第06章 交通通信

第六章交通通信系统本章主要介绍几种先进的通信技术以及通信技术在交通中的应用。在介绍各种通信技术之前，先看一下通信系统的基本组成。完成信息传输任务的系统称为通信系统。任何通信系统都是由发射机、接收机和信道三个基本部分组成的，如图6-1。在发送端，首先把待发的消息转换为信号，再通过发射机将信号送入信道。信道指的是信号传输的通道，在有线电话系统中信道就是导线电缆，在无线电通信系统中信道就是大气空间。在接收端，把接收到的信号进行放大处理，最后转换为消息。所以，一个通信系统的工作过程，主要是包括消息与信号的转换、信号的处理和信号的传输等过程。在这个过程中需要编码技术和传输技术等，我们不需要详细的了解。图6-1通信系统模型移动通信技术移动通信用于交通在现代化的交通管理中，为了及时的传递各类交通信息，在交通管理中心设有中心指挥台，各类车辆及执勤人员配备通信机，实现交通移动通讯。用于移动通信的通信机，大体上可分为携带台、车载台、基地台（总台）：（1）携带台体积小，重量轻，携带方便，供交通民警短距离间相互联络以及现场指挥、调度和向基地台汇报情况、接收指示。（2）车载台功率较大，装在交通指挥车上，可在较大范围内对车辆、停车场、道路进行交通疏导，并根据交通指挥中心基地台的指令，现场处理交通事故和其他突发案件。（3）基地台功率大，可覆盖范围较大，它主要根据全区交通情况，指挥所属用台及时处理交通事务。为便于统一指挥，使通信畅通，各种无线电台可组成很多形式的通信网。按系统的构成可分为两大类：一种是移动无线通信网，它是一种散射状专业移动网，结构比较简单，且仅仅涉及无线通信技术，采用选择性呼叫技术，基本上能适应交通指挥的需要。一种是蜂窝状移动无线电话网，这种系统结构复杂，要用有线和无线通信两种技术，并应用微处理机以扩大通信网的功能。移动通信的发展及分类移动通信是指至少有一个移动端的无线电通信。它可以满足人们随时随地不受任何限制进行通信的要求。移动通信是七十年代通信领域里三大新兴业务之一，随着人们生活水平的提高以及社会活动日益频繁，个人生活的范围也相当广泛和丰富，因此对通信也提出了相应的要求。人们已不能满足固定点之间的通信，希望在任何时间、任何地点都能使用通信进行联系。移动通信的发展已有几十年的历史，早在1929年，美国的纽约港口就实现了海岸与船舶之间的无线电通信。五十年代出现超小型电子管之后，移动通信系统进入了普及阶段。六十年代以来，晶体管出现后，移动通信则向体积小、重量轻、功耗低等方向迈进。七十年代以来，由于高频大功率管的出现以及大规模集成电路技术的发展，移动通信系统向着自动化、大容量等方向发展。八十年代以来，经济飞速发展，整个社会处于信息时代，高频元件、集成电路技术和电子计算机及微处理机技术的新成就，加上长期以来研究城市环境中特高频电波传播特性所取得的成果，为移动通信的进一步发展创造了条件。移动通信收发设备向着小型化和低功耗方向发展，而移动通信系统则向公用化、自动化，高性能，多功能化方面发展。移动通信自20世纪90年代以来进入了大发展阶段，全球用户数每20个月翻一番，目前全球用户数已经超过7亿，到2001年底估计要突破10亿。我国移动用户也在高速增长，从发展之初到1000万户，用了10年时间。2001年第一季度就已成为世界上突破1亿大关的第二个国家，从1000万户到1亿户，只用了不到4年时间，创下了世界之最。最近的统计数字表明，2001年7月底，我国移动通信用户达到1.206亿户，超过美国1.201亿户而跃居世界第一。目前第三代移动通信已成为移动通信领域的研究热点，由于移动通信在信息时代的重要地位，发达国家的政府及电信制造商和运营商均积极参于标准制订和研发工作，并提出了多种无线传输技术方案以期占据竞争的有利位置。