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鐵水運輸動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)無線通訊網(wǎng)設計
摘要：根據(jù)鐵水運輸系統(tǒng)的特點，設計了擴頻通信無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，其實時傳送車輛位置數(shù)據(jù)的能力大大優(yōu)于窄帶電臺組成無線網(wǎng)和利用GSM公用電話網(wǎng)傳送位置數(shù)據(jù)的GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)，所設計的無線通信網(wǎng)能管理較多車輛，并具有進一步擴容的能力。寶山鋼鐵集團公司是我國特大型鋼鐵企業(yè)，隨著寶鋼三期工程的建設實施，傳統(tǒng)的鐵水運輸調(diào)度系統(tǒng)已不能適應生產(chǎn)規(guī)模擴大的需要。建立新的鐵水運輸動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，以提高生產(chǎn)調(diào)度的安全性、生產(chǎn)效率、自動化程度和經(jīng)濟效益具有十分重要的意義。
鐵水運輸動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采用了當今先進的DGPS定位技術(shù)、
組合定位技術(shù)、地圖匹配技術(shù)、擴頻通信技術(shù)、計算機及網(wǎng)絡技術(shù)，以及地理信息系統(tǒng)技術(shù)、電子大屏技術(shù)等，解決了在鋼鐵廠內(nèi)惡劣工業(yè)環(huán)境下，鐵路線上鐵水運輸車輛的定位跟蹤問題，使調(diào)度管理人員在中心站的電子大屏上能實時觀測到鐵水運輸車輛動態(tài)位置和狀態(tài)以及其他有關(guān)信息，便于及時、合理地進行生產(chǎn)運輸調(diào)度。
作為鐵水運輸動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分——無線通信網(wǎng)，主要完成中心站與車輛之間的信息傳輸，其性能的好壞直接影響到整個系統(tǒng)的正常工作。本文介紹的無線通信網(wǎng)已在寶鋼鐵水運輸動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中應用，通信系統(tǒng)工作正常，穩(wěn)定可靠，效果良好。
1 無線通信網(wǎng)設計
1.1 系統(tǒng)要求
（1）在1.8km×2.3km的區(qū)域內(nèi)，保證廠房內(nèi)外的車輛與中心站之間實時通信；
（2）監(jiān)測車輛85輛；
（3）每個車輛信息更新率最高可達到每秒更新一次；
（4）車輛設備采用蓄電池供電，為延長電池更換周期，需采用低功耗設備；
（5）具有良好的電磁兼容性，不能對現(xiàn)在正在使用的其他通信設備產(chǎn)生干擾；
（6）抗干擾能力強，能夠保證在鋼鐵廠惡劣工業(yè)環(huán)境下的可靠通信，誤碼率小于10 -6。
（7）中心站與車輛之間為雙向通信方式。
1.2 方案選擇
在目前的GPS車輛定位跟蹤系統(tǒng)中，無線數(shù)據(jù)的傳輸通常采用模擬電臺加調(diào)制解調(diào)器自行組網(wǎng)或通過公用移動電話來完成數(shù)據(jù)交換。在模擬電臺自行組網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，由于模擬電臺的收發(fā)切換時間長（約200ms）、數(shù)據(jù)傳輸率低（通常為1200bps）、單位時間內(nèi)傳輸?shù)能囕v位置數(shù)據(jù)較少，因此，當車輛增多時，車輛位置更新的實時性將大大降低。采用GSM公共移動電話網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)，雖然系統(tǒng)容量可以擴大，數(shù)據(jù)傳輸率增快，但運行成本較高，而且受公共移動電話網(wǎng)工作狀態(tài)影向較大，難以滿足安全性、可靠性、連續(xù)性、經(jīng)濟性的要求。若采用GSM短消息的方式發(fā)送位置數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)傳送的實時性將無法保證。
根據(jù)現(xiàn)場實際情況和系統(tǒng)要求，擴頻通信技術(shù)是一種理想的解決方案。擴頻通信的主要特點有：（1）抗干擾性強，對單頻及多頻載波信號的干擾、其它偽隨機調(diào)制信號的干擾及脈沖正弦信號的干擾等都有抑制作用，能提高輸出信號的信噪比。（2）發(fā)射功率小，一般小于1W，設備功耗較低，因此不會對其他通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。（3）可以實現(xiàn)碼分多址，頻帶利用率很高。（4）抗多徑干擾，可以克服鋼鐵廠環(huán)境下嚴重的多徑干擾對無線數(shù)據(jù)通信可能造成的影響。（5）無線數(shù)據(jù)傳輸速率高，可高達19200bps以上，而誤碼率小于10 -6，具有信息傳輸快且可靠的優(yōu)點。
1.3 無線通信網(wǎng)組成
鐵水運輸動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)覆蓋范圍約1.8km×2.3km，區(qū)域內(nèi)分布有高大鋼鐵建筑物，難以保證視距通信。車輛工作區(qū)域有相當一部分在廠房內(nèi)，受通信屏蔽的影響較大，有些廠房內(nèi)甚至無法直接與外界通信。另外，為了保證車載設備功耗較低，延長車載設備蓄電池供電時間，車載設備通信采用較小的發(fā)射功率。為了保證系統(tǒng)中心站與車輛間無線數(shù)據(jù)通信可靠，在工作區(qū)內(nèi)設有5個中斷站，負責車輛與中心站間的信息轉(zhuǎn)發(fā)。在3個通信屏蔽的廠房內(nèi)高有3個中轉(zhuǎn)臺，負責廠房內(nèi)的車輛與中斷站間的信息轉(zhuǎn)發(fā)。
中心站位于生產(chǎn)管制中心，通信天線高度約45m，采用全向高增益天線。5個中斷站與中心站間的通信采用高增益定向天線，其天線方向指向中心站。
中繼站與車輛間的通信采用高增益全向天線。車載設備和轉(zhuǎn)臺采用3dB全向天線。
系統(tǒng)無線通信網(wǎng)由中心站、中繼站、中轉(zhuǎn)臺和車載設備構(gòu)成，如圖1所示。
2 設備選型和設計
2.1 擴頻通信機選擇
在鐵水運輸動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中根據(jù)使用方式的不同，使用了AirLink和WIT915兩種型號的擴頻通信機來組成無線通信網(wǎng)。AirLink通信機用于中心站與中繼站通信，WIT915通信機用來完成中繼站和移動車輛間的通信。
AIRLINK 19MP是美國CYLINK公司的L波段無線擴頻MODEM數(shù)傳通信機，可工作于點對點和點對多點工作方式，也可作為轉(zhuǎn)發(fā)器或hub來應用。其主要技術(shù)指標如下：
（1）工作頻段：902～928MHz，16個信道可選；
（2）采用直序擴展工作方式，PN序列長度32bit；
（3）調(diào)制方式為BPSK（Bi-Phase Shift Keying），數(shù)據(jù)速率可達38400bps，信道帶寬為1.5MHz；
（4）系統(tǒng)增益（不包括天線增益）為130dB。其中，擴頻增益為12dB；
（5）發(fā)射功率最
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