現網絡安全措施的一種主要手段，主要是用來拒絕非法用戶的訪問，阻止非法用戶存取敏感數據，同時允許合法用戶順利訪問網絡資源。防火墻實際上是一種訪問控制技術，在某個機構的內部網絡和不安全網絡之間設置障礙，阻止對信息資源的非法訪問，也可以使用防火墻阻止保密信息從受保護網絡上的非法輸出。
用戶網絡可以選用適合于本單位的防火墻產品來保證自己網絡數據的安全。
第五級：用戶網絡側的AAA鑒權認證
用戶網絡側的AAA鑒權認證可以實現對VPDN成員的身份認證。與第二級的安全保證不同，本級的AAA服務器將鑒別VPDN成員的用戶名和密碼的正確性。
username@xxx.133vpdn.qd中的域名將是中國聯通公司提供給專網接入用戶的專有統(tǒng)一域名，用戶名（username）可以是VPDN中每個成員的手機號碼或者其它標識。VPDN中成員的用戶名和密碼等資料將保存在用戶專網側的AAA服務器，具有很好的安全性和管理的靈活性。
結語
綜上所述，從目前來講，CDMA多通道集群技術仍然是成熟的應用較大突破的主流技術，即使3G放號，也會因為3G網絡覆蓋范圍、資費問題，CDMA多通道集群技術不會馬上消失，同時高清晰圖像（比如傳輸D1畫質）、動中通的要求，也可以馬上過渡平滑升級到3G多通道集群技術。
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