時間：2022-05-07 04:58:58
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論文關(guān)鍵詞:電子通信系統(tǒng) 移動衛(wèi)星通信 關(guān)鍵技術(shù)
論文摘要:現(xiàn)今的電子通信技術(shù)屬于一種尖端的且應(yīng)用性極強(qiáng)的技術(shù),一個國家的科技發(fā)展水平和進(jìn)度關(guān)鍵看電子通信技術(shù)水平的高低。電子通信產(chǎn)業(yè)是信息產(chǎn)業(yè)不可或缺的一部分,電子通信技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展直接帶動先進(jìn)的生產(chǎn)力和科技實力。電子通信技術(shù)涉及的領(lǐng)域和范圍較廣,特別突出在移動電話和衛(wèi)星通信兩個方面,本文也將重點通過這兩個方面來分析電子通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的問題。
隨著電子通信技術(shù)的發(fā)展,它同時在很大程度上改變著人們的生活和方式。人們也能很好地運用電子通信技術(shù)突破時間和空間的局限來學(xué)習(xí)和工作。電子通信技術(shù)不僅改變著人們,它還在改變著社會和國家,使得國家不斷發(fā)展,特別表現(xiàn)在衛(wèi)星通信技術(shù)上。當(dāng)然我國的電子通信技術(shù)還存在一些關(guān)鍵技術(shù)的問題,有待人們改善和加強(qiáng)。
一、電子通信系統(tǒng)概述
電子通信技術(shù)屬于現(xiàn)代通信技術(shù)中的一大部分。電子通信技術(shù)還是信息社會的主要支柱,是現(xiàn)代高新技術(shù)的重要組成部分,甚至是國家國民經(jīng)濟(jì)的神經(jīng)系統(tǒng)和命脈。在現(xiàn)代化信息社會,電子通信技術(shù)無處不在,它涉及的范圍也很廣,包括移動電信、廣播電視、雷達(dá)、聲納、導(dǎo)航、遙控與遙測以及遙感等領(lǐng)域,還有軍事和國民經(jīng)濟(jì)各部門的各種信息系統(tǒng)都要運用到電子通信技術(shù)。
電子通信系統(tǒng)中最具代表性也最常見的就是移動通信和衛(wèi)星通信。其中移動通信就包括了衛(wèi)星通信,此外還有蜂窩系統(tǒng)、集群系統(tǒng)、分組無線網(wǎng)、無繩電話系統(tǒng)、無線電傳呼系統(tǒng)等多個領(lǐng)域。
二、電子通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)問題
近幾年來,電子通信技術(shù)應(yīng)用十分廣泛,就其最具代表性的移動通信和衛(wèi)星通信來看,就存在很多關(guān)鍵性的技術(shù)問題,有待加強(qiáng)和改善。移動通信技術(shù)在電子通信技術(shù)中發(fā)展范圍最大最迅速,傳統(tǒng)的蜂窩通信因為可用無線頻譜資源的增加和無線信號的衰弱而變得越來越受局限。不斷縮小的小區(qū)半徑代表著基站的密度也在不斷增加。除此之外,頻繁的越區(qū)切換導(dǎo)致空中資源的浪費和頻譜效率降低,這也使得網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本也是越來越高。從以上各種因素可以看出,要想獲得更高的頻譜效率和更大更充足的系統(tǒng)容量,就應(yīng)該突破傳統(tǒng)蜂窩體制,應(yīng)用新的移動通信技術(shù)。
1、移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)問題
在移動通信系統(tǒng)中采用分布式天線是很有效也很成功的一種方式,每個小區(qū)內(nèi)都有很多個無線信號處理單元,這些單元距離都比載波波長要遠(yuǎn)得多,并且它們都能進(jìn)行功放變頻和信號預(yù)處理。要在核心處理單元實現(xiàn)信號處理的功能,首先就要完成信號的收發(fā)功能和一些簡單的信號預(yù)處理,然后就要與核心處理單元連接,通過光纖和同軸電纜或微波無線信道來實現(xiàn)。有兩種方式可以實現(xiàn)分布式移動通信,第一種就是在所有的無線信號處理單元上所有相同的下行鏈路信號同時發(fā)射,然后小區(qū)內(nèi)的無線信號處理單元接收到上行鏈路信號之后直接傳送到中心處理單元。這種方案優(yōu)點是簡單,缺點則是會不斷干擾系統(tǒng),阻礙了系統(tǒng)容量的擴(kuò)大。第二種方式則是在整個業(yè)務(wù)區(qū)域內(nèi)完成無線覆蓋的分布式天線結(jié)構(gòu),通過用大量的無線信號處理單元來實現(xiàn),從而突破傳統(tǒng)蜂窩小區(qū)的理念。這種方式也可稱之為“受控天線子系統(tǒng)”,即“僅與移動臺相近的信號處理單元負(fù)責(zé)與移動臺進(jìn)行通信”的方式。第二種較之第一種更理想,但同時它也更復(fù)雜。
分布式移動通信較傳統(tǒng)的移動通信技術(shù)有幾點優(yōu)勢,第一是小區(qū)間干擾低、SIR高且系統(tǒng)容量大,第二是它內(nèi)部的分集能力不僅能用來抵抗陰影效應(yīng),還能夠保證不衰落和擴(kuò)大系統(tǒng)的容量。第三是它能全面提高其自身切換性能和接受信號的功率,還能降低其切換次數(shù)。第四是它對其他通信系統(tǒng)的干擾小并且在相同發(fā)射功率下覆蓋的區(qū)域更大,反之其發(fā)射功率更低。第五是它不僅能更方便快捷地實現(xiàn)任意形狀的無線業(yè)務(wù)服務(wù)區(qū),還能核心處理單元集中處理信號。更能有效利用無線資源。
子通信系統(tǒng)分為5層:應(yīng)用層、驅(qū)動層、傳輸層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。這5層之間功能劃分應(yīng)明確,接口應(yīng)簡單,從而為硬軟件的設(shè)計實現(xiàn)奠定良好的基礎(chǔ):應(yīng)用層是通信系統(tǒng)的最高層次,它實現(xiàn)通信系統(tǒng)管理功能(如初始化、維護(hù)、重構(gòu)等)和解釋功能(如描述數(shù)據(jù)交換的含義、有效性、范圍、格式等)。驅(qū)動層是應(yīng)用層與底層的軟件接口。為實現(xiàn)應(yīng)用層的管理功能,驅(qū)動層應(yīng)能控制子系統(tǒng)內(nèi)多路傳輸總線接口(簡稱MBI)的初始化、啟動、停止、連接、斷開、啟動其自測試,監(jiān)控其工作狀態(tài),控制其和子系統(tǒng)主機(jī)的數(shù)據(jù)交換。傳輸層控制多路傳輸總線上的數(shù)據(jù)傳輸,傳輸層的任務(wù)包括信息處理、通道切換、同步管理等。數(shù)據(jù)鏈路層按照MIL—STD一1553B規(guī)定?？刂瓶偩€上各條消息的傳輸序列。物理層按照MIL—STD一1553B規(guī)定,處理1553B總線物理介質(zhì)上的位流傳輸。應(yīng)用層、驅(qū)動層在各個子系統(tǒng)主機(jī)上實現(xiàn),傳輸層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層在MBI上實現(xiàn)。
2、衛(wèi)星通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)問題
衛(wèi)星通信在電子通信技術(shù)中最為先進(jìn),它也有很大的優(yōu)勢,包括通信距離遠(yuǎn)并且容量大,通信線路質(zhì)量穩(wěn)定可靠以及機(jī)動性能優(yōu)越和靈活地組網(wǎng)等這些都是別的技術(shù)沒有的特點。但隨著不斷快速發(fā)展的全球信息化產(chǎn)業(yè),人們對信息的需求也越來越復(fù)雜多樣,電子通信技術(shù)已進(jìn)入高速、多媒體、業(yè)務(wù)多樣化和可移動的個性化時代。
目前的衛(wèi)星通信的一些關(guān)鍵技術(shù)也存在一些問題,它包括高速數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)需求。以及衛(wèi)星通信應(yīng)用寬帶IP的難點?，F(xiàn)代衛(wèi)星通信技術(shù)采用一些關(guān)鍵技術(shù)來解決問題,一個就是數(shù)據(jù)壓縮技術(shù),它能讓靜態(tài)和動態(tài)的數(shù)據(jù)壓縮都能有效提高通信系統(tǒng)在時間、頻帶、能量上的工作效率;第二個就是智能衛(wèi)星天線系統(tǒng);第三個就是寬帶IP衛(wèi)星通信技術(shù)的研究;第四個就是新型高效的數(shù)字調(diào)制及信道編碼技術(shù);第五個就是多址連接技術(shù)的改進(jìn)和發(fā)展;第六個就是衛(wèi)星激光通信技術(shù)。
未來的衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)率會通過激光通信來實現(xiàn),激光的優(yōu)勢會在互聯(lián)衛(wèi)星網(wǎng)中得到充分發(fā)揮,因為在那里經(jīng)常會應(yīng)用到激光通信技術(shù),它在外層空間進(jìn)行,所以不會受到大氣層的影響。還可以利用“星際激光鏈路”技術(shù)來縮短全球衛(wèi)星通信中的“雙跳”法的信號時長。有專家提出“在衛(wèi)星激光通信在比微波通信數(shù)據(jù)速率高一個數(shù)量級的理想情況下,天線孔徑尺寸會比微波通信衛(wèi)星減小一個數(shù)量級”的觀點。那么如果在空間無線電通信中以激光作為載體來進(jìn)行工作和運行未來的衛(wèi)星之間進(jìn)行激光通信是很有前途的。
總而言之,電子通信系統(tǒng)在這個信息化時代無處不在。在電子通信系統(tǒng)中范圍最廣最常見的就是移動通信技術(shù)和衛(wèi)星通信技術(shù),移動通信技術(shù)體現(xiàn)在日常的電視廣播網(wǎng)絡(luò)等各種電子傳輸工具上,而衛(wèi)星通信系統(tǒng)則運用在比較大型的工程上。電子通信系統(tǒng)的發(fā)達(dá)和完善與否直接決定了一個國家和社會的強(qiáng)弱,所以對其關(guān)鍵技術(shù)問題的分析和研究是很有必要的,掌握了其關(guān)鍵技術(shù)就能很好地運用和完善它。
論文關(guān)鍵詞:交換技術(shù) 電力通信系統(tǒng)
論文摘要:隨著時代的發(fā)展和通訊技術(shù)發(fā)展的日新月異,新的時期對電力通信的也同樣提出了新的要求:一方面,為了確保電力系統(tǒng)先進(jìn)性、安全性、穩(wěn)定性和高效性,這需要我們的電力通信系統(tǒng)與時俱進(jìn)繼續(xù)完善和提高電力通信;另一方面,充分地利用現(xiàn)有電力的網(wǎng)絡(luò)和資源優(yōu)勢,使之成為電力企業(yè)新的價值增長途徑,成為電力通信企業(yè)的技術(shù)革新的動力,進(jìn)一步保持并提升電力的供應(yīng)企業(yè)的競爭力。然而當(dāng)前電力通信系統(tǒng)雖然業(yè)務(wù)量小但是種類較多,這不但造成浪費, 而且由于種類繁多對其運行管理和運行維護(hù)帶來很大不便。上述問題的解決方案之一——軟交換技術(shù)。這是由于軟交換技術(shù)具有媒體網(wǎng)關(guān)接入、呼叫控制、業(yè)務(wù)提供以及互聯(lián)互通等功能,可以很好的解決新時期電力通信的問題,因此,軟交換技術(shù)在電力通信系統(tǒng)中的有著很好的推廣應(yīng)用前景。
自從第一款產(chǎn)品在電信市場上成功推出以來,“軟交換”這個概念已經(jīng)成為電信行業(yè)中倍受青睞的時髦用語。由于既能執(zhí)行與基于硬件的傳統(tǒng)電話交換機(jī)相同的功能,又能同時處理IP通信,軟交換技術(shù)承諾可提供許多優(yōu)勢,如輕松整合電路交換和分組交換、降低網(wǎng)絡(luò)成本以便運營商更快獲得收入。
所謂“軟交換”就是指基于分組網(wǎng)利用程控軟件提供呼叫控制功能和媒體處理相分離的系統(tǒng)和設(shè)備解決方案。換言之,軟交換是從媒體網(wǎng)關(guān)(傳輸層)中分剝離出其中的呼叫控制功能,再通過軟件技術(shù)實現(xiàn)其呼叫控制功能,進(jìn)而使得呼叫傳輸和呼叫控制二者想獨立,這就為系統(tǒng)的控制與交換以及軟件可編程功能實現(xiàn)各功能的可分離的平臺創(chuàng)造了條件。一方面,軟交換提供了很多實用的功能,如:連接控制、翻譯和選路、網(wǎng)關(guān)管理、安全性和呼叫詳細(xì)記錄、呼叫控制等功能。另一方面,它還為在網(wǎng)絡(luò)上提供開展新業(yè)務(wù)提供了大大便利,這主要是要歸功于軟交換網(wǎng)絡(luò)資源與網(wǎng)絡(luò)能力很好的相結(jié)合起來,并設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)開放的業(yè)務(wù)接口和業(yè)務(wù)應(yīng)用層。
1、背景
隨著電力市場化、開放化的趨勢以及電網(wǎng)建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展,傳統(tǒng)的電力信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)將發(fā)生變化。一方面,涌現(xiàn)出不少新型業(yè)務(wù)如:電視會議、變電站無人視頻監(jiān)控、輸變電線路監(jiān)控及電廠視頻監(jiān)控等視圖業(yè)務(wù);另一方面,傳統(tǒng)單一主機(jī)的調(diào)度自動化體系架構(gòu)向客戶機(jī)/服務(wù)器體系架構(gòu)的轉(zhuǎn)變;同時,監(jiān)視全網(wǎng)運行狀況,提供故障記錄和分析的故障濾波系統(tǒng)的建設(shè)以及電量計費網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和雷電定位系統(tǒng)的建設(shè)等。因此,基于互聯(lián)網(wǎng)/局域網(wǎng)并能體現(xiàn)信息化綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用的管理信息系統(tǒng)將成為電力企業(yè)信息化的發(fā)展方向和趨勢。
