[关键词]无线通信直接序列扩频
中图分类号：TN914.42文献标识码：A文章编号：1009-914X（2016）13-0189-01
一、直接序列扩频技术的应用背景
信息交流是人类社会要进行发展和进步所必不可少的。随着人类社会的发展，信息系统也逐渐发展成了覆盖全球的信息网。从十九世纪人们对电缆通信的初步发明开始，伴随着科学技术的不断发展，通信技术突破了最初的有线通信，发展出了无线通信技术。无线通信靠电磁波来进行信息传递，不用架线，更具灵活性，因而被迅速推广和发展。但无线通信由于其传输环境的复杂性，在传输过程中会遇到各种各样的反射体以及来源于其它无线电波的干扰，会极大的影响甚至改变信号的传输信息，因此，无线通信抗干扰技术便应运而生。
直接序列扩频技术作为主要的抗干扰技术之一，产生于二十世纪五十年代，其发明之初主要被应用于军事领域。在世界格局动荡的那个年代，扩频抗干扰技术主要用来对抗敌方的恶意干扰，维持军事系统安全不被侵入，其作用的重要性由此可见。
二、直接序列扩频技术简介
直接序列扩频技术是指利用高速率的扩频序列在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。该技术作为一种信息传输方式，通过编码及调制的方法将频带展宽，使得其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽，与所传信息数据无关，这样便可以有效提高频率资源的利用率，且使所需要传达的信息安全、准确的传达。
该技术主要是通过发端、信道和接收端三部分来实现的。其工作原理为：将需要传输的数字信号在发端输入以后，首先通过扩频码发生器产生的扩频序列将输入的数字信号进行调制，以扩宽其信号频谱，扩频码序列一般采用PN码。然后将扩宽后的信号调制到射频发生器发射出去。调制方式多采用BPSK、DPSK、MPSK等方式。发出的信号在接收端的本地射频发生器接收到信号后立即进行解调，此后再由本地的扩频解调设备产生与发端相同的扩频序列进行信号解扩，使信号恢复到原信号进行输出，从而实现信息的传输。
三、直接序列扩频技术的理论基础
无线通信技术自发展以来，伴随着科学技术的飞速发展也迅速发展。发展至今，人们由整理无线逐渐发展出了专用无线网络，无线通信传输环境变得日趋复杂，同时人们对无线传输网络的传输质量变得日益严苛，所以如何在保证传输质量的同时尽量节约传输信号所占用的频谱宽度便成了当代无线技术不断探索的领域。直接序列扩频技术可以把传输信号在发射端用扩频码进行调制，使得其所占用的频带宽度远大于传输信息所必须的带宽，再在接收端用相同的扩频码进行解扩，以把信号进行还原。这样既节省了频率资源，又可使信号安全送达，保证了信号传输的质量，一次被广泛应用。其理论依据为：
该式是香农在长期的无线通信研究中总结出来的公式，称为香农公式。
式中，C―信息的传输速率（即信道容量，单位b/s），B―频带宽度（单位Hz），S―信号平均功率（单位W），N―噪声平均功率（单位W），S/N―信噪比。
从公式中可以看出，要提高到信号的传输速率，可以通过两种途径实现。一种是提高信号传输的频带宽度，另一种是提高信噪比。在保证信号的传输速率一定时，可以通过提高信号传输的频带宽度来降低对信噪比的要求，这便是直接序列扩频技术的原理，通过增加带宽来降低对信噪比的要求，从而保证信号传输的质量。
该式是柯捷尔尼科夫在其长期研究的潜在抗干扰理论中得出的估算信号传输差错概率的公式。
式中，Pe―信号差错概率，S/N―信噪比，B/Bm―信号带宽比。
由此可以看出，信号差错概率与信噪比和信号带宽比两个因素有关。降低信噪比或信号带宽比均可使信号传输的差错概率减小。因此，在信噪比一定的情况下其差错概率可通过信号带宽比的调整来减小。由这一公式也可以得出直接序列扩频技术抗干扰的原理。
四、直接序列扩频技术的特点
4.1抗干扰性强
抗干扰性是直接序列扩频技术之所以发展的本质属性。该技术通过扩频序列将要传输的信号的频带进行扩宽，使得窄带干扰基本不起作用，而宽带干扰要想达到干扰目的必须提高相应倍数的总功率，从而避免了无论是来自窄带还是宽带的干扰，保证了传输信号的稳定性。同时，由于在发射端对传输信号进行了扩频处理，要还原信号必须要在接收端用同样的扩频序列进行解扩，在不知道信号扩频码的情况下是不能进行信号还原的，因此这类干扰在扩频技术下是起不到作用，从而保证了传输信号的安全性。
