试论利用计算机网络建立新型微波传输系统

马琳娜

摘 要：以计算机技术为代表的信息科技从各个方面影响和改变着我们的生活，而其中的计算机网络技术的发展更为迅速，随着人们对于信息资源共享以及信息交流的迫切需求，促使计算机网络的产生和使用为人类信息文明的发展带来了革命性的变化。同时，科技的发展推动着广播电视的更新换代，计算机网络技术在广播电视信号传输设备在逐步由模拟向数字过渡的过程中发挥着重要作用，它可使广播电视微波信号传输逐步实现实现自动化，做到无人值班，有人留守，并逐步渗透实现广播电视微波信号传输数字化的全过程，从而优化工作方式，提升工作效能。

关键词：广播电视微波传输、计算机网络、网络协议、服务器、防火墙

一、广播电视微波传输的数字化网络建设的必要性：

随着网络的逐步普及，模拟微波已完成它的历史使命，已被更为先进的数字化微波所代替。广播电视微波传输的数字化网络建设是广播电视信号传输事业发展的必然选择，在广播电视微波传输的数字化建设中，利用网络的优势不仅能为现代化广播电视信号传输、综合信息管理和无人值机等一系列应用提供基本操作平台，而且能提供多种应用服务，使广播电视信号能及时、准确地传送给各个微波站。本设计课题将主要以广播电视微波传输的数字化网络建设过程可能用到的各种技术及实施方案为探索方向，为广播电视微波传输的数字化网络建设提供理论依据和实践指导。

二、 计算机网络和微波传输

数字化是信息传播的重要标志。传输手段的数字化必然会带来系统的网络化，从而促进整个社会的信息化。从广播电视工作者的角度看，模拟微波的抗干扰能力差，传输质量不高。因此，采用数字微波提高抗干能力是大势所趋，也是保证广播电视节目传输质量的重要技术保障。Internet引起了全球信息化建设的浪潮与国际互联网在全球的推广应用，计算机网络技术在数字微波中的应用将在实现广播电视微波传输网，有线电视广域网，传送广播电视节目、电视、双向会议、数据传输等业务中发挥重要作用。利用Internet建设提高广播电视微波传输的传输效果，符合长效运行机制的无线覆盖网络，是新时期广播电视发展的重要任务。

1、计算机网络

计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。[1]

2、微波传输

微波传输是一种最灵活、适应性最强的通信手段，具有建设快、投资小、应用灵活的特点，不仅在移动网络中广泛的应用，同样得到固定网络运营商的青睐；它的可以广泛应用在广播电视，安防视频监控传输、控制等方面。到目前，中国还拥有全国的骨干微波链路。早在40年代初期，微波技术就开始在我国的通讯、雷达、电视广播中得到应用，尤其在西方国家应用更为广泛。半个世纪以来，微波能已在各个科技领域中发挥出巨大作用，人类科技的进步与微波能技术的应用有着极为重要的关系。进入90年代后，随着科学技术的发展，微波技术在我国广播电视事业中也开始得到较为普遍的应用，并产生出巨大的社会效益。[7]

三、广播电视微波传输网络的建设思路的建设

1、广播电视微波传输网络的建设思路

广播电视微波传输网络的建设是一项非常复杂的系统工程，广播电视微波传输系统作为一个特殊的网络应用环境，它的建设与使用都有其自身的特点。在选择网络的网络技术时要体现开放式、分布式、安全可靠，维护简单等原则。广播电视微波传输网络是使用了网络技术以及各种多媒体应用技术，并结合Internet应用等其它的技术来建设。使得广播电视微波传输网络能满足广播电视信号数字化传输的要求，使计算机的应用能对广播电视信号传输数字化重要的促进作用，并与外部网络系统进行交流等多种需要。

2、广播电视微波传输网络的建设原则

广播电视微波传输网络建设是一项综合性非常强的系统工程，它包括了网络系统的总体规划、硬件的选型配置、系统管理软件的应用以及人员培训等诸多方面。因此在广播电视微波传输网络的建设工作中必须处理好实用与发展、建设与管理、使用与培训等关系，从而使广播电视微波传输网络的建设工作健康稳定地开展。

首先，广播电视微波传输网络的建设是一个为广播电视信号传输长期服务的工作，因此在广播电视微波传输网络的规划建设过程中，必须从广播电视微波传输事业长远发展规划出发，以服务于广播电视微波的优质传输为基本点，结合当前广播电视信号的实际需要，做出科学的规划部署。在广播电视微波传输网络的规划建设中，一般应遵循“统一规划、整体设计、分步实施”的原则。

其次在广播电视微波传输网络的建设中必须坚持硬件建设与组织管理协调发展的原则，在重视硬件建设的同时，加强网络的组织管理水平，不断开发网络的功能，从而充分发挥网络的功效，提高广播电视微波传输网络对广播电视信号传输的服务水平。按照“技术先进，安全可靠，经济可行，保证长效”的原则，依托微波站高山高塔、覆盖面广的资源优势，利用这些数字微波电路和数字电视平台和多个数字MMDS系统组成，建成一个符合我市发展实际的广播电视无线数字传输与覆盖网络。[2]

