微波擴(kuò)頻技術(shù)在交通系統(tǒng)中的運用
摘 要:對微波擴(kuò)頻技術(shù)進(jìn)行了簡要的介紹,同時結(jié)合交通行業(yè)的具體特征和本人在實踐中的運用進(jìn)行具體介紹。
關(guān)鍵詞:微波擴(kuò)頻技術(shù) 特性 交通 應(yīng)用
1、微波擴(kuò)展頻譜技術(shù)簡介微波擴(kuò)展頻譜技術(shù),簡稱微波擴(kuò)頻(SS)技術(shù)。是90年代以來在美國發(fā)展起來的一種新型民用計算機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。其主要技術(shù)特點是:用900MHz、2.45GHz或3.5GHz微波頻段作為傳輸媒介,以先進(jìn)的擴(kuò)展頻譜方式發(fā)射信號的傳輸技術(shù)。
擴(kuò)頻技術(shù)的基本特征是:使用比發(fā)送的信息數(shù)據(jù)速率高許多倍的偽隨機(jī)碼,把載有信息數(shù)據(jù)的基帶信號的頻譜進(jìn)行擴(kuò)展,形成寬帶的低功率譜密度的信號來發(fā)射。
美國人香農(nóng)(Claude Elwood Shannon)在信息論的研究中得出了如下的信道容量公式:C=Wlog2(1+P/N)
這個公式指出:如果信息傳輸速率C不變,則帶寬W和信噪比P/N可以進(jìn)行互換,就是說:增加帶寬W就可以在較低信噪比P/N的情況下以相同的信息速率C來可靠地傳輸信息,甚至在信號被噪聲淹沒的情況下,只要相應(yīng)的增加信號帶寬W,仍然保持可靠的通信,也就是可以用擴(kuò)頻的方法以寬帶傳輸信息來換取信噪比。這便是擴(kuò)頻通信的基本思想和理論依據(jù)。
其具體工作原理為:信息數(shù)據(jù)D經(jīng)過常規(guī)的數(shù)據(jù)調(diào)制,變成了帶寬為B1的基帶(窄帶)信號,再用擴(kuò)頻編碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼(PN碼,Pseudo Noise Code)對基帶信號作擴(kuò)頻調(diào)制,形成帶寬B2(B2遠(yuǎn)大于B1)功率譜密度極低的擴(kuò)頻信號,這相當(dāng)于把窄帶B1的信號以PN碼所規(guī)定的規(guī)律分散到寬帶B2上,再發(fā)射出去。接收端用與發(fā)射時相同的偽隨機(jī)編碼PN做擴(kuò)頻解調(diào),把寬帶信號恢復(fù)成常規(guī)的基帶信號,即以PN碼的規(guī)律從寬帶中提取與發(fā)射對應(yīng)的成份積分起來,形成普通的基帶信號,然后,可再用常規(guī)的通信處理解調(diào)發(fā)送來的信息數(shù)據(jù)D,從而實現(xiàn)了住處數(shù)據(jù)D的傳輸。
微波擴(kuò)頻技術(shù)最常用的方式有兩種:一種是跳躍(Frequency Hopping,F(xiàn)H)擴(kuò)頻技術(shù),F(xiàn)HSS以隨機(jī)模式傳輸信號,信號傳送過程中要經(jīng)過多次握手和同步,效率較低。
