无线宽带通信系统在中小型水库预警通信中的应用探讨

康炳迁

【摘要】 中小型水库在预警通信系统中采用400M的传输带宽，在组网模式上采用SACS独立组网方式，数据信息编码方式上采用walsh矩阵的方式，利用模2加运算原理。在基站切换方式上采用软切或最软切换，寻找强度信号最优的基站。在调制方式上采用数字调制技术以及脉冲编码调制技术，保证预警通信系统安全稳定的运行。

【关键词】 无线宽带 400M 组网模式 walsh矩阵

随着信息技术的不断发展，对中小型水库预警通信系统的建设采用无线宽带传输模式。传统应用模式上采用有线的传输模式，并且传输的信息带宽较低，使得传输的信息流无法达到终端处理器上。而现代采用的技术能够实现信源发射设备与信宿接收设备完美的对接，从而保证传输信息的有效性。

一、无线宽带系统的组成模式

1、水库组网系统

中小型水库在预警通信系统中采用400M的无线传输带宽，覆盖范围能够达到几千米的覆盖距离，在一定程度上将各种水库的告警信息汇聚到传输系统中，进行数据信息的收集与处理。为了保证各个水库通信系统之间的独立性无线宽带通信系统在中小型水库预警通信中的应用探讨，采用了SACS模式的组网结构，保证传输信道内的数据业務与语音业务之间的有效性，其中在数据传输系统中，组网结构模式的划分可分为信源、信源编码器、加密器、信道编码器、数字调制器、信道、数字解调器、信道译码器、解调器、信源译码器以及信宿十一部分组成，具体操作流程如图1所示，实现了水库网管员对专属水库的管理。其中信息源将收集水库感应装置的数据，在传输装置内进行加密，加密采用的编码序列有短码、长码以及Walsh码。短码序列所固有的周期为2^15—1，而长码序列所固有的周期为2^64—1，在传输信道内的共有的偏置数为512，在预警加密性能扇区上同一扇区的PN短码相同，对相邻扇区内信道的PN短码的偏置数不同。短码序列中的最小的偏置量为64bit，相当于8个英文字节的长度。而Walsh码采用矩阵的方式进行有效的加密，矩阵采用数字电路中与或非的逻辑运算顺序，相异为1，相同为0，然后得出的矩阵数即为加密的码片。编码器以及调制器主要用在交换系统中，在交换数据信息上能够实现有效的对接。

2、水库组网结构

按照水库无线宽带通信系统的组成模式，可分为骨干网部分、终端接入部分、互联网传输部分以及宽带基站部分。其中骨干网部分为整个宽网接入网络的核心重要组成部分，如图2所示：包括PSTN（电路交换网络）、SAC终端用户服务器、车载视频服务终端以及数据业务接入终端。PSTN是一种传统的电路交换系统，在现代无线宽带系统中早已被淘汰，但为了实现终端服务器与网管之间的有效对接，便采用了PSTN的对接模式，利用模式信号传输信息，这种信息占有的带宽较窄，一般4k就能满足实际的需要。SAC终端用户服务器采用软切换的方式，使SAC内部的数据业务和语音信令完成彼此之间的交换，主要是因为SAC系统中包含有BTS和BSC的部分数据信息。

软切换与硬切换相比而言，不仅数据丢失的可能性大幅度降低，并且数据的可靠性也有了稳定的保证，当传输的数据信息与终端接收信台内的数据不一致时，便采取预警措施，提醒网管员对传输的数据信息进行监测，硬切换方式话音信息的丢失性大，当接收端服务器没有接收到临近基站的发射信号，便切断其通信线路，造成话音信息无法进行有效的传递，使其接收端无法对临站的网管员进行有效的对接。采用软切换便摒弃了这一弊端模式的存在，在使用软切换过程中，会随着基站的信号强度逐渐进行切换，当终端服务器在移动过程中，会搜寻不同基站的发射的功率信号，当服务器靠近某一基站，导频功率和总功率的比值很大时，便会自动切换到信号强度大的基站内，实现话音信息的有效对接。视频服务平台是将水库监控系统内拍摄的视频进行录制、存储以及传输至终端服务器内，在录制过程中保证拥有足够大的传输带宽，在无线宽带通信系统中传输的信息带宽能达到400M，使录制的视频信息能够有效的存储。

