跳頻技術(shù)與直頻技術(shù)的應(yīng)用分析

跳頻技術(shù)與直頻技術(shù)的應(yīng)用分析
    在集裝箱碼頭的計算機管理系統(tǒng)中，實行真正的實時化才能確保集裝箱管理
的準(zhǔn)確率。作為新的信息傳輸技術(shù)，擴頻通信具有較強的抗干擾能力和保密性能。
許多港口、碼頭堆場將其投入集裝箱的管理中。本文闡述了擴頻跳頻技術(shù)在集裝
箱碼頭環(huán)境中的應(yīng)用，并將跳頻和直頻技術(shù)進(jìn)行分析比較。無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的
發(fā)展日新月異，2.4G擴頻通信技術(shù)已開始廣泛應(yīng)用于各項領(lǐng)域之中；而許多用戶
對2.4G擴頻通信技術(shù)中兩大收發(fā)機制即跳頻技術(shù)和直頻技術(shù)如何選用；存在不同
的看法。其實；兩種技術(shù)各具優(yōu)勢；它們適用于不同的領(lǐng)域。在集裝箱碼頭、堆
場這樣對無線電波而言；可稱之為惡劣的工業(yè)環(huán)境下；選用那種更為合適；這不
僅涉及到2.4G的通信機制問題；同時還應(yīng)考慮到在上述條件下如何“揚長避短”。
近年來；通過大量的調(diào)研工作和一定的實踐，認(rèn)為在集裝箱碼頭、堆場環(huán)境下地
域廣闊；反射源不規(guī)則；又要求信號冗余勝全覆蓋；且生產(chǎn)作業(yè)可靠性要求高、
響應(yīng)要求快的條件下；選用跳頻技術(shù)能充分發(fā)揮其優(yōu)點。而選用直頻技術(shù)則存在
較大的風(fēng)險；效果較差，主要分析如下：跳頻技術(shù)可免除干擾在集裝箱碼頭和堆
場環(huán)境中；對于2.4G無線電波來說；金屬箱體的集裝箱是一個全反射源。增種毫
無規(guī)則的全反射將產(chǎn)生很大的干擾。其次，碼頭上各類大型機械的啟動、移動等
也會引起不確定的噪聲干擾。在這種環(huán)境下，直頻技術(shù)的應(yīng)用會因此而使通信受
阻；甚至中斷，嚴(yán)重降低了直頻技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性，而這些關(guān)系到
系統(tǒng)的成功與否。一旦通信中斷或造成死機, 要移動位置后重新啟動系統(tǒng)；通常
最快也要數(shù)十秒。如此類問題經(jīng)常發(fā)生；則必須重新選擇中心頻點；直頻技術(shù)的
頻率和調(diào)整需人工操作, 更加麻煩。這在集裝箱業(yè)務(wù)的生產(chǎn)中是令人無法忍受的。
跳頻技術(shù)發(fā)明于直頻技術(shù)之后，它的發(fā)明正是為了解決干擾這一問題。跳頻技術(shù)
組成的系統(tǒng)是一種免干擾系統(tǒng)；跳頻技術(shù)的核心機制是避開干擾, 尤其是跳頻技
術(shù)的多路徑收發(fā)能力, 使其得以充分利用了集裝箱體的發(fā)射信號；從而保證通信
的穩(wěn)定與可靠。跳頻通信有更多的頻點可選擇國家無委規(guī)定2.4G通信技術(shù)的頻率
范圍為2.4000至2.4853GHz之間；與國際IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)中直頻技術(shù)用頻法則歐
洲標(biāo)準(zhǔn)一致。我國2.4G直頻技術(shù)的應(yīng)用；參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)。在此標(biāo)準(zhǔn)中, 規(guī)定了直
頻技術(shù)可以從13個信道（中心頻率）中選用；為免除自身干擾；當(dāng)選用在互相關(guān)
聯(lián)的不同信道之間；兩信道互相間隔至少在30MHZ以上。這13個頻點的設(shè)定從2.412
至2.472GHz共占有60M帶寬，要免除自身干擾（外界干擾必不可免）；選用2個信