43.2隐蔽性好
由于扩频技术是把传输信号在很宽的频带上进行扩宽，所以单位频带上的信号功率很低，几乎淹没在了白噪声之中，很难进行捕捉。加之，由于不知道扩频码序列，很难获取有用信息，所以这一技术很好的把信号隐藏了起来，使得别人很难对信号进行破坏及获取。
4.3易于实现码分多址
由于扩频技术对不同传输信号进行了不同的扩频码序列扩，在扩宽信号频带的同时，由于不同扩频码之间互不干扰，可以极大地提高频带的重复利用率。同时，发送者可用不同的扩频编码分别向不同的接收者发送数据，接收者也可用不同的扩频编码，接收不同的发送者送来的数据，从而实现多址通信。
五、直接序列扩频技术的发展前景
直接序列扩频技术从发展之初便不断进行改进以适应不断变化的需求环境。但是，其发展至今仍存在一定的技术缺陷，如由于信号的带宽增大使得接收端的信号干扰增多、传输速率在一定程度上受限等。对此，必须对这一技术进行不断地改进与完善，以适应社会的不断发展需求。同时，伴随着无线通信技术的发展，尤其是近几年投入使用的4G无线移动通信技术的发展，直接序列扩频技术也必须进行不断地改进，如朝着网络抗干扰技术、与其他抗干扰技术组合应用等方向发展，才能不断使用当代社会对无线通信安全性、及时性、稳定性的严苛要求，保持其在无线通信抗干扰技术中的地位而不被淘汰。
结语：
直接序列扩频技术是伴随着无线通信技术的发展而产生和发展的。日渐复杂的无线技术通信环境和人们日益严苛的无线通信要求使得无线抗干扰技术也不断发展，直接序列扩频技术作为一种主要的无线通信抗干扰技术之一，从发展之初起便不断进行发展与改进，从起初的军事领域逐步扩展到更为广泛的民用通信领域，并不断进行着改进与完善，以适应现代社会对信号传输稳定性、及时性及安全性的要求。可以预见，在科学技术不断发展的当代社会，直接序列扩频技术必然也会进行不断发展、不断突破，从而更好地适应社会的发展需求。
关键词无线数字；传输技术；有效应用
中图分类号TM6文献标识码A文章编号1674-6708（2013）94-0220-02
0引言
在信息、网络、无线等技术不断发展背景下，无线数字传输技术由此产生，并在各个领域中得到广泛的应用。无线数字传输技术主要由传输模块、传输协议及传输频率等组合而成，通过发送传输模块，明确传输协议，合理使用传输频率，以保证无线数字传输技术的有效应用。同时无线数字传输技术具有成本较低、组网灵活等优点，因此受到各行各业的青睐。本文就无线数字阐述技术在监控、微波、WIFI、报警等方面的应用进行以下分析。
1无线数字传输技术有效应用
1.1在微波方面的应用
微波传输技术主要有两种模式，即为数字化微波和模拟化微波。1）模拟化微波。模拟化微波传输技术主要是把视频信号调制于微波通道内，并利用无线系统发射，监控中央控制室可以利用无线系统来接收微波通道发射出的视频信号，然后再将原有视频信号解调出来。模拟化微波传输技术具有不延时、无压缩性损耗、视频质量高等优点，但是只能实现点至点单一性传输，在多样化传输中无法应用。同时由于模拟化微波不存在调制校准功能，所以其抗干扰效果较差，当无线信号处于较为复杂的环境时，将对其传输过程造成严重的影响[1]。模拟化微波传输技术的频率相对较低，波长较长，绕射较强，对其他信号容易造成干扰，现阶段应用较少；2）数字化微波。数字化微波传输记住主要是对视频信号中的编码进行压缩，然后将其调制于微波通道内，通过无线系统发射，再通过无线系统来接收信号，利用微波对视频编码进行解压和扩展，以获取原有的视频信号，是现阶段我国应用较为广泛的微波传输方式。数字化微波具有伸缩性好、多路传输，建构简单、通信率高等优点。与模拟化微波相比数字化微波监控点较多、抗干扰性强、保密性好、传输距离较远、容量较大等优点，能够适用于干扰源较多的复杂环境中。
1.2在WIFI方面的应用
