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用华夏盛iNET300网络电台实现无线局域网图像传输系统

 

一、前言

用无线电台方式实现远程数据采集、监视与控制,相对于架设专用电缆(或光缆)、租用电信专线等,具有造价低廉、施工快捷、运行可靠、维护简单等优点。

深圳华夏盛公司SCADA系列数字电台采用数字信号处理、纠错编码、软件无线电、数字调制解调和表面贴片一体化设计等技术,具有高性能、高可靠及抗干扰能力强等特点,电台提供标准RS232数据口可直接与计算机、RTUPLCGPS接收机、数码相机、数据终端等连接,传输速率达19200bps,误码低于10E-6(接收电平-110dBm时),发射功率0.5-25瓦可调节,任何型号电台可设置为主站或远程站使用,无中转通信距离达50公里以上,能适应室内或室外的恶劣工作环境。电台数据和话音兼容,可工作于单工、半双工、时分双工TDD、全双工方式,收发同频或异频中转组网,并具有远程诊断、测试、监管功能,满足各行业调度或控制中心与众多远方站之间的数据采集和控制。

 

二、系统结构

随着科技的发展,移动语音、数据通信系统已经普及,越来越多的用户将关注的焦点转移到移动视频上面来了。在一些特殊行业如:军队、公安、武警消防等行业,移动信息系统需求越来越强烈,该系统不但需要解决现场图像、语音的移动传输,同时还需要实时数据双向传输,数据库资料查询等。
    
基于移动应用的链路只能通过无线来实现,然而目前广为熟知的扩频微波虽然带宽较高,但受限于高频点,必须可视才可以通信,这种要求在固定点无线传输的应用方案中尚可采用,对于移动车辆来讲,高频段的无线产品基本无法使用,车辆在运动过程中,可能会经过不同的障碍物,影响无线传输。而且当车辆到中心点距离达到一定程度后,由于地球曲率及地面的起伏的影响,已经无法保证两点间的可视条件,高频段的无线设备已经无法正常工作。同样在城市内特别是一些大中型的城市,由于高楼林立,无法提供车载对中心的无线可视的环境,实现移动视频更是非常的困难,而一般的窄带产品,虽然具有频点低,绕射能力强,传输距离远的特点,但较低的速率很难能够满足图像传输的要求。
    iNET
电台该设备采用先进的跳频扩频技术,设备抗干扰能力非常强。采用特殊加密措施,安全性能强。电台工作于340MHz频段,频点低,具有较强的绕射能力和穿透能力,传输距离远,同时由于该电台采用数字信号处理技术与FEC前向纠错技术,可使其具有较高的信号接收灵敏度并能保证信号的可靠传输,使其更适应城市无线环境比较恶劣的情况下应用。电台空中传输速率可达512/256kbps,能过满足一般图像的要求,同时设备提供一个以太网口、两个串口,配合视频服务器及其他设备,可以同时提供图像、话音、数据的解决方案。
    
针对iNET电台传输速率不是很高的情况,而且需要同时传输语音、数据,我们选择了H.264视频服务器,该服务器采用目前世界上视频传输领域中最先进的技术,具有非常高的图像压缩能力,而且该技术针对无线传输容易丢包、误码等特点提供相应的修正工具。
    
由于iNET电台具有以上的特点,我们可以在中心的高塔上放置一8.5dBi的全向天线,移动车辆上放一5.6dBi的车载天线,在视距情况下可以保证50KM的传输距离,如果有一定阻挡情况下,保证将方圆几公里到十几公里内的现场图像实时的传送回指挥中心。实现了移动视频系统的机动性和图像传输的实时性,提高了指挥中心对现场的指挥效率。同时,现场人员也可以通过这套无线专网系统实时的访问内部网,查询相关数据文件,实现现场办公,大幅度提高工作效率。
系统结构:

固定无线图像传输系统

移动无线图像传输系统

三、 通讯距离与天线高度、发射功率关系

1、理论计算

相距较远的两个点之间能不能通?通了以后误码率是多少?抗干扰稳定性有多强?在理论上取决于如下两个因素。

A、视距传输

电波信号的传输根据工作波长(频段)的长短不同具有地面波传输(长波)、电离层反射传输(短波)、空中传输(超短波、微波)三种方式,我国无线电管理部门将专用无线数据传输业务主要分配到220240MHz频段(另外还有800MHz2.4GHz等频段),这个频段的电波传播是通过空中进行的。由于地球曲率的影响,两个点(天线高度分别为H米和h米)之间最大可视距离D公里为

D=4.12×(H+h

假设主站天线架设在办公楼顶(高约100m),远程站天线架设在平房顶上(高约4m),则

D=4.12×(100+4=49.44公里

考虑到230兆频段电波具有一定的绕射能力,该种假设架设天线,理论上最远可以通到50公里左右。

同样假设主站和远程站天线高都是1米(如手持),则理论上最大传输距离为6公里左右。

因此天线架设的相对高度是决定通讯距离的第一因素。

B、接收场强

电波从电台发出,经过馈线和天线,通过空中向远方传播,信号受到衰减,到远端接收机时,场强电平为

Pr=Pt+Gt+Gr-Lt-Lr-Lo

Pr:正常接收电平(dBm

Pt:发信功率(dBm

GtGr:收发天线增益(dBm

LtLr:收发馈线损耗(dBm

Lo:自由空间损耗(dBm),Lo=32.45+20logf (MHz) +20logD (Km)

电波信号到达接收机的场强不同,解调输出信号的信噪比亦会不同,从而影响系统的判决造成误码。如果场强太小,即使距离再近接收机亦收不到。所以接收场强是决定通讯距离的第二因素。

接收场强Pr与接收机的门限电平(即在BER小于10-6时,接收机要求的场强电平值,不同的电台,该指标不同,一般为-110dBm)差距即为衰落储备。Pr与接收门限电平差距越大,衰落储备越多,抗干扰能力越强,误码越少,一般要求衰落储备在20dB以上。

2、实际测试

由于现场的实际环境不可能是绝对平坦的,如有山丘、建筑物、树木,不同程度和方式影响电波的传播。因此,在工程实施前,必须进行现场电波传播和接收场强测试(准确到多少dBm),以便根据现场环境和工作要求,确定主站和各远程站电台的功率、天线类型、架设高度等参数,使上下行信号达到足够的抗干扰能力,才能实现有效可靠的无线数据传输。

、电台技术指标

华夏盛iNET300网络电台为PLC与上位机之间提供双向透明高速可靠传输通道,电台配有电源、天线、馈线、避雷器(天线架在室外时)。电台及相应配套设备,根据地形和通讯范围及应用档次要求,有多种型号供选择。

有关技术指标如下:

1、iNET300型网络电台

1.1工作特性
数据速率:512/256Kbps以太网,1200-115200bps串口
      段:336-344/902-928MHz美国ISM
扩频方式: 跳频扩频(FHSS
传输距离:40公里
运行模式:接入点/远端双网关--提供以太网口和串口联接,可设置为接入点或远端双网关。
              