另一種是直接序列(Direct Sequence,DS)擴(kuò)頻技術(shù)(簡稱直擴(kuò))。直序擴(kuò)頻(DSSS)是寬帶調(diào)制發(fā)射,與傳統(tǒng)的無線電窄帶調(diào)制發(fā)射方式不同,它以固定模式傳輸本頻段內(nèi)信號,因而可以更加充分地利用帶寬;它具有傳輸速率高(可為2M-11Mbps或更高)、發(fā)射功率小(一般<100mw)、保密性好、抗干擾能力強(qiáng)的特點。故易于多點通信,其通信距離和覆蓋范圍視所選用的天線不同而異:定向傳送可達(dá)5~50公里,室外的全向天線可覆蓋15~20公里的半徑范圍,室內(nèi)全向可覆蓋最大半徑250米的5000平方米范圍,并能穿透幾層墻甚至兩層樓的混凝土樓板。
微波擴(kuò)頻無線網(wǎng)絡(luò)/通信技術(shù)在組網(wǎng)鏈路中所采用的是載波偵聽多路訪問/沖突避免(CSMA/CA)媒介訪問協(xié)議,遵從IEEE802.3以太網(wǎng)協(xié)議(EtherNet Protocol),同時也支持TCP/IP協(xié)議,并與目前的幾種主流網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)完全兼容。它的運行環(huán)境是MS-DOS3.1以上的操作系統(tǒng)、UNIX操作系統(tǒng)以及Windows環(huán)境。
目前微波DS擴(kuò)頻設(shè)備主要分為兩類:一類屬于無線Modem,具有RS232接口或T或E接口;另一類屬于無線連網(wǎng)設(shè)備,包括無線網(wǎng)橋和無線IP路由器,一般都具有網(wǎng)絡(luò)接口,如:BNC、AUI、10/100Base-T、RJ-45等。
擴(kuò)頻微波組網(wǎng)可完成高速率的無線通信:實現(xiàn)點到點、點到多點的通信及連網(wǎng);能夠較好地傳送圖形、文字、話音、動態(tài)圖象等信息;因信號弱,所以隱蔽保密性好,誤碼率低;具有網(wǎng)橋、路由器等功能,可實現(xiàn)局域網(wǎng)互連或遠(yuǎn)程接入,也可以組合在高速移動無線網(wǎng)。
由此可見,微波擴(kuò)頻技術(shù)為計算機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)提供了良好的通訊信道。
2、微波擴(kuò)頻技術(shù)的特性微波擴(kuò)頻技術(shù)在發(fā)射端以擴(kuò)頻編碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制,在接收端以相關(guān)解調(diào)技術(shù)收信,和傳統(tǒng)的布線相比較,具有諸多的優(yōu)良特性,最主要有:
(1)抗干擾能力強(qiáng)表示擴(kuò)頻通信特性的一個重要參數(shù)是擴(kuò)頻增益G(SpreadingGain),G=B2/B1.擴(kuò)頻通信中,接收端對接收到的信號做擴(kuò)頻解調(diào),只提取擴(kuò)頻編碼相關(guān)處理后帶寬為B1的信號成分,而排除了擴(kuò)展到寬帶B2中的干擾、噪聲和其他用戶通信的影響,相當(dāng)于把接收信噪比提高了G倍??紤]到輸出端的信噪比和接收系統(tǒng)損耗,可以認(rèn)為實際的擴(kuò)頻增益帶來的信噪比的改善為:M=G-輸出端信噪比-系統(tǒng)損耗,公式中的M叫做抗干擾容限。
實際上,輸出端信噪比和系統(tǒng)損耗都比較小,所以M近似等于G.