网络互联接入部分是根据OSI的参考模型进行划分，分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层以及应用层。网络端口的连接是基于TCP/IP协议和AAA认证提供分组对接，TCP属于OSI参考模型中的传输层的应用协议，而IP协议属于网络层协议。AAA认证包括登录信息的鉴别、授权以及计费三种状态。

二、无线宽带通信的核心技术

1、数字调制技术

无线通信技术在数字调制上采用的是0.3GMSK，其中运用了高通滤波器的传输效率与信道带宽之间的关系，主要是通过上下载频之间的差值来压缩传输的数据信号，然后通过数字0和1将这种数字信号以正弦波的形式表达出来，使得能够更加充分的适应传输的带宽，数字在编码调制方式上采用的二进制数字调制，包括0和1码型的变换，表示传送信号的高低电平的变化，其中0表示低电平，1表示高电平，一般传送的数据串都要进行二进制码字的转换，在转换原理上还运用了跳频的控制方式，对数字转化后的信号，进行离散型处理，主要是把数字信号调节到统一的频率上，并且还要进行时序调整，当数字信道处于空闲模式下，无线通信系统便要自动纠正当时处于的时区，对于BCH信号中夹杂着一些SCH无规则的离散信号时，便要通过数字调制解调器进行二进制的数字调制，对于离散型的信号还要进行滤波调整，使之传输的数据能够在规定时间内到达基站。

在现代移动通信技术中，所用的调制技术都是采用连续的正弦波作为唯一的载波信号，正弦波包含了时间和频率的正交变化关系，在信号传送时间上采用的是离散的脉冲波形，间隔频率随着时间的变化而变化，这种方式的调制称为脉冲调制，所谓的脉冲编码调制，其原理为模拟信号的波形通过在传输信道相应波形的编码后，转变成时间和取值上离散的信号波形，其中在信号波形整合过程中包括对信号波形的抽样、量化以及编码。

2、脉冲编码调制技术

抽样信号频率的取定范围为fm，而现在抽取的频率范围为2fm，其取值为8000Hz，所以当抽取的信号频率f≥2fm时，才能在终端系统上恢复原来的信号，当抽取的频率f<2fm，则传输的信号会出现失真现象，一般监控系统中语音传输的频率为300～3400Hz，而要抽取的信号频率为8000Hz，中间周期间隔为125us，每秒抽取样本的信号的次数为8000次，所以数据包压缩上第一步就是对数据流量的抽样。

量化阶段是把抽样所得的信号进行分段，然后把每段依次按顺序排列，最后在坐标轴上以数据线形式的样式表示出来，编码是通过对量化后的数字信号进行相应的编码，在计算机终端设备上一般的编码方式为二进制编码，量化后的信号仍然是模拟信号，取得的信号为中间信号的样值，如果在信号数据矩阵中，把信号等分为6份，分别为△-3、△-2、△-1、△1、△2、△3则量化后的信号的幅值为△-3与△3相加的平均值。

编码即用一组相应变化的二进制码组来表示量化后的电平值，在移动通信技术中通常采用的是8位的PCM脉冲编码的调制，主要是因为二进制码组能够重复再生，即使信号在传输信道中失真，通过终端设备中的拜访位置寄存器可以恢复原來的代码，并且这种编码方式抗干扰能力强，对于Q个变化的电平之间的转换模式，可以用k个二进制变化的码组代替，使之完成电平跳变的转换。

