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關(guān)鍵詞:無線擴(kuò)頻通信技術(shù)帶寬
擴(kuò)頻技術(shù)就是將所傳輸信息的帶寬擴(kuò)展很多倍,然后發(fā)送出去,這時(shí)發(fā)送信號所占據(jù)的信道帶寬遠(yuǎn)大于信息本身的帶寬,例如,傳輸一個(gè)9600bps的數(shù)據(jù)流,其基帶帶寬不到10kHZ,但用擴(kuò)頻技術(shù)傳送時(shí),它所占據(jù)的信道帶寬可以被擴(kuò)展到300kHZ或更寬,與此同時(shí),調(diào)制到高頻的信號發(fā)射功率譜也將大大降低。下面簡要介紹一下無線擴(kuò)頻系統(tǒng):
1擴(kuò)頻系統(tǒng)的基本設(shè)備組成
(1)擴(kuò)頻電臺(tái):
擴(kuò)頻系統(tǒng)的核心設(shè)備是擴(kuò)頻電臺(tái)。PN碼擴(kuò)頻以及調(diào)制到2.4GHz的高頻載波上都是由它來完成的。目前國內(nèi)經(jīng)常使用的電臺(tái)主要是美國的Pcomcylink電臺(tái)、Utilicom電臺(tái)、加拿大DTS電臺(tái)和Comlink電臺(tái)等。
(2)復(fù)用器:
有時(shí)在一個(gè)地方不僅要傳輸一路數(shù)據(jù),可能還要傳輸幾路數(shù)據(jù)甚至話音、圖象,而電臺(tái)卻只有一部,這時(shí)就要用到復(fù)用器。它能將幾路數(shù)據(jù)或話音等有機(jī)地合成為一路,并將其傳送給本地的電臺(tái),最后由電臺(tái)象發(fā)射一路數(shù)據(jù)時(shí)那樣將其發(fā)送出去。而在遙遠(yuǎn)的接收端則執(zhí)行與上述相反的過程,同時(shí)按發(fā)射時(shí)的規(guī)律便可以將幾路話音和數(shù)據(jù)分開。目前國內(nèi)經(jīng)常使用的復(fù)用器主要是美國Motorola復(fù)用器、以色列RAD公司復(fù)用器等。
(3)天線及饋線:
天線和饋線是將高頻信號從電臺(tái)輻射到空間或從空間接收并傳輸?shù)诫娕_(tái)的設(shè)備。目前國內(nèi)經(jīng)常使用的天、饋線主要是與電臺(tái)配套的原廠產(chǎn)品。
2擴(kuò)頻系統(tǒng)的組成
(1)點(diǎn)對點(diǎn)方式:
點(diǎn)對點(diǎn)方式實(shí)際上是一種一一對應(yīng)的工作方式,這種方式簡便、易行,同時(shí)也可以組成多個(gè)點(diǎn)對點(diǎn)的系統(tǒng),其各點(diǎn)之間通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)置可以互不影響。示意圖見圖1。
(2)點(diǎn)對多點(diǎn)方式:
點(diǎn)對多點(diǎn)方式是一種被稱為“一對多”或“多對一”的經(jīng)濟(jì)型擴(kuò)頻方式,也有人稱之為“一點(diǎn)多址”。它使用輪詢的原理,由一臺(tái)主機(jī)對所有從機(jī)進(jìn)行輪詢并指定其中的一臺(tái)從機(jī)與通信。這種方式與點(diǎn)對點(diǎn)方式比起來可以節(jié)省很多電臺(tái),但其傳遞的數(shù)據(jù)量比較少,且相對速度較慢。其示意圖見圖2。
(3)中繼方式:
中繼方式一般用在通信距離過長(超過50km)或兩通信點(diǎn)之間有阻擋(如高山或建筑物等)的較特殊情況下,是一種“接力”或“迂回”的通信方式。其示意圖見圖3。
圖3中繼方式無線擴(kuò)頻示意圖
3擴(kuò)頻設(shè)備性能
其基本配置有1話1數(shù),2話1數(shù),2話2數(shù)或更高的配置,最多可以配置到幾十路話音或數(shù)據(jù)。在維修方面,一直困擾著國內(nèi)同行的復(fù)用器維修問題,現(xiàn)已有較大的突破,已能做到芯片級維修。這一突破使用戶設(shè)備維修周期從原來的5到6個(gè)月縮短到7至10天。
