無線寬帶通信系統在中小型水庫預警通信中的應用探討

康炳遷

【摘要】 中小型水庫在預警通信系統中采用400M的傳輸帶寬，在組網模式上采用SACS獨立組網方式，數據信息編碼方式上采用walsh矩陣的方式，利用模2加運算原理。在基站切換方式上采用軟切或最軟切換，尋找強度信號最優的基站。在調制方式上采用數字調制技術以及脈沖編碼調制技術，保證預警通信系統安全穩定的運行。

【關鍵詞】 無線寬帶 400M 組網模式 walsh矩陣

隨著信息技術的不斷發展，對中小型水庫預警通信系統的建設采用無線寬帶傳輸模式。傳統應用模式上采用有線的傳輸模式，并且傳輸的信息帶寬較低，使得傳輸的信息流無法達到終端處理器上。而現代采用的技術能夠實現信源發射設備與信宿接收設備完美的對接，從而保證傳輸信息的有效性。

一、無線寬帶系統的組成模式

1、水庫組網系統

中小型水庫在預警通信系統中采用400M的無線傳輸帶寬，覆蓋范圍能夠達到幾千米的覆蓋距離，在一定程度上將各種水庫的告警信息匯聚到傳輸系統中，進行數據信息的收集與處理。為了保證各個水庫通信系統之間的獨立性無線寬帶通信系統在中小型水庫預警通信中的應用探討，采用了SACS模式的組網結構，保證傳輸信道內的數據業務與語音業務之間的有效性，其中在數據傳輸系統中，組網結構模式的劃分可分為信源、信源編碼器、加密器、信道編碼器、數字調制器、信道、數字解調器、信道譯碼器、解調器、信源譯碼器以及信宿十一部分組成，具體操作流程如圖1所示，實現了水庫網管員對專屬水庫的管理。其中信息源將收集水庫感應裝置的數據，在傳輸裝置內進行加密，加密采用的編碼序列有短碼、長碼以及Walsh碼。短碼序列所固有的周期為2^15—1，而長碼序列所固有的周期為2^64—1，在傳輸信道內的共有的偏置數為512，在預警加密性能扇區上同一扇區的PN短碼相同，對相鄰扇區內信道的PN短碼的偏置數不同。短碼序列中的最小的偏置量為64bit，相當于8個英文字節的長度。而Walsh碼采用矩陣的方式進行有效的加密，矩陣采用數字電路中與或非的邏輯運算順序，相異為1，相同為0，然后得出的矩陣數即為加密的碼片。編碼器以及調制器主要用在交換系統中，在交換數據信息上能夠實現有效的對接。

2、水庫組網結構

按照水庫無線寬帶通信系統的組成模式，可分為骨干網部分、終端接入部分、互聯網傳輸部分以及寬帶基站部分。其中骨干網部分為整個寬網接入網絡的核心重要組成部分，如圖2所示：包括PSTN（電路交換網絡）、SAC終端用戶服務器、車載視頻服務終端以及數據業務接入終端。PSTN是一種傳統的電路交換系統，在現代無線寬帶系統中早已被淘汰，但為了實現終端服務器與網管之間的有效對接，便采用了PSTN的對接模式，利用模式信號傳輸信息，這種信息占有的帶寬較窄，一般4k就能滿足實際的需要。SAC終端用戶服務器采用軟切換的方式，使SAC內部的數據業務和語音信令完成彼此之間的交換，主要是因為SAC系統中包含有BTS和BSC的部分數據信息。

軟切換與硬切換相比而言，不僅數據丟失的可能性大幅度降低，并且數據的可靠性也有了穩定的保證，當傳輸的數據信息與終端接收信臺內的數據不一致時，便采取預警措施，提醒網管員對傳輸的數據信息進行監測，硬切換方式話音信息的丟失性大，當接收端服務器沒有接收到臨近基站的發射信號，便切斷其通信線路，造成話音信息無法進行有效的傳遞，使其接收端無法對臨站的網管員進行有效的對接。采用軟切換便摒棄了這一弊端模式的存在，在使用軟切換過程中，會隨著基站的信號強度逐漸進行切換，當終端服務器在移動過程中，會搜尋不同基站的發射的功率信號，當服務器靠近某一基站，導頻功率和總功率的比值很大時，便會自動切換到信號強度大的基站內，實現話音信息的有效對接。視頻服務平臺是將水庫監控系統內拍攝的視頻進行錄制、存儲以及傳輸至終端服務器內，在錄制過程中保證擁有足夠大的傳輸帶寬，在無線寬帶通信系統中傳輸的信息帶寬能達到400M，使錄制的視頻信息能夠有效的存儲。

