跳频技术与直频技术的应用分析

发布: 2010-10-20 00:52 | 作者: | 来源: | 字体: 小中大

相关专题：无线

跳频技术与直频技术的应用分析
    在集装箱码头的计算机管理系统中，实行真正的实时化才能确保集装箱管理
的准确率。作为新的信息传输技术，扩频通信具有较强的抗干扰能力和保密性能。
许多港口、码头堆场将其投入集装箱的管理中。本文阐述了扩频跳频技术在集装
箱码头环境中的应用，并将跳频和直频技术进行分析比较。无线网络通信技术的
发展日新月异，2.4G扩频通信技术已开始广泛应用于各项领域之中；而许多用户
对2.4G扩频通信技术中两大收发机制即跳频技术和直频技术如何选用；存在不同
的看法。其实；两种技术各具优势；它们适用于不同的领域。在集装箱码头、堆
场这样对无线电波而言；可称之为恶劣的工业环境下；选用那种更为合适；这不
仅涉及到2.4G的通信机制问题；同时还应考虑到在上述条件下如何“扬长避短”。
近年来；通过大量的调研工作和一定的实践，认为在集装箱码头、堆场环境下地
域广阔；反射源不规则；又要求信号冗余胜全覆盖；且生产作业可靠性要求高、
响应要求快的条件下；选用跳频技术能充分发挥其优点。而选用直频技术则存在
较大的风险；效果较差，主要分析如下：跳频技术可免除干扰在集装箱码头和堆
场环境中；对于2.4G无线电波来说；金属箱体的集装箱是一个全反射源。增种毫
无规则的全反射将产生很大的干扰。其次，码头上各类大型机械的启动、移动等
也会引起不确定的噪声干扰。在这种环境下，直频技术的应用会因此而使通信受
阻；甚至中断，严重降低了直频技术无线网络的稳定性和可靠性，而这些关系到
系统的成功与否。一旦通信中断或造成死机, 要移动位置后重新启动系统；通常
最快也要数十秒。如此类问题经常发生；则必须重新选择中心频点；直频技术的
频率和调整需人工操作, 更加麻烦。这在集装箱业务的生产中是令人无法忍受的。
跳频技术发明于直频技术之后，它的发明正是为了解决干扰这一问题。跳频技术
组成的系统是一种免干扰系统；跳频技术的核心机制是避开干扰, 尤其是跳频技
术的多路径收发能力, 使其得以充分利用了集装箱体的发射信号；从而保证通信
的稳定与可靠。跳频通信有更多的频点可选择国家无委规定2.4G通信技术的频率
范围为2.4000至2.4853GHz之间；与国际IEEE802.11标准中直频技术用频法则欧
洲标准一致。我国2.4G直频技术的应用；参照欧洲标准。在此标准中, 规定了直
频技术可以从13个信道（中心频率）中选用；为免除自身干扰；当选用在互相关
联的不同信道之间；两信道互相间隔至少在30MHZ以上。这13个频点的设定从2.412
至2.472GHz共占有60M带宽，要免除自身干扰（外界干扰必不可免）；选用2个信
道是最合理的。在实际投入使用的环境中；还要根据现场环境予以调整和测定, 
肯定要移动频点, 如选用3个通信频点那么调整余地就很小了；一旦外界干扰严重；
则会带来很大的风险和困难。而跳频技术因为是免干扰系统；其收发机制与直频
不一样；它设置的信道为79个；每间隔0.1且秒则会自动跳变一个频点。系统中，
不管设置多少个存取点（AP）；都会全自动调整各AP的跳频点及起跳时分，因此
在2.4－2.4853 G频段中可全波段使用。充分利用了频率资源，并发挥得淋漓尽致。
跳频通信具有高数据吐量直频技术的优势之一；是单个网桥通信速率高达2MbPs；
但在野外大范围内；要组成一个无线局域网络系统；因为通常仅使用2个频点；整
个系统的数据吞吐能力为4Mbps。尽管跳频技术单个存取点（AP）的数据通信速率
仅达1Mbps（目前已研制处2Mbps的跳频产品），但其AP的组合没有限止，而系统
的数据吞吐能力与AP个数的增加近似线性增长，因此对无线网络移动系统而言；
其整体的数据吞吐能力跳频技术会成倍地高于直频技术。跳频通信可实现无缝漫
游由于在大范围内使用，（正规的大型集装箱码头占地面积在100万平方米以上）
