广播电视高山台站监控设备数据有线通信和无线通信

2023-09-21大连老白山微波站邸斌

卫星电视与宽带多媒体 2023年17期

■大连老白山微波站：邸斌

广播电视高山台站一般所处农村等偏远地区，多建在高山上，主要承担广播电视节目的传输和覆盖。不仅是出于宣传的需要，还是一项重要的民生工程。高山台站顺应地势而建，占地面积小，各类设备机房、工作区、休息区，间隔少则几米，多则几十千米。因此对于每个设备的数据采集传输要因地制宜，选择最佳的方案。

数据通信的定义为，一种新的通信方式，由通信技术和现代计算机技术结合而成的通信方式。要在两个不同的地点传输信息，一定要具备传输信道，根据传输媒体的不同，把数据通信分为有线数据通信与无线数据通信。两种通信方式都是经过传输信道把终端数据设备与计算机联结起来，这样就使不同地点的终端数据设备实现软件、硬件以及信息资源的共享。

1. 有线通信基本概念及技术原理

有线通信，普遍意义上来说有线通信是指有线电信，人们把借助线型、管型金属导线和光纤等有形媒质传递信息的技术方式称为有线通信，把声音、图像和文字信息转化为光和电信号进行传输。有线通信系统主要由终端设备、传输设备和交换设备共同组成。在信息传输过程中，传输设备会将信号传输至交换设备，由其实现光电转换，再将转换后的信号传输至终端设备，终端设备接收到这些电信号后，通过编解码设备对信号进行翻译，最终获得相应的信息。现阶段有线通信的使用成本通常比较高，其中技术成本主要是通信设备，占比较大；服务成本是传输媒介公司的服务费用，占比较小。有线通信技术依赖于有形媒体，通过实体介质传输信号，使信息的传输更加安全、稳定、快速，不易受外部干扰，服务质量更高，同时也受到有形媒体的制约。有线通信设备产生的辐射极其微小，更有益于人类的身体健康。有线通信设备使用中不容易出现故障，偶尔出现故障，通过及时对传输数据进行校验，可以快速解决，有效地保护信息，从而避免了信息的丢失。有线通信一直在人们的生活中占据着十分重要的地位，尤其是那些要求通信质量高的客户（比如科研部门、军队等），有线通信技术是更好、更优、更安全的选择。现阶段主要应用的有线传输介质包括同轴电缆，双绞线和光纤等，如图1所示。

图1 有线通信组网结构

1.1 有线传输介质简介

（1）同轴电缆，是两个同心导体，导体和屏蔽层，同是一个轴心的电缆，用于点到点连接，或者多点之间连接。同轴电缆按功能分为基带同轴电缆以及宽带同轴电缆。基带同轴电缆50欧姆阻抗，用于数字信号传输；宽带同轴电缆75欧姆阻抗，可以传输模拟信号或数字信号，用于百米以上设备之间的信号传输。

（2）双绞线，由两根绝缘保护的铜导线互相绞在一起组成，用于点到点连接，也可用于多点连接。可用于传输模拟或数字信号，安装方便、布线灵活、价格低廉。双绞线的信道宽度，传输距离和数据传输速度是有局限性的，常用作短程传输介质。

（3）光纤，是由玻璃或者塑料制成的纤维，利用光的全反射原理传递信息的工具。光波作为信息载体，光导纤维作为传输媒介。光纤体积小、重量轻、衰减小、容量大、传输远、抗电磁干扰能力强，用于500米以上距离的信息传递。

1.2 有线通信技术的实际应用

人类产生之初通信就伴随而来，那时人与人之间的通信是肢体语言，是通过身体感知器官接收和发送信息。随着科技的进步，逐渐产生了现代的通信技术。1839年摩尔斯发明了有线电报，从此以电信号作为载体的通信技术应运而生，开启了人类信息交流的新篇章。1876年美国人贝尔成为了电话之父，人们的声音可以在电线上传播。有线电话历经人工交换机、步进制电话交换机、纵横制自动电话交换机、存储程式控制交换机，现已步入数字交换的新时期。进入80年代，计算机技术逐渐成熟，并大规模运用到日常生活中。随之，计算机网络技术也突飞猛进的发展，并诞生了强大的互联网技术（internet）。随着互联网技术的蓬勃发展，计算机相互之间的数据通信需求飞速增长，人们通信传输的主要内容已从语音转移到计算机数据通信，这些数据包括声音、视频、图像等信息。同时传输媒介也历经了同轴电缆、双绞线和光纤。最近几十年，光纤以低廉的成本、超大的容量、超高的速率，被广泛应用于城市之间的数据通信网络中。光通信网络系统中，电子设备响应慢，限制了光纤通信的优势。因此逐步向全光网络发展。全光网络中，无须光电转换，各种编码形式和协议可以存在，实现了客户信息透明传输，全光网络是各国通信研究的技术热点。