远端串口网关--提供2个串口。
              
远端以太网桥--提供以太网口,允许联接多个终端设备。
1.2
物理接口
以太网:Ethernet 10BaseT,RJ-45
    口:RS-232/V.24,DB-9F,DCE
          RS-232/V.24,DB-9M,DCE/DTE
天线接口:TNC母头
指示灯:LanComlCom2PowerLink
1.3
通信协议
   线:CSMA/CA冲撞检测/避免
以太网:IEEE 802.3
             Spanning Tree (Bridging)
             IP(DHCP
ICMP,UDPTCPARP)
             Mobile IP
    口:异步串口,支持多点串口协议,包括Modbus DNP3,DF1,BSAP
1.4
电台
载波功率:0.1 to 1 watt/5-15watt(选配)
输出阻抗:50 Ohms
占用带宽:312.5KHz
调制方式:CPFSK
接收灵敏度:–92dBm@512Kbps with 10-6BER
                 -100dBm@256Kbps with 10-6BER
    管:HTTP (embedded web server)
               SNMPv1,MIB II,Enterprise MIB
1.5
使用环境
工作温度:-30℃ to +60℃
湿    度:95% at 40℃ 非冷凝
输入电压:10.5-30Vdc (13.8 Vdc)
    电:Rx: 2.8W(10.5-24Vdc)
                Rx:3.5W(24.5-30Vdc)
                Tx:8W(10.5-24Vdc)
                Tx:9W(24.5-30Vdc)
冲击振动: 美国军标MIL STD 202F810E202D
1.6
物理特性
    壳:        铸铝
    寸:        3.15×17.2×11.2 cm
    量:        908
外接接口:BluNETCDPD
安装选择:平面安装支板,导轨,19’机架

2、开关电源(台湾名纬)

2.1、环境条件
2.1.1
、工作温度:-20℃+55℃
2.1.2
、贮存温度:-40℃+80℃
2.1.3
、相对湿度:5%95%
2.1.4
、海拔高度:≤3000m
2.1.5
、大气压力:70106KPa
2.1.6
、散热方式:自然传导散热
2.2
、输入特性
2.2.1
、输入额定电压值:220Vac
2.2.2
、输入电压范围:165Vac285Va, c
2.3
、输出电气特性
2.3.1
、输出额定直流电压:+13.8Vdc
2.3.2
、输出电流范围:+13.8Vdc / 0A6A 
2.3.3
、稳压精度: ≤±2%
2.3.4
、负载调整率:≤±2%
2.3.5
、源调整率: ≤±1%
2.3.6
、输出纹波:+13.8Vdc / ≤100V

3、 主站全向天线(广东冠华)

频率范围:330350MHz
带宽:9MHz
增益:8.5dBi
电压驻波比:≤1.5
标称阻抗:50Ω
极化:垂直
最大功率:150W
接头型号:SL16N
垂直面波瓣宽度:14.5°
长度:4.4m
重量:3.5kg
抗风强度:60m/s
注:玻璃钢分上下两段。

4、从站定向天线(广东冠华)

频率范围:330350MHz
带宽:16MHz
增益:9dBi
电压驻波比:≤1.5
标称阻抗:50Ω
极化:垂直或水平
最大功率:100W
接头型号:SL16N
波瓣宽度:E面:48° H面:54°
前后比:≥14dB
长度:1m
重量:2kg
抗风强度:60m/s

5、馈线(珠海汉胜)

6、避雷器(天线架在室外时) 

产品型号: CA-23RS
主要参数: 频率范围:DC2500MHz
电压驻波比:<1.5
标称阻抗:50Ω
接头型号:N-J
峰值功率:200W
放电开始电压:DC230V
插入损耗:0.1dB
外形尺寸:74×4.25×20mm
重量:100g

四、 设备配置及价格

系统方案所需设备配置及价格如下:

1、       上位机主站                                                       

含:

A、网络电台(iNET300,5W512Kbps                           

B电源(台湾名纬产S-50-12型,13.8V/4A                         

C、全向天线(广东产TQJ-340C型)                                  

  D、低损耗馈线(-7DFB50欧姆)                                    

  E、电缆头                                                              

F避雷器(日本钻石产CA-23RP型)                                

 

2、分站                                                              

含:

A、网络电台(iNET300,5W512Kbps                           

B电源(台湾名纬产S-50-12型,13.8V/4A                         

C、定向天线(广东产TDJ-340Y型)                                  

  D、低损耗馈线(-7DFB50欧姆)                                   

  E、电缆头                                                             

F避雷器(日本钻石产CA-23RP型)                                

 
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