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鐵水運輸動(dòng)態(tài)監測系統無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)設計
摘要：根據鐵水運輸系統的特點(diǎn)，設計了擴頻通信無(wú)線(xiàn)數據通信網(wǎng)，其實(shí)時(shí)傳送車(chē)輛位置數據的能力大大優(yōu)于窄帶電臺組成無(wú)線(xiàn)網(wǎng)和利用GSM公用電話(huà)網(wǎng)傳送位置數據的GPS車(chē)輛監控系統，所設計的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)能管理較多車(chē)輛，并具有進(jìn)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(zhù)寶鋼三期工程的建設實(shí)施，傳統的鐵水運輸調度系統已不能適應生產(chǎn)規模擴大的需要。建立新的鐵水運輸動(dòng)態(tài)監測系統，以提高生產(chǎn)調度的安全性、生產(chǎn)效率、自動(dòng)化程度和經(jīng)濟效益具有十分重要的意義。
鐵水運輸動(dòng)態(tài)監測系統采用了當今先進(jìn)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(luò )技術(shù)，以及地理信息系統技術(shù)、電子大屏技術(shù)等，解決了在鋼鐵廠(chǎng)內惡劣工業(yè)環(huán)境下，鐵路線(xiàn)上鐵水運輸車(chē)輛的定位跟蹤問(wèn)題，使調度管理人員在中心站的電子大屏上能實(shí)時(shí)觀(guān)測到鐵水運輸車(chē)輛動(dòng)態(tài)位置和狀態(tài)以及其他有關(guān)信息，便于及時(shí)、合理地進(jìn)行生產(chǎn)運輸調度。
作為鐵水運輸動(dòng)態(tài)監測系統的重要組成部分——無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)，主要完成中心站與車(chē)輛之間的信息傳輸，其性能的好壞直接影響到整個(gè)系統的正常工作。本文介紹的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)已在寶鋼鐵水運輸動(dòng)態(tài)監測系統中應用，通信系統工作正常，穩定可靠，效果良好。
1 無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)設計
1.1 系統要求
（1）在1.8km×2.3km的區域內，保證廠(chǎng)房?jì)韧獾能?chē)輛與中心站之間實(shí)時(shí)通信；
（2）監測車(chē)輛85輛；
（3）每個(gè)車(chē)輛信息更新率最高可達到每秒更新一次；
（4）車(chē)輛設備采用蓄電池供電，為延長(cháng)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(chǎng)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(chē)輛之間為雙向通信方式。
1.2 方案選擇
在目前的GPS車(chē)輛定位跟蹤系統中，無(wú)線(xiàn)數據的傳輸通常采用模擬電臺加調制解調器自行組網(wǎng)或通過(guò)公用移動(dòng)電話(huà)來(lái)完成數據交換。在模擬電臺自行組網(wǎng)的數據傳輸系統中，由于模擬電臺的收發(fā)切換時(shí)間長(cháng)（約200ms）、數據傳輸率低（通常為1200bps）、單位時(shí)間內傳輸的車(chē)輛位置數據較少，因此，當車(chē)輛增多時(shí)，車(chē)輛位置更新的實(shí)時(shí)性將大大降低。采用GSM公共移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)傳送數據，雖然系統容量可以擴大，數據傳輸率增快，但運行成本較高，而且受公共移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)工作狀態(tài)影向較大，難以滿(mǎn)足安全性、可靠性、連續性、經(jīng)濟性的要求。若采用GSM短消息的方式發(fā)送位置數據，其數據傳送的實(shí)時(shí)性將無(wú)法保證。
根據現場(chǎng)實(shí)際情況和系統要求，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(diǎn)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(huì )對其他通信系統產(chǎn)生干擾。（3）可以實(shí)現碼分多址，頻帶利用率很高。（4）抗多徑干擾，可以克服鋼鐵廠(chǎng)環(huán)境下嚴重的多徑干擾對無(wú)線(xiàn)數據通信可能造成的影響。（5）無(wú)線(xiàn)數據傳輸速率高，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(diǎn)。
1.3 無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)組成
鐵水運輸動(dòng)態(tài)監測系統覆蓋范圍約1.8km×2.3km，區域內分布有高大鋼鐵建筑物，難以保證視距通信。車(chē)輛工作區域有相當一部分在廠(chǎng)房?jì)�，受通信屏蔽的影響較大，有些廠(chǎng)房?jì)壬踔翢o(wú)法直接與外界通信。另外，為了保證車(chē)載設備功耗較低，延長(cháng)車(chē)載設備蓄電池供電時(shí)間，車(chē)載設備通信采用較小的發(fā)射功率。為了保證系統中心站與車(chē)輛間無(wú)線(xiàn)數據通信可靠，在工作區內設有5個(gè)中斷站，負責車(chē)輛與中心站間的信息轉發(fā)。在3個(gè)通信屏蔽的廠(chǎng)房?jì)雀哂?個(gè)中轉臺，負責廠(chǎng)房?jì)鹊能?chē)輛與中斷站間的信息轉發(fā)。
中心站位于生產(chǎn)管制中心，通信天線(xiàn)高度約45m，采用全向高增益天線(xiàn)。5個(gè)中斷站與中心站間的通信采用高增益定向天線(xiàn)，其天線(xiàn)方向指向中心站。
中繼站與車(chē)輛間的通信采用高增益全向天線(xiàn)。車(chē)載設備和轉臺采用3dB全向天線(xiàn)。
系統無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)由中心站、中繼站、中轉臺和車(chē)載設備構成，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(dòng)態(tài)監測系統中根據使用方式的不同，使用了AirLink和WIT915兩種型號的擴頻通信機來(lái)組成無(wú)線(xiàn)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(lái)完成中繼站和移動(dòng)車(chē)輛間的通信。
AIRLINK 19MP是美國CYLINK公司的L波段無(wú)線(xiàn)擴頻MODEM數傳通信機，可工作于點(diǎn)對點(diǎn)和點(diǎn)對多點(diǎn)工作方式，也可作為轉發(fā)器或hub來(lái)應用。其主要技術(shù)指標如下：
（1）工作頻段：902～928MHz，16個(gè)信道可選；
（2）采用直序擴展工作方式，PN序列長(cháng)度32bit；
（3）調制方式為BPSK（Bi-Phase Shift Keying），數據速率可達38400bps，信道帶寬為1.5MHz；
（4）系統增益（不包括天線(xiàn)增益）為130dB。其中，擴頻增益為12dB；
（5）發(fā)射功率最
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