2. 无线通信基本概念及技术原理

无线通信是指利用电磁波信号能够在自由空间中传播的特殊性质，用来进行信息交换的通信方式。无线电技术原理指的是通过导体中的电流强弱发生改变时，就会产生无线电波。借助这一现象，经过信号调制可以将信息加载到无线电波之上。当经过空间传播的电波抵达收信端时，电波所引起的电磁场的改变又会在导体中产生电流。此时经过信号解调将信息从变化的电流中提取出来，便可以实现数据、图像、声音等信息的传递。电磁波的传播方式分为直线传播即沿地面和四周传播以及靠大气层中电离层的反射传播。电磁波能够在空气、水、固体中传播，无须介质，传输速度快，传播范围广。所以无线通信技术不受地理环境限制，可以使用各种波长的电磁波进行通信，目前人们多采用微波、红外线和激光等。

2.1 无线传输介质

（1）微波，是指频率为300MHz ～300GHz的电磁波，是一种定向传波的电磁波。微波数据通信系统主要分为地面系统和卫星系统。地面微波传送的距离一般只有几十千米，因此相隔几十千米就要建微波中继站。卫星微波是借助通信卫星作为中继站，在两个或多个地面站之间通信或者两个和多个移动体之间建立微波通信联系。微波通信受天气影响大，抗电磁干扰性也较差。

（2）红外线，是指频率介于可见光与微波之间的电磁波，是一种不可见光，波长在760nm--1mm之间。我们平时使用的家电遥控器几乎都是利用红外线作为传输介质。红外线局域网采用小于1mm波长的红外线作为传输媒体，有较强的方向性，但受太阳光的干扰大，对非透明物体的透过性极差，这导致传输距离受到限制。

（3）激光，激光束也可以用于在空中传输数据。和微波通信相似，至少要由两个激光站组成，每个站点都拥有发送信息和接受信息的能力。激光技术需要无障碍地直线传播。

2.2 无线通信的技术应用

1896年，意大利人马可尼发明了无线电报，实现了人类历史上首次无线电通信。至此，人类通信技术开辟了一个崭新的领域。20世纪以来，无线通信技术从长波、短波、超短波、中波、分米波、毫米波、微波发展到激光。1946年，贝尔实验室制造出了世界上第一部移动通讯电话，1973年摩托罗拉公司的工程师马丁库帕发明了手机，从此移动通信历经了从1G到5G的高速发展阶段。随着时代的进步，计算机和互联网技术的广泛使用，人们随时随地，无时无刻，需要与外界保持联系和交换信息。无线通信技术也不再局限于传统的语音通话方面，已经全方位渗入到生活工作之中，视频通话、网络通信、数据交换、数字电视等领域都有无线通信技术的涉足。人们只需要一个固定或者移动的终端设备，在任何时间、任何地点都可以享受无线通信技术带来的便利服务（视频通话、数据交换、图像传真等）。无线通信领域各种技术有着自己的特点，例如Zig-Bee技术拥有成本低、功耗低、网络容量大、安全等特点。蓝牙技术，具有开放性强、移植性强等特点。不同的技术特点取长补短，充分发挥作用。无线通信不受地区和条件的限制，也不需要太多的物理介质和设备，非常方便人们的生活和生产。随着技术的不断发展和进步，应用领域也在不断扩大。如今常见的无线通信技术主要包括如下：

（1）Zig-Bee，是应用于低速率和短距离条件下的无线通信技术，基于IEEE802.15.4标准，主要用于功耗低，传输速率不高的电子设备之间的数据传输。Zig-Bee高可靠，网络容量大，通讯距离75m到几公里，可以嵌入各种设备，广泛应用于物联网产业链中工业现场自动化、移动POS终端、智能交通等领域。

