1 緒論

數(shù)傳電臺是無線數(shù)據(jù)傳輸電臺的簡稱[1]。用無線數(shù)傳電臺方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視與控制，相對于架設(shè)專用電纜（或光纜）、租用電信專線等，具有造價(jià)低廉、施工快捷、運(yùn)行可靠、維護(hù)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)傳電臺分為模擬數(shù)傳電臺和數(shù)字?jǐn)?shù)傳電臺。現(xiàn)在國內(nèi)大部分自來水公司的遙控遙測電臺使用的是模擬數(shù)傳電臺。模擬數(shù)傳電臺價(jià)格便宜，應(yīng)用較廣。但是在實(shí)際應(yīng)用中，它的通信很不穩(wěn)定，經(jīng)常丟失數(shù)據(jù)包頭，誤碼率高，有時(shí)甚至造成通訊中斷。分析其原因，模擬數(shù)傳電臺是用調(diào)頻模擬車載電臺加MODEM芯片改制的，不是專業(yè)的數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品，而是工作于230MHz數(shù)傳頻段的對講機(jī)。用這種電臺傳輸數(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)用中，如接PLC等，經(jīng)常發(fā)生故障。針對上述問題，本文研究利用數(shù)字電臺代替模擬電臺進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，為解決上述問題提供了一個(gè)較好的選擇方案。數(shù)字電臺是數(shù)字式無線數(shù)據(jù)傳輸電臺的簡稱。即采用數(shù)字信號處理、數(shù)字調(diào)制解調(diào)，具有前向糾錯(cuò)、均衡軟判決等功能的無線數(shù)據(jù)傳輸電臺。數(shù)字電臺選用的是深圳華夏盛WDS系列產(chǎn)品，該系統(tǒng)已經(jīng)在合肥供水集團(tuán)應(yīng)用，效果很好。經(jīng)過一年多運(yùn)行，沒有發(fā)現(xiàn)任何故障。

2 無線數(shù)傳系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

自來水調(diào)度部門對無線數(shù)傳系統(tǒng)提出了下列四項(xiàng)要求:：（1）自動(dòng)巡檢多子站的水壓數(shù)據(jù)。（2）向水司調(diào)度中心實(shí)時(shí)傳送管網(wǎng)水壓運(yùn)行參數(shù)。（3）對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，并送入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行保存。（4）對過去的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，并以報(bào)表、曲線等方式進(jìn)行顯示和分析。

3 數(shù)字電臺的特點(diǎn)及主要技術(shù)指標(biāo)

3.1 數(shù)字電臺的特點(diǎn)

(1) 采用了DSP技術(shù)，自適應(yīng)均衡，前向糾錯(cuò)技術(shù)，速率達(dá)到19200bps。電臺在工作穩(wěn)定性、傳輸可靠性、抗干擾性、傳輸速率和傳輸距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過模擬數(shù)傳電臺。

(2) 無線系統(tǒng)的安裝實(shí)施快,投資見效快。電臺無需特別編程設(shè)置,任何常見異步通信協(xié)議都可以使用。

(3) 適宜在惡劣的環(huán)境條件下使用。電臺要求溫度、電源工作范圍寬，尤其是在干擾嚴(yán)重,傳輸路徑阻擋的環(huán)境下表現(xiàn)優(yōu)異。

(4) 具備網(wǎng)管功能:實(shí)現(xiàn)空中遠(yuǎn)程設(shè)置系統(tǒng)內(nèi)其它電臺參數(shù)如串口格式、發(fā)射功率、工作頻率等，也可以實(shí)現(xiàn)空中遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)其它電臺狀態(tài)如工作電壓、工作溫度、接收信號強(qiáng)度、信噪比、誤碼率、狀態(tài)告警等。

3.2 數(shù)字電臺技術(shù)指標(biāo)

1、工作頻段[2]：130~174MHz(1710型)/220~240MHz(2710型)/330~512MHz(4710型)/800~960MHz(9710型)/2.4~2.4835GHz(24810 型)。頻段選擇原則是：低頻段繞射能力強(qiáng)，通訊距離遠(yuǎn)，如果頻率允許的話，盡量選擇低頻段產(chǎn)品；高頻段抗干擾能力強(qiáng)，繞射能力弱，適宜電磁干擾復(fù)雜而較平坦的地區(qū)。當(dāng)?shù)皖l段較擁擠時(shí)，選擇高頻段。

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：支持點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)傳輸，一級或多級中繼組網(wǎng)。

3、工作方式：支持單工,半雙工,全雙工等方式,話音和數(shù)據(jù)兼容,提供對講通話。

4、傳輸距離：50公里以上(開闊無阻擋)。 

5、傳輸速率：19200bps。

6、物理接口：標(biāo)準(zhǔn)EIA-232，通信速率可從300到38400bps可調(diào)，完全透明傳輸，無需RTS、CTS等流控信號，無需專用的通信軟件。 

7、調(diào)制方式：CPFSK。 

8、信道間隔：12.5KHz/25KHz。 

9、發(fā)射功率：100mW~5W連續(xù)可調(diào)/25W選配。

10、誤碼靈敏度：-111dBm以上（誤碼率BER≤10E-6）。

11、收發(fā)轉(zhuǎn)換時(shí)間：3ms。 

12、休眠電流：小于18mA。

13、頻率穩(wěn)定度：±1.5ppm。 

14、狀態(tài)和錯(cuò)誤指示：LED狀態(tài)指示，包括電源，載波，發(fā)射數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)和各種故障報(bào)警。 