必然要涉及到多个网桥（或存取点）的移动切换；这是漫游的一种切换。在直频
技术上，由于其漫游登录是由网桥确立，而网桥又必须通过有线网络和服务器与
其它网桥的“对话”才能确定。此过程约需1-2秒；故直频技术无法做到真正的
无缝漫游。跳频技术的漫游切换由移动点确定而无须各存取点对话；它的切换过
程约为0.1秒。因此跳频技术才能做到真正的无缝漫游。跳频通信系统覆盖范围广
直频技术的一个网桥覆盖范围比跳频技术的一个存取点覆盖范围要大。在难4过
5的集装箱环境下；对箱区范围内的覆盖能力；直频为450米（全向半径）；跳频
为350米（全向半径）。在同一范围内的布点直频比跳频少；但在集装箱码头、堆
场这样的大范围环境下，直频的优势无法得以利用；因为直频技术通常只能使用
2个频点。用频上的限制使其设点的数量受限；尽管直频技术的AP可大于2个；而
数个同频AP在一定条件下可以融合使用，但这数个同频AP在使用上只相当于一个
AP点；仅仅扩大了范围；却不能增加速率。而跳频则可通过多设几个存取点来加
大覆盖范围；又得以提高无线网络系统的数据吞吐能力；一举两得。跳频通信对
环境的适应能力强在无线移动网络的设计中，对直频技术来说；为了使各种干扰
的危害降低到最小程度；获得最佳的收发效果；其设计与天线的调整，是一项难
度高、又费时的工作，而集装箱码头、堆场的环境在使用中一旦发生布局的改变
或扩充；原来的设计和调整将不再适应新的环境；需要进行重新设计和调整，这
将投入很多的人力物力和时间；对集装箱的生产会带来严重的影响。而跳频技术
在这方面不受影响，它可根据码头、堆场的扩充随意增设存取点，来增加覆盖范
围或提高通信速率而无需特别调试；因而也不会影响原来集装箱作业的运作。
    在大型集装箱码头通信的冗余覆盖极为重要，但直频技术冗余考虑非常复杂；
往往不容易做到全场冗余；而跳频技术可通过增设存取点即可做到任何要求的冗
余度。跳频通信系统维护简单在系统维护及故障概率上，无论是直频技术的网桥
和跳频技术的存取点；他们都是极为稳定可靠的设备，其可靠率高达99. 975%。
尽管跳频系统存取点稍多于直频；但总的维护量也是很小的。跳频技术无需昂贵
的投资从投资上分析，尽管跳频设点稍多于直频，运用的AP较多；但两者总的投
资基本接近；在有些直频设计方案中，为尽力减少外界干扰等问题而采取特殊的
处理，要付出很高的代价。
    根据上述分析可知；在集装箱码头、堆场的特定的环境下，直频技术由于可
用频段受到严格限制及其通信机制、系统扩展性、稳定性等都较差。且其设计调
整繁琐；实施风险大；又难以达到理想的使用效果；从而制约了在集装箱码头、
堆场生产管理中的应用。而跳频技术尽管设点略多；但其稳定性好、可靠性高；
无须特别调整；系统整体传输速率高，几乎不冒风险；因此跳频技术的优越性是
十分明显的。直频技术的应用领域必须说明的是；本文针对在集装箱码头、堆场
环境下的应用而已；实质上直频技术有其非常优越的传性。如：直频技术采取主
动占有方式；而跳频是被动适应。直频技术同时使用整个子频段；信号被多次扩
展而几乎无损耗；发射信号强劲等等。直频技术由于其收发信号覆盖面较大；网
桥的单体通信速率快等优势；很适用于办公和教育领域；尤其在点对点、点对多
点的无线分布式通信中应用广泛。比如，当布线有困难或租用专线太贵时；可以
考虑采用直频技术的无线组网。在对等方式下局域网间进行相互通信；也可把直
频网桥作为有线网的扩展；或作为中继方式；作为二个局域网的远距离互连等。
我们称之为无线分布系统，其主要是点对点或点对多点的应用。在这种模式下，
MAC帧使用了四个地址，并支持TCP/IP和IPX等多种网络协议，是IEEE8O2.11标准
所重视的无线局域网的主要应用方式。
    直频技术与跳频技术都将有其后续更高速率的产品问世，但它们的基本机制、
原理不会变，因此各自适用的领域也不会变化。值得高兴的是混合扩频技术（跳
频与直频技术的混合形式）的研制已进入实质性阶段；它的出现必将大大推动2.4G
无线扩频通信技术的应用。