(2)隱蔽性強(qiáng)、干擾小因信號在很寬的頻帶上被擴(kuò)展,則單位帶寬上的功率很小,即信號功率譜密度很低。信號淹沒在白噪聲之中,別人難于發(fā)現(xiàn)信號的存在,再加之不知擴(kuò)頻編碼,就更難拾取有用信號。而極低的功率譜密度,也很少對其他電訊設(shè)備構(gòu)成干擾。
(3)易于實現(xiàn)碼分多址擴(kuò)頻通信占用寬帶頻譜資源通信,改善了抗干擾能力,提高了頻帶的利用率。正是由于擴(kuò)頻通信要用擴(kuò)頻編碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制發(fā)送,而信號接收需要用相同的擴(kuò)頻編碼之間的相關(guān)解擴(kuò)才能得到,這給頻率復(fù)用和多址通信提供了基礎(chǔ)。
(4)抗多徑干擾在無線通信中,抗多徑干擾問題一直是難以解決的問題,利用擴(kuò)頻編碼之間的相關(guān)特性,在接收端可以用相關(guān)技術(shù)從多徑信號中提取分離出最強(qiáng)的有用信號,出可把多個路徑來的同一碼序列的波形相加使之得到加強(qiáng),從而達(dá)到有效的抗多徑干擾。
(5)易于多媒體組網(wǎng)微波擴(kuò)頻技術(shù)應(yīng)用了PN碼,是一個透明的高速數(shù)字通道,可以傳遞語音、傳真、數(shù)據(jù)和圖像等綜合業(yè)務(wù)。圖1為某工程中微波擴(kuò)頻技術(shù)通信組網(wǎng)的一種方案。
(6)在不能使用傳統(tǒng)布線方式的地方或傳統(tǒng)布線比較困難的區(qū)域,微波擴(kuò)頻技術(shù)可輕而易舉的實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的傳輸和鏈接,而且網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度快,設(shè)備安裝方便靈活,建設(shè)周期短,省時省力省費用。
總之,微波擴(kuò)頻技術(shù)所組成的通信系統(tǒng)有一系列其他系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點,該技術(shù)解決了當(dāng)代各種無線通信系統(tǒng)存在的干擾、泄密、選址、組網(wǎng)等四大問題,取得了多方面的突破,受到了各行各業(yè)的重視和應(yīng)用。
3、微波擴(kuò)頻技術(shù)在交通系統(tǒng)諸方面的運用
3.1在長江汽渡收費管理中的運用長江兩岸通信如何鏈接,怎樣實現(xiàn)收費數(shù)據(jù)和監(jiān)控管理圖像的共享和統(tǒng)一監(jiān)管?采用傳統(tǒng)的布線方式是不現(xiàn)實的。因為要跨越幾公里寬的長江江面進(jìn)行布線、對長江兩岸實現(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接和數(shù)據(jù)信號的傳輸幾乎是不可能的;若采用租用專線,時間長、帶寬窄、沒有所屬權(quán),需永久支付費用;而監(jiān)控圖像的傳輸,所需的是高速帶寬(1Mbps以上)線路,這樣的線路月租費用非常高,使用者難以承受。若通過無線+有線的方案,便可以輕松地實現(xiàn)兩岸的組網(wǎng)。無線部分主要是通過微波擴(kuò)頻技術(shù)實現(xiàn)兩岸通信鏈路的聯(lián)通,只要通過擴(kuò)頻設(shè)備的安裝及無線天線的架設(shè),便可實現(xiàn)兩岸局域網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接和數(shù)據(jù)信號的傳輸。
3.2在運河監(jiān)控及管理上的運用運河上如何實現(xiàn)適時監(jiān)控圖像的多點共享和統(tǒng)一控制,通過組網(wǎng)對多事故發(fā)生地帶進(jìn)行監(jiān)控、預(yù)警和報警?京杭大運河兩岸城市諸多如蘇州、無錫等這樣的古城歷史文化悠久,古建筑非常豐富,且很多地段貫城而過,無法采用傳統(tǒng)的布線方式,也不宜用長期租用專線的方法。但若用微波擴(kuò)頻的無線組網(wǎng),監(jiān)控圖像及數(shù)據(jù)的傳輸、共享便可輕松實現(xiàn)。即使鏈接中存在不能直通,同樣可采用微波擴(kuò)頻通信的中繼來實現(xiàn)通信線路的鏈接。所需做的也不過是微波擴(kuò)頻設(shè)備的選用、安裝,調(diào)試,這可大大地節(jié)省時間和經(jīng)費。