15、短路保護(hù)：有。

16、工作溫度：-30℃~+60℃，工作時(shí)：-40℃~+70℃。

17、相對濕度：95%，40℃，無冷凝。

18、供電方式：電臺工作時(shí)電壓為10.5~16VDC,發(fā)射電流為1.5A,接收電流為125mA。

19、尺寸:5.08*14.29*18.4CM。 

20、重量:約1公斤。

21、提供電臺參數(shù)設(shè)置軟件和網(wǎng)管軟件。

4 無線數(shù)傳系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集終端（RTU）、無線通訊電臺和監(jiān)測調(diào)度中心三個(gè)部分組成。TXD表示數(shù)據(jù)發(fā)送（數(shù)據(jù)離開功能塊）的端子，RXD表示數(shù)據(jù)接收（數(shù)據(jù)進(jìn)入功能塊）的端子，GND表示地。

數(shù)字電臺為無線數(shù)據(jù)傳輸提供雙向透明通道,電臺一般為標(biāo)準(zhǔn)RS232接口，支持300~38400bps速率，可以設(shè)置各種校驗(yàn)方式和數(shù)據(jù)長度的異步格式。對于新使用的電臺,一般只需設(shè)置收發(fā)頻率、發(fā)射功率及串口速率。 

5 無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕M網(wǎng)方式

本系統(tǒng)的通訊原則是主站通信覆蓋范圍以內(nèi)的采用主站直接與從站通信，即點(diǎn)對點(diǎn)通信方式，這是最基本的通訊方式，相當(dāng)于將一條上位機(jī)與終端之間的連接線用兩臺無線電臺替代。實(shí)際應(yīng)用中最常用的組網(wǎng)方式是點(diǎn)對多點(diǎn)組網(wǎng)方式，主站以輪詢（Polling）方式依次向RTU1,RTU2,……發(fā)命令。RTU接收到命令后開始采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，立即把數(shù)據(jù)發(fā)向主站。主站以輪詢方式接收來自RTU的數(shù)據(jù)。當(dāng)時(shí)間超過某設(shè)定時(shí)間后，RTU仍未收到主站命令，RTU自動(dòng)將采集到的數(shù)據(jù)存放于自身的存儲器中，以便以后補(bǔ)采。由于存儲器容量不大，所以數(shù)據(jù)存放時(shí)間有限，一般不超過七天。

需要說明的是，主站使用輪循方式時(shí)，輪循周期T（秒）或系統(tǒng)容量N（個(gè)）取決于單點(diǎn)的數(shù)據(jù)量D(bit)、電臺傳輸速率S(b/s)和電臺收發(fā)轉(zhuǎn)換時(shí)間t(秒)，它們之間有如下關(guān)系：

T≈N*（D/S+t） 

在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，還采用了一種組網(wǎng)方式即中轉(zhuǎn)（一級或多級）。這是因?yàn)闊o線電波的傳播基本為直線傳播，低頻段有一定繞射能力。電波在傳播過程中會引起損耗，在無阻擋情況下，主要是自由空間的傳播損耗，但通信路徑上有障礙物時(shí)，還會引起阻擋損耗，嚴(yán)重阻擋時(shí)（如遇山脈或天線附近有高大建筑物），接收端將無法正常接收，所以應(yīng)盡量避免在山丘和高大建筑物背后設(shè)站；如遇該情況，可采用中轉(zhuǎn)方法解決。在這種通訊方式中，中轉(zhuǎn)站起到橋梁溝通的作用，主站命令通過中轉(zhuǎn)站傳達(dá)到分站，分站采集的數(shù)據(jù)通過中轉(zhuǎn)站回饋給主站。

6 天線

對于數(shù)傳電臺通信來說，天線的選擇和安裝顯得尤為重要[3]。主站為全向天線，以覆蓋各方向分布的子站。子站為定向天線，對準(zhǔn)主站天線。通過計(jì)算確定中心站和各遠(yuǎn)方站天線高度。確定適當(dāng)?shù)奶炀€高度就是要保證中心站對各遠(yuǎn)方站有良好的通信效果。最理想的情況是，收發(fā)之間直視傳輸，但站距較長或有障礙物的站段，勢必存在困難，那就要通過測試和計(jì)算來確定最佳天線高度。做到既節(jié)省建設(shè)投資，又滿足傳輸要求。一般情況下，應(yīng)力求不在負(fù)余隙情況下傳輸，但特殊站段，傳輸受障礙物輕度阻擋也可允許，原則是保證足夠的收信電平。

7 中心調(diào)度室設(shè)備配置及功能

中心調(diào)度室是本系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，它包括一臺主計(jì)算機(jī)和兩臺服務(wù)器。主計(jì)算機(jī)自動(dòng)巡回監(jiān)測各測壓點(diǎn)的水壓[4]。對采集到的各子站數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、加工，并送到相應(yīng)主數(shù)據(jù)庫進(jìn)行保存，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，并以報(bào)表、曲線、文字等方式進(jìn)行顯示打印。主機(jī)管理兩