北美在CDMA移动通信方面具有良好的研究基础和运营经验，因此他们在较短的时间内便推出了第三代移动通信系统标准CAMA2000。面对移动通信技术不断更新，政治环境的变化，发达国家的政府、运营、产业、研发等各方面都积极的作好了准备，这必将促进第三代移动通信在全球的应用，也为我国如何统筹第三代移动通信的发展策略，如何在第二代基础上平滑演进，少走弯路提供了很好的借鉴。移动通信分类的方法很多，如按其系统构成来分，可分为两大类。一类称为移动无线通信，一般的专业移动通信网大都属于此类。另一类称为移动无线电话，这类系统在陆地上又称公共汽车电话系统，此类系统可以纳入国家通信网实现有线与无线转接。按其活动范围来分，可分为三类，即航空移动通信、海上移动通信、陆上移动通信。航空移动通信和海上移动通信所处的空域或海域的电波传播条件优越，沟通通信比较容易。而陆上则由于地形地物的影响，电波传播条件比较复杂。按载体速度移动通信可分为：（1） 低速载体速度对电波传播没有影响，如人携带、船载等，目前发展较快的有两种，一是调度电话，主要用于大的工地，港口，码头等。二是寻呼通信（也称袖珍铃）。（2） 中速载体对电波产生一定影响，造成快速衰落。如汽车电话、火车电话等。（3） 高速载体的速度对电波的传播产生多普勒效应。主要用于宇宙和航天通信。移动通信系统的组成移动通信系统由移动通信交换局、基地站、移动台及局间和局站间的中继线组成，它是一个有线、无线相结合的综合通信系统。移动台与基地站、移动台与移动台之间采用无线传输方式，基地站与移动通信交换局之间则一般以有线方式进行信息传输。移动通信交换局与基地站担负信息的交换和接续以及对无线频道的控制等。基站与移动台都设有收发信机，收发信共用装置和天线、馈线等。每一个基站都有一个由发信功率与天线高度所确定的地理覆盖范围，称为（基台）覆盖区，由多个覆盖区组成全系统的服务区，利用这样的通信系统，人们就可在行动中与其通信对象进行通信。移动通信的特点搭载在高频电磁波上的信号在运动物体间的传播给移动通信带来一系列特点：（1）移动通信是一个无线通信网，或严格地说，是一个无线与有线相结合的通信网。因而对移动电台的要求为体积小、重量轻，成本低。另外，移动电台往往是用户（非技术人员）直接操纵，从人类工程学的角度考虑，外形要美观，操作使用要方便、安全。（2）电波传播有严重的衰落现象：移动台因受到城市高大建筑物的反射、阻挡，电离层的散射，同时又处于迅速运动之中，所以收到的电波随着时间和地点而迅速变化。移动台同时接收直射波和从各种途径来的反射波、散射波（称多径效应），这种合成波的幅度与相位都是随机的，其幅度是瑞利分布，而且相位在［0,2n］域内均匀分布，因此出现严重的衰落现象。当移动台处于高速运动状态时，加快了衰减现象。据分析，移动通信的最大衰落可达30dB左右，这就要求移动台具有良好的抗衰落能力。（3） 远近效应：移动通信是在运动中进行通信，大量移动台之间会出现近处移动台干扰远处移动台的通信，一般要求用中继站进行功率平衡，并对移动台的发射机进行功率调整。同时，因通信距离迅速改变，移动台的收信机应有良好的自动增益控制。（4） 多普勒效应：通信双方中任一方的运动速度超过一定数值后，收到的载波频率将随运动的速度产生明显频移。当频率增高，移动速度加快时，多普勒效应就格外明显。移动台受到的干扰大：因移动台通信环境变化很大，很可能进入强干扰区进行通信。再则移动台附近的发射机也可能对正在通信的移动台形成强干扰，如果信道间隔为25Hz，贝I」很可能邻道干扰电场强度会比有用电场强度高90dB。当汽车在公路上行驶，本车和其他车辆的噪声干扰也相当严重。这就要求移动通信应具有很强的抗干扰能力。