3.3在不停車電子收費系統(tǒng)中的運用不停車電子收費系統(tǒng)(ETC),應(yīng)該說是將來高速公路收費系統(tǒng)的主要收費方式。不停車電子收費系統(tǒng)(ETC)是指車輛通過收費站時無須特別的減速或停車,這將有效提高收費站的通行能力,解決因人工收費造成的收費站交通堵塞、車輛延誤、工時損失、能源消耗和環(huán)境污染等問題;另一方面可以減少過往司機(jī)攜帶現(xiàn)金量和財務(wù)報帳手續(xù),方便了車輛的出行,同時堵住了路橋收費中可能出現(xiàn)的漏洞,防止了舞弊現(xiàn)象。而這些功能的實現(xiàn),采用傳統(tǒng)布線形成的網(wǎng)絡(luò)方式是無法做到的,目前唯有通過無線方案來實現(xiàn),經(jīng)過多個階段的發(fā)展,應(yīng)用微波擴(kuò)頻技術(shù)的電子不停車收費系統(tǒng)已成為歐美等發(fā)達(dá)國家普遍采用的收費方式:將無線微波擴(kuò)頻技術(shù)運用到應(yīng)答器與收發(fā)器上,遵循TCP/IP協(xié)議,實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通,從而達(dá)到數(shù)據(jù)共享。車輛與收費車道的數(shù)據(jù)通信通過兩個裝置來完成微波擴(kuò)頻讀寫,一個是安裝在汽車擋風(fēng)玻璃等處的應(yīng)答器,另一個是安裝在收費島頭等處的天線。特別要指出的是,不停車收費系統(tǒng)不僅適用于高速公路收費,還可以應(yīng)用于停車場、加油站、公路規(guī)費的征收、車輛的年審檢測等交通管理的綜合一體化服務(wù)。
3.4其他方面的問題微波擴(kuò)頻技術(shù)在交通系統(tǒng)中的運用,不僅只限于上述幾個方面,還能運用交通系統(tǒng)的其他方面,諸如客運公司無線移動售票、交通運輸執(zhí)法部門的現(xiàn)場辦公、執(zhí)法(通過無線聯(lián)網(wǎng)終端共享數(shù)據(jù))、50公里內(nèi)的臨時通信等等。當(dāng)然在使用微波擴(kuò)頻技術(shù)時,必須考慮到相連單位距離不能太遠(yuǎn),并且兩點直線范圍內(nèi)不能有阻擋物。若存在阻擋物或更遠(yuǎn)距離,則要通過微波擴(kuò)頻技術(shù)傳輸中的中繼轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)。同時,在無線通信方案的組織、設(shè)備的選型上都必須根據(jù)具體的情況作出相應(yīng)的決策。
4、結(jié)束語
微波擴(kuò)頻技術(shù)及產(chǎn)品是現(xiàn)代多種高科技技術(shù)的結(jié)晶,隨著微波擴(kuò)頻技術(shù)和產(chǎn)品制造工藝的日趨完善,微波擴(kuò)頻無線/網(wǎng)絡(luò)具備有線網(wǎng)絡(luò)/通信難以比擬的靈活性、移動性、可擴(kuò)展性、可伸縮性,在交通行業(yè)中將有廣闊的應(yīng)用前景。
?09年公路監(jiān)理考試輔導(dǎo)由申玉辰、王志義等老師聯(lián)合主講
?2009年公路監(jiān)理師考試必備指南
?2009年公路監(jiān)理工程師考試網(wǎng)上遠(yuǎn)程輔導(dǎo)招生簡章!
?老師輔導(dǎo)每天24小時不限時間隨時反復(fù)學(xué)習(xí)!
?09年公路監(jiān)理師將全部采用視頻教學(xué).
最新資訊
- 2016年公路監(jiān)理師《綜合知識》公路監(jiān)理之合同的法律特征考點2015-12-15
- 2016年公路監(jiān)理師《綜合知識》設(shè)備工程合同溝通管理概述考點2015-12-15
- 2016年公路監(jiān)理師《合同管理》合同形式種類考點2015-12-14
- 2016年公路監(jiān)理師《合同管理》工程延期的審批考點2015-12-14
- 2016年公路監(jiān)理師《道路與橋梁》邊溝設(shè)置考點2015-12-14
- 2016年公路監(jiān)理師《道路與橋梁》路基施工測量技術(shù)考點2015-12-14
- 2016年公路監(jiān)理師《道路與橋梁》路基冬期施工技術(shù)考點2015-12-11
- 2016年公路監(jiān)理師《監(jiān)理理論》施工企業(yè)資產(chǎn)概念和分類考點2015-12-11
- 2016年公路監(jiān)理師《監(jiān)理理論》控制措施考點2015-12-11
- 2016年公路監(jiān)理師《合同管理》路基路面應(yīng)滿足的基本要求考點2015-12-11