礦井供電由地面變電所和井下中央變電所構(gòu)成。地面變電所電源來自35KV電網(wǎng),被變壓后沿兩趟架空線被送往礦區(qū),經(jīng)井筒由高壓電纜被送到地下的中央變電所及高壓用戶,再進(jìn)行一次變壓器變壓可以把電力送到低電壓用戶,如井底車場、采區(qū)低壓設(shè)備等。井下主運(yùn)輸大巷工程設(shè)備包括井底固定設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備和移動(dòng)設(shè)備等,鋪設(shè)在巷道中的電力線相互交錯(cuò),利用電力線作為信息傳輸通道雖有許多優(yōu)點(diǎn),但是,也有很多困難。在礦井下使用電力線來傳輸應(yīng)急信號所受到的主要干擾包括:1)電力線網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)大,啟動(dòng)和停止大型設(shè)備(例如采煤機(jī)、液壓支架、運(yùn)輸輸送帶)經(jīng)常給電網(wǎng)造成巨大影響;2)設(shè)備的連接線和電路網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜;3)變電站、開關(guān)柜、可控硅等對電網(wǎng)造成的寬頻帶、大強(qiáng)度的干擾。由香農(nóng)公式可得:對于給定的有噪聲信道,至少存在一種編碼方式,可以使信道的傳輸速率無限接近信道容量,而同時(shí)保證傳輸速率達(dá)到任意小。可以對于一定的信道容量(C),用增大傳輸帶寬(B)來獲得較低的信噪比(S/N),即信息差錯(cuò)率。擴(kuò)頻通信技術(shù)正是利用這一原理用高速率的擴(kuò)頻碼來達(dá)到擴(kuò)展待傳輸數(shù)字信息帶寬的目地。這一公式指明了擴(kuò)頻通信的優(yōu)越性,即用擴(kuò)展頻譜的方法來降低對信噪比的要求,使信號傳輸更為可靠,同時(shí)降低單位帶寬上的功率譜密度。信息數(shù)據(jù)流在傳輸過程中為多個(gè)載波并行,采用數(shù)學(xué)上每一個(gè)載波相互正交的可以重疊的正交子載波,這些子載波相比傳統(tǒng)的多載波系統(tǒng)具有較高的頻譜效率,是一種多載波高速調(diào)制技術(shù),稱為正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)。多載波正交技術(shù)通過打開和關(guān)閉子信道的方式,發(fā)送方將關(guān)閉信號衰落和信號噪聲比超過閾值的信道所在子載波,避免衰落引發(fā)的誤碼。當(dāng)系統(tǒng)傳輸速率很高時(shí),如實(shí)現(xiàn)快速均衡則其復(fù)雜性和成本都難以接受,采用使每個(gè)子信道的速率較低以實(shí)現(xiàn)均衡較為簡單。
2應(yīng)急信號傳輸系統(tǒng)
在系統(tǒng)調(diào)制端,串行碼元序列經(jīng)基帶調(diào)制和串/并轉(zhuǎn)換分別被調(diào)制在N個(gè)子載波上。發(fā)送端所發(fā)送的子載波信息碼序列由待傳遞的信息碼序列與高速率的偽噪聲碼序列進(jìn)行模二加后(波形相乘)得到復(fù)合碼序列,用它來直接控制射頻信號的某個(gè)參量(通常是載波相位),由此得到的一個(gè)直接序列擴(kuò)展頻譜信號。各巷道內(nèi)的通信設(shè)備之間的信息傳輸時(shí),校驗(yàn)碼是由核心控制芯片發(fā)出,供給擴(kuò)展模塊與寬帶偽隨機(jī)序列調(diào)制的窄帶信號實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展頻帶、提高抗噪聲的能力。鑒于偽噪聲碼的多樣性,擴(kuò)頻可以在同一時(shí)間使用多個(gè)偽噪聲碼。正交小波基可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的正弦載波,合適的正交小波基,可以減少系統(tǒng)的干擾。在接收端,接收到的信號進(jìn)行采樣的轉(zhuǎn)換器具有相同的采樣頻率。循環(huán)前綴部分在接收端被去除,然后進(jìn)行解調(diào)。由于循環(huán)前綴的存在,所有的子信道是獨(dú)立的。并行數(shù)據(jù)在接收端經(jīng)耦合電路和解調(diào)后轉(zhuǎn)換為頻域的子載波分量,并恢復(fù)到數(shù)據(jù)碼元序列的原始信號。使用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò),展寬的擴(kuò)頻信號恢復(fù)成原來的消息,從而取得直接序列擴(kuò)頻信號。如果接收信號中被檢測到有錯(cuò)誤,信號重發(fā)的請求信號被疊加在預(yù)先指定的負(fù)載波上來生成重發(fā)信號。接收機(jī)實(shí)際上是一組解調(diào)器,它將不同載波搬移至零頻點(diǎn).然后在一個(gè)碼元周期內(nèi)積分。其他載波在該區(qū)域由于與所積分的信號正交,因此不會(huì)對這個(gè)積分結(jié)果產(chǎn)生影響。如果每個(gè)子信道都可以正確解調(diào)出源信號,將其合并后就能夠恢復(fù)發(fā)送端高速串行碼元序列。
3實(shí)驗(yàn)
