微波擴頻技術在交通系統中的運用

　　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射信號的傳輸技術。

　　擴頻技術的基本特征是：使用比發送的信息數據速率高許多倍的偽隨機碼，把載有信息數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：信息數據D經過常規的數據調制，變成了帶寬為B1的基帶（窄帶）信號，再用擴頻編碼發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碼所規定的規律分散到寬帶B2上，再發射出去。接收端用與發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的基帶信號，即以PN碼的規律從寬帶中提取與發射對應的成份積分起來，形成普通的基帶信號，然后，可再用常規的通信處理解調發送來的信息數據D，從而實現了住處數據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）是寬帶調制發射，與傳統的無線電窄帶調制發射方式不同，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）媒介訪問協議，遵從IEEE802.3以太網協議（EtherNet Protocol），同時也支持TCP／IP協議，并與目前的幾種主流網絡操作系統完全兼容。它的運行環境是MS－DOS3.1以上的操作系統、UNIX操作系統以及Windows環境。

　　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，和傳統的布線相比較，具有諸多的優良特性，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。考慮到輸出端的信噪比和接收系統損耗，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，別人難于發現信號的存在，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字通道，可以傳遞語音、傳真、數據和圖像等綜合業務。圖1為某工程中微波擴頻技術通信組網的一種方案。

　　（6）在不能使用傳統布線方式的地方或傳統布線比較困難的區域，微波擴頻技術可輕而易舉的實現網絡的傳輸和鏈接，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有一系列其他系統無法比擬的優點，該技術解決了當代各種無線通信系統存在的干擾、泄密、選址、組網等四大問題，取得了多方面的突破，受到了各行各業的重視和應用。

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　　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，怎樣實現收費數據和監控管理圖像的共享和統一監管？采用傳統的布線方式是不現實的。因為要跨越幾公里寬的長江江面進行布線、對長江兩岸實現局域網絡的聯接和數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，便可以輕松地實現兩岸的組網。無線部分主要是通過微波擴頻技術實現兩岸通信鏈路的聯通，只要通過擴頻設備的安裝及無線天線的架設，便可實現兩岸局域網絡的聯接和數據信號的傳輸。

　　3.2在運河監控及管理上的運用運河上如何實現適時監控圖像的多點共享和統一控制，通過組網對多事故發生地帶進行監控、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，監控圖像及數據的傳輸、共享便可輕松實現。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，這可大大地節省時間和經費。

　　3.3在不停車電子收費系統中的運用不停車電子收費系統（ETC），應該說是將來高速公路收費系統的主要收費方式。不停車電子收費系統（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、能源消耗和環境污染等問題；另一方面可以減少過往司機攜帶現金量和財務報帳手續，方便了車輛的出行，同時堵住了路橋收費中可能出現的漏洞，防止了舞弊現象。而這些功能的實現，采用傳統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，經過多個階段的發展，應用微波擴頻技術的電子不停車收費系統已成為歐美等發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器上，遵循TCP／IP協議，實現了網絡的聯通，從而達到數據共享。車輛與收費車道的數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中的運用，不僅只限于上述幾個方面，還能運用交通系統的其他方面，諸如客運公司無線移動售票、交通運輸執法部門的現場辦公、執法（通過無線聯網終端共享數據）、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。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，在交通行業中將有廣闊的應用前景。

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