鐵水運輸動態監測系統無線通訊網設計

鐵水運輸動態監測系統無線通訊網設計

摘要：根據鐵水運輸系統的特點，設計了擴頻通信無線數據通信網，其實時傳送車輛位置數據的能力大大優于窄帶電臺組成無線網和利用GSM公用電話網傳送位置數據的GPS車輛監控系統，所設計的無線通信網能管理較多車輛，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，隨著寶鋼三期工程的建設實施，傳統的鐵水運輸調度系統已不能適應生產規模擴大的需要。建立新的鐵水運輸動態監測系統，以提高生產調度的安全性、生產效率、自動化程度和經濟效益具有十分重要的意義。

鐵水運輸動態監測系統采用了當今先進的DGPS定位技術、組合定位技術、地圖匹配技術、擴頻通信技術、計算機及網絡技術，以及地理信息系統技術、電子大屏技術等，解決了在鋼鐵廠內惡劣工業環境下，鐵路線上鐵水運輸車輛的定位跟蹤問題，使調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位置和狀態以及其他有關信息，便于及時、合理地進行生產運輸調度。

作為鐵水運輸動態監測系統的重要組成部分——無線通信網，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的正常工作。本文介紹的無線通信網已在寶鋼鐵水運輸動態監測系統中應用，通信系統工作正常，穩定可靠，效果良好。

1 無線通信網設計

1.1 系統要求

（1）在1.8km×2.3km的區域內，保證廠房內外的車輛與中心站之間實時通信；

（2）監測車輛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，不能對現在正在使用的其他通信設備產生干擾；

（6）抗干擾能力強，能夠保證在鋼鐵廠惡劣工業環境下的可靠通信，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車輛定位跟蹤系統中，無線數據的傳輸通常采用模擬電臺加調制解調器自行組網或通過公用移動電話來完成數據交換。在模擬電臺自行組網的數據傳輸系統中，由于模擬電臺的收發切換時間長（約200ms）、數據傳輸率低（通常為1200bps）、單位時間內傳輸的車輛位置數據較少，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，而且受公共移動電話網工作狀態影向較大，難以滿足安全性、可靠性、連續性、經濟性的要求。若采用GSM短消息的方式發送位置數據，其數據傳送的實時性將無法保證。

根據現場實際情況和系統要求，擴頻通信技術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產生干擾。（3）可以實現碼分多址，頻帶利用率很高。（4）抗多徑干擾，可以克服鋼鐵廠環境下嚴重的多徑干擾對無線數據通信可能造成的影響。（5）無線數據傳輸速率高，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點。

1.3 無線通信網組成

鐵水運輸動態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。車輛工作區域有相當一部分在廠房內，受通信屏蔽的影響較大，有些廠房內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射功率。為了保證系統中心站與車輛間無線數據通信可靠，在工作區內設有5個中斷站，負責車輛與中心站間的信息轉發。在3個通信屏蔽的廠房內高有3個中轉臺，負責廠房內的車輛與中斷站間的信息轉發。

中心站位于生產管制中心，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。車載設備和轉臺采用3dB全向天線。

系統無線通信網由中心站、中繼站、中轉臺和車載設備構成，如圖1所示。

2 設備選型和設計

2.1 擴頻通信機選擇

在鐵水運輸動態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組成無線通信網。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，也可作為轉發器或hub來應用。其主要技術指標如下：

（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（不包括天線增益）為130dB。其中，擴頻增益為12dB；

（5）發射功率最

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