2、軟交換的主要功能
軟交換主要具有呼叫控制、互聯(lián)互通、業(yè)務(wù)提供等功能,下面分別來逐一介紹這個三大功能:
(1)呼叫控制功能。呼叫控制功能是軟交換的重要功能組成。它除了能完成基本呼叫的建立、維持和釋放之外,還可以提供各種控制功能,如:呼叫處理、智能呼叫觸發(fā)檢出、連接控制和資源控制等等。
(2)互聯(lián)互通功能。當(dāng)前IP電話體系主要是由兩大標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成即:ITU-T H.323協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)和IETF SIP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),這兩大標(biāo)準(zhǔn)均可以獨立的均實現(xiàn)呼叫建立、釋放、補(bǔ)充業(yè)務(wù)、能力交換等功能,但是不可相互兼容的體系結(jié)構(gòu)。軟交換技術(shù)可以與多種協(xié)議相兼容,自然也包括同時兼容ITU-T H.323和IETF SIP這兩大協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。
(3)業(yè)務(wù)提供功能。一方面,軟交換可以實現(xiàn)對PSTN/ISDN交換機(jī)的支持,并能提供的全部業(yè)務(wù),包括基本業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù);另一方面,它還可以與現(xiàn)有智能網(wǎng)相兼容相配合,為現(xiàn)有智能網(wǎng)提供的業(yè)務(wù)。由此可見軟交換在網(wǎng)絡(luò)從電路交換向分組交換演進(jìn)的過程中扮演著非常重要的作用。
3、引入軟交換的意義
軟交換將是下一代話音網(wǎng)絡(luò)交換的核心。如果說傳統(tǒng)的電信網(wǎng)是基于程控交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò),那么下一代分組話音網(wǎng)則是基于軟交換的網(wǎng)絡(luò)。軟交換是新、舊網(wǎng)絡(luò)融合的樞紐。這主要表現(xiàn)在以下三層面:
第一個層面——用戶。傳統(tǒng)的交換網(wǎng)絡(luò)的封閉性,一家設(shè)備供應(yīng)商往往包攬所以的包括軟、硬件供應(yīng)、更新維護(hù)以及應(yīng)用的開發(fā)在內(nèi)的每一項事物,理所當(dāng)然用戶也牢牢地鎖定在設(shè)備供應(yīng)商的那里,壓縮了用戶選擇的空間,導(dǎo)致用戶在設(shè)備維護(hù)費用上失去了應(yīng)有的主動權(quán)。然而通過軟交換技術(shù)的所搭建起來的下一代網(wǎng)絡(luò)可以有效地扭轉(zhuǎn)了這種不利局面,這主要是在利用軟交換技術(shù)搭建的新一代網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備系統(tǒng)供應(yīng)商都是基于同一個開放標(biāo)準(zhǔn)平臺開發(fā)出來的,這樣一來用戶自然就具有更多的選擇權(quán),可以在同一類產(chǎn)品中貨比多家,根據(jù)自己的需求擇優(yōu)挑選供應(yīng)商來為自己服務(wù)。
第二個層面——成本。將傳統(tǒng)的電路交換技術(shù)與軟交換技術(shù)相比,軟交換技術(shù)更具經(jīng)濟(jì)性、低成本性,可以說是地投入高產(chǎn)出。這主要是得益于兩方面:一方面,軟交換技術(shù)實現(xiàn)了平臺的開放性,使得新的應(yīng)用可以更快、更易的與其相銜接;另一方面,軟交換所以使用的元器件很多都是普通的計算機(jī)器件,這就降低了其元器件的采購成本,具有更高的性價比。
第三個層面——可靠性。
與傳統(tǒng)的電路交換相比,軟交換技術(shù)可以更好的解決網(wǎng)絡(luò)的可靠性。用戶在組網(wǎng)的時候可以利用軟交換的優(yōu)勢采用功能軟件的形式將傳統(tǒng)的電路交換的核心功能先進(jìn)行了分類,然后再將其往下分配到各骨干網(wǎng)絡(luò)。由于這種根據(jù)分門別類的分布式結(jié)構(gòu)是可編程的,同時也是以計算機(jī)平臺為基礎(chǔ),并可以利用設(shè)置網(wǎng)絡(luò)權(quán)限來更好地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的可控性和安全性。
4、軟交換技術(shù)在電力通訊系統(tǒng)中的應(yīng)用前景
電力通信網(wǎng)分布廣泛,業(yè)務(wù)極為繁瑣,雖然擁有多種網(wǎng)絡(luò)形式,但是各種網(wǎng)絡(luò)一方面都有各自的交換設(shè)備、復(fù)接設(shè)備等, 且它們相互獨立不能實現(xiàn)互融互通。但是隨著軟交換技術(shù)的出現(xiàn),將可以很好的解決這些問題,這主要得益于在電力通訊系統(tǒng)中應(yīng)用軟交換技術(shù)所能取得以下幾方面的優(yōu)勢。
4.1統(tǒng)計匯總的優(yōu)勢
采用軟交換技術(shù)組建的電力通信系統(tǒng)具有自我統(tǒng)計和自我維護(hù)功能,主要包括:業(yè)務(wù)統(tǒng)計和錯誤預(yù)警。對于縱橫交織的電力網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)繁雜的電力系統(tǒng)來講,應(yīng)用軟交換技術(shù)可以實現(xiàn):(1)方便便捷地對所有的業(yè)務(wù)進(jìn)行匯總并輸出分析報告;(2)發(fā)生故障時及時發(fā)出錯誤警報,同時顯示故障錯誤的具體的地點和原因,并自動將其發(fā)送給電力搶修和維護(hù)部門。(3)清單的采集功能,并可提供詳細(xì)的電量與電話計費清單。
4.2電力通信網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)互通的優(yōu)勢
電力通信網(wǎng)不但擁有電力系統(tǒng)獨有的載波電話網(wǎng)絡(luò),而且同樣也存在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò),它們是以協(xié)議為基礎(chǔ)的分組網(wǎng)絡(luò)。電話網(wǎng)和計算機(jī)網(wǎng)可以利用軟交換技術(shù)所提供的支 持多種信令協(xié)議的接口來實現(xiàn)它們之前信息指令相互傳輸相互識別。這樣一來計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能更便捷地對電力通信網(wǎng)進(jìn)行管理和協(xié)作更好的支持各業(yè)務(wù)的開展和實施。
4.3新業(yè)務(wù)開展的優(yōu)勢
當(dāng)前,語音和數(shù)據(jù)信息為電力通信網(wǎng)中的主要傳輸?shù)男畔?但是隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和計算機(jī)技術(shù)的革新, 這對電力通信業(yè)務(wù)提出了很多新的要求如:可視業(yè)務(wù)、多媒體業(yè)務(wù)等新興業(yè)務(wù)。面對這些新的要求,軟交換技術(shù)可以大顯生手,這是因為其不但可以很好地支持語音業(yè)務(wù),而且還可以利用新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施與開放式的應(yīng)用程序接口為用戶提供各種增值業(yè)務(wù),為新業(yè)務(wù)的開展提供便捷。
4.4統(tǒng)一不同介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢
當(dāng)前電力通信網(wǎng)中擁有多種傳輸介質(zhì),且各自獨立不相兼容,并必須采用各自專用的設(shè)備, 若引進(jìn)了軟交換技術(shù)來組建網(wǎng)絡(luò), 利用軟交換技術(shù)的優(yōu)勢搭建一臺多介質(zhì)的信息進(jìn)行交換解決方案。這樣一方面可以減少設(shè)備的需求降低設(shè)備的總采購額節(jié)約了成本;另一方面可以提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性,使依靠各種不同介質(zhì)傳播的網(wǎng)絡(luò)達(dá)到了一定的互融互通的效果,正是由于實現(xiàn)了不同介質(zhì)在同一網(wǎng)絡(luò)中信息傳遞從而簡化了過去不同介質(zhì)間的繁瑣的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換;同時在管理維護(hù)上顯得更加方便快捷,因為現(xiàn)在只需對同一類設(shè)備進(jìn)行運行管理和系統(tǒng)維護(hù)就可以實現(xiàn)對整個網(wǎng)絡(luò)的信息交換。
總之,軟交換技術(shù)應(yīng)用作為下一代網(wǎng)絡(luò)的解決方案,具有多方面的優(yōu)勢,其應(yīng)用性體現(xiàn)在方方面面。在電力通信網(wǎng)中引人并實施軟交換技術(shù),一方面,在技術(shù)上既可起到承上啟下的作用;另一方面,電力供應(yīng)企業(yè)順利向下一代網(wǎng)絡(luò)解決方案的的演進(jìn)產(chǎn)生多方面的積極作用。基于軟交換技術(shù)應(yīng)該在電力通訊系統(tǒng)中所具有的這些優(yōu)勢,我們可以很好的預(yù)見其良好的市場應(yīng)用與推廣前景。
論文關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng) 信息脆性 風(fēng)險評估
論文摘要:目前來看,信息脆性風(fēng)險已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)亟待解決的問題。而要想更好解決網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性風(fēng)險,就需要采取有效的管理方法對信息脆性風(fēng)險進(jìn)行分析,以保證網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)正常運行,從而保證不同領(lǐng)域信息安全。本文主要從網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性風(fēng)險概況、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)與脆性環(huán)境之間的聯(lián)系、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性風(fēng)險評估等方面出發(fā),對網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的信息脆性風(fēng)險評估進(jìn)行分析。
隨著網(wǎng)通通信系統(tǒng)不斷的發(fā)展,不僅其規(guī)模越來越大,其復(fù)雜程度也越來越高,系統(tǒng)之間的聯(lián)系也逐漸密切起來。隨之而來系統(tǒng)的不確定性也越來越大,而系統(tǒng)的復(fù)雜性使得網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)易受環(huán)境的不確定性影響,從而使系統(tǒng)出現(xiàn)脆性風(fēng)險,甚至給環(huán)境帶來一定影響。在這種情況下,有必要基于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)脆性風(fēng)險建立脆性風(fēng)險評估體系,以減少不必要的網(wǎng)絡(luò)脆性風(fēng)險。如何更好的對網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性風(fēng)險評估進(jìn)行分析,已經(jīng)成為相關(guān)部門值得思索的事情。
一、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性風(fēng)險概況
(一)脆性定義
脆性是系統(tǒng)受到外界打擊時而產(chǎn)生的崩潰,這種崩潰在脆性產(chǎn)生之前并沒有相應(yīng)征兆。從某種意義上來講,脆性是其系統(tǒng)自身特有屬性,其是一種狀態(tài)轉(zhuǎn)化成另一種狀態(tài)時才能顯現(xiàn)出來的,一旦顯現(xiàn)出來,就會給系統(tǒng)造成巨大的損失。
(二)脆性特點
