交通系統中微波擴頻技術的運用
摘 要 對微波擴頻技術進行了簡要的介紹，同時結合交通行業的具體特徵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 微波擴充套件頻譜技術簡介微波擴充套件頻譜技術，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路技術。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，以先進的擴充套件頻譜方式發射訊號的傳輸技術。
擴頻技術的基本特徵是：使用比傳送的資訊資料速率高許多倍的偽隨機碼，把載有資訊資料的基帶訊號的頻譜進行擴充套件，形成寬頻的低功率譜密度的訊號來發射。
美國人夏農(ＣｌａｕｄｅＥｌｗｏｏｄＳｈａｎｎｏｎ)在資訊理論的研究中得出瞭如下的通道容量公式：
Ｃ＝Ｗｌｏｇ２(１＋Ｐ／Ｎ)
這個公式指出：如果資訊傳輸速率Ｃ不變，則頻寬Ｗ和信噪比Ｐ／Ｎ可以進行互換，就是說：增加頻寬Ｗ就可以在較低信噪比Ｐ／Ｎ的情況下以相同的資訊速率Ｃ來可靠地傳輸資訊，甚至在訊號被噪聲淹沒的情況下，只要相應的增加訊號頻寬Ｗ，仍然保持可靠的通訊，也就是可以用擴頻的方法以寬頻傳輸資訊來換取信噪比。這便是擴頻通訊的基本思想和理論依據。
其具體工作原理為：資訊資料Ｄ經過常規的資料調製，變成了頻寬為Ｂ１的基帶(窄帶)訊號，再用擴頻編碼發生器產生的偽隨機碼(ＰＮ碼，ＰｓｅｕｄｏＮｏｉｓｅＣｏｄｅ)對基帶訊號作擴頻調製，形成頻寬Ｂ２(Ｂ２遠大於Ｂ１)功率譜密度極低的擴頻訊號，這相當於把窄帶Ｂ１的訊號以ＰＮ碼所規定的規律分散到寬頻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，把寬頻訊號恢復成常規的基帶訊號，即以ＰＮ碼的規律從寬頻中提取
與發射對應的成份積分起來，形成普通的基帶訊號，然後，可再用常規的通訊處理解調發送來的資訊資料Ｄ，從而實現了住處資料Ｄ的傳輸。
微波擴頻技術最常用的方式有兩種：
一種是跳躍(ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＨｏｐｐｉｎｇ，ＦＨ)擴頻技術，ＦＨＳＳ以隨機模式傳輸訊號，訊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(ＤｉｒｅｃｔＳｅｑｕｅｎｃｅ，ＤＳ)擴頻技術(簡稱直擴)。直序擴頻(ＤＳＳＳ)是寬頻調製發射，與傳統的無線電窄帶調製發射方式不同，它以固定模式傳輸本頻段內訊號，因而可以更加充分地利用頻寬；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。故易於多點通訊，其通訊距離和覆蓋範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公里的半徑範圍，室內全向可覆蓋最大半徑２５０米的５０００平方米範圍，並能穿透幾層牆甚至兩層樓的混凝土樓板。
微波擴頻無線網路／通訊技術在組網鏈路中所採用的是載波偵聽多路訪問／衝突避免(ＣＳＭＡ／ＣＡ)媒介訪問協議，遵從ＩＥＥＥ８０２.３乙太網協議(ＥｔｈｅｒＮｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ)，同時也支援ＴＣＰ／ＩＰ協議，並與目前的幾種主流網路作業系統完全相容。它的執行環境是ＭＳ－ＤＯＳ３.１以上的作業系統、ＵＮＩＸ作業系統以及Ｗｉｎｄｏｗｓ環境。
目前微波ＤＳ擴頻裝置主要分為兩類：一類屬於無線Ｍｏｄｅｍ，具有ＲＳ２３２介面或Ｔ或Ｅ介面；另一類屬於無線連網裝置，包括無線網橋和無線ＩＰ路由器，一般都具有網路介面，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訊：實現點到點、點到多點的通訊及連網；能夠較好地傳送圖形、文字、話音、動態圖象等資訊；因訊號弱，所以隱蔽保密性好，誤位元速率低；具有網橋、路由器等功能，可實現區域網互連或遠端接入，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路提供了良好的通訊通道。
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製，在接收端以相關解調技術收信，和傳統的佈線相比較，具有諸多的優良特性，最主要有：
(１)抗干擾能力強
表示擴頻通訊特性的一個重要引數是擴頻增益Ｇ(ＳｐｒｅａｄｉｎｇＧａｉｎ)，Ｇ＝Ｂ２／Ｂ１。擴頻通訊中，接收端對接收到的訊號做擴頻解調，只提取擴頻編碼相關處理後頻寬為Ｂ１的訊號成分，而排除了擴充套件到寬頻Ｂ２中的干擾、噪聲和其他使用者通訊的影響，相當於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近似等於Ｇ。
(２)隱蔽性強、干擾小