3、SDH双向传输数据加密复用技术

在无线宽带通信系统中，传输数据链路采用的是SDH双向复用传输技术，加大了数据传输的稳定性以及安全性。在数据网路传输中，通常由A点传输至D终端，为了加大传输的稳定性，在通道传输上加大了保护环路。假设在C点位置处出现传输线路的堵塞，则会使传输的数据流无法达到的终端D处，所以在B处进行网路自愈，实现内部帧结构的调整。传输通道改为A，在B处进行转至，再由B转至A，实现内部双向环路的控制结构，再有A转至D最后到C，再由C进行外转至D。这种网络自愈功能将复接技术、复用技术以及交换技术融为一体，能够在多方面实现网络安全的控制，在传输比特帧结构上，采用STM—N的形式，以4的倍数为传输单元，帧结构的外在形式，以通道段开销的模式进行划分，每个比特帧结构为9×270×N的结构，每秒传输的网络速率为155.52Mbit/s，对于4节复用的帧结构传输的比特速率为622Mbit/s。在局域网络数据结构保护上，采用SDH单向通道保护环，实现网络数据的转至上稳定可靠的传输，在加密和解密功能上，采用编译码的形式。

三、无线宽带通信系统在中小型水库预警系统中的应用

1、监控系统准确性的提高

通过采用无线宽带通信系统在水库监控性能上有了明显的改善，通过对水库内水流量的信息采集以及蓄水量的统计使得网管员对水库内的水位变化情况做好详细的防汛工作。通信系统内的感应装置能够精确的监测水位幅度变化情况，传统通信系统中由于无法及时感应到水库内水位变化情况，推迟了最佳诊断期限，使得后期造成较大的洪涝灾害。并且传输信息的延时性也明显改善，使收集到的数据信息能够在短时间内传输至终端设备处理器上，并且传输的数据信息的更加的稳定和安全，基于对脉冲编码调制技术中，对传输数据信息的抽样、量化及编码过程，使传输的数据的稳定性有了可靠的保障。

2、SDH单向环路的应用

SDH单向环路是为了保障水库防汛应急通信系统中，上级对下级指令下达信息的安全保证。传统通信线路中由于采用有线的传输模式，由于单向传输模式容易遭受线路故障的困扰，数据信息无法准确的达到接收端，下级无法根据上级的指令做出正确的安排。SDH能够对这种环境的适应度非常有效，假设传输的信息在线路中阻断，便会采取网络自愈功能，实现外部与内部完美的对接，传输的信息比特流不会在传输线路中出现丢失的现象，最终由内部转至外部，到达终端服务器，下级会接收到上级水库预警通信系统中的操作指令，合理安排执勤任务。

3、应急通信系统的实施

应急通信系统是在阻断一切与外界通信系统的前提下，实施的一种通信系统，主要是为了防止突发性情况的发生。加密性能好，传输稳定性能高，适应环境强，并且周期维护方便。水库信息加密方式上采用短码、长码以及Walsh码，在水库传输设备内添加了编码器，当水库的感应装置采集到的信息流，流经至传输设备内，便会根据信息码元的排列方式进行加密，编码方式的可靠稳定性能强。其次便是防汛之间应急措施的对接，在通信健全模式上，加装了大量的固定电话机，公网手机以及卫星手机，在保障通信线路畅通的前提下，利用无线通信网络系统实现内部网络的对接。进一步扩大网络覆盖范围，监测水库信息发上变化时，及时通知省级水利部门，然后通过群发短信的方式通知县级各单位，及时采取应急措施，在组网模式上周期维护费用低，建立内部的集团网，采用SCDMA的组网模式，通信双方能够同时传输语音信息。

四、结语

通过对无线宽带通信系统在中小型水库预警通信的应用研究，使得在水库后期应急措施上有完善的对接模式，为防汛工作奠定了良好的基础。

参 考 文 献

[1] 崔鸿雁，崔文龙，刘宝玲. 宽带无线通信技术[M]. 北京：人民邮电出版社，2008

[2] 温斌，林波，等. McWill宽带无线接入技术及应用[M]. 北京：人民邮电出版社，2009

[3] 王兴亮. 现代通信技术与系统[M]. 北京：电子工业出版社，2008

[4] 李文峰，等. 现代应急通信技术[M]. 西安：西安电子科技大学出版社，2007

[5] 郑祖辉，等. 数学机群移动通信技术[M]. 北京：电子工业出版社，2008