脆性是伴隨著復(fù)雜系統(tǒng)而存在的,基于脆性定義,系統(tǒng)脆性特點進(jìn)行分析?，F(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中脆性不能明顯的顯現(xiàn)出來,只有當(dāng)其受到強(qiáng)烈干擾之后,才能顯現(xiàn)出來,并將脆性隨時激發(fā)出來。隨著網(wǎng)通通信系統(tǒng)不斷的發(fā)展,其脆性可能隨時被激發(fā)。因此,網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性問題是具有隱藏性的;因網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)容易受復(fù)雜系統(tǒng)干擾,當(dāng)其受一定條件限制時,其系統(tǒng)有脆性聯(lián)系的系統(tǒng)就會受脆性的影響而產(chǎn)生崩潰;因網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)進(jìn)化方式較多,再加上受外界環(huán)境的影響,使其表現(xiàn)結(jié)果具有多樣性,這也使得狀態(tài)脆性變化形式更加多樣化,系統(tǒng)脆性損失也變得多樣化。在系統(tǒng)脆性的影響下,系統(tǒng)工作狀態(tài)會呈現(xiàn)出混亂的狀態(tài),其脆性持續(xù)一段時間后會產(chǎn)生不同程度的危害性,甚至影響社會秩序的有序進(jìn)行;網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)子系統(tǒng)之間常會因為熵相互爭奪,而使其熵值降低,從而使網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息出現(xiàn)非合作博弈。此外,網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)脆性也具有連鎖性、延時性和整合性。網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)在實際運行過程中一旦受外界干擾,其系統(tǒng)脆性就會隨之產(chǎn)生逐漸崩潰,但是系統(tǒng)崩潰是可以延時一段時間的,畢竟系統(tǒng)有一定的開放性和組織性。再加上脆性是具有一定屬性的,在對系統(tǒng)脆性進(jìn)行研究時,需要全局分析。
二、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)與脆性環(huán)境之間的聯(lián)系
在對網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性風(fēng)險進(jìn)行分析時,有必要對系統(tǒng)和脆性環(huán)境之間的聯(lián)系進(jìn)行分析。系統(tǒng)脆性風(fēng)向與系統(tǒng)漏洞相似的,是風(fēng)險客觀存在的條件,而威脅和攻擊則是風(fēng)險的主觀條件。不管是主管條件還是客觀條件,主客觀條件在時間相同條件下,其風(fēng)險對整個通信系統(tǒng)安全是有一定破壞性的,甚至使整個通信系統(tǒng)處于不穩(wěn)定且不安全狀態(tài)中。一般系統(tǒng)與外部環(huán)境是有一定聯(lián)系的,不僅相互影響,同時也存在一定外部規(guī)定性。也就是系統(tǒng)必須在特定的環(huán)境下進(jìn)行,即便在環(huán)境因子不用情況下,其也會以一種特殊的方式將其組合在一起,從而進(jìn)行不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性質(zhì)。但是系統(tǒng)實際運行過程中,會呈現(xiàn)一種特性甚至產(chǎn)生與環(huán)境相適應(yīng)趨勢。一旦環(huán)境發(fā)生變化,其系統(tǒng)涌和環(huán)境也有一定依存關(guān)系。而正是因為系統(tǒng)和脆性環(huán)境存在上述關(guān)系,可以將系統(tǒng)分為封閉式和開放式脆性系統(tǒng)兩種。封閉式脆性系統(tǒng)在系統(tǒng)運行過程中,其與外部環(huán)境在信息和能量等方面沒有相應(yīng)溝通和交流的,而開放式脆性系統(tǒng)則與外部環(huán)境存有信息、能量及相關(guān)方面的溝通。從整體上來看,開放式脆性系統(tǒng)是易受脆性環(huán)境影響的,其脆性風(fēng)險也相對較高。理論上封閉系統(tǒng)的風(fēng)險性雖然低于開放性脆性系統(tǒng),但是要想真正的降低系統(tǒng)風(fēng)險并保證其安全,還需要最大限度的降低系統(tǒng)開放性,畢竟系統(tǒng)是變化的,而系統(tǒng)變化過程中是需要相應(yīng)信息、能量及相關(guān)因素支持的。隨著網(wǎng)絡(luò)變化不斷的發(fā)展,人們生產(chǎn)、生活對網(wǎng)絡(luò)的依賴性越來越大,這就使得網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)脆性安全變得越來越重要。這就需要對網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性風(fēng)險進(jìn)行相應(yīng)分析并評估。
三、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性風(fēng)險評估
對網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)脆性風(fēng)險進(jìn)行評估,除了了解系統(tǒng)信息脆性風(fēng)險概況、與外部環(huán)境關(guān)系外,還應(yīng)在上述內(nèi)容基礎(chǔ)上建立網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性風(fēng)險結(jié)構(gòu)模型,以便進(jìn)一步對系統(tǒng)脆性風(fēng)險進(jìn)行評估。脆性系統(tǒng)受內(nèi)外因的影響而易引發(fā)脆性事件。一般脆性事件是由不同因素構(gòu)成的,一旦這些因素某一刻在系統(tǒng)上發(fā)揮作用,就可能引發(fā)一系列崩潰事件。而這一時刻內(nèi)所有脆性事件構(gòu)成的系統(tǒng)脆性事件而他將其制成脆性空間,也就是我們常說的系統(tǒng)脆性環(huán)境。當(dāng)這些脆性事件在系統(tǒng)上產(chǎn)生作用,就會使脆性發(fā)生變化,甚至使其概率處于崩潰地步。而通信系統(tǒng)脆性風(fēng)險結(jié)構(gòu)就是在此基礎(chǔ)上通過對脆性事件的可變性和不確定性的分析構(gòu)建的。
脆性結(jié)構(gòu)一般可分為脆性事件和脆性因子。脆性事件作為脆性環(huán)境的直接構(gòu)成要素,其不僅具有重復(fù)性多邊形,同時也具有難以預(yù)測性。而脆性因子則存在于脆性事件中,其具有隱藏性、穩(wěn)定性和可預(yù)測性。因此,對脆性環(huán)境分析,可以基于脆性因子進(jìn)行分析。脆性事件在某一時間內(nèi)受外部環(huán)境干擾后會出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰事件集。在實際分析中,可以通過假設(shè)空間系統(tǒng)n個脆性事件(I1,I2,……In),求出發(fā)生概率。正常情況下,當(dāng)系統(tǒng)概率超過零0時,系統(tǒng)崩潰概率將會在0-1之間,在I1作用下,系統(tǒng)的脆性風(fēng)險期望則為E[RI2]=Pipi,(i=1,2……,n),脆性風(fēng)險則為E[RIi]=E[RIi]+…+E[RIn]。而構(gòu)建這種線性疊加需要所有脆性事件來保證,但是在實際應(yīng)用過程中,不同脆性事件是有多種聯(lián)系的,這就加大了對具體脆性事件分析和預(yù)測難度,更無法對耦合關(guān)系進(jìn)行分析和處理。在這種情況下,就應(yīng)該對新對系統(tǒng)脆性事件進(jìn)行分析,并辨別出脆性事件中存在的因子,再以不同脆性事件因子危害性為依據(jù),對影響網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)崩潰程度進(jìn)行分析,以更好的得到脆性風(fēng)險結(jié)果。為了使網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性風(fēng)險評估更加準(zhǔn)確,還需要對系統(tǒng)信息脆性熵進(jìn)行進(jìn)一步分析。熵作為度量脆性事件集,可以以脆性事件集空間概率形式來對平均函數(shù)進(jìn)行分析。因脆性事件空間中的概率都有一定的風(fēng)險,使得多有空間脆性事件都存有一定概率風(fēng)險,再加上熵度量值是由脆性事件集空間概率決定的,使得熵成為整體結(jié)構(gòu)的唯一決定。這樣在實際應(yīng)用過程中,就可以通過熵來減少脆性事件的不確定性,以降低脆性風(fēng)險。
四、結(jié)束語
計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)不斷的發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)向自動化、智能化水平方向發(fā)展,并被人們廣泛應(yīng)用在生活和社會不同領(lǐng)域中。而在網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)運行過程中,其卻常受內(nèi)外環(huán)境的影響而出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息脆性問題。因此,人們對計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)同風(fēng)險越來越重視,相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)研究人員為了更好解決上述問題,開始對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息脆性問題進(jìn)行了上述研究。但隨著時代的發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性問題將會有新的體現(xiàn),仍需要相應(yīng)研究人員對網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)脆性問題進(jìn)行深入研究。
論文關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng) 信息脆性 風(fēng)險評估
論文摘要:目前來看,信息脆性風(fēng)險已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)亟待解決的問題。而要想更好解決網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性風(fēng)險,就需要采取有效的管理方法對信息脆性風(fēng)險進(jìn)行分析,以保證網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)正常運行,從而保證不同領(lǐng)域信息安全。本文主要從網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性風(fēng)險概況、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)與脆性環(huán)境之間的聯(lián)系、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性風(fēng)險評估等方面出發(fā),對網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的信息脆性風(fēng)險評估進(jìn)行分析。
隨著網(wǎng)通通信系統(tǒng)不斷的發(fā)展,不僅其規(guī)模越來越大,其復(fù)雜程度也越來越高,系統(tǒng)之間的聯(lián)系也逐漸密切起來。隨之而來系統(tǒng)的不確定性也越來越大,而系統(tǒng)的復(fù)雜性使得網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)易受環(huán)境的不確定性影響,從而使系統(tǒng)出現(xiàn)脆性風(fēng)險,甚至給環(huán)境帶來一定影響。在這種情況下,有必要基于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)脆性風(fēng)險建立脆性風(fēng)險評估體系,以減少不必要的網(wǎng)絡(luò)脆性風(fēng)險。如何更好的對網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性風(fēng)險評估進(jìn)行分析,已經(jīng)成為相關(guān)部門值得思索的事情。
一、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性風(fēng)險概況
(一)脆性定義
脆性是系統(tǒng)受到外界打擊時而產(chǎn)生的崩潰,這種崩潰在脆性產(chǎn)生之前并沒有相應(yīng)征兆。從某種意義上來講,脆性是其系統(tǒng)自身特有屬性,其是一種狀態(tài)轉(zhuǎn)化成另一種狀態(tài)時才能顯現(xiàn)出來的,一旦顯現(xiàn)出來,就會給系統(tǒng)造成巨大的損失。
(二)脆性特點
脆性是伴隨著復(fù)雜系統(tǒng)而存在的,基于脆性定義,系統(tǒng)脆性特點進(jìn)行分析?，F(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中脆性不能明顯的顯現(xiàn)出來,只有當(dāng)其受到強(qiáng)烈干擾之后,才能顯現(xiàn)出來,并將脆性隨時激發(fā)出來。隨著網(wǎng)通通信系統(tǒng)不斷的發(fā)展,其脆性可能隨時被激發(fā)。因此,網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性問題是具有隱藏性的;因網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)容易受復(fù)雜系統(tǒng)干擾,當(dāng)其受一定條件限制時,其系統(tǒng)有脆性聯(lián)系的系統(tǒng)就會受脆性的影響而產(chǎn)生崩潰;因網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)進(jìn)化方式較多,再加上受外界環(huán)境的影響,使其表現(xiàn)結(jié)果具有多樣性,這也使得狀態(tài)脆性變化形式更加多樣化,系統(tǒng)脆性損失也變得多樣化。在系統(tǒng)脆性的影響下,系統(tǒng)工作狀態(tài)會呈現(xiàn)出混亂的狀態(tài),其脆性持續(xù)一段時間后會產(chǎn)生不同程度的危害性,甚至影響社會秩序的有序進(jìn)行;網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)子系統(tǒng)之間常會因為熵相互爭奪,而使其熵值降低,從而使網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息出現(xiàn)非合作博弈。此外,網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)脆性也具有連鎖性、延時性和整合性。網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)在實際運行過程中一旦受外界干擾,其系統(tǒng)脆性就會隨之產(chǎn)生逐漸崩潰,但是系統(tǒng)崩潰是可以延時一段時間的,畢竟系統(tǒng)有一定的開放性和組織性。再加上脆性是具有一定屬性的,在對系統(tǒng)脆性進(jìn)行研究時,需要全局分析。
