微波擴(kuò)頻技術(shù)在交通系統(tǒng)中的運(yùn)用
發(fā)布時(shí)間：2010-01-14 共2頁
摘 要：對(duì)微波擴(kuò)頻技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)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(jiǎn)介微波擴(kuò)展頻譜技術(shù)，簡(jiǎn)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(jì)算機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。其主要技術(shù)特點(diǎn)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(hào)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(hào)的頻譜進(jìn)行擴(kuò)展，形成寬帶的低功率譜密度的信號(hào)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(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(hào)被噪聲淹沒的情況下，只要相應(yīng)的增加信號(hào)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(hào)，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(duì)基帶信號(hào)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(hào)，這相當(dāng)于把窄帶B1的信號(hào)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(shí)相同的偽隨機(jī)編碼PN做擴(kuò)頻解調(diào)，把寬帶信號(hào)恢復(fù)成常規(guī)的基帶信號(hào)，即以PN碼的規(guī)律從寬帶中提取與發(fā)射對(duì)應(yīng)的成份積分起來，形成普通的基帶信號(hào)，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：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(hào)，信號(hào)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(jiǎn)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(hào)，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(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(shí)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(yùn)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(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(dòng)態(tài)圖象等信息；因信號(hào)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(dòng)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，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（SpreadingGain），G＝B2／B1.擴(kuò)頻通信中，接收端對(duì)接收到的信號(hào)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(hào)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。考慮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－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.
（2）隱蔽性強(qiáng)、干擾小因信號(hào)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(hào)功率譜密度很低。信號(hào)淹沒在白噪聲之中，別人難于發(fā)現(xiàn)信號(hào)的存在，再加之不知擴(kuò)頻編碼，就更難拾取有用信號(hào)。而極低的功率譜密度，也很少對(duì)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(hào)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(hào)中提取分離出最強(qiáng)的有用信號(hào)，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)用了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。
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(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，取得了多方面的突破，受到了各行各業(yè)的重視和應(yīng)用。