四、广播电视微波数字化设备的技术要点

1 发射机的功能

1）调制器。数字调制过程的基本原理是把比特率为R（bits/s）的二进制数字序列变换为适当的中频或射频信号的处理過程，其中包括数字信号处理（如状码、信号编码和微波帧开销插入等），频谱成型，信号映射和调制过程。在SDH微波系统中，最广泛采用的是将编码和调制合成一起的技术，即编码调制技术。它将冗余的比特插进多状态的一些传输信号的星座中，特别是那些距离最近的符号点，以取得更好的功率/频谱利用率。

2）中频放大器。作用是将已调制的中频信号进行放大。中频放大器不仅要放大信号，还要进行选频，即保证放大的是中频信号。在这一点上，与高频放大器是有所不同的，高频放大器要放大88-108M1z一个频段内的调频信号。中频放大器的输出信号要有足够的幅度，以便限幅和鉴频器能正常工作。所以，中频放大器的级数较多。中频放大器主要是将混频器输出的信号进行大幅度提升，以满足解调电路的需要。

3）本地振荡器：本振产生适当的射频频段内的本地振荡信号，与已调制的中频信号进行混频产生出所要发射的微波信号，对于本振，除了要达到一定的功率电平，以满足必信混频器的需要，还要求频率稳定度高和相位噪声低。因此在SDH微波系统中常采用介质稳定的锁相振荡器或高质量的频率综合器，对于发射混频器，为了抑制本振泄露和杂散产物，一般优先采用平衡混合器。混合器后用边带滤波器选出所需要的边带。

2、微波收信机

接收机完成的任务是将天线接收来的微弱的微波信号经分波道滤波器后选出本波道信号，进入低噪音放大器进行射频前置放大，用混频器将从天线通过分路滤波器组件来的射频信号与本振信号进行差频变换为中频信号，用可变增益放大器进行中频放大，以使得在存在衰落变化的情况下，保持输出电平不变。

下面着重介绍自动增益控制和解调器以及自适应均衡。

1）自动增益控制电路。大多数接收机的增益是由中主放来承担，它的可变增益是用来补偿由于传输引起的射频信号衰落。装有自动增益控制电路（AGC）的中频放大器的目的是使送达解调器的信号电平保持不变。放大器的增益变化一般是用许多级来完成的，这些增益可以随着适当的控制电压变化，而控制电压又是放大器输出端的中频信号幅度的函数。实际上由输出信号引出一部分由二极管检波，由AGC滤波器（该滤波器防止有用频谱以外的信号影响放大器总频率响应），经放大后用作可变增益级的控制电压，这个方法即从输出的反馈通路和中间用于以可变增益补偿输出电平的变化和保持中频输出电平不变。

2）解调器。载波恢复环是解调器的核心部件，它由压控振荡器（VCO）和鉴相器组成用以产生相干解调所必须的载波。所恢复的载波被分成相位差90°的两正交载波。时钟恢复电路产生时钟脉冲送给A/D转换器，A/D转换器产生8个数据流，再经逆映射，并/串变换，去扰码，恢复出原来的数据流。

3）自适应均衡。在数字微波系统中，为了补偿由多径衰落产生信号失真和减少中断时间，广泛采用自适应均衡。根据不同的工作频率，可将均衡器分为带通均衡和基带均衡。带通均衡在接收机中频级进行和频域工作，用以控制信道的传递函数，常称为频域均衡器（AFE），后一种均衡器在时域工作，直接减少由于传递函数不理想而产生的符号间干扰，常称为时域均衡器（ATE）。与.AFE相比，ATE的均衡能力更大，有些SDH微波系统不再使用AFE，只用ATE，而大多数系统中，AFE和ATE联合使用。3 天馈线系统

在微波接力系统中，对天线的基本要求是在线效率高，旁瓣电平低，交叉极化鉴别率高，电压驻波比低，工作频带宽。馈线用于将天线与微波收发信机连接起来，现在在4GHz～15GHz频段广泛采用椭圆软波道作为馈线，它便于计馈线的布局和安装，整个馈线系统包括椭圆波导、椭矩变换、密封节、充气波道段。为了保护馈线，馈线中必须充有干燥空气。

分集接收是对抗多径衰落，提高数字微波传输质量的重要手段之一，所谓分集技术就是为了对抗多径衰落的影响，将多个特性不同的收信信号合成或切换，得到良好信号的技术称为分集技术，考虑到使用不同的天线，频率极化，到达角、路由、地址和时间，分别称為空间分集、极化分集、角度分集、路由分集、站址分集和时间分集。

五、广播电视微波传输的数字化网络建设系统的选择与设计

SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。在广播电视微波传输的数字化网络建设系统的选择与设计方面无疑可以起到意想不到的效果。[5]