道是最合理的。在實際投入使用的環(huán)境中；還要根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境予以調(diào)整和測定, 
肯定要移動頻點, 如選用3個通信頻點那么調(diào)整余地就很小了；一旦外界干擾嚴(yán)重；
則會帶來很大的風(fēng)險和困難。而跳頻技術(shù)因為是免干擾系統(tǒng)；其收發(fā)機制與直頻
不一樣；它設(shè)置的信道為79個；每間隔0.1且秒則會自動跳變一個頻點。系統(tǒng)中，
不管設(shè)置多少個存取點（AP）；都會全自動調(diào)整各AP的跳頻點及起跳時分，因此
在2.4－2.4853 G頻段中可全波段使用。充分利用了頻率資源，并發(fā)揮得淋漓盡致。
跳頻通信具有高數(shù)據(jù)吐量直頻技術(shù)的優(yōu)勢之一；是單個網(wǎng)橋通信速率高達(dá)2MbPs；
但在野外大范圍內(nèi)；要組成一個無線局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；因為通常僅使用2個頻點；整
個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐能力為4Mbps。盡管跳頻技術(shù)單個存取點（AP）的數(shù)據(jù)通信速率
僅達(dá)1Mbps（目前已研制處2Mbps的跳頻產(chǎn)品），但其AP的組合沒有限止，而系統(tǒng)
的數(shù)據(jù)吞吐能力與AP個數(shù)的增加近似線性增長，因此對無線網(wǎng)絡(luò)移動系統(tǒng)而言；
其整體的數(shù)據(jù)吞吐能力跳頻技術(shù)會成倍地高于直頻技術(shù)。跳頻通信可實現(xiàn)無縫漫
游由于在大范圍內(nèi)使用，（正規(guī)的大型集裝箱碼頭占地面積在100萬平方米以上）
必然要涉及到多個網(wǎng)橋（或存取點）的移動切換；這是漫游的一種切換。在直頻
技術(shù)上，由于其漫游登錄是由網(wǎng)橋確立，而網(wǎng)橋又必須通過有線網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器與
其它網(wǎng)橋的“對話”才能確定。此過程約需1-2秒；故直頻技術(shù)無法做到真正的
無縫漫游。跳頻技術(shù)的漫游切換由移動點確定而無須各存取點對話；它的切換過
程約為0.1秒。因此跳頻技術(shù)才能做到真正的無縫漫游。跳頻通信系統(tǒng)覆蓋范圍廣
直頻技術(shù)的一個網(wǎng)橋覆蓋范圍比跳頻技術(shù)的一個存取點覆蓋范圍要大。在難4過
5的集裝箱環(huán)境下；對箱區(qū)范圍內(nèi)的覆蓋能力；直頻為450米（全向半徑）；跳頻
為350米（全向半徑）。在同一范圍內(nèi)的布點直頻比跳頻少；但在集裝箱碼頭、堆
場這樣的大范圍環(huán)境下，直頻的優(yōu)勢無法得以利用；因為直頻技術(shù)通常只能使用
2個頻點。用頻上的限制使其設(shè)點的數(shù)量受限；盡管直頻技術(shù)的AP可大于2個；而
數(shù)個同頻AP在一定條件下可以融合使用，但這數(shù)個同頻AP在使用上只相當(dāng)于一個
AP點；僅僅擴大了范圍；卻不能增加速率。而跳頻則可通過多設(shè)幾個存取點來加
大覆蓋范圍；又得以提高無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐能力；一舉兩得。跳頻通信對
環(huán)境的適應(yīng)能力強在無線移動網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計中，對直頻技術(shù)來說；為了使各種干擾
的危害降低到最小程度；獲得最佳的收發(fā)效果；其設(shè)計與天線的調(diào)整，是一項難
