微波擴頻技術在交通系統(tǒng)中的運用

微波擴頻技術在交通系統(tǒng)中的運用

摘　要　對微波擴頻技術進行了簡要的介紹，同時結合交通行業(yè)的具體特征和本人在實踐中的運用進行具體介紹。
關鍵詞　微波擴頻技術　特性　交通　應用

１　微波擴展頻譜技術簡介
微波擴展頻譜技術，簡稱微波擴頻(ＳＳ)技術。是９０年代以來在美國發(fā)展起來的一種新型民用計算機無線網絡技術。其主要技術特點是：用９００ＭＨｚ、２.４５ＧＨｚ或３.５ＧＨｚ微波頻段作為傳輸媒介，以先進的擴展頻譜方式發(fā)射信號的傳輸技術。
擴頻技術的基本特征是：使用比發(fā)送的信息數(shù)據速率高許多倍的偽隨機碼，把載有信息數(shù)據的基帶信號的頻譜進行擴展，形成寬帶的低功率譜密度的信號來發(fā)射。
美國人香農(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，只要相應的增加信號帶寬Ｗ，仍然保持可靠的通信，也就是可以用擴頻的方法以寬帶傳輸信息來換取信噪比。這便是擴頻通信的基本思想和理論依據。
其具體工作原理為：信息數(shù)據Ｄ經過常規(guī)的數(shù)據調制，變成了帶寬為Ｂ１的基帶(窄帶)信號，再用擴頻編碼發(fā)生器產生的偽隨機碼(ＰＮ碼，Ｐｓｅｕｄｏ Ｎｏｉｓｅ Ｃｏｄｅ)對基帶信號作擴頻調制，形成帶寬Ｂ２(Ｂ２遠大于Ｂ１)功率譜密度極低的擴頻信號，這相當于把窄帶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)射時相同的偽隨機編碼ＰＮ做擴頻解調，把寬帶信號恢復成常規(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)的通信處理解調發(fā)送來的信息數(shù)據Ｄ，從而實現(xiàn)了住處數(shù)據Ｄ的傳輸。
微波擴頻技術最常用的方式有兩種：
一種是跳躍(Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｈｏｐｐｉｎｇ，ＦＨ)擴頻技術，ＦＨＳＳ以隨機模式傳輸信號，信號傳送過程中要經過多次握手和同步，效率較低。
另一種是直接序列(Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ，ＤＳ)擴頻技術(簡稱直擴)。直序擴頻(ＤＳＳＳ)是寬帶調制發(fā)射，與傳統(tǒng)的無線電窄帶調制發(fā)射方式不同，它以固定模式傳輸本頻段內信號，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。
微波擴頻無線網絡／通信技術在組網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絡操作系統(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擴頻設備主要分為兩類：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設備，包括無線網橋和無線ＩＰ路由器，一般都具有網絡接口，如：ＢＮＣ、ＡＵＩ、１０／１００Ｂａｓｅ－Ｔ、ＲＪ－４５等。
擴頻微波組網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；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；具有網橋、路由器等功能，可實現(xiàn)局域網互連或遠程接入，也可以組合在高速移動無線網。
由此可見，微波擴頻技術為計算機無線網絡提供了良好的通訊信道。
２　微波擴頻技術的特性
微波擴頻技術在發(fā)射端以擴頻編碼進行擴頻調制，在接收端以相關解調技術收信，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
表示擴頻通信特性的一個重要參數(shù)是擴頻增益Ｇ(ＳｐｒｅａｄｉｎｇＧａｉｎ)，Ｇ＝Ｂ２／Ｂ１。擴頻通信中，接收端對接收到的信號做擴頻解調，只提取擴頻編碼相關處理后帶寬為Ｂ１的信號成分，而排除了擴展到寬帶Ｂ２中的干擾、噪聲和其他用戶通信的影響，相當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，可以認為實際的擴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、干擾小
因信號在很寬的頻帶上被擴展，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備構成干擾。
　　(３)易于實現(xiàn)碼分多址
擴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。正是由于擴頻通信要用擴頻編碼進行擴頻調制發(fā)送，而信號接收需要用相同的擴頻編碼之間的相關解擴才能得到，這給頻率復用和多址通信提供了基礎。
　　(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，利用擴頻編碼之間的相關特性，在接收端可以用相關技術從多徑信號中提取分離出最強的有用信號，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，從而達到有效的抗多徑干擾。
　　(５)易于多媒體組網
微波擴頻技術應用了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)據和圖像等綜合業(yè)務。圖１為某工程中微波擴頻技術通信組網的一種方案。
　　(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，微波擴頻技術可輕而易舉的實現(xiàn)網絡的傳輸和鏈接，而且網絡建設速度快，設備安裝方便靈活，建設周期短，省時省力省費用。
總之，微波擴頻技術所組成的通信系統(tǒng)有一系列其他系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點，該技術解決了當代各種無線通信系統(tǒng)存在的干擾、泄密、選址、組網等四大問題，取得了多方面的突破，受到了各行各業(yè)的重視和應用。
３　微波擴頻技術在交通系統(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行布線、對長江兩岸實現(xiàn)局域網絡的聯(lián)接和數(shù)據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，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。無線部分主要是通過微波擴頻技術實現(xiàn)兩岸通信鏈路的聯(lián)通，只要通過擴頻設備的安裝及無線天線的架設，便可實現(xiàn)兩岸局域網絡的聯(lián)接和數(shù)據信號的傳輸。
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，通過組網對多事故發(fā)生地帶進行監(jiān)控、預警和報警？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。但若用微波擴頻的無線組網，監(jiān)控圖像及數(shù)據的傳輸、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頻設備的選用、安裝，調試，這可大大地節(jié)省時間和經費。
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攜帶現(xiàn)金量和財務報帳手續(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)布線形成的網絡方式是無法做到的，目前唯有通過無線方案來實現(xiàn)，經過多個階段的發(fā)展，應用微波擴頻技術的電子不停車收費系統(tǒng)已成為歐美等發(fā)達國家普遍采用的收費方式：將無線微波擴頻技術運用到應答器與收發(fā)器上，遵循ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議，實現(xiàn)了網絡的聯(lián)通，從而達到數(shù)據共享。車輛與收費車道的數(shù)據通信通過兩個裝置來完成微波擴頻讀寫，一個是安裝在汽車擋風玻璃等處的應答器，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。
３.４　其他方面的問題
微波擴頻技術在交通系統(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)網終端共享數(shù)據)、５０公里內的臨時通信等等。當然在使用微波擴頻技術時，必須考慮到相連單位距離不能太遠，并且兩點直線范圍內不能有阻擋物。若存在阻擋物或更遠距離，則要通過微波擴頻技術傳輸中的中繼轉換來實現(xiàn)。同時，在無線通信方案的組織、設備的選型上都必須根據具體的情況作出相應的決策。
４　結束語
微波擴頻技術及產品是現(xiàn)代多種高科技技術的結晶，隨著微波擴頻技術和產品制造工藝的日趨完善，微波擴頻無線／網絡具備有線網絡／通信難以比擬的靈活性、移動性、可擴展性、可伸縮性，在交通行業(yè)中將有廣闊的應用前景。

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　　 當前，分配中相互攀比的現(xiàn)象是一種比較普遍的社會現(xiàn)象。它不僅表現(xiàn)在行業(yè)之間、企業(yè)之間、企業(yè)與機關、事業(yè)之間相互攀比，而且也表現(xiàn)在企業(yè)內部各車間、各工種之間的相互攀比。在鐵路企業(yè)內部同樣如此，攀比之風盛行。

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