如何組建高效可靠的專用無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

數(shù)據(jù)傳輸可以簡(jiǎn)單地分為有線（包括架設(shè)光纜、電纜或租用電信專線）和無線（分為建立專用無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)或借用CDPD、GSM、CDMA等公用網(wǎng)信息平臺(tái)）二大方式。相比較，用無線電臺(tái)建立專用無線數(shù)據(jù)傳輸方式比其它方式具有投資少、開通快和運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是“不是那么穩(wěn)定可靠”。
無線方式傳輸數(shù)據(jù)真的不穩(wěn)定可靠嗎？顯然不是。我們生活越來越離不了的電視、衛(wèi)星、手機(jī)等通訊工具中都有“無線傳輸”的方式，還是比較可靠的。無論無線通訊還是有線通訊，計(jì)算可靠不可靠可以有個(gè)量的尺度，就是誤碼率（BER）。一般要求通訊系統(tǒng)的誤碼率在10-6內(nèi)，再結(jié)合傳輸差錯(cuò)控制協(xié)議，如反饋重傳ARQ、KERMIT、XMODEM、ZMODEM等等，就可以保證絕對(duì)無誤碼，只是誤碼率大的系統(tǒng)需多次反饋重傳，傳輸效率就降低。
那么為什么無線方式傳輸數(shù)據(jù)讓人感覺可靠？或者我們正在用的無線傳輸確實(shí)不可靠呢？原因很簡(jiǎn)單，其一選用的電臺(tái)不是專用的數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)大部分的遙控遙測(cè)電臺(tái)是用調(diào)頻模擬車載電臺(tái)加MODEM芯片改制的，它不是專業(yè)的數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品，而是工作于230MHz數(shù)傳頻段的對(duì)講機(jī)。用這種電臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)確實(shí)不可靠，原因是有二個(gè)根本性的問題不能解決：PTT控制發(fā)射時(shí)延（100ms以上）帶來前導(dǎo)數(shù)據(jù)字符丟失和調(diào)頻靜尾噪聲帶來的多余字符干擾，特別是在高速數(shù)據(jù)傳輸或收發(fā)轉(zhuǎn)換快的應(yīng)用如接PLC等。在傳輸速率低、距離近、可靠性要求不高，如可以多次采集等，因?yàn)槠鋬r(jià)格低廉，用的很多。但是在要求高速、遠(yuǎn)距離、高可靠的傳輸中，我們建議用戶要選用直接數(shù)字調(diào)制解調(diào)、有前向糾錯(cuò)、用DSP技術(shù)的產(chǎn)品，如美國(guó)MDS、DATALINC等廠家的設(shè)備。其二是要根據(jù)主站及分站的分布和地理環(huán)境等具體情況進(jìn)行組網(wǎng)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。
1、 理論計(jì)算
相距較遠(yuǎn)的兩個(gè)點(diǎn)之間能不能通？通了以后誤碼率是多少？抗干擾穩(wěn)定性有多強(qiáng)？在理論上取決于如下兩個(gè)因素。
A、視距傳輸
電波信號(hào)的傳輸根據(jù)工作波長(zhǎng)（頻段）的長(zhǎng)短不同具有地面波傳輸（長(zhǎng)波）、電離層反射傳輸（短波）、空中傳輸（超短波、微波）三種方式，我國(guó)無線電管理部門將專用無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)主要分配到220～240MHz頻段（另外還有800MHz、2.4GHz等頻段），這個(gè)頻段的電波傳播是通過空中進(jìn)行的。由于地球曲率的影響，兩個(gè)點(diǎn)（天線高度分別為H米和h米）之間最大可視距離D公里為

D=4.12（√H+√h）
假設(shè)主站天線架設(shè)在辦公樓頂（高約100m），遠(yuǎn)程站天線架設(shè)在平房頂上（高約4m），則
D=4.12（√100+√4）=49.44公里
考慮到230兆頻段電波具有一定的繞射能力，該種假設(shè)架設(shè)天線，理論上最遠(yuǎn)可以通到50公里左右。
同樣假設(shè)主站和遠(yuǎn)程站天線高都是1米（如手持），則理論上最大傳輸距離為6公里左右。
因此天線架設(shè)的相對(duì)高度是決定通訊距離的第一因素。
B、接收?qǐng)鰪?qiáng)
電波從電臺(tái)發(fā)出，經(jīng)過饋線和天線，通過空中向遠(yuǎn)方傳播，信號(hào)受到衰減，到遠(yuǎn)端接收機(jī)時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)電平為
Pr=Pt+Gt+Gr-Lt-Lr-Lo
Pr：正常接收電平（dBm）
Pt：發(fā)信功率（dBm）
Gt、Gr：收發(fā)天線增益（dBm）
Lt、Lr：收發(fā)饋線損耗（dBm）
Lo：自由空間損耗（dBm），Lo=32.45+20logf (MHz) +20logD (Km)
電波信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的場(chǎng)強(qiáng)不同，解調(diào)輸出信號(hào)的信噪比亦會(huì)不同，從而影響系統(tǒng)的判決造成誤碼。如果場(chǎng)強(qiáng)太小，即使距離再近接收機(jī)亦收不到。所以接收?qǐng)鰪?qiáng)是決定通訊距離的第二因素。
接收?qǐng)鰪?qiáng)Pr與接收機(jī)的門限電平（即在BER小于10-6時(shí)，接收機(jī)要求的場(chǎng)強(qiáng)電平值，不同的電臺(tái)，該指標(biāo)不同，一般為-110dBm）差距即為衰落儲(chǔ)備。Pr與接收門限電平差距越大，衰落儲(chǔ)備越多，抗干擾能力越強(qiáng)，誤碼越少，一般要求衰落儲(chǔ)備在20dB以上。
2、實(shí)際測(cè)試
由于現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境不可能是絕對(duì)平坦的，如有山丘、建筑物、樹木，不同程度和方式影響電波的傳播。因此，在工程實(shí)施前，必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)電波傳播和接收?qǐng)鰪?qiáng)測(cè)試（準(zhǔn)確到多少dBm），以便根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和工作要求，確定主站和各遠(yuǎn)程站電臺(tái)的功率、天線類型、架設(shè)高度等參數(shù)，使上下行信號(hào)達(dá)到足夠的抗干擾能力，才能實(shí)現(xiàn)有效可靠的無線數(shù)據(jù)傳輸。
總之，只要選用技術(shù)指標(biāo)高、質(zhì)量穩(wěn)定可靠的電臺(tái)，再經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，確定天線類型、架設(shè)高度和電臺(tái)的功率，您的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)一定能穩(wěn)定可靠運(yùn)行的。