阴影区(盲区)：移动台进入某些特定区域，因电波被吸收或反射而收不到信号。以上我们介绍了移动通信的相关内容，移动通信是通信的一个重要业务之一，它的发展与进步是通信技术发展的关键之一。21世纪通信建设发展趋势有两个明显标志：一是固定与移动会聚FMC(FixedMobileConvergence)二是有线与无线结合WWI(Wireline-WirelessIntegration)。固定通信固然要继续发展，向大容量传输和大容量通信网发展，但移动通信也要加快步伐向前迈进，两者相紧密配合，以获取最大成效。所以说，通信建设的一个明显标志是“固定与移动会聚”。固定通信依靠有线线路，特别是光纤；移动通信必须利用无线线路，主要是微波。有线与无线各有特定的用途，不能任意替代，但两者应用又必须互相妥善配合，才能取得最好的效果。所以说，通信建设的另一个标志是“有线与无线结合”。下面详细介绍光纤通信，卫星通信。最后介绍专用短程移动通信在交通中的应用。光纤通信技术陆化普142-152光纤通信是以光波为载频，以光纤为传输媒质的新型通信方式，其应用规模之大，范围之广，涉及学科之多，是以往任何一种通信方式所未有的。光纤通信采用的载波位于电磁波普的近红外区，频率非常高(1014~1015Hz)，因而通信容量极大。现在，光纤通信的新技术仍在不断涌现，诸如频分复用系统、光放大器、相干光通信、光孤子通信的发展，预示着光纤通信技术的强大生命力和广阔的应用前景。光纤通信技术的发展过程从1970年至今，光纤通信的发展速度远远超过了人们的预计，光纤通信系统经历了五代的发展，使通信容量增加了好几个数量级。第一代：第二代：第三代：第四代：目前：光纤通信系统的基本构成光纤通信的优点及应用卫星通信技术卫星通信，是指利用人造地球卫星作为中继站来转发或反射无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。这里地球站是指设在地球表面(包括地面、海洋和底层大气中)上的无线电通信站。而用于实现通信目的的这种人造地球卫星称为通信卫星。卫星通信是宇宙通信形式之一。卫星通信系统的发展其发展过程大致经历了以下两个发展阶段：第一阶段：第二阶段：卫星通信系统的构成卫星通信系统的特点以及应用专用短程移动通信在交通中的应用专用短程移动通信(DSRC,dedicatedshortrangecommunication)是将数字信号进行调制，由天馈线在路面通信站和运动车辆之间来回传播，车辆至地面站的信号传送称为“上行”，地面站至车辆的信号传送为“下行”。全部信号的编制、发射、接收、处理、存储和转送均由双方的微处理器按专用软件控制并操作硬件执行。DSRC是ITS的基础，是一种无线通信系统，它通过信息的双向传输将车辆和道路有机地连接起来，主要是用来控制车辆运动和征收通行费。控制车辆运动包括对运行车辆位置和方向的测定，对车辆纵向和横向运动速度的控制等。电子收费需要在车辆运动过程中查明车辆型别、进出高速公路的站号，并将计算出的应邀通行费额通知给用户。完成这些工作都需要在路测固定通信站与运动车辆多次交流数据，只有高可靠性的移动通信才能满足这些要求。支持车—路旁通信的方法之一为短距离信标。信标提供短程通信并可在有限的频谱上以高速转发数据。根据设计，信标可用于单向周期性广播、双向广播和接收，或者双向点对点通信。除了车辆定位和导航，信标也可用于许多其他应用，例如电子收费，车辆自动识别、商业车辆运营（CVO,CommercialVehicleOperation）,交通管理和车一车的相互通信。车一路旁的信标类型有三种：（1）定位信标；（2）信息信标；（3）单独通信信标。定位信标发送信号以确定其位置、地