網絡互聯接入部分是根據OSI的參考模型進行劃分，分為物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層以及應用層。網絡端口的連接是基于TCP/IP協議和AAA認證提供分組對接，TCP屬于OSI參考模型中的傳輸層的應用協議，而IP協議屬于網絡層協議。AAA認證包括登錄信息的鑒別、授權以及計費三種狀態。

二、無線寬帶通信的核心技術

1、數字調制技術

無線通信技術在數字調制上采用的是0.3GMSK，其中運用了高通濾波器的傳輸效率與信道帶寬之間的關系，主要是通過上下載頻之間的差值來壓縮傳輸的數據信號，然后通過數字0和1將這種數字信號以正弦波的形式表達出來，使得能夠更加充分的適應傳輸的帶寬，數字在編碼調制方式上采用的二進制數字調制，包括0和1碼型的變換，表示傳送信號的高低電平的變化，其中0表示低電平，1表示高電平，一般傳送的數據串都要進行二進制碼字的轉換，在轉換原理上還運用了跳頻的控制方式，對數字轉化后的信號，進行離散型處理，主要是把數字信號調節到統一的頻率上，并且還要進行時序調整，當數字信道處于空閑模式下，無線通信系統便要自動糾正當時處于的時區，對于BCH信號中夾雜著一些SCH無規則的離散信號時，便要通過數字調制解調器進行二進制的數字調制，對于離散型的信號還要進行濾波調整，使之傳輸的數據能夠在規定時間內到達基站。

在現代移動通信技術中，所用的調制技術都是采用連續的正弦波作為唯一的載波信號，正弦波包含了時間和頻率的正交變化關系，在信號傳送時間上采用的是離散的脈沖波形，間隔頻率隨著時間的變化而變化，這種方式的調制稱為脈沖調制，所謂的脈沖編碼調制，其原理為模擬信號的波形通過在傳輸信道相應波形的編碼后，轉變成時間和取值上離散的信號波形，其中在信號波形整合過程中包括對信號波形的抽樣、量化以及編碼。

2、脈沖編碼調制技術

抽樣信號頻率的取定范圍為fm，而現在抽取的頻率范圍為2fm，其取值為8000Hz，所以當抽取的信號頻率f≥2fm時，才能在終端系統上恢復原來的信號，當抽取的頻率f<2fm，則傳輸的信號會出現失真現象，一般監控系統中語音傳輸的頻率為300～3400Hz，而要抽取的信號頻率為8000Hz，中間周期間隔為125us，每秒抽取樣本的信號的次數為8000次，所以數據包壓縮上第一步就是對數據流量的抽樣。

量化階段是把抽樣所得的信號進行分段，然后把每段依次按順序排列，最后在坐標軸上以數據線形式的樣式表示出來，編碼是通過對量化后的數字信號進行相應的編碼，在計算機終端設備上一般的編碼方式為二進制編碼，量化后的信號仍然是模擬信號，取得的信號為中間信號的樣值，如果在信號數據矩陣中，把信號等分為6份，分別為△-3、△-2、△-1、△1、△2、△3則量化后的信號的幅值為△-3與△3相加的平均值。

編碼即用一組相應變化的二進制碼組來表示量化后的電平值，在移動通信技術中通常采用的是8位的PCM脈沖編碼的調制，主要是因為二進制碼組能夠重復再生，即使信號在傳輸信道中失真，通過終端設備中的拜訪位置寄存器可以恢復原來的代碼，并且這種編碼方式抗干擾能力強，對于Q個變化的電平之間的轉換模式，可以用k個二進制變化的碼組代替，使之完成電平跳變的轉換。