（2）蓝牙(Bluetooth)，是一种无线通信技术，支持设备短距离（10m内）无线语音和数据通信。实现点对点或一点对多点的无线数据和声音传输，使用2.4～2.485GHz的ISM波段的UHF无线电波，可以在移动电话、笔记本电脑、无线耳机等便携移动设备和计算机设备之间进行无线信息交换。

（3）Wi-Fi，移动热点，是基于IEEE 802.11标准的无线局域网技术，通过无线电波联网。Wi-Fi技术传输的通信质量不大好，数据安全性一般，但传输速度非常快，覆盖范围几十米甚至百米。几乎所有的电脑、智能手机以及外围设备都支持Wi-Fi上网，它是当今社会使用最广泛的无线网络传输技术。

（4）超宽带（UWB），是一种短距离无线通信技术，利用极短的脉冲信号作为基础，通过大宽带的频谱进行数据和信息传输。超宽带的频谱宽、定位精准、抗干扰性好，经常用于高精准定位、雷达探测以及高速率数据传输领域。

（5）近场通讯（NFC），是一种新的近距离通信技术，使用非接触式射频识别技术，结合无线连接技术，在互相靠近的情况下（通常距离10cm内）进行数据交换以及电子设备身份识别。目前多用于移动支付、电子门禁、身份识别、防伪以及电子票务等领域。

（6）GPRS/CDMA，是数字移动通信技术。GPRS是通用分组无线业务的简称，在GSM技术基础上发展而来的，GPRS是介于2G和3G中间的技术，常被叫作2.5G，核心是时分多址（TDMA）。CDMA是第三代移动通信技术（3G），相比GSM（2G），CDMA安全性更好、容量更大、抗干扰性更强，CDMA的核心是码分多址。

（7）数传电台（radio modem），又叫作无线数传模块。利用数字信号处理技术（DSP）以及无线电技术，实现高性能数据传输的电台。数传电台用作通信媒介，可像双绞线、光纤、微波一样，具有自己的适用范围。数传电台具备数话兼容、成本低、安装维护方便、绕射能力强、组网结构灵活、覆盖范围远、数据传输实时性好、稳定性好等特点，适用于多点分散，地理位置偏远、环境复杂的场合。数传电台能够连接RTU、PLC、数据采集器、GPS接收机等多种数据终端设备，广泛应用在物联网监控和数据采集方面。

（8）无线网桥，既是无线网络的桥接，利用无线射频技术和有线网桥技术，能够无缝连接相隔几十千米的局域网络。无线网桥的架设结构分为点对点方式、中继站方式、点对多点方式。无线网桥架设容易，扩容方便，维护简单，传输质量可靠，在特殊的地理环境下使用更能突出其特点。

（9）卫星通信，是指在地球上，借助人造地球卫星为中继站进行的通信，可以实现两个或者多个地球站之间通信。卫星通信系统由地球站和卫星两部分构成，是地面微波通信的继承和发展。卫星通信传输距离远、质量高，通信容量大，覆盖面积广，可靠性强，广泛地应用在人们的生活中。

图2 无线通信组网结构

3. 有线通信和无线通信的优缺点比较

有线通信优点：信号可靠具备一定保密性，稳定性高不易受到攻击，带宽足够大，传输速率快，衰减小，抗干扰性强；有线通信缺点：施工难度大费用高，需要布线，扩展性较弱，不方便移动，维护成本高，受环境影响较大。

无线通信技术自身有很多优点，不需要建立物理线路，不受地理和环境限制，方便携带和移动，能够在移动状态下进行通信，施工难度低，维护成本低，对抗环境变化的能力较强，扩展性强，但无线通信设备抗干扰较弱，传输速率较慢，容易受到攻击，带宽有限，传输距离也有限。

4. 有线通信与无线通信的融合发展

综上所述，有线通信的优势为信息传递安全，准确性高。无线通信的优势为信息传递路径架设方便，费用低。把有线通信和无线通信结合使用，使其各自的优势互补，既保证信息传递的高精度，又享受使用的低成本，这将是各个领域未来通信的发展方向。随着人们生活质量的提高，单一的通信业务已经满足不了人们的要求，我们希望更多的媒体方式加入信息互动，这就提升了人们对通信传输技术的要求，未来的网络信息传输技术必将朝着宽带化和智能化发展。