因訊號在很寬的頻帶上被擴充套件，則單位頻寬上的功率很小，即訊號功率譜密度很低。訊號淹沒在白噪聲之中，別人難於發現訊號的存在，再加之不知擴頻編碼，就更難拾取有用訊號。而極低的功率譜密度，也很少對其他電訊裝置構成干擾。
(３)易於實現分碼多重進接
擴頻通訊佔用寬頻頻譜資源通訊，改善了抗干擾能力，提高了頻帶的利用率。正是由於擴頻通訊要用擴頻編碼進行擴頻調製傳送，而訊號接收需要用相同的擴頻編碼之間的相關解擴才能得到，這給頻率複用和多址通訊提供了基礎。
(４)抗多徑干擾
在無線通訊中，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訊號中提取分離出最強的有用訊號，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)易於多媒體組網
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、資料和影象等綜合業務。圖１為某工程中微波擴頻技術通訊組網的一種方案。
(６)在不能使用傳統佈線方式的地方或傳統佈線比較困難的區域，微波擴頻技術可輕而易舉的實現網路的傳輸和連結，而且網路建設速度快，裝置安裝方便靈活，建設週期短，省時省力省費用。
總之，微波擴頻技術所組成的通訊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訊系統存在的干擾、洩密、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。
３ 微波擴頻技術在交通系統諸方面的運用３.１ 在長江汽渡收費管理中的運用長江兩岸通訊如何連結，怎樣實現收費資料和監控管理影象的共享和統一監管？採用傳統的佈線方式是不現實的。因為要跨越幾公里寬的長江江面進行佈線、對長江兩岸實現區域網絡的聯接和資料訊號的傳輸幾乎是不可能的；若採用租用專線，時間長、頻寬窄、沒有所屬權，需永久支付費用；而監控影象的傳輸，所需的是高速頻寬(１Ｍｂｐｓ以上)線路，這樣的線路月租費用非常高，使用者難以承受。若透過無線＋有線的方案，便可以輕鬆地實現兩岸的組網。無線部分主要是透過微波擴頻技術實現兩岸通訊鏈路的聯通，只要透過擴頻裝置的安裝及無線天線的架設，便可實現兩岸區域網絡的聯接和資料訊號的傳輸。
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影象的多點共享和統一控制，透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，古建築非常豐富，且很多地段貫城而過，無法採用傳統的佈線方式，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，監控影象及資料的傳輸、共享便可輕鬆實現。即使連結中存在不能直通，同樣可採用微波擴頻通訊的中繼來實現通訊線路的連結。所需做的也不過是微波擴頻裝置的選用、安裝，除錯，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)是指車輛透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、能源消耗和環境汙染等問題；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，採用傳統佈線形成的網路方式是無法做到的，目前唯有透過無線方案來實現，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採用的收費方式：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，實現了網路的聯通，從而達到資料共享。車輛與收費車道的資料通訊透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於高速公路收費，還可以應用於停車場、加油站、公路規費的徵收、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，不僅只限於上述幾個方面，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(透過無線聯網終端共享資料)、５０公里內的臨時通訊等等。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，並且兩點直線範圍內不能有阻擋物。若存在阻擋物或更遠距離，則要透過微波擴頻技術傳輸中的中繼轉換來實現。同時，在無線通訊方案的組織、裝置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製造工藝的日趨完善，微波擴頻無線／網路具備有線網路／通訊難以比擬的靈活性、移動性、可擴充套件性、可伸縮性，在交通行業中將有廣闊的應用前景。