二、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)與脆性環(huán)境之間的聯(lián)系
在對網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性風(fēng)險進(jìn)行分析時,有必要對系統(tǒng)和脆性環(huán)境之間的聯(lián)系進(jìn)行分析。系統(tǒng)脆性風(fēng)向與系統(tǒng)漏洞相似的,是風(fēng)險客觀存在的條件,而威脅和攻擊則是風(fēng)險的主觀條件。不管是主管條件還是客觀條件,主客觀條件在時間相同條件下,其風(fēng)險對整個通信系統(tǒng)安全是有一定破壞性的,甚至使整個通信系統(tǒng)處于不穩(wěn)定且不安全狀態(tài)中。一般系統(tǒng)與外部環(huán)境是有一定聯(lián)系的,不僅相互影響,同時也存在一定外部規(guī)定性。也就是系統(tǒng)必須在特定的環(huán)境下進(jìn)行,即便在環(huán)境因子不用情況下,其也會以一種特殊的方式將其組合在一起,從而進(jìn)行不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性質(zhì)。但是系統(tǒng)實際運行過程中,會呈現(xiàn)一種特性甚至產(chǎn)生與環(huán)境相適應(yīng)趨勢。一旦環(huán)境發(fā)生變化,其系統(tǒng)涌和環(huán)境也有一定依存關(guān)系。而正是因為系統(tǒng)和脆性環(huán)境存在上述關(guān)系,可以將系統(tǒng)分為封閉式和開放式脆性系統(tǒng)兩種。封閉式脆性系統(tǒng)在系統(tǒng)運行過程中,其與外部環(huán)境在信息和能量等方面沒有相應(yīng)溝通和交流的,而開放式脆性系統(tǒng)則與外部環(huán)境存有信息、能量及相關(guān)方面的溝通。從整體上來看,開放式脆性系統(tǒng)是易受脆性環(huán)境影響的,其脆性風(fēng)險也相對較高。理論上封閉系統(tǒng)的風(fēng)險性雖然低于開放性脆性系統(tǒng),但是要想真正的降低系統(tǒng)風(fēng)險并保證其安全,還需要最大限度的降低系統(tǒng)開放性,畢竟系統(tǒng)是變化的,而系統(tǒng)變化過程中是需要相應(yīng)信息、能量及相關(guān)因素支持的。隨著網(wǎng)絡(luò)變化不斷的發(fā)展,人們生產(chǎn)、生活對網(wǎng)絡(luò)的依賴性越來越大,這就使得網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)脆性安全變得越來越重要。這就需要對網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性風(fēng)險進(jìn)行相應(yīng)分析并評估。
三、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性風(fēng)險評估
對網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)脆性風(fēng)險進(jìn)行評估,除了了解系統(tǒng)信息脆性風(fēng)險概況、與外部環(huán)境關(guān)系外,還應(yīng)在上述內(nèi)容基礎(chǔ)上建立網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性風(fēng)險結(jié)構(gòu)模型,以便進(jìn)一步對系統(tǒng)脆性風(fēng)險進(jìn)行評估。脆性系統(tǒng)受內(nèi)外因的影響而易引發(fā)脆性事件。一般脆性事件是由不同因素構(gòu)成的,一旦這些因素某一刻在系統(tǒng)上發(fā)揮作用,就可能引發(fā)一系列崩潰事件。而這一時刻內(nèi)所有脆性事件構(gòu)成的系統(tǒng)脆性事件而他將其制成脆性空間,也就是我們常說的系統(tǒng)脆性環(huán)境。當(dāng)這些脆性事件在系統(tǒng)上產(chǎn)生作用,就會使脆性發(fā)生變化,甚至使其概率處于崩潰地步。而通信系統(tǒng)脆性風(fēng)險結(jié)構(gòu)就是在此基礎(chǔ)上通過對脆性事件的可變性和不確定性的分析構(gòu)建的。
脆性結(jié)構(gòu)一般可分為脆性事件和脆性因子。脆性事件作為脆性環(huán)境的直接構(gòu)成要素,其不僅具有重復(fù)性多邊形,同時也具有難以預(yù)測性。而脆性因子則存在于脆性事件中,其具有隱藏性、穩(wěn)定性和可預(yù)測性。因此,對脆性環(huán)境分析,可以基于脆性因子進(jìn)行分析。脆性事件在某一時間內(nèi)受外部環(huán)境干擾后會出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰事件集。在實際分析中,可以通過假設(shè)空間系統(tǒng)n個脆性事件(I1,I2,……In),求出發(fā)生概率。正常情況下,當(dāng)系統(tǒng)概率超過零0時,系統(tǒng)崩潰概率將會在0-1之間,在I1作用下,系統(tǒng)的脆性風(fēng)險期望則為E[RI2]=Pipi,(i=1,2……,n),脆性風(fēng)險則為E[RIi]=E[RIi]+…+E[RIn]。而構(gòu)建這種線性疊加需要所有脆性事件來保證,但是在實際應(yīng)用過程中,不同脆性事件是有多種聯(lián)系的,這就加大了對具體脆性事件分析和預(yù)測難度,更無法對耦合關(guān)系進(jìn)行分析和處理。在這種情況下,就應(yīng)該對新對系統(tǒng)脆性事件進(jìn)行分析,并辨別出脆性事件中存在的因子,再以不同脆性事件因子危害性為依據(jù),對影響網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)崩潰程度進(jìn)行分析,以更好的得到脆性風(fēng)險結(jié)果。為了使網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性風(fēng)險評估更加準(zhǔn)確,還需要對系統(tǒng)信息脆性熵進(jìn)行進(jìn)一步分析。熵作為度量脆性事件集,可以以脆性事件集空間概率形式來對平均函數(shù)進(jìn)行分析。因脆性事件空間中的概率都有一定的風(fēng)險,使得多有空間脆性事件都存有一定概率風(fēng)險,再加上熵度量值是由脆性事件集空間概率決定的,使得熵成為整體結(jié)構(gòu)的唯一決定。這樣在實際應(yīng)用過程中,就可以通過熵來減少脆性事件的不確定性,以降低脆性風(fēng)險。
四、結(jié)束語
計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)不斷的發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)向自動化、智能化水平方向發(fā)展,并被人們廣泛應(yīng)用在生活和社會不同領(lǐng)域中。而在網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)運行過程中,其卻常受內(nèi)外環(huán)境的影響而出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息脆性問題。因此,人們對計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)同風(fēng)險越來越重視,相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)研究人員為了更好解決上述問題,開始對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息脆性問題進(jìn)行了上述研究。但隨著時代的發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)信息脆性問題將會有新的體現(xiàn),仍需要相應(yīng)研究人員對網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)脆性問題進(jìn)行深入研究。
論文關(guān)鍵詞:移動通信 鐵路通信系統(tǒng) 應(yīng)用
論文摘要:鐵路運輸是國家的經(jīng)濟(jì)大動脈,鐵路通信系統(tǒng)是直接保證鐵路運輸?shù)闹匾ぞ?它的質(zhì)量的好壞直接影響鐵路運輸?shù)男室约斑\輸速度和安全。隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展,各種高薪技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在鐵路通信系統(tǒng)中,使得鐵路通信系統(tǒng)得到逐步提高和完善,并提高了鐵路運輸?shù)倪\輸速度、效率以及安全可靠性,本文主要討論移動通信在鐵路通信系統(tǒng)中的相關(guān)應(yīng)用。
一、鐵路通信的作用
通信,指人與人或人與自然之間通過某種行為或媒介進(jìn)行的信息交流與傳遞。鐵路通信就是指利用有線通信、無線通信、光纖通信等現(xiàn)代化技術(shù)和設(shè)備,將鐵路運輸生產(chǎn)和建設(shè)過程中的各種信息進(jìn)行傳輸和處理交換。從1825年的人工搖旗引導(dǎo)到1839年的指針式閉塞電報設(shè)備的發(fā)明以及應(yīng)用,就說明現(xiàn)代通信技術(shù)一開始就是與鐵路運輸是緊密相關(guān)的。隨著我國高速鐵路的建設(shè)和運行,對鐵路通信技術(shù)提出了更高的要求,只有不斷地發(fā)展和完善鐵路通信系統(tǒng),才能為現(xiàn)代化鐵路的建設(shè)與運行提供重要技術(shù)支持和安全保障。下面我們就來討論移動通信在鐵路通信系統(tǒng)中的相關(guān)應(yīng)用。
二、無線列調(diào)
無線列調(diào)是重要的鐵路行車通信設(shè)備,主要負(fù)責(zé)列車的位置和運行方向。無線列調(diào)系統(tǒng)主要解決行車調(diào)度員、車站值班員和機(jī)車司機(jī)之間的通信和車站值班員、機(jī)車司機(jī)和運轉(zhuǎn)車長之間的通信。雖然無線列調(diào)具有節(jié)約資源的優(yōu)點,但目前使用的無線列調(diào)是同頻單工電臺,隨著列車提速的不斷深入和列車建設(shè)密度的加大,在僅有的一個頻道上集中了眾多用戶,再加上場強(qiáng)的越區(qū)嚴(yán)重,容易致使系統(tǒng)阻塞,甚至于癱瘓。對于現(xiàn)代化的高速鐵路而言,這種通信系統(tǒng)過于簡單,滿足不了建設(shè)發(fā)展的需求。
三、集群通信
集群通信系統(tǒng)是一種高級移動調(diào)度系統(tǒng),代表著專用移動通信網(wǎng)的發(fā)展方向。它能按照動態(tài)信道指配的方式,實現(xiàn)多用戶共享多信道。由于它具有調(diào)度、群呼、優(yōu)先呼、漫游等功能,被廣泛地應(yīng)用于政府、鐵路、航空等部門,其中以源自歐洲的TETRA較為出色。不過這種通信系統(tǒng)也有一定的缺點,比如系統(tǒng)設(shè)備采購、建網(wǎng)成本和終端價格較高,同時也存在信息丟失、保密性不高、易受干擾等,這從上海局目前所建成的集群系統(tǒng)就能看出來。這些缺點對普通語音通信的影響不大,但對要求較高的場合并不適用,比如列車與指揮中心的實時雙向數(shù)據(jù)通信。
四、GSM-R
GSM-R通信技術(shù)最早起源于歐洲,是在GSM公眾移動通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了鐵路運輸專用調(diào)度通信功能,它主要由交換機(jī)、基站、機(jī)車綜合通信設(shè)備、手機(jī)等組成,目前在德國、意大利、瑞典等大多數(shù)國家普遍應(yīng)用,我國鐵道部于2000年底正式確定將GSM-R作為我國鐵路通信系統(tǒng)的發(fā)展方向。它主要提供無線列調(diào)、編組調(diào)車通信、區(qū)段養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)通信、應(yīng)急通信、隧道通信等語音通信功能,可為列車自動控制與檢測信息提供數(shù)據(jù)傳輸通道,并可提供列車自動尋址和旅客服務(wù)。比如全世界海拔最高的青藏鐵路,它的絕大部分線路都是在高原缺氧的無人區(qū),為了滿足鐵路運輸通信、信號及調(diào)度指揮的需要,就采用了GSM-R移動通信系統(tǒng)。另外還有:大秦線、膠濟(jì)線、合武線、京津城際線,京滬高鐵等。
五、衛(wèi)星通信
衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電信號,在兩個或多個地面站之間進(jìn)行通信。它的主要優(yōu)點是通信范圍大、不受陸地災(zāi)害的影響,可靠性高、電路開通迅速、多址連接等,不過也存在成本高、傳輸延時大、傳輸帶寬有限等不足。相對而言,比較適合鐵路應(yīng)急部門使用。
六、無線寬帶WIMAX
WIMAX技術(shù)是一項于IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線接入城域網(wǎng)技術(shù)。目前,在鐵路通信系統(tǒng)中的最新應(yīng)用成果就是中國神華能源股份有限公司的自主研發(fā)項目 -“WIMAX技術(shù)在鐵路移動通信中的應(yīng)用研究”。該項目自主研發(fā)了基于WIMAX無線寬帶技術(shù)的機(jī)車同步操控通信、列尾通信、無線列調(diào)通信、視頻監(jiān)控等組成的鐵路通信應(yīng)用系統(tǒng),在經(jīng)過車載運行實驗和室內(nèi)動力分布實驗后,經(jīng)專家組檢驗,表明該系統(tǒng)可滿足朔黃鐵路運行的技術(shù)要求,具有創(chuàng)新性,技術(shù)成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
七、結(jié)束語
鐵路通信是以運輸生產(chǎn)為重點,主要功能是實現(xiàn)行車和機(jī)車車輛作業(yè)的統(tǒng)一調(diào)度與指揮。但因鐵路線路分散,支叉繁多,業(yè)務(wù)種類多樣化,組成統(tǒng)一通信的難度較大。所以,在鐵路通信系統(tǒng)中應(yīng)當(dāng)將各種現(xiàn)代化的通信技術(shù)有機(jī)結(jié)合,以保證行車安全、防止作業(yè)事故,提高運輸效率,加速機(jī)車周轉(zhuǎn),以及改善服務(wù)質(zhì)量等。
摘要：介紹了一種甚低頻低碼率數(shù)字通信系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，該方案中的軟件采用混合編程的方法，硬件則用DSP實現(xiàn)，文章給出了整個系統(tǒng)的DSP軟硬件調(diào)試方法，并通過調(diào)試結(jié)果表明該方案具有很好的可行性和實時性。 關(guān)鍵詞：軟件無線電；DSP；混合編程
1 引言
現(xiàn)代通信系統(tǒng)已不斷由模擬體制向數(shù)字化體制過渡，并越來越傾向于采用“軟件無線電”的設(shè)計方案。即通過構(gòu)造通用的硬件平臺，以使各種相關(guān)的通信任務(wù)能夠用軟件完成，從而構(gòu)成一個具有高度靈活性、開放性的通信系統(tǒng)?，F(xiàn)代的DSP通用處理器為實現(xiàn)這一方案提供了極大的便利。
軟件無線電的設(shè)計思想是：用一個通用、標(biāo)準(zhǔn)、模塊化的硬件平臺為依托，然后通過軟件編程來實現(xiàn)無線電臺的各種功能，從而取代基于硬件、面向用途的電臺設(shè)計方法。功能的軟件化實現(xiàn)勢必要求減少功能單一、靈活性差的硬件電路，尤其是減少模擬環(huán)節(jié)，并把數(shù)字化處理A／D、D／A盡量靠近天線。軟件無線電強(qiáng)調(diào)體系結(jié)構(gòu)的開放性和全面可編程性。它通過軟件的更新來改變硬件的配置結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)新的功能。軟件無線電一般采用標(biāo)準(zhǔn)的、高性能的開放式總線結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)利于硬件模塊地不斷升級和擴(kuò)展。
本文介紹一種利用TMS320C31浮點型DSP芯片為核心來設(shè)計并實現(xiàn)甚低頻低碼率數(shù)字化語音通信系統(tǒng)的方法。這種通信系統(tǒng)是以DSP硬件為平臺，并用硬件來實現(xiàn)系統(tǒng)的外圍功能，而用軟件來實現(xiàn)核心部分的數(shù)字化處理，從而完成整個系統(tǒng)的正常通信工作。
2 DSP硬件平臺
本通信系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)語音的數(shù)字化傳輸，其系統(tǒng)功能圖如圖1所示。具體工作過程如下：
整個通信系統(tǒng)分為兩大部分，其工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換由外附的MCU控制。在發(fā)送時，語音通過克麥風(fēng)之后進(jìn)入語音壓縮板進(jìn)行采樣量化及數(shù)字化壓縮，壓縮后的比特流從串口送入DSP內(nèi)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制信號依次通過信道DAC、平滑濾波和功放，然后發(fā)送出去；在接收時，前置放大部分送來的信號再經(jīng)過一次放大之后送往信道AD轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)FIFO通過中斷方式送給DSP進(jìn)行解調(diào)，在DSP內(nèi)解調(diào)之后的數(shù)據(jù)仍然通過串口送往語音壓縮板解壓后經(jīng)揚(yáng)聲器輸出。
根據(jù)系統(tǒng)要求，本設(shè)計選定的DSP是TI公司的TMS320C31。信道AD轉(zhuǎn)換器件選用ANALOG DE-VICE公司的AD7870，它是一個12bit的ADC，具有2μs的片上信號放大時間和8μs的轉(zhuǎn)換時間，最高轉(zhuǎn)換速率為100kHz，可以提供三種輸出接口方式12bit并行方式、字節(jié)方式和串行方式。信道DAC選用的是TI公司的TLV5619，這是一種:請記住我站域名12bit單通道電壓型DA轉(zhuǎn)換器。系統(tǒng)中的ADC和DAC轉(zhuǎn)換器都以并行12bit方式直接和FIFO相連。FIFOFirst In First Out采用的是雙端口RAM構(gòu)架，其讀指針和寫指針是完全分開的，可實現(xiàn)讀寫操作的完全獨立，因此，這里選用CYPRESS公司的CY7C425。
3 軟件實現(xiàn)
本通信系統(tǒng)中的軟件采用C語言和混合編程，其中主程序和一部分子程序用C語言編寫，而一些運算量比較大的算法子程序則用匯編語言編寫，這樣，既容易進(jìn)行調(diào)試，又可以提高軟件的執(zhí)行效率，可達(dá)到最佳利用DSP芯片的軟硬件資源之目的。
整個軟件的主程序由發(fā)送部分程序段和接收部分段兩部分組成，主程序流程圖見圖2所示，每個程序段又分別是一個獨立的程序體，可以獨立的實現(xiàn)通信系統(tǒng)的發(fā)送和接收功能。
由于要求系統(tǒng)能夠?qū)崟r完成通信任務(wù)，故相應(yīng)的程序須和硬件相互配合，它們各操作之間的同步協(xié)調(diào)要求很高。而本系統(tǒng)可充分利用DSP芯片所提供的中斷和定時器資源來很好地實現(xiàn)系統(tǒng)功能。
串行口發(fā)送／接收中斷子程序用于完成DSP對串口的發(fā)送和接收任務(wù)，發(fā)送定時器中斷子程序流程圖如圖3所示，圖4所示是串口接收中斷子程序的流程圖。
在系統(tǒng)實現(xiàn)過程中，由于采用了混合編程，并對運算量比較大的算法用匯編程序來實現(xiàn)，因此，在對128點FFT算法采用匯編語言編程后，可經(jīng)CCS仿真進(jìn)行測試。匯編程序的執(zhí)行時間為111113個時鐘周期2．78ms，可在一幀時間內(nèi)30ms完成5次FFT和IFFT的幀同步算法，而用C語言實現(xiàn)時的程序執(zhí)行時間為1812409個時鐘周期45．3ms?？梢姡脜R編程序的執(zhí)行效率有明顯的提高。
4 結(jié)束語
DSP軟硬件開發(fā)設(shè)計是應(yīng)用TMS320C31芯片進(jìn)行的，這一方案在運用仿真器進(jìn)行軟硬件聯(lián)合調(diào)試時取得了很好的效果，由此可見，在硬件設(shè)計合理的情況下，將C語言和匯編語言很好的結(jié)合，可充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，從而達(dá)到最佳的設(shè)計效果。
隨著因特網(wǎng)、多媒體和無線通訊技術(shù)的發(fā)展,人們與信息網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)密不可分。當(dāng)今無線通訊在人們的生活中扮演著越來越重要的角色,低功耗、微型化是用戶對當(dāng)前無線通訊產(chǎn)品尤其是便攜產(chǎn)品的強(qiáng)烈追求,作為無線通訊技術(shù)一個重要分支的短距離無線通訊技術(shù)正逐漸引起越來越廣泛的關(guān)注。本文通過Bluetooth和UWB的技術(shù)對比及多角度的分析,證實了藍(lán)牙+UWB作為下一代高速無線通訊技術(shù)的可能。
前言
目前,我國大型石化企業(yè)在廠內(nèi)的通訊方式,一般仍然采用傳統(tǒng)的有線傳輸方式,即依靠有線通訊電纜來傳輸信號,配合以傳統(tǒng)的程控交換機(jī)和防爆電話,防爆揚(yáng)聲器等等設(shè)備終端來實現(xiàn)在防爆區(qū)與非防爆區(qū)之間的通訊。這樣的通訊系統(tǒng)龐大,線纜眾多不易于人員維護(hù),加之廠區(qū)內(nèi)部腐蝕性氣體,工作環(huán)境,自然環(huán)境等經(jīng)年累月極容易造成設(shè)備的線纜損壞,影響通訊,由于是有線電纜連接在事故發(fā)生時更加容易遭受破壞。一旦通訊中斷,對企業(yè)的事故救援,員工的人身安全,都造成巨大的損失。所以要大力發(fā)展無線通訊網(wǎng)絡(luò)在企業(yè)的應(yīng)用。 1、無線通訊技術(shù)的重要作用
石化工廠廠區(qū)面積大,人員分布散,防爆區(qū)內(nèi)移動作業(yè)人員和零散作業(yè)人員眾多。無線通訊系統(tǒng)對滿足人員通訊需要,加強(qiáng)防爆區(qū)內(nèi)分布人員的動態(tài)管理,優(yōu)化廠區(qū)網(wǎng)路結(jié)構(gòu),實現(xiàn)企業(yè)安全生產(chǎn),調(diào)度指揮的有線,無線互聯(lián)互通,相互結(jié)合的信息傳遞,保證企業(yè)安全高效的生產(chǎn)具有十分重大的現(xiàn)實意義。
2、常用的無線通訊技術(shù)分析
目前廣泛應(yīng)用的無線通訊技術(shù)主要有GPRS/CDMA、數(shù)傳電臺、擴(kuò)頻微波、無線網(wǎng)橋及衛(wèi)星通信、短波通信技術(shù)等。 2.1 數(shù)字電臺用于點對點或點對多點的工作環(huán)境,能夠提供標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口,可直接與計算機(jī)、RTU、PLC等數(shù)據(jù)終端連接,實現(xiàn)透明傳輸。數(shù)傳電臺的傳輸速率從1200~19.2Kbit,傳輸距離20~50公里。具有抗干擾能力強(qiáng)、接收靈敏度高等特點。數(shù)傳電臺技術(shù)比較成熟,標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。但隨著GPRS/CDMA技術(shù)的日漸成熟,相應(yīng)的設(shè)備價格的降低,使得在很多應(yīng)用場合中數(shù)傳電臺被GPRS/CDMA所取代。但同時,數(shù)傳電臺的相關(guān)技術(shù)也在不斷發(fā)展,智能化、網(wǎng)絡(luò)化、高帶寬的數(shù)傳電臺也不斷涌現(xiàn)。
2.2 擴(kuò)頻微波和無線網(wǎng)橋技術(shù)是近幾年興起的一門數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。擴(kuò)頻微波最大優(yōu)點在于較強(qiáng)的抗干擾能力,以及保密、多址、組網(wǎng)、抗多徑等,同時具有傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋面廣等特點,特別適合野外聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。而無線網(wǎng)橋是無線射頻技術(shù)和傳統(tǒng)的有線網(wǎng)橋技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。無線網(wǎng)橋是為使用無線(微波)進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)狞c對點網(wǎng)間互聯(lián)而設(shè)計。它是一種在鏈路層實現(xiàn)LAN互聯(lián)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備,可用于固定數(shù)字設(shè)備與其他固定數(shù)字設(shè)備之間的遠(yuǎn)距離(可達(dá)50km)、高速(可達(dá)百Mbps)無線組網(wǎng)。這兩項技術(shù)都可以用來傳輸對帶寬要求相當(dāng)高的視頻監(jiān)控等大數(shù)據(jù)量信號傳輸業(yè)務(wù)。
1.數(shù)字通信系統(tǒng)的含義
數(shù)字通信是指用數(shù)字信號作為載體來傳輸信息,或者用數(shù)字信號對載波進(jìn)行數(shù)字調(diào)制后在傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。無論在時間上還是幅度上,它都屬于離散的負(fù)載數(shù)據(jù)信息的信號。數(shù)字通信的主要技術(shù)設(shè)備包括發(fā)射器、接收器以及傳輸介質(zhì)。數(shù)字通信系統(tǒng)的通信模式主要包括數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)、數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)以及模擬信號數(shù)字化傳輸通信系統(tǒng)三種。數(shù)字通信研究為信息傳輸和存儲介質(zhì)的設(shè)計帶來了便利。首先它的信源獨立設(shè)計,一旦用信源編碼器將信息轉(zhuǎn)換為比特,信息就可以無差別的存儲或傳輸,只要回復(fù)比特數(shù)據(jù),就可以將其中蘊(yùn)含的信息無差別地重構(gòu)回來,也就是存儲和通信媒介可以獨立于信源,這也就意味著多種信源可以共享同意通信媒介,此外信道與信源的獨立性帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。其次,信道優(yōu)化設(shè)計,對每一個通信鏈路來說,信道編碼器、信道譯碼器、調(diào)制器和解調(diào)器都可以根據(jù)特定的信道特性進(jìn)行優(yōu)化。由于在每條鏈路上都可以對傳輸?shù)谋忍剡M(jìn)行再生,所以沒有“噪聲積累”。