IEEE802.11是初期制定和应用的无线局域网的标准，并实现了办公局域网和校园局域网，使得用户间的终端能够无线接入。但是其能够实现数据存取功能，速率仅限于2Mbps，已经不能满足现代化传输距离及传输速率的要求。所以在无线数字传输技术的基础上，对无线局域网的标准进行优化和改善，其中802.11b，即WIFI应用较为广泛。通过WIFI传输系统，能够实现手机、电脑用户终端无线接入，成为一种新型的上网方式。WIFI无论是在抗干扰性、带宽及保密等方面都具有良好的应用优势，网管功能较强，能够为规模化组网系统实现提供重要的技术支持，能够满足带宽视频传输的需求[2]。同时WIFI信号为100m，传输范围较广，传输速率较快。随着网络技术和无线技术的发展，很多通信运营商都把WIFI作为发展战略，以提高自身经济效益，促进自身发展。在运营商级对WIFI需求情况下，IEEE802.11无线局域网标准将WIFI与基站控制设备进行哟小的结合，并形成智能化的分布系统，实现了大规模的WIFI基站和终端组网，使得WIFI向着区域化方向发展。WIFI无线带宽较高，单一性WIFI基站无线带宽能够得到300Mb帕，其中有效的无线带宽传输在200Mb帕以上，能够提高图像传输效果，应用效果优于光纤传输系统。
1.3在监控方面应用
随着无线数字传输技术在监控方面的有效应用，形成无线视频监控系统，使得安防行业向着数字化、智能化及高清化的方向发展，有效的促进了安防行业的发展。随着无效视频监控系统的不断发展和应用，监控设备能够和无线数字传输系统相连接，使得视频监控从区域化开始想局域化方向发展。同时无线数字传输技术在监控方面的应用，实现了移动性监控功能，例如公交车监控系统、出租车监控系统等，有效提高了视频监控的效率和质量。以往无线视频监控系统主要以移动或者联通等宽带网络实现和应用监控系统，但是在应用过程中容易出现时间误差或者编码误差等问题，而无线数字传输技术在视频监控中的应用，主要以WIFI传输模式，并由若干个网格、网状模块组合成无线网络系统，使得网络带宽的稳定性得到有效的提高[3]。传统的视频监控系统布线区域存在难以布线或者不能布线的问题，对监控工作造成很大的困难，而无线数字传输技术在视频监控中的运用，能够使得网络覆盖率大大提高，并扩展到整个城市区域，避免监控盲区问题的产生。
1.4在报警方面的应用
在无线数字传输技术的支持下，可实现无线智能化报警系统，其主要利用磁开关、温感释放、红外线的价格运用原理，在结合网络技术下，使得报警系统功能得到有效的提高[4]。无线智能化报警系统主要有报警器、遥控器及探测器等组合而成，利用探测器能够对布防监视范围内的情况进行有效的探测，如果一旦出现安全事故，能够及时发射报警信号，并提供给值班人员具体的报警位置，以及时采取有效的处理措施，对安全事故进行有效的控制。
2结论
随着无线数字传输技术在监控、微波、报警及WIFI等方面的广泛应用，实现了无线数字视频监控、数字化微波传输技术、无线智能化报警系统及无线网络系统，对各个行业发展均起到良好的促进作用。因此，必须对无线数字传输技术进行更加深入的研究和完善，以扩大无线数字传输领域，实现更过的无线数字传输产品。
参考文献
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[2]朱皆敏，周琳.无线数字传输技术及在移动电站远程监控中的应用初探[J]，2009，12（6）：68-70.
关键词：乘客信息系统；无线传输；数字电视；WLAN；LTE
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.07.132
1概述
乘客信息系统（简称“PIS”）是运用现代科技成熟可靠的网络技术与多媒体技术、显示技术等，实现运营控制中心（简称“OCC“）一车站一列车之间的文字、图像、视频信息的双向传输系统。
本文将着重讨论车地无线通信在乘客信息系统中的应用，并提出可行性发展趋势。
2无线传输系统
分析目前城轨车辆实际应用，乘客信息系统的车地传输可分为三种方案：
（1）车载子系统自成一体，不实现车地之间的实时移动传输，车辆播出车载媒体播放器中已存储的节目列表，不受中心或车站控制，即为通常所述的录播模式。
（2）利用列车进站或回库的较短时间，通过无线传输将事先存储好的视频数据发送给列车，带列车行驶时向旅客播放，实现车地之间的准实时传输；
（3）通过在整个列车运行的区间设置无线基站，在任意时刻和地点列车都可以与地面进行数据交换，可以实时地进行车地信息（包括视音频、文字、图形）传输，实现车地之间的实时移动传输。
而不论是准实时还是实时传输，都已涉及车地通信，其传输技术包括：数字电视广播技术、无线局域网技术、LTE（LongTermEvolution，长期演进）技术，且PIS系统无线带宽应有Qos（QualityofService）控制，所传图像都应要顺畅清晰，不能出现画面中断或者跳播现象。
2.1录播模式
