微波扩频技术在交通系统中的运用

摘　要　对微波扩频技术进行了简要的介绍，同时结合交通行业的具体特征和本人在实践中的运用进行具体介绍。
关键词　微波扩频技术　特性　交通　应用

１　微波扩展频谱技术简介
微波扩展频谱技术，简称微波扩频(ＳＳ)技术。是９０年代以来在美国发展起来的一种新型民用计算机无线网络技术。其主要技术特点是：用９００ＭＨｚ、２.４５ＧＨｚ或３.５ＧＨｚ微波频段作为传输媒介，以先进的扩展频谱方式发射信号的传输技术。
扩频技术的基本特征是：使用比发送的信息数据速率高许多倍的伪随机码，把载有信息数据的基带信号的频谱进行扩展，形成宽带的低功率谱密度的信号来发射。
美国人香农(Ｃｌａｕｄｅ Ｅｌｗｏｏｄ Ｓｈａｎｎｏｎ)在信息论的研究中得出了如下的信道容量公式：
Ｃ＝Ｗｌｏｇ２(１＋Ｐ／Ｎ)
这个公式指出：如果信息传输速率Ｃ不变，则带宽Ｗ和信噪比Ｐ／Ｎ可以进行互换，就是说：增加带宽Ｗ就可以在较低信噪比Ｐ／Ｎ的情况下以相同的信息速率Ｃ来可靠地传输信息，甚至在信号被噪声淹没的情况下，只要相应的增加信号带宽Ｗ，仍然保持可靠的通信，也就是可以用扩频的方法以宽带传输信息来换取信噪比。这便是扩频通信的基本思想和理论依据。
其具体工作原理为：信息数据Ｄ经过常规的数据调制，变成了带宽为Ｂ１的基带(窄带)信号，再用扩频编码发生器产生的伪随机码(ＰＮ码，Ｐｓｅｕｄｏ Ｎｏｉｓｅ Ｃｏｄｅ)对基带信号作扩频调制，形成带宽Ｂ２(Ｂ２远大于Ｂ１)功率谱密度极低的扩频信号，这相当于把窄带Ｂ１的信号以ＰＮ码所规定的规律分散到宽带Ｂ２上，再发射出去。接收端用与发射时相同的伪随机编码ＰＮ做扩频解调，把宽带信号恢复成常规的基带信号，即以ＰＮ码的规律从宽带中提取
与发射对应的成份积分起来，形成普通的基带信号，然后，可再用常规的通信处理解调发送来的信息数据Ｄ，从而实现了住处数据Ｄ的传输。
微波扩频技术最常用的方式有两种：
一种是跳跃(Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｈｏｐｐｉｎｇ，ＦＨ)扩频技术，ＦＨＳＳ以随机模式传输信号，信号传送过程中要经过多次握手和同步，效率较低。
另一种是直接序列(Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ，ＤＳ)扩频技术(简称直扩)。直序扩频(ＤＳＳＳ)是宽带调制发射，与传统的无线电窄带调制发射方式不同，它以固定模式传输本频段内信号，因而可以更加充分地利用带宽；它具有传输速率高(可为２Ｍ－１１Ｍｂｐｓ或更高)、发射功率小(一般＜１００ｍｗ)、保密性好、抗干扰能力强的特点。故易于多点通信，其通信距离和覆盖范围视所选用的天线不同而异：定向传送可达５～５０公里，室外的全向天线可覆盖１５～２０公里的半径范围，室内全向可覆盖最大半径２５０米的５０００平方米范围，并能穿透几层墙甚至两层楼的混凝土楼板。
微波扩频无线网络／通信技术在组网链路中所采用的是载波侦听多路访问／冲突避免(ＣＳＭＡ／ＣＡ)媒介访问协议，遵从ＩＥＥＥ８０２.３以太网协议(ＥｔｈｅｒＮｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ)，同时也支持ＴＣＰ／ＩＰ协议，并与目前的几种主流网络操作系统完全兼容。它的运行环境是ＭＳ－ＤＯＳ３.１以上的操作系统、ＵＮＩＸ操作系统以及Ｗｉｎｄｏｗｓ环境。
目前微波ＤＳ扩频设备主要分为两类：一类属于无线Ｍｏｄｅｍ，具有ＲＳ２３２接口或Ｔ或Ｅ接口；另一类属于无线连网设备，包括无线网桥和无线ＩＰ路由器，一般都具有网络接口，如：ＢＮＣ、ＡＵＩ、１０／１００Ｂａｓｅ－Ｔ、ＲＪ－４５等。
扩频微波组网可完成高速率的无线通信：实现点到点、点到多点的通信及连网；能够较好地传送图形、文字、话音、动态图象等信息；因信号弱，所以隐蔽保密性好，误码率低；具有网桥、路由器等功能，可实现局域网互连或远程接入，也可以组合在高速移动无线网。
由此可见，微波扩频技术为计算机无线网络提供了良好的通讯信道。
２　微波扩频技术的特性
微波扩频技术在发射端以扩频编码进行扩频调制，在接收端以相关解调技术收信，和传统的布线相比较，具有诸多的优良特性，最主要有：
　　(１)抗干扰能力强
表示扩频通信特性的一个重要参数是扩频增益Ｇ(ＳｐｒｅａｄｉｎｇＧａｉｎ)，Ｇ＝Ｂ２／Ｂ１。扩频通信中，接收端对接收到的信号做扩频解调，只提取扩频编码相关处理后带宽为Ｂ１的信号成分，而排除了扩展到宽带Ｂ２中的干扰、噪声和其他用户通信的影响，相当于把接收信噪比提高了Ｇ倍。考虑到输出端的信噪比和接收系统损耗，可以认为实际的扩频增益带来的信噪比的改善为：
Ｍ＝Ｇ－输出端信噪比－系统损耗，公式中的Ｍ叫做抗干扰容限。
实际上，输出端信噪比和系统损耗都比较小，所以Ｍ近似等于Ｇ。
　　(２)隐蔽性强、干扰小
因信号在很宽的频带上被扩展，则单位带宽上的功率很小，即信号功率谱密度很低。信号淹没在白噪声之中，别人难于发现信号的存在，再加之不知扩频编码，就更难拾取有用信号。而极低的功率谱密度，也很少对其他电讯设备构成干扰。
　　(３)易于实现码分多址
扩频通信占用宽带频谱资源通信，改善了抗干扰能力，提高了频带的利用率。正是由于扩频通信要用扩频编码进行扩频调制发送，而信号接收需要用相同的扩频编码之间的相关解扩才能得到，这给频率复用和多址通信提供了基础。
　　(４)抗多径干扰
在无线通信中，抗多径干扰问题一直是难以解决的问题，利用扩频编码之间的相关特性，在接收端可以用相关技术从多径信号中提取分离出最强的有用信号，出可把多个路径来的同一码序列的波形相加使之得到加强，从而达到有效的抗多径干扰。
　　(５)易于多媒体组网
微波扩频技术应用了ＰＮ码，是一个透明的高速数字通道，可以传递语音、传真、数据和图像等综合业务。图１为某工程中微波扩频技术通信组网的一种方案。