微波擴(kuò)頻技術(shù)在交通系統(tǒng)中的運(yùn)用

1、微波擴(kuò)頻技術(shù)在交通系統(tǒng)中的運(yùn)用微波擴(kuò)頻技術(shù)在交通系統(tǒng)中的運(yùn)用摘 要 對微波擴(kuò)頻技術(shù)進(jìn)行了簡要的介紹，同時(shí)結(jié)合交通 行業(yè)的具體特征和本人在實(shí)踐中的運(yùn)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(S S)技術(shù)。是9 0年代以來在美國發(fā)展起來的一種新型民用 計(jì)算機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。其主要技術(shù)特點(diǎn)是：用9 0 0 MHz、2. 4 5GHz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

2、密度的信號來發(fā) 射。美國人香農(nóng)(C laud e  ； E 1 w o o d  ； S h a n n o n)在信息論的研究中得出了如下的信道容量公式：C=W 1 o g 2 (1 +P / N)這個(gè)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，

3、 變成了帶寬為B 1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 &.nbsp； Noise &.nbsp； C o d e）對基帶信號作擴(kuò)頻調(diào)制，形成帶寬B 2 （B 2遠(yuǎn)大于B 1）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B 2上，再發(fā)射出去。接收端用與發(fā)射 時(shí)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(shí)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：

4、一種是跳躍（F requency  ； Hopping, FH）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（D i r e c t  ； Sequence, D S） 擴(kuò)頻技術(shù)（簡稱直擴(kuò)）。直序擴(kuò)頻（DS S S）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 2 M 1 1 M b p s或更高）、發(fā)射功率小（一般1 0 Omw）、 保密性好、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。故易于多點(diǎn)通信，其通信距離 和覆蓋范圍視所選用的天線不同而異：定

5、向傳送可達(dá)550公 里，室外的全向天線可覆蓋1 52 0公里的半徑范圍，室內(nèi)全 向可覆蓋最大半徑2 5 0米的5 0 0 0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(C SMA / CA)媒介訪問協(xié)議，遵從IEEE802.3以太網(wǎng)協(xié)議(E t h e r N e t  ； Protocol),同時(shí)也支持 TCP/ I P 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(yùn)行環(huán) 境是MS D0S3. 1以上的操作系統(tǒng)、UNIX操作系統(tǒng)以及 W i n d o w s環(huán)境。目前微波DS擴(kuò)頻設(shè)備主要分為兩

6、類：一 類屬于無線Modem,具有R S 2 3 2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I P路由器，一般 都具有網(wǎng)絡(luò)接口，如:ENC、AUI、1 0 / 1 0 0 B a s e T、RJ4 5等。擴(kuò)頻微波組網(wǎng)可完成高速率的無線通信： 實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)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(shí)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(jì)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

7、，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(gè)重要參數(shù)是擴(kuò)頻增益G (S preadingGain), G = B 2 / B 1 o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B 1的信號成分，而排除了擴(kuò)展 到寬帶B 2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(shí)際的擴(kuò)頻增益帶來的信噪比的改善為：M=G輸出 端信噪比一系統(tǒng)損耗，公式中的M叫做抗干擾容限。實(shí)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。

8、（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(shí)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

9、提取分離出最強(qiáng)的有用信號，出可 把多個(gè)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T PN碼，是一個(gè)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(shí)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(shí)省力省費(fèi)用?？傊⒉〝U(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(diǎn)，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

10、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(yùn)用3. 1在長江汽渡收費(fèi)管理中的運(yùn)用長江 兩岸通信如何鏈接，怎樣實(shí)現(xiàn)收費(fèi)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(shí)的。因?yàn)橐缭綆坠?寬的長江江面進(jìn)行布線、對長江兩岸實(shí)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(shí)間長、帶寬 窄、沒有所屬權(quán)，需永久支付費(fèi)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(fèi)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(shí)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(shí)現(xiàn)兩岸通 信鏈路的聯(lián)通，只

11、要通過擴(kuò)頻設(shè)備的安裝及無線天線的架設(shè)，便 可實(shí)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(yùn)河監(jiān)控及管理上的運(yùn)用運(yùn)河上如何實(shí)現(xiàn)適時(shí)監(jiān)控圖像的多 點(diǎn)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(bào)警？京杭大運(yùn)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(shí)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(shí)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(shí)間和經(jīng)費(fèi)。3. 3

12、 在不停車電子收 費(fèi)系統(tǒng)中的運(yùn)用不停車電子收費(fèi)系統(tǒng)（ETC）,應(yīng)該說是將來高 速公路收費(fèi)系統(tǒng)的主要收費(fèi)方式。不停車電子收費(fèi)系統(tǒng)（ETC） 是指車輛通過收費(fèi)站時(shí)無須特別的減速或停車，這將有效提高收 費(fèi)站的通行能力，解決因人工收費(fèi)造成的收費(fèi)站交通堵塞、車輛 延誤、工時(shí)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(cái)務(wù)報(bào)帳手續(xù)，方便了車輛的出行，同 時(shí)堵住了路橋收費(fèi)中可能出現(xiàn)的漏洞，防止了舞弊現(xiàn)象。而這些 功能的實(shí)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(shí)現(xiàn)，經(jīng)過多個(gè)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(fèi)系統(tǒng)已成為歐美等發(fā)達(dá)國家普遍采用的收

13、 費(fèi)方式：將無線微波擴(kuò)頻技術(shù)運(yùn)用到應(yīng)答器與收發(fā)器上，遵循T C P / I P協(xié)議，實(shí)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(fèi)車道的數(shù)據(jù)通信通過兩個(gè)裝置來完成微波擴(kuò)頻讀寫，一個(gè) 是安裝在汽車擋風(fēng)玻璃等處的應(yīng)答器，另一個(gè)是安裝在收費(fèi)島頭 等處的天線。特別要指出的是，不停車收費(fèi)系統(tǒng)不僅適用于高速 公路收費(fèi)，還可以應(yīng)用于停車場、加油站、公路規(guī)費(fèi)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(yùn)用，不僅只限于上述幾個(gè)方 面，還能運(yùn)用交通系統(tǒng)的其他方面，諸如客運(yùn)公司無線移動售 票、交通運(yùn)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)）、5 0公里內(nèi)的臨時(shí)通信等等。當(dāng)然在使用微波擴(kuò)頻技術(shù) 時(shí)，必須考慮到相連單位距