当无法建立良好的车地通信时，车载播放控制器中存储的媒体信息通过车载播放系统，根据预先设定好的播放列表在客室显示屏中进行播放。该技术的主要特征是：
（1）不受列车运行环境影响，能持续为乘客提供信息；
（2）信息预存储或更新仍需通过车载机械接口逐一实现，无法批量完成，耗时耗力；
（3）乘客无法获取实时信息。
这种方式已无法适应现代化民众对信息高度攫取的需求，仅能作为一种备份播放模式。
2.2数字电视广播技术
目前地铁中主要应用无线数字电视技术（DigitalVideoBroadcasting-Terrestrial，DVB-T），可以满足下行速率大于10Mbps的多媒体数据信息传输要求。
这种传输模式在上海地铁中是典型应用，上海地铁数字电视覆盖系统建设已应用于上海地铁1-13号线，上海地铁列车内5700个LCD显示屏与站台内1500个PDP显示屏都通过该技术实时播出地铁电视节目、地铁运营信息及新闻、娱乐等综合资讯。
城轨车辆持续接收由地面发射基站传递到区间敷设的漏缆放射出的数据信号，解码后转换成视频和数字信号，经放大后输出到LCD显示屏。该技术的主要特征是：
（1）可实时获取信息；
（2）采用广播的方式发送信号，其信息量较小；
（3）视频源由电视台统一，地铁内部无法编辑视频源，不利于地铁运营方根据实际情况进行灵活控制，不能在突发事件发生时紧急信息；
（4）单向传输，无法通过该通道回传车辆信息至OCC。
2.3无线局域网（WirelessLocalAreaNetworks，WLAN）技术
IEEE802.11是无线局域网的主要标准，也是国际上整理的标准[1]。该协议族主要包括以下4个技术标准：
（1）802.11b通常被人们称为Wi-Fi（WirelessFidelity），该技术标准的工作频段主要在2.4GHz频段，最高可支持11Mbps的共享接入速率；
（2）802.11a，该技术标准的工作频段主要在5.8GHz频段，速率可高达54Mbps，但最高速率的无障碍接入距离降到30-50米；
（3）802.11g可支持最高54Mbps的速率，工作频段也在2.4GHz频段，因此，可以做到与802.11b兼容，但是最高速率相比802.11b高出5倍；
（4）802.11n支持的速率高达l50Mbps，最大可达到600Mbps；采用智能天线技术，可以减少其他信号的干扰，接收到稳定的信号，而且可以同所有的802.11标准兼容。
比较802.11b、802.11a、802.11g和802.11n可知：802.11b工作l段开放，目前应用多，技术成熟，但兼容性最低；802.11a工作频段有管制，传输速率较高；802.11g兼容性较高，应用较多；802.11n兼容性最高，可兼容前三者，传输速度最高，但应用较少。
国内建设的城市轨道交通车地无线通信系统采用的技术基本为WLAN技术，WLAN作为一种宽带无线接入网技术，其网络化、宽带化等特点具有相当的优势。但较多项目采用的WLAN技术方案主要为802.11a或802.11g，具有很大的局限性：WLAN网络在固定情况下能提供高达54Mbps的数据带宽，但在支持步速移动情况下提供11～13Mbps的数据带宽，仅能实现标清信号的传输，暂不能满足高清的要求，而802.11n技术能较好的解决该情况。目前802.11n技术仅在AMGLRV项目上有应用。
以AMGLRV项目为例（采用802.11n技术，准实时传输），介绍无线局域网传输过程：
车辆在每个司机室配置一个RFReceiver（三层交换机，带映射功能）和一个RFAntenna。车载设备经过交换机地址转换可以访问OCC数据库，实现数据的交换，读取，存储等功能。
根据项目实际需求，用802.11n的协议替换初期确定的802.11a协议。
保持设备配置不变，即每司机室配置1根RFAntenna（5.8GHz），此时传输速率理论上可达到一般150Mps传输速率要求；在百兆带宽情况下，传送一部容量为600M大小mp4文件，802.11a协议下传送时间约为T1=600/（54÷8）=1.5minute，现在最快理论传送时间T2==600/（150÷8）=32s，时间大大缩短。
该传输性能已经过实验室验证，效果良好，且已准备好线上测试。
2.4LTE技术
LTE（LongTermEvolution）是是第三代移动通信与第四代移动通信技术之间的一个过渡，这种以OFDM/FDMA为核心的技术可以被看作“准4G”技术。LTE按照双工方式可分为频分双工（FDD）和时分双工（TDD）两种。我国应用最多的是TDD―LTE。