度高、又費時的工作，而集裝箱碼頭、堆場的環(huán)境在使用中一旦發(fā)生布局的改變
或擴充；原來的設(shè)計和調(diào)整將不再適應(yīng)新的環(huán)境；需要進(jìn)行重新設(shè)計和調(diào)整，這
將投入很多的人力物力和時間；對集裝箱的生產(chǎn)會帶來嚴(yán)重的影響。而跳頻技術(shù)
在這方面不受影響，它可根據(jù)碼頭、堆場的擴充隨意增設(shè)存取點，來增加覆蓋范
圍或提高通信速率而無需特別調(diào)試；因而也不會影響原來集裝箱作業(yè)的運作。
    在大型集裝箱碼頭通信的冗余覆蓋極為重要，但直頻技術(shù)冗余考慮非常復(fù)雜；
往往不容易做到全場冗余；而跳頻技術(shù)可通過增設(shè)存取點即可做到任何要求的冗
余度。跳頻通信系統(tǒng)維護(hù)簡單在系統(tǒng)維護(hù)及故障概率上，無論是直頻技術(shù)的網(wǎng)橋
和跳頻技術(shù)的存取點；他們都是極為穩(wěn)定可靠的設(shè)備，其可靠率高達(dá)99. 975%。
盡管跳頻系統(tǒng)存取點稍多于直頻；但總的維護(hù)量也是很小的。跳頻技術(shù)無需昂貴
的投資從投資上分析，盡管跳頻設(shè)點稍多于直頻，運用的AP較多；但兩者總的投
資基本接近；在有些直頻設(shè)計方案中，為盡力減少外界干擾等問題而采取特殊的
處理，要付出很高的代價。
    根據(jù)上述分析可知；在集裝箱碼頭、堆場的特定的環(huán)境下，直頻技術(shù)由于可
用頻段受到嚴(yán)格限制及其通信機制、系統(tǒng)擴展性、穩(wěn)定性等都較差。且其設(shè)計調(diào)
整繁瑣；實施風(fēng)險大；又難以達(dá)到理想的使用效果；從而制約了在集裝箱碼頭、
堆場生產(chǎn)管理中的應(yīng)用。而跳頻技術(shù)盡管設(shè)點略多；但其穩(wěn)定性好、可靠性高；
無須特別調(diào)整；系統(tǒng)整體傳輸速率高，幾乎不冒風(fēng)險；因此跳頻技術(shù)的優(yōu)越性是
十分明顯的。直頻技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域必須說明的是；本文針對在集裝箱碼頭、堆場
環(huán)境下的應(yīng)用而已；實質(zhì)上直頻技術(shù)有其非常優(yōu)越的傳性。如：直頻技術(shù)采取主
動占有方式；而跳頻是被動適應(yīng)。直頻技術(shù)同時使用整個子頻段；信號被多次擴
展而幾乎無損耗；發(fā)射信號強勁等等。直頻技術(shù)由于其收發(fā)信號覆蓋面較大；網(wǎng)
橋的單體通信速率快等優(yōu)勢；很適用于辦公和教育領(lǐng)域；尤其在點對點、點對多
點的無線分布式通信中應(yīng)用廣泛。比如，當(dāng)布線有困難或租用專線太貴時；可以
考慮采用直頻技術(shù)的無線組網(wǎng)。在對等方式下局域網(wǎng)間進(jìn)行相互通信；也可把直
頻網(wǎng)橋作為有線網(wǎng)的擴展；或作為中繼方式；作為二個局域網(wǎng)的遠(yuǎn)距離互連等。
我們稱之為無線分布系統(tǒng)，其主要是點對點或點對多點的應(yīng)用。在這種模式下，
MAC幀使用了四個地址，并支持TCP/IP和IPX等多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，是IEEE8O2.11標(biāo)準(zhǔn)
所重視的無線局域網(wǎng)的主要應(yīng)用方式。
    直頻技術(shù)與跳頻技術(shù)都將有其后續(xù)更高速率的產(chǎn)品問世，但它們的基本機制、
原理不會變，因此各自適用的領(lǐng)域也不會變化。值得高興的是混合擴頻技術(shù)（跳
頻與直頻技術(shù)的混合形式）的研制已進(jìn)入實質(zhì)性階段；它的出現(xiàn)必將大大推動2.4G
無線擴頻通信技術(shù)的應(yīng)用。