1、SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。由于各个应用领域对SCADA的要求不同，所以在广播电视微波传输网络方面选择相应的SCADA系统也是相当重要的。[3]一般SCADA系统由监控中心、通讯网络和远程数据采集终端组成。监控中心即数据处理和显示系统，也称上位机HMI（HumanMachineInterface）——人机界面系统由软件和硬件组成，其中硬件主要包括服务器、管理员站和操作员站，软件采用专用的SCADA系统软件。

2、SCADA系统通讯网络大体可以分为两类：

有线和无线。远程数据采集终端，即各种智能数据采集设备，也就是通常所说的下位机，如各种RTU、PLC及各种智能控制设备等。

3、 SCADA系统在微波数字化中的应用设计

结合SCADA系统的体系结构，在互联网发展的今天，SCADA系统的结构、通信网络、现场数据采集终端都会发生新的变化。

（1）监控中心

监控中心由硬件设备和应用软件组成。

硬件设备：在满足网络功能要求的前提下，采用云计算概念，主要功能在服务器上完成，用云终端代替操作员站与管理员站的计算机，简化操作员站与管理员站的硬件设备，提高系统的安全性、可靠性，便于系统功能与规模的扩充。

应用系统软件：在满足一般使用要求的前提下，需要强大的网络功能，由传统点到点的SCADA系统发展为端到端的互联网协议架构系统。在互联网发展的今天，应设计以下功能：

◆支持PDA、智能手机作为操作终端

SCADA系统软件直接支持智能手机作为操作终端。

这使得SCADA的使用范围从监控室扩大到任何手机网络可以到达的区域。

◆远程组态和维护技术

SCADA系统的组态采用B/S结构，B/S结构即浏览器/服务器结构的软件，可提供很强的远程维护支持，大大降低项目实施和维护的成本。

◆多种的权限管理

传统SCADA系统的操作员是限定在很少的几个人，而现在SCADA系统是面向全企业不同层面、不同部门的人员提供服务的网站发展，这就要求SCADA软件具有多种权限支持。

◆视频与信号数据一体化

将现场视频与SCADA调度系统集成在一起，突出了调度决策的现场感知效果。

4、通讯网络

兼容多种通信模式，如将无线专网、GPRS/CDMA/3G、光纤网及卫星网等，通过互联网通信技术，实现各种应用网络的互联互通，真正组成一个可连接各种感知终端的有机通信网络平台。[4]

5、远程数据采集终端

根据需要选用WSN/Wi-Fi等无线组网方式，增加现场组网的灵活性。

应具有很强的通讯能力，自带以太网接口，在监控现场根据不同的采集对象选择不同的组网方式：对于数据采集，利用WSN无线传感器网络采集比较分散的传感器；对于视频采集，利用Wi-Fi无线组网。无论采用哪种无线组网方式均能减少布线、施工的工作量。

WSN无线传感器网络具有以下优点：

◆成本低

WSN节点采用嵌入式处理器和存储器，就单个节点而言，硬件成本是较低的。WSN采用开放的简化ZigBee协议栈，工作在2.4GHz免执照的ISM频段。

◆对等网络多冗余、高可靠性

WSN没有严格的控制中心，所有节点地位平等，是一个对等式网络。节点可以随时加入或离开网络，任何节点的故障不会影响到整个网络的运行，具有很强的抗毁性。

◆组网能力强

支持树状、星状、网状等多种组网方式，网络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设施，节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。

◆多跳（Multi-hop）路由

WSN节点通信能力有限，覆盖范围只有几十米到几百米，节点只能与它的邻居直接通信。如果希望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信，则需要通过中间节点进行路由。WSN中的多跳路由是由普通网络节点完成的。

结语

为了在更大范围内实现远距离微波传输和资源共享，设备互联，将是微波信号自动化传输的又一巨大发展潜力，网络之间的互联便成为一种信号快速传达的最好方式。隨着科技日新月异的进步，探索如何在网络互联的作用下，有效利用网络技术，节省资源，促使广播电视微波传输在数字化的基础上向自动化传输靠近，优化工作方式，提升工作效能。

从而，实现广播电视微波信号的优质、不间断传输。本文紧紧围绕网络技术应用架构，设计了新型的SCADA系统在微波传输中的应用。随着互联网应用的推进，该系统在广播电视微波传输中将会发挥越来越重要的作用。

参考文献：

[1] 官金安、傅德荣：“基于Internet/Intranet的学校CBE系统的建设”，电化教育研究，2000（2）

[2] 晏蒲柳.大规模智能网络管理模型方法[J].计算机应用研究.2005，03.

[3] 周杨，家海，任宪坤，王沛瑜.网络管理原理与实现技术[M].北京：清华大学出版社.2000.

[4] 李佳石， 冰心著. 网络管理系统中的自动拓扑算法[J].华中科技大学学报.2002，06.

[5] 王倩：《网络经济时代的货币理论》，人民出版社，2009年版。

[6] 卢欣渝。科技新词汇译名的统一性———漫谈因特网词汇[J].中国科技翻译。1999.

[7] 董金明 邓晖《微波技术》机械工业出版社出版时间： 2010年02月