3、SDH雙向傳輸數據加密復用技術

在無線寬帶通信系統中，傳輸數據鏈路采用的是SDH雙向復用傳輸技術，加大了數據傳輸的穩定性以及安全性。在數據網路傳輸中，通常由A點傳輸至D終端，為了加大傳輸的穩定性，在通道傳輸上加大了保護環路。假設在C點位置處出現傳輸線路的堵塞，則會使傳輸的數據流無法達到的終端D處，所以在B處進行網路自愈，實現內部幀結構的調整。傳輸通道改為A，在B處進行轉至，再由B轉至A，實現內部雙向環路的控制結構，再有A轉至D最后到C，再由C進行外轉至D。這種網絡自愈功能將復接技術、復用技術以及交換技術融為一體，能夠在多方面實現網絡安全的控制，在傳輸比特幀結構上，采用STM—N的形式，以4的倍數為傳輸單元，幀結構的外在形式，以通道段開銷的模式進行劃分，每個比特幀結構為9×270×N的結構，每秒傳輸的網絡速率為155.52Mbit/s，對于4節復用的幀結構傳輸的比特速率為622Mbit/s。在局域網絡數據結構保護上，采用SDH單向通道保護環，實現網絡數據的轉至上穩定可靠的傳輸，在加密和解密功能上，采用編譯碼的形式。

三、無線寬帶通信系統在中小型水庫預警系統中的應用

1、監控系統準確性的提高

通過采用無線寬帶通信系統在水庫監控性能上有了明顯的改善，通過對水庫內水流量的信息采集以及蓄水量的統計使得網管員對水庫內的水位變化情況做好詳細的防汛工作。通信系統內的感應裝置能夠精確的監測水位幅度變化情況，傳統通信系統中由于無法及時感應到水庫內水位變化情況，推遲了最佳診斷期限，使得后期造成較大的洪澇災害。并且傳輸信息的延時性也明顯改善，使收集到的數據信息能夠在短時間內傳輸至終端設備處理器上，并且傳輸的數據信息的更加的穩定和安全，基于對脈沖編碼調制技術中，對傳輸數據信息的抽樣、量化及編碼過程，使傳輸的數據的穩定性有了可靠的保障。

2、SDH單向環路的應用

SDH單向環路是為了保障水庫防汛應急通信系統中，上級對下級指令下達信息的安全保證。傳統通信線路中由于采用有線的傳輸模式，由于單向傳輸模式容易遭受線路故障的困擾，數據信息無法準確的達到接收端，下級無法根據上級的指令做出正確的安排。SDH能夠對這種環境的適應度非常有效，假設傳輸的信息在線路中阻斷，便會采取網絡自愈功能，實現外部與內部完美的對接，傳輸的信息比特流不會在傳輸線路中出現丟失的現象，最終由內部轉至外部，到達終端服務器，下級會接收到上級水庫預警通信系統中的操作指令，合理安排執勤任務。

3、應急通信系統的實施

應急通信系統是在阻斷一切與外界通信系統的前提下，實施的一種通信系統，主要是為了防止突發性情況的發生。加密性能好，傳輸穩定性能高，適應環境強，并且周期維護方便。水庫信息加密方式上采用短碼、長碼以及Walsh碼，在水庫傳輸設備內添加了編碼器，當水庫的感應裝置采集到的信息流，流經至傳輸設備內，便會根據信息碼元的排列方式進行加密，編碼方式的可靠穩定性能強。其次便是防汛之間應急措施的對接，在通信健全模式上，加裝了大量的固定電話機，公網手機以及衛星手機，在保障通信線路暢通的前提下，利用無線通信網絡系統實現內部網絡的對接。進一步擴大網絡覆蓋范圍，監測水庫信息發上變化時，及時通知省級水利部門，然后通過群發短信的方式通知縣級各單位，及時采取應急措施，在組網模式上周期維護費用低，建立內部的集團網，采用SCDMA的組網模式，通信雙方能夠同時傳輸語音信息。

四、結語

通過對無線寬帶通信系統在中小型水庫預警通信的應用研究，使得在水庫后期應急措施上有完善的對接模式，為防汛工作奠定了良好的基礎。

參 考 文 獻

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