已运营的郑州地铁1号线（ZZL1项目）乘客信息系统无线网络子系统就是采用的TDD―LTE演M的TD―LTE技术。采用1795-1805MHZ频段，与公网无线信号合路后共用漏缆，单向隧道中配备2条漏缆，承载PIS+CCTV业务，10M带宽下实现全线路下行8Mbps，上行6Mbps的的覆盖，具体设备分别部署在控制中心，车站区间和车辆[2]。
以ZZL1项目车地组网方案为例，该方案分中心、车站及车载3部分。在方案中，PIS视频数据下发路由如下：电视台光端机一列车直播编码器一PIS核心交换机LTE（长期演进）核心网一PIS核心交换机一中心SDH（同步数字体系）传输系统一车站PIS交换机车站BBU（基带处理单元）设备一区间RRU（射频拉远单元）一列车TAU（车载无线设备）一车载交换机车载LCD控制器一编码器一解码器分频器一LCD显示屏。
ZZL1项目开通后，第三方机构对LTE车地无线传输性能进行了验证。标准要求为车一地吞吐量≥6Mbit/s，地一车吞吐量≥8Mbit/s。测试结果表明LTE车地无线通道性能符合标准要求。实际运行中直播效果良好，未出现卡屏、花屏现象[3]。
该项目仍存在库内带宽（10M）无法满足所有列车在线数据接收；应用较少，造价较高昂；传输组网不独立，较多依赖车地PIS系统的网络等问题。
综上所述，LTE技术可以较为圆满解决地铁车地传输的难题，实现地铁运行列车与地面控制中心的实时数据传输，但仍存在一定的缺陷待弥补。
3车地无线传输技术选择
PIS系统中无线局域网的传输技术选择主要考虑三个方面因素[4]：
（1）满足车-地数据传输容量要求（信息传输速率不小于13Mb/s）；
（2）保证地铁列车最高120km/h运行速度条件下的可靠通信；
（3）无线双向大数据传输。
根据上述分析可知，满足以上条件的无线技术主要有LTE、WLAN技术。
目前WLAN技术非常成熟，主要设备从802.11a、802.11g发展到802.11n时，设备可兼容，采购方便、接口标准、成本较低。但802.11n技术应用于国内时仍存在如下问题：
802.11n技术虽然可工作在2.4GHz频段和5GHz频段，且5.8G频段干扰较少，但是由于在国内该信道的使用需要向当地主管部门无委会申请，需要缴纳费用，应用很少；2.4GHz则属于开放的免费频段，综合不重叠信道因素考虑，一般只能采用1个信道给车地无线传输网络使用，干扰较多。
而TD-LTE技术目前应用较少，造价较为高昂，而且在地铁上应用时，较多依赖车地PIS系统，导致其性能会受到PIS网络影响。如PIS系统网络遇到广播风暴、环路问题时，都将直接导致LTE网络不稳定，在ZZL1项目实际运行中也曾发生过地面PIS网络风暴造成整个车地传输全部瘫痪的情况。但仍然有良好的解决办法：
（1）应用较少，造价较为高昂问题。随着LTE全球商用化的进程进一步加快，全球各大设备供应商的全力投入以及产业链和产业生态环境的快速发展，整体设备和终端成本会有较大的降低。
（2）依赖车地PIS系统网络问题。后续项目应用时可以采取独立组网方式，有效提高系统运行稳定性。
综合以上因素考虑，个人认为802.11n技术和LTE技术都存在非常明显的优势及一些固有缺陷。但相对而言，LTE技术问题更容易通过车地传输架构的完善及市场调节进行弥补，故LTE技术将会成为国内地铁车地无线传输的一种发展趋势。
4结束语
本文结合地铁车辆车地无线传输的实际情况和需求，针对三种技术（数字电视技术、LTE技术、WLAN技术）进行较为深入的研究和对比，通过以上的分析研究表明，LTE技术是车地无线传输的应用趋势。
同时，针对LTE在库内传输的限制性，我们也需要考虑LTE（线路动态传输）+802.11nWLAN（库内传输）的混合组网方案的可行性，这对城轨车辆车地传输系统有一定的参考意义。
需要注意的是，混合组网技术并没有整理型产品，设备必须实时开发并进行测试，这些需要各方的积极推动，首先需要各地铁公司在招标时能积极鼓励开放性方案；其次需要各设备厂商不断提高设备开发能力，这样才能更好的适应地铁行业的发展。
参考文献：
[1]阚庭明.城市轨道交通乘客信息系统技术发展趋势探讨[J].轨道交通信息系统，2008（18）.
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