為了測試的三相交流信號傳輸情況,對基于多載波擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行測試,如下所述。數(shù)據(jù)傳輸測試終端和開關(guān)柜之間的直線距離約200米。與以太網(wǎng)RJ-45接口,用于連接計(jì)算機(jī)的調(diào)制解調(diào)器,然后連接到電源插座。點(diǎn)對點(diǎn)測試數(shù)據(jù)如下所示(單位:Mbps):平均吞吐量:1.30;最大吞吐量:1.86;最低吞吐量:0.61。從測試中,我們發(fā)現(xiàn)大多吞吐量的范圍在1Mbps~2Mbps之間。三相耦合信號強(qiáng)于單相耦合信號;針對復(fù)雜的情況下,測試效果還是相當(dāng)不錯(cuò)的。這證明了在礦山巷道中基于多載波擴(kuò)頻的信號傳輸是完全可行的。
4結(jié)束語
關(guān)鍵詞:無線擴(kuò)頻通信技術(shù)帶寬
擴(kuò)頻技術(shù)就是將所傳輸信息的帶寬擴(kuò)展很多倍,然后發(fā)送出去,這時(shí)發(fā)送信號所占據(jù)的信道帶寬遠(yuǎn)大于信息本身的帶寬,例如,傳輸一個(gè)9600bps的數(shù)據(jù)流,其基帶帶寬不到10kHZ,但用擴(kuò)頻技術(shù)傳送時(shí),它所占據(jù)的信道帶寬可以被擴(kuò)展到300kHZ或更寬,與此同時(shí),調(diào)制到高頻的信號發(fā)射功率譜也將大大降低。下面簡要介紹一下無線擴(kuò)頻系統(tǒng):
1擴(kuò)頻系統(tǒng)的基本設(shè)備組成
(1)擴(kuò)頻電臺(tái):
擴(kuò)頻系統(tǒng)的核心設(shè)備是擴(kuò)頻電臺(tái)。PN碼擴(kuò)頻以及調(diào)制到2.4GHz的高頻載波上都是由它來完成的。目前國內(nèi)經(jīng)常使用的電臺(tái)主要是美國的Pcomcylink電臺(tái)、Utilicom電臺(tái)、加拿大DTS電臺(tái)和Comlink電臺(tái)等。
(2)復(fù)用器:
有時(shí)在一個(gè)地方不僅要傳輸一路數(shù)據(jù),可能還要傳輸幾路數(shù)據(jù)甚至話音、圖象,而電臺(tái)卻只有一部,這時(shí)就要用到復(fù)用器。它能將幾路數(shù)據(jù)或話音等有機(jī)地合成為一路,并將其傳送給本地的電臺(tái),最后由電臺(tái)象發(fā)射一路數(shù)據(jù)時(shí)那樣將其發(fā)送出去。而在遙遠(yuǎn)的接收端則執(zhí)行與上述相反的過程,同時(shí)按發(fā)射時(shí)的規(guī)律便可以將幾路話音和數(shù)據(jù)分開。目前國內(nèi)經(jīng)常使用的復(fù)用器主要是美國Motorola復(fù)用器、以色列RAD公司復(fù)用器等。
(3)天線及饋線:
天線和饋線是將高頻信號從電臺(tái)輻射到空間或從空間接收并傳輸?shù)诫娕_(tái)的設(shè)備。目前國內(nèi)經(jīng)常使用的天、饋線主要是與電臺(tái)配套的原廠產(chǎn)品。
2擴(kuò)頻系統(tǒng)的組成
(1)點(diǎn)對點(diǎn)方式:
點(diǎn)對點(diǎn)方式實(shí)際上是一種一一對應(yīng)的工作方式,這種方式簡便、易行,同時(shí)也可以組成多個(gè)點(diǎn)對點(diǎn)的系統(tǒng),其各點(diǎn)之間通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)置可以互不影響。示意圖見圖1。
(2)點(diǎn)對多點(diǎn)方式:
點(diǎn)對多點(diǎn)方式是一種被稱為“一對多”或“多對一”的經(jīng)濟(jì)型擴(kuò)頻方式,也有人稱之為“一點(diǎn)多址”。它使用輪詢的原理,由一臺(tái)主機(jī)對所有從機(jī)進(jìn)行輪詢并指定其中的一臺(tái)從機(jī)與通信。這種方式與點(diǎn)對點(diǎn)方式比起來可以節(jié)省很多電臺(tái),但其傳遞的數(shù)據(jù)量比較少,且相對速度較慢。其示意圖見圖2。
(3)中繼方式:
中繼方式一般用在通信距離過長(超過50km)或兩通信點(diǎn)之間有阻擋(如高山或建筑物等)的較特殊情況下,是一種“接力”或“迂回”的通信方式。其示意圖見圖3。
圖3中繼方式無線擴(kuò)頻示意圖
3擴(kuò)頻設(shè)備性能
其基本配置有1話1數(shù),2話1數(shù),2話2數(shù)或更高的配置,最多可以配置到幾十路話音或數(shù)據(jù)。在維修方面,一直困擾著國內(nèi)同行的復(fù)用器維修問題,現(xiàn)已有較大的突破,已能做到芯片級維修。這一突破使用戶設(shè)備維修周期從原來的5到6個(gè)月縮短到7至10天。