數(shù)字通信中還存在以下問題:第一,數(shù)字信號傳輸時,信道噪聲或干擾所造成的差錯,原則上是可以控制的。這是通過所謂的差錯控制編碼來實現(xiàn)的。于是,就需要在發(fā)送端增加一個編碼器,而在接收端相應(yīng)需要一個解碼器。第二,當(dāng)需要實現(xiàn)保密通信時,可對數(shù)字基帶信號進(jìn)行人為“擾亂”(加密),此時在收端就必須進(jìn)行解密。第三,由于數(shù)字通信傳輸?shù)氖且粋€接一個按一定節(jié)拍傳送的數(shù)字信號,因而接收端必須有一個與發(fā)端相同的節(jié)拍,否則,就會因收發(fā)步調(diào)不一致而造成混亂。另外,為了表述消息內(nèi)容,基帶信號都是按消息特征進(jìn)行編組的,于是,在收發(fā)之間一組組的編碼的規(guī)律也必須一致,否則接收時消息的真正內(nèi)容將無法恢復(fù)。在數(shù)字通信中,稱節(jié)拍一致為“位同步”或“碼元同步”,而稱編組一致為“群同步”或“幀同步”,故數(shù)字通信中還必須有“同步”這個重要問題。
2.數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點
數(shù)字通信與傳統(tǒng)的模擬信號不同,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:
(1)數(shù)字信號具有極強(qiáng)的抗干涉能力。由于在信號傳輸?shù)倪^程中不可避免的會受到系統(tǒng)外部以及系統(tǒng)內(nèi)部的噪聲干擾,而且噪聲會跟隨信號的傳輸而進(jìn)行放大,這無疑會干擾到通信質(zhì)量。但是數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖请x散性的數(shù)字信號,雖然在整個過程中也會受到的噪聲干擾,但只要噪聲絕對值在一定的范圍內(nèi)就可以消除噪聲干擾。
(2)數(shù)字信號更適合進(jìn)行高質(zhì)量的遠(yuǎn)距離通信。在數(shù)字通信系統(tǒng)當(dāng)中利用再生中繼方式,能夠消除長距離傳輸噪音對數(shù)字信號的影響,而且再生的數(shù)字信號和原來的數(shù)字信號一樣,可以繼續(xù)進(jìn)行傳輸,這樣一來數(shù)字通信的質(zhì)量就不是因為距離的增加而產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響,所以它也比傳統(tǒng)的模擬信號更適合進(jìn)行高質(zhì)量的遠(yuǎn)距離通信,通信質(zhì)量也依然能夠得到有效保證。
(3)數(shù)字信號具有更強(qiáng)的保密性。與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合的形式非常簡便,目前的終端接口都采用數(shù)字信號。
(4)數(shù)字信號應(yīng)用范圍廣。數(shù)字通信系統(tǒng)還能夠適應(yīng)各種類型的業(yè)務(wù)要求,例如電話、電報、圖像以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊?它的普及應(yīng)用也方便實現(xiàn)統(tǒng)一的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng),便于采用大規(guī)模集成電路,便于實現(xiàn)信息傳輸?shù)谋Ｃ芴幚?便于實現(xiàn)計算機(jī)通信網(wǎng)的管理等優(yōu)點。
3.數(shù)字通信系統(tǒng)的缺點
數(shù)字通信系統(tǒng)雖然優(yōu)點居多,但它也存在缺點。但是隨著新的寬帶傳輸信道的采用、窄帶調(diào)制技術(shù)和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展,數(shù)字通信的這些缺點已經(jīng)弱化。隨著微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用,數(shù)字通信在今后的通信方式中必將逐步取代模擬通信而占主導(dǎo)地位。它的主要缺點如下:
(1)數(shù)字通信系統(tǒng)頻帶利用率不高
系統(tǒng)的頻帶利用率,可用系統(tǒng)允許最大傳輸帶寬(信道的帶寬)與每路信號的有效帶寬之比來數(shù)字通信中,數(shù)字信號占用的頻帶寬,以電話為例,一路模擬電話通常只占據(jù)4kHz帶寬,但一路接近同樣話音質(zhì)量的數(shù)字電話可能要占據(jù)20~60kHz的帶寬。因此,如果系統(tǒng)傳輸帶寬一定的話,模擬電話的頻帶利用率要高出數(shù)字電話的5~15倍。
(2)系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜數(shù)字通信中,要準(zhǔn)確地恢復(fù)信號,接收端需要嚴(yán)格的同步系統(tǒng),以保持收端和發(fā)端嚴(yán)格的節(jié)拍一致、編組一致。因此,數(shù)字通信系統(tǒng)及設(shè)備一般都比較復(fù)雜,體積較大。
4.數(shù)字通信系統(tǒng)的應(yīng)用
數(shù)字通信系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)包括編碼、調(diào)制、解調(diào)、解碼以及過濾等。其中數(shù)字信號的調(diào)制以及解調(diào)是整個系統(tǒng)的核心也是最基本、最重要的技術(shù)。數(shù)字調(diào)制是通過對信號源的編碼進(jìn)行調(diào)制,將其轉(zhuǎn)換成為能夠進(jìn)行信道傳輸?shù)念l帶信號,即把基帶信號(調(diào)制信號)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€高頻率的帶通信號(已調(diào)信號),而且由于在傳輸過程中為了避免信息失真?zhèn)鬏敁p耗以及確保帶內(nèi)特性等因素,在進(jìn)行信號進(jìn)行長途傳輸以及大規(guī)模通信活動時必須對數(shù)字信號進(jìn)行載波調(diào)制。
(1)現(xiàn)階段的數(shù)字信號調(diào)制主要分為調(diào)幅、調(diào)相以及調(diào)頻三種。調(diào)幅即是根據(jù)不同的信號,通過調(diào)節(jié)正弦波的幅度進(jìn)行信號調(diào)制,目前最常見的數(shù)字信號是幅度取值為0和1為代表的波形,即二進(jìn)制信號;調(diào)相即是由于載波的相位受到數(shù)字基帶信號的控制,通常情況下載波相位和基帶信號是保持一致的,例如二進(jìn)制基帶信號為0時,載波相位相應(yīng)也為0;調(diào)頻及是利用數(shù)字信號進(jìn)行載波頻率的調(diào)制。解調(diào)就是講載波信號提取出來并經(jīng)過還原得到信息的過程,它是調(diào)制的逆過程也被稱為反調(diào)制。目前解調(diào)的類型分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩大類。數(shù)字通信的質(zhì)量通常用信息傳輸速率、符號傳輸速率以及消息傳輸速率這三個指標(biāo)來衡量。對于數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)通常用信息傳輸速率、符號傳輸速率以及消息傳輸速率這三個指標(biāo)來衡量。
(2)通信系統(tǒng)向數(shù)字化時代的轉(zhuǎn)變就是要從有線通信想無線通信,從公用移動網(wǎng)絡(luò)到專用網(wǎng)絡(luò),從而實現(xiàn)全球化的數(shù)字通信理念。并且,通過現(xiàn)有的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),通過一個多用途的用戶網(wǎng)絡(luò)接口就可以輕松實現(xiàn)信號發(fā)出端到接收端全程數(shù)字傳輸與交換的新型通信網(wǎng)。利用這種新型技術(shù)可以擴(kuò)充通信業(yè)務(wù)的范圍,而且還具有更加經(jīng)濟(jì)以及靈活的特點,能夠與現(xiàn)有的計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)、多媒體信息網(wǎng)、公共電話網(wǎng)以及分組交換數(shù)字網(wǎng)等進(jìn)行任意轉(zhuǎn)換。隨著數(shù)字通信設(shè)備的發(fā)展和不斷完善,利用微處理技術(shù)對數(shù)字通信系統(tǒng)的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)變,還能夠使設(shè)備更加靈活的應(yīng)用到各種長途以及市話當(dāng)中。由于長途通信線路的投資遠(yuǎn)大于終端設(shè)備,為了提高長距離傳輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性,未來高度、大容量的數(shù)字通信系統(tǒng)也將成為主流趨勢,而且隨著數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字通信系統(tǒng)的設(shè)備制造也越來越容易,成本更低、可靠性也更高。
5.結(jié)語
數(shù)字通信系統(tǒng)是一種全新的利用數(shù)字信號進(jìn)行消息傳輸?shù)耐ㄐ拍Ｊ?伴隨著社會的不斷發(fā)展,數(shù)字通信的應(yīng)用也已經(jīng)越來越廣泛,在我們?nèi)粘?生活中的電腦、手機(jī)上網(wǎng)、視頻電話、網(wǎng)絡(luò)會議以及數(shù)字電視等都是通過數(shù)字通信系統(tǒng)來進(jìn)行信號傳輸?shù)?而且由于社會的發(fā)展人們對各種通信業(yè)務(wù)的需求量也在逐漸增加,在光纖傳輸媒介還沒有完全普及以前,數(shù)字通信系統(tǒng)主要是利用電纜、微波等有限的媒介進(jìn)行傳輸,但目前光纖技術(shù)的發(fā)展無疑將會推動數(shù)字通信的發(fā)展。隨著數(shù)字通信系統(tǒng)的發(fā)展,它將真正便利我們的生活,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步。
論文關(guān)鍵詞: 民航通信系統(tǒng) 無線電干擾 預(yù)防檢測 重要性 方法
論文摘 要: 航空業(yè)的發(fā)展速度越來越快,國內(nèi)機(jī)場和航線以及航班的次數(shù)逐年上升,無線電臺的數(shù)量也在日益攀升,而在民航通信系統(tǒng)中,無線電干擾給飛機(jī)造成嚴(yán)重的飛行影響,也會給國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來巨大的損失。加強(qiáng)民航通信系統(tǒng)的無線電干擾的預(yù)防和查找能力是一項需要長期完善的工作。主要論述民航通信系統(tǒng)無線電干擾的類型和預(yù)防、查找無線電干擾的方法,以期能夠為相關(guān)實踐提供些許理論參考。
長期阻礙民航通信系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)高效運作的主要因素就是無線電的干擾。以某機(jī)場的航空通信系統(tǒng)為例,筆者分析了互調(diào)干擾和串?dāng)_這兩種無線電干擾的類型,并相應(yīng)提出了預(yù)防的解決辦法,最后提出了可以借鑒國外的監(jiān)測與查找辦法來不斷提高我國的無線電干擾的查找與監(jiān)測能力。
1 民航通信系統(tǒng)無線電干擾的類型
根據(jù)某航空公司的具體設(shè)置情況和無線電干擾情況,總結(jié)出兩種常見的干擾類型。
其一,互調(diào)干擾。它的涵義是如果收信機(jī)和發(fā)信機(jī)同時被輸入兩個以上(包含兩個)的頻率信號時,電路產(chǎn)生非線性特征,倘若另外還有一個信號正好與有用的信號頻率相似或相等,這個信號也能通過收信機(jī)和發(fā)信機(jī),進(jìn)而就會對有用的信號產(chǎn)生干擾。帶來的結(jié)果就是會降低通話的質(zhì)量,甚至使接受到的信號失真,發(fā)生這種情況的時候,空中的飛行人員很難取得與地面控制中心的聯(lián)系,這就容易造成民航地空指揮通信系統(tǒng)不能正常工作,飛機(jī)的飛行安全得不到應(yīng)有的保障。這種互調(diào)干擾的影響還會波及到航空設(shè)備的正常運作。例如發(fā)射機(jī)在進(jìn)行合理科學(xué)調(diào)試之后的工作頻率可以達(dá)到輸出電路的最佳諧振點標(biāo)準(zhǔn),此時通過電路的電流值保持在最低限度。倘若互調(diào)干擾信號導(dǎo)致工作電路失靈,那么通過電路的電流量就相應(yīng)地增大,致使設(shè)備元件在運作過程中產(chǎn)生過多的熱量,很容易燒壞發(fā)射機(jī)。
因此要采取必要的預(yù)防措施來減少互調(diào)干擾的故障率。1)可以先從發(fā)射機(jī)方面入手,在每一臺發(fā)射機(jī)分用天線的時候,可以適當(dāng)加大各天線之間的水平隔離距離和垂直隔離距離,這樣就能夠有效防止饋線相互靠行敷設(shè),也可以將高Q帶通濾波器接入到發(fā)射機(jī)的輸出端口,從而有效提高收發(fā)信號的間隔,還可以不斷改進(jìn)發(fā)射機(jī)末級功放的性能。2)可以從接受機(jī)方面著手來減小干擾程度。將衰減器接入到接受機(jī)的前端,使得干擾信號的電平降到最小限度。此外還可以采用多級調(diào)諧回路以保證接受機(jī)具有性能良好的工作回路,降低無線電的干擾程度。同時還可以在混頻器中使用平方律特性比較突出的構(gòu)件,這樣也可以起到降低干擾的效果。3)檢查所有金屬配件的接觸情況,發(fā)現(xiàn)有接觸不良的及時更換,避免超負(fù)荷運行。
其二,串?dāng)_的情況是兩個以上(包括兩個)的無線電波道,當(dāng)它們在通信時的頻率間隔非常接近的時候,其中的一個電波道的通話聲音就會在兩一個電波道中響起,從而干擾了該電波道的正常通信?，F(xiàn)階段,民航通信系統(tǒng)的甚高頻通信系統(tǒng)專用頻段集中在7MHZ的范圍內(nèi)。綜觀我國的民航通信系統(tǒng)情況,由于空管的單位數(shù)量大,每一單位都需要使用幾個甚至幾十個頻率,所以頻率相近的問題也在所難免。要有效避免這一干擾的發(fā)生就需要對信號頻率進(jìn)行科學(xué)化、合理化的設(shè)計和布局,將那些比較相似的頻率均分到不同的無線電臺。如果一家無線電臺中存在多個間隔相近的頻率,就將這些相近的頻率分布到不同的天線共用系統(tǒng)中去。還可以在保證地空管制系統(tǒng)運作良好的情況下,減少間隔相近的頻率的發(fā)射機(jī)的正常發(fā)射功率,在一定程度上加大接受機(jī)的靜噪門限值。另外還要經(jīng)常檢查與維護(hù)收發(fā)信機(jī)、濾波器、單向器等,隨時隨地掌握這些設(shè)備的運行情況,及時發(fā)現(xiàn)問題,做好設(shè)備的優(yōu)化升級工作。
2 民航通信系統(tǒng)無線電干擾的查找方法
如何科學(xué)準(zhǔn)確查找民航通信系統(tǒng)的無線電的干擾方法值得進(jìn)一步研究與探索,這里以美國的實踐為例來說明具體的運作方式。美國民航無線電干擾監(jiān)測系統(tǒng)(簡稱IMDS)在具體的應(yīng)用中不斷得到完善,對無線電干擾的具有很高的監(jiān)測能力,也可以對干擾源進(jìn)行高精度的查找和定位,此方法轉(zhuǎn)變了民航通信系統(tǒng)中的導(dǎo)航方式,即由地基導(dǎo)航轉(zhuǎn)變衛(wèi)星導(dǎo)航。該系統(tǒng)運行步驟主要有四點:
一是在用戶的發(fā)送報告遭受到無線電的干擾的時候,那么該監(jiān)測系統(tǒng)便會把這些干擾報告如實記錄在案,最后匯總成無線電干擾事件報告表,詳細(xì)統(tǒng)計了事故發(fā)生的時間、事故持續(xù)的時間、無線電的干擾程度、事故帶來的后果和影響等,同時用發(fā)生時間作為檢索信息的目錄條件。倘若是飛行員報告的無線電干擾事件,其中記錄的內(nèi)容要增添事故發(fā)生的位置、海拔、航向等。這些信息經(jīng)過整理后,還要使用自動化軟件工具進(jìn)行科學(xué)分析與鑒定,利用分析的結(jié)果可以隨時掌握檢測設(shè)備的使用狀況。
二是如果在已經(jīng)確定的搜索區(qū)域中存有民航的地面設(shè)施時,要及時和地面設(shè)施取得聯(lián)系,及時將可能實施的監(jiān)測行動通知下去。如果地面固定無線電干擾監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到無線電的干擾,則有關(guān)專家要立刻在該固定無線電干擾檢測系統(tǒng)設(shè)施附近部署地面移動的便攜式無線電干擾監(jiān)測系統(tǒng)。通常來看,無線電干擾源一般位于該地面固定無線電干擾監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)施的無線電示向線的范圍之內(nèi)。
三是當(dāng)用戶所受干擾是間斷性干擾的時候,就要運用可搬移無線電干擾監(jiān)測系統(tǒng)來查找和定位,因為移動便攜式無線電干擾監(jiān)測系統(tǒng)不容易查找到間斷性干擾信號?？砂嵋茻o線電干擾監(jiān)測系統(tǒng)可以最大限度地拓寬監(jiān)測范圍,也可以在無人操作的條件下,自動實現(xiàn)數(shù)據(jù)搜集的目的,并且能保持較長的自動運作時間。該系統(tǒng)還可以由控制站通過RF調(diào)制解調(diào)器或電話線對其監(jiān)測項目進(jìn)行遙控。
四是在飛行員只報告RFI干擾的時候,地面設(shè)施對無線電干擾源的查找與定位工作就變得有些困難。這是因為報告飛機(jī)的無線電示向線覆蓋了面積較大的地理區(qū)域,這時候可以選擇機(jī)載無線電干擾監(jiān)測系統(tǒng)來科學(xué)查找與定位出影響民航安全飛
行的無線電干擾源。
上述的方式具有一定的普遍性,但是畢竟基于外國的航空事業(yè)基礎(chǔ)上,所以我們在借鑒的同時首先要立足于本國國情,探索出更適合自身的監(jiān)測辦法。
3 總結(jié)
綜上所述,民航通信系統(tǒng)中的無線電干擾的監(jiān)測與控制工作關(guān)系重大,尤其在科學(xué)技術(shù)水平不斷發(fā)展的今天,很多種類的通信設(shè)備和工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛,致使無線電干擾的現(xiàn)象頻頻發(fā)生,所以加強(qiáng)無線電及其頻率審批的管理和組織也非常重要,有效的管理可以為民航通信系統(tǒng)的正常運作提供良好的環(huán)境基礎(chǔ)。同時也要充分了解無線電干擾現(xiàn)象發(fā)生的根本原理,對不同的類型進(jìn)行不同的預(yù)防和維護(hù)措施,提高規(guī)劃與布局的合理性以及科學(xué)性,爭取將甚高頻通信系統(tǒng)的無線電干擾程度控制在最低的范圍內(nèi),以便為管制運行提供良好的通信導(dǎo)航監(jiān)視服務(wù),促進(jìn)民航事業(yè)的發(fā)展。
摘要：軍事通信系統(tǒng)和某些民和領(lǐng)域?qū)νㄐ趴煽啃院涂箽缘男枨笫沟命c到點的鏈路傾向于建立在多種通信媒介、多種協(xié)議上。介紹了一種借鑒OPC規(guī)范，基于COM技術(shù)，在多協(xié)議、多種協(xié)議上。介紹了一種借鑒OPC規(guī)范，基于COM技術(shù)，在多協(xié)議、多通信媒介上進(jìn)行鏈路管理和調(diào)度的解決方案，并給出了具體實現(xiàn)。 關(guān)鍵詞：多種通信媒介 多協(xié)議 鏈路調(diào)度 COM
在許多應(yīng)用中，如軍事通信中的C4I系統(tǒng)、政府部門和特殊行業(yè)中的某些重要通信系統(tǒng)，對通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性、抗毀性有著非?？量痰囊?，既要求在正常情況下有較高的通信效率，又要求在惡劣環(huán)境下能保證基本的通信，因此僅僅依賴單一通信媒介難以達(dá)到可靠性的要求。在C4I系統(tǒng)中，把現(xiàn)有的和未來的全部傳輸媒介資源綜合到通信系統(tǒng)中已經(jīng)成為通信網(wǎng)絡(luò)追求的目標(biāo)之一。在民用領(lǐng)域，例如高速公路聯(lián)聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)中，因為需要一個24×7的可靠通信平臺，亦采用了不同類型的通信媒介（如圖1），它通常把專線作為主用線路，把公眾電信網(wǎng)提供的撥號線（普通調(diào)制解調(diào)順或ISDN）連接作為臨時備用線路。不同通信媒介的效率和經(jīng)濟(jì)性差別很大。對不同類型的通信鏈路必須進(jìn)行綜合調(diào)度，做到自適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，自動在主用鏈路和多條備用鏈路間進(jìn)行切換。這樣才能適應(yīng)這些系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)生存能力的要求。
傳統(tǒng)開過程中，常把最上端的應(yīng)用程序直接建立在多種通信設(shè)備上，在應(yīng)用程序中直接對不同類型鏈路進(jìn)行管理和調(diào)度，這對整個系統(tǒng)的開發(fā)、升級、擴(kuò)展帶來了很大問題。一方面應(yīng)用軟件開發(fā)者需要耗費大量精力在不同的通信設(shè)備上，而這些工作在別的同類項目中無法復(fù)用；另一方面，當(dāng)系統(tǒng)需要升級通信設(shè)備，或者擴(kuò)展新的通信媒介時，幾乎相當(dāng)于重新開發(fā)整個系統(tǒng)。同時，在多個應(yīng)用程序共享通信設(shè)備時容易產(chǎn)生沖突。借鑒超鏈思想以及微軟和工業(yè)控制界共同推出的OPC（OLE for process control）規(guī)范的設(shè)計思路，提出了基于COM技術(shù)的解決方案。
1 系統(tǒng)設(shè)計
1.1 設(shè)計思想
可以把所有媒介所提供的通信資源看作單一的邏輯數(shù)據(jù)鏈，即超鏈，它表示每一個節(jié)點到相鄰點的連接，而并不關(guān)心具體的通信媒介OPC規(guī)范通過提供標(biāo)準(zhǔn)接口的方法，使下層設(shè)備無需了解上層應(yīng)用，上層標(biāo)準(zhǔn)接口的方法，使下層設(shè)備無需了解上層應(yīng)用，上層應(yīng)用亦無需關(guān)心下層設(shè)備的細(xì)節(jié)。借鑒二者的思想，在應(yīng)用軟件和通訊設(shè)備間增加了一層類似中間件的通信平臺，使得應(yīng)用軟件和通信設(shè)備間的無關(guān)性得以實現(xiàn)，并把對通信設(shè)備的訪問進(jìn)行統(tǒng)一管理，解決了并發(fā)沖突問題。
1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
根據(jù)ISO七層網(wǎng)絡(luò)體系定義，在傳送（Transport）層之上對底層進(jìn)行封裝，是因為在多媒介情況下，多種協(xié)議是分布式網(wǎng)絡(luò)體系的一個基本要求。一方面，一般情況下，不同的通信媒介適用的傳送層協(xié)議是完全不同的；另一方面，系統(tǒng)中所傳輸?shù)牟煌瑪?shù)據(jù)類型對通信性能（如一次可傳輸消息大小、實時性等指標(biāo)）的要求差別很大。針對不同數(shù)據(jù)類型，設(shè)計具有不同性能的傳送層協(xié)議，并實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)度，是實際應(yīng)用的需求。只有在傳送層之上進(jìn)行封裝才有可能屏蔽不同媒介所帶來的差異。系統(tǒng)整體描述如圖2所示。
鏈路的調(diào)度管理層對不同協(xié)議、不同通信媒介以及不同鏈路進(jìn)行一管理和調(diào)度。通信媒介1～n表示諸如專線網(wǎng)絡(luò)、撥號線-MODEM、無線調(diào)制解調(diào)器-無線電臺及與此類似層次、將來擴(kuò)展的不同通信媒介，鏈路調(diào)度管理層對這些通信媒介進(jìn)行初始化、激活、配置，并獲得它們的數(shù)據(jù)接口和所有應(yīng)該得到的狀態(tài)。協(xié)議1～n表示諸如基于TCP的協(xié)議、基于UDP的協(xié)議、半雙工高速短波協(xié)議以及將來擴(kuò)展的各種不同協(xié)議，它們的管理同樣由鏈路調(diào)度管理層進(jìn)行，接口并不直接暴露給上層，而是由管理層封裝后向上層提供統(tǒng)一的接口。協(xié)議模塊在需要發(fā)送數(shù)據(jù)或者有數(shù)據(jù)到來時并不直接與各通信媒介模塊通信，而是通過鏈路管理層訪問通信媒介模塊所提供的接口。這是因為許多通信模塊（與物理設(shè)備聯(lián)系緊密）并不支持并發(fā)訪問，鏈路管理層把對它們的訪問串行化。
1.3 模塊化和可擴(kuò)展性
在不同的應(yīng)用中，所用的協(xié)議和通信組件不盡相同，要求在鏈路管理層不做過多的改動，既能加入新的協(xié)議模塊和通信媒介模塊。這樣就需要設(shè)計和實現(xiàn)做到模塊化，且各模塊和鏈路調(diào)度模塊之間必須隔離開。鏈路調(diào)度模塊通過盡量統(tǒng)一的接口對各模塊進(jìn)行調(diào)度和管理。微軟的組件對象模型技術(shù)（COM）就提供了這種特性。OPC規(guī)范應(yīng)用COM/OLE技術(shù)實現(xiàn)了模塊化和可擴(kuò)展性，但OPC規(guī)范主要針對工業(yè)控制領(lǐng)域，在本設(shè)計中無法完全實現(xiàn)，故直接采用COM技術(shù)，借鑒OPC的設(shè)計思想構(gòu)建本設(shè)計。每個協(xié)議模塊和通信媒介模塊均是一個單獨COM組件，通過接口和回調(diào)接口與鏈路調(diào)度模塊進(jìn)行通信，鏈路管理模塊以總線方式實現(xiàn)對協(xié)議模塊和媒介模塊的管理。而協(xié)議組件和通信媒介組件之間的通信則由鏈路調(diào)度模塊轉(zhuǎn)發(fā)。
所面臨的難點之一在于協(xié)議組件和通信媒介組件可以有相同的數(shù)據(jù)接口，但是這些組件的特性千差萬別，在設(shè)置參數(shù)和獲得當(dāng)前狀態(tài)方面無法做到大致統(tǒng)一的接口，可以通過組件自解析的方式解決。鏈路管理模塊和這些組件之間的參數(shù)用字符串或數(shù)組的方式傳遞，各組件在得到這些字符串后根據(jù)本身的情況進(jìn)行解析，得到特定的參數(shù)。
難點之二，如前文所述，通信媒介組件與物理層密切相關(guān)，很難做到支持并行化的輸入。在多條獨立鏈路不同的線程中同時使用同一通信媒介時，各鏈路對物理層的操作將產(chǎn)生沖突，必須對通信媒介組件的數(shù)據(jù)輸入進(jìn)行串行化處理（排隊），使同一時刻，只處理一個輸入。在COM組件的多線程模型中，單線程套間（STA）模型有如下特點：如果某COM組件的對象生成在單線程套間中，則只有與同在一個套間特定的線程可以訪問該對象不在同一套間的其他線程必須通過列集（marshal）技術(shù)才能訪問該對象。這種技術(shù)基于COM ORPC協(xié)議和消息階列機(jī)制，自動把對該對象的訪問串行化了。所以如果每個通信媒介組件都只有一個對象且生存在STA中，則通過列集技術(shù)它的訪問自動被串行化。
1.4 媒介模塊和協(xié)議模塊的設(shè)計
媒介組件封裝了與網(wǎng)絡(luò)平有關(guān)的操作，向上提供了建鏈、斷鏈、發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)（回調(diào)）、參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)改變報告（回調(diào)）、參數(shù)查詢、狀態(tài)查詢等接口。
例如在高速公路網(wǎng)絡(luò)中，專線網(wǎng)絡(luò)和撥號線后備鏈路都基于IP網(wǎng)絡(luò)，Windows套接字接口（Winsock）提供了一個基本與協(xié)議無關(guān)的傳送接口從而封裝了基本操作。但是對于不同協(xié)議，具體操作仍稍有不同，如面連接的TCP和面向無連接的UDP向上層暴露的SOCKET連接過程就很不相同，同時對不同協(xié)議參數(shù)信息的查詢和設(shè)置接口差別也很大；而撥號線后備鏈路在SOCK
ET連接之外還有撥號、掛斷等操作。媒介組件在Winsock基礎(chǔ)上又給出了一層封裝，把建立鏈路、撤銷鏈路、等差別較大的操作在此層完成，向上層暴露統(tǒng)一的建鏈方法。對于參數(shù)的設(shè)置和信息查詢，媒介組件同外界通過不定長度的數(shù)組或字符串交換，這樣就形式了掩蓋了差異，保持了接口的統(tǒng)一性。對于特殊的后備媒介，如無線MODEM-無線電臺方式，媒介組件必須提供與IP網(wǎng)絡(luò)相一致的接口，而對設(shè)備的操作（串口、MODEM、電臺）進(jìn)行封裝。節(jié)點ID系統(tǒng)（與IP系統(tǒng)類似）也在此組件中進(jìn)行管理。
在媒介模塊之上完成的協(xié)議控制以獨立的COM組件方式存在。這是考慮到媒介類型與協(xié)議并非一一對應(yīng)，一種協(xié)議可能適用于多種媒介，一種媒介亦可能使用多種協(xié)議。
2 鏈路的管理、維護(hù)和調(diào)度
鏈路的管理、維護(hù)和調(diào)度是本設(shè)計的重點內(nèi)容之一，可從運行角度和維護(hù)測試角度分別考慮。在運行中，系統(tǒng)的每個節(jié)點都可能通過多條鏈路與多個節(jié)點通信，每條鏈路所使用的通信媒介和協(xié)議又不盡相同。與同一節(jié)點通信的過程中，有可能在不同的通信媒介和協(xié)議間切換。同時，鏈路管理層必須實時獲得各條鏈路的運行狀態(tài)和當(dāng)前參數(shù)，如通斷情況、吞吐量等，以作出正確的調(diào)度決策。從維護(hù)測試角度，需要設(shè)置各條鏈路所涉及的協(xié)議參數(shù)和涉及通信媒介的參數(shù)；新節(jié)點必須能夠自動加入，成為任一節(jié)點的客戶端。
2.1 多鏈路管理
鏈路管理層必須維護(hù)一張鏈路表，以記錄各條鏈路的情況（如表1）。
表1 鏈路管理表結(jié)構(gòu)
目的ID通信媒介鏈路標(biāo)識對應(yīng)目的地址優(yōu)先紡鏈路狀態(tài)000001'U'0001192.169.0.11NO目的ID是節(jié)點的全網(wǎng)唯一標(biāo)總值，通信媒介用字符標(biāo)識，鏈路標(biāo)識是鏈路的唯一標(biāo)識。對應(yīng)目的地址為下一層（特定通信媒介）的地址：若基于UDP/IP或TCP/IP，則為IP地址；若基于短波或者別的通信媒介，則為在下一層約定的地址。優(yōu)先級表示與同一目的ID通信時優(yōu)先采用哪條鏈路。與同一節(jié)點間的鏈路可能有數(shù)條，它們互相獨立且對等，只是優(yōu)先級不相同。鏈路狀態(tài)包括中止和激活兩種。中止?fàn)顟B(tài)指鏈路保持在偵聽?wèi)B(tài)，能接收數(shù)據(jù)幀關(guān)上報鏈路管理組件，而發(fā)送線程中止運行；激活狀態(tài)指兩節(jié)點在此鏈路上進(jìn)行通信。鏈路由中止?fàn)顟B(tài)到激活狀態(tài)轉(zhuǎn)換的過程稱為激活，包括啟動發(fā)送線程，通過發(fā)送握手幀和接收握手成功幀與目的ID進(jìn)行握手等過程。
鏈路表包括了所有可能使用的鏈路，在本節(jié)點啟動時，只激活優(yōu)先級最高的鏈路。若優(yōu)先級最高鏈路無法激活，則激活次高的鏈路，以此類推，直到連接上。若激活了非最高優(yōu)先級鏈路，則保持高優(yōu)先級鏈路的“試圖連接狀態(tài)”。若均無法激活，則停止主動激活，等待被動激活。在所有激活的鏈路上，服務(wù)器主動發(fā)出“心跳信號”，偵測鏈路狀態(tài)，包括鏈路是否中斷、心跳信號回應(yīng)時間等，并實時反映到鏈路表上。
圖3 鏈路切換（自動切換、非自動切換）流程圖
本節(jié)點與主服務(wù)器（即主父節(jié)點）和備份服務(wù)器（如有）之間的鏈路必須在本節(jié)點運行之前配置，與各客戶端（子節(jié)點）之間的鏈路可在運行中動態(tài)配置，由客戶端主動發(fā)起，申請加入。
2.2 鏈路間切換
在與一個節(jié)點通信的過程中，當(dāng)主用鏈路（優(yōu)先級高）斷鏈或擁塞時，必須自動切換到備用鏈路上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，稱為自適應(yīng)切換；亦可禁止自適應(yīng)切換而由上層控制，稱為非自動切換。在許多網(wǎng)絡(luò)中，父節(jié)點備用鏈路通信是公用的，無法由某兩個節(jié)點永久占用，只能在需要時申請激活。
在自動切換模式下，切換原則是：盡量使用高優(yōu)先級鏈路進(jìn)行通信。分五種情況討論：（1）網(wǎng)絡(luò)層交給鏈路層一系列待發(fā)送消息，此消息結(jié)構(gòu)中包含了目的ID。鏈路層通過鏈路列表打到此目的ID對應(yīng)的已經(jīng)激活的鏈路中優(yōu)先級最高者進(jìn)行通信。（2）當(dāng)正在通信的鏈路中斷時，保持該鏈路的試圖連接狀態(tài)。激活優(yōu)先級次之的鏈路，若無，則再次之（此鏈路應(yīng)在切換鏈路集內(nèi)）。如果沒有鏈路可以被激活，則認(rèn)為通信中斷；若激活優(yōu)先級鏈路，則從未被ACK的消息開始發(fā)送。（3）在通信中，高優(yōu)先級的鏈路被激活時，中斷正在使用的鏈路，轉(zhuǎn)移到高優(yōu)先級的鏈路上，從未被ACK的消息開始發(fā)送。（4）末在通信中的鏈路中斷時（由心跳信號偵測得知），保持該鏈路試圖連接狀態(tài)，激活優(yōu)先級次之的鏈路，若無，則再次之（在切換鏈路信內(nèi)）。如果沒有鏈路可以被激活，則認(rèn)為通信中斷。（5）末在通信中，高優(yōu)先級的鏈路被激活時，中斷低優(yōu)先級鏈路。
非自動切換模式下的要點是保證在切換過程中數(shù)據(jù)的安全性，不丟失也不重復(fù)。向上層提供的非自動切換接口提供三個功能：a.激活某條鏈路；b.將當(dāng)前通信切換至某條鏈路；c.中止（disable）某條鏈路。在產(chǎn)生通信動作前，上層可以指定目前激活的鏈路（同時中止其它鏈路，使激活鏈路保持在1）；如果不能激活指定鏈路，則報告到上層，由上層繼續(xù)進(jìn)行調(diào)度。激活鏈路只有一條，有通信動作產(chǎn)生時，鏈路層自然采用條鏈路進(jìn)行通信。如果需要從鏈路A切換到鏈路B，上層必須先激活鏈路B，此時有A/B兩條鏈路激活。但是通信仍在鏈路A進(jìn)行；然后上層將當(dāng)前通信切換至鏈路B；鏈路管理層待上條消息發(fā)送成功或失敗后，再切換至鏈路B；最后上層disable鏈路A，使激活鏈路仍然只保持一條。在這種模式下，盡管是非自動切換，但是鏈路管理層仍然對其過程進(jìn)行干預(yù)，保證了數(shù)據(jù)的安全性。鏈路切換流程如圖3。
2.3 節(jié)點動態(tài)加入
新的節(jié)點希望成為某節(jié)點的子節(jié)點時，配置與該節(jié)點（服務(wù)器）之間的鏈路，并向該節(jié)點發(fā)出加入申請幀，等待對應(yīng)回傳，從回傳信息中判斷對方是否允許本節(jié)點加入。與服務(wù)器之間有可能多鏈路，申請幀中必須包含所有這些鏈路的信息。
本節(jié)點收到新的客戶端加入本網(wǎng)絡(luò)的申請幀時，由服務(wù)器操作員審核是否允許該客戶端加入。若允許，從申請幀中獲得與該節(jié)點間所有鏈路的信息寫入鏈路表，并把對方發(fā)送申請幀所使用的鏈路設(shè)為激活狀態(tài)，然后發(fā)送“成功”應(yīng)答幀至該節(jié)點，至此，即加入了一個新的子節(jié)點。若未通過審核，則發(fā)送“失敗”應(yīng)答幀至該節(jié)點。
本系統(tǒng)的優(yōu)點在于：（1）基于超鏈思想，對點到點的多種類型鏈路、多條鏈路進(jìn)行統(tǒng)一管理，使具體通信事務(wù)不必關(guān)心鏈路調(diào)度；對外接口簡單，易于二次開發(fā)；（2）基于COM技術(shù)和OPC規(guī)范設(shè)計思想，把協(xié)議、媒介驅(qū)動、鏈路管理作為獨立的組件，使系統(tǒng)的可擴(kuò)展性大大增強(qiáng)，可以在基本不改變其他要素的情況下，獨立地升級或增加協(xié)議或媒介驅(qū)動協(xié)議，系統(tǒng)的靈活性和適用范圍大大增加。
本文論述了無線蜂窩通信系統(tǒng)中的兩種定位體制,并重點介紹基于移動網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的常用定位方法,即AOA、TOA、TDOA定位方法,同時分析各種定位方法的優(yōu)缺點。
要想獲取到目標(biāo)的具體位置信息,一般都是采用GPS定位信息,但當(dāng)目標(biāo)處在高樓聳立的城市之間,GPS的部分衛(wèi)星信號處于遮擋狀態(tài),此時為了獲得到目標(biāo)的準(zhǔn)確信息,可以考慮采取其他的輔助定位方式。比如說,利用偽衛(wèi)星技術(shù),該技術(shù)實質(zhì)上就是指安置在地面上的地基發(fā)射站,它發(fā)射的信號與GPS的信號相類似,但該種技術(shù)需要架設(shè)額外的設(shè)施;采用DTV技術(shù),由于大城市環(huán)境中,DTV設(shè)施資源也有限。此時可以考慮采用無線蜂窩通信系統(tǒng),該系統(tǒng)在城市中應(yīng)用成熟,基站信號好。因基站可以發(fā)射信號,目標(biāo)可以利用基站的信號信息,確定目標(biāo)的位置,即可以采用無線蜂窩通信系統(tǒng)來彌補(bǔ)GPS定位技術(shù)的不足,從而準(zhǔn)確獲取目標(biāo)的位置信息。
無線蜂窩通信系統(tǒng)中的定位技術(shù)主要有兩種體制。一種是基于下行鏈路的定位技術(shù),即基于移動臺的定位技術(shù);一種是基于上行鏈路的定位技術(shù),即基于移動網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)。基于移動臺的定位技術(shù)要求移動臺參與定位參數(shù)的測量以及測量值的求解計算?；诜涓C網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)是指網(wǎng)絡(luò)根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算出移動終端所處的位置,通常必須利用3個或3個以上蜂窩基站接收手機(jī)信號的定位參數(shù),即到達(dá)時間、角度或強(qiáng)度。
1 基于移動臺的定位技術(shù)
現(xiàn)已提出的基于移動臺的方法主要有:基于下行鏈路增強(qiáng)觀測時間差定位方法、基于下行鏈路空閑周期觀測到達(dá)時間差方法、基于GPS作為輔助的定位技術(shù)等。
2 基于移動網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)
基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的定位方法目前主要有:基于Cell-ID定位和基于時間提前量定位的方法、上行鏈路信號到達(dá)時間定位方法、上行鏈路信號到達(dá)時間差定位方法以及上行鏈路信號到達(dá)角度定位方法等。
2.1 AOA
角度到達(dá)[1](AOA,Arrival of Angle)定位方式是根據(jù)信號到達(dá)的角度,測定出運動目標(biāo)的位置。在AOA定位方式中,只要測量出運動目標(biāo)與兩個基站的信號到達(dá)角度參數(shù)信息,就可以獲取目標(biāo)的位置。蜂窩移動網(wǎng)的AOA定位方式,指的是基站接收機(jī)利用基站的天線陣列,接收不同陣元的信號相位信息,并測算出運動目標(biāo)的電波入射角,從而構(gòu)成一根從接收機(jī)到發(fā)射機(jī)的徑向連線,即測位線,目標(biāo)終端的二維位置坐標(biāo)可通過兩根測位線的交點獲得。
2.2 TOA
抵達(dá)時間[2](TOA,Time of Arrival)定位方式也稱為基站三角定位方式,通過測量從運動目標(biāo)發(fā)射機(jī)發(fā)出的無線電波,到達(dá)多個(3個及以上)基站接受機(jī)的傳播時間,來確定出運動目標(biāo)的位置。已知電波傳播速度為c,假設(shè)運動目標(biāo)與基站之間的傳播時間為t,運動目標(biāo)位于以基站為圓心,以移動終端到基站的電波傳輸距離ct為半徑的定圓上,則可由3個基站定位圓的交點,來確定目標(biāo)移動的二維位置。TOA定位方式中,為了根據(jù)發(fā)射信號到達(dá)基站的接收時間,來確定出信號的傳播時間,要求運動目標(biāo)發(fā)射機(jī)在發(fā)射信號中,加有發(fā)射的時間戳信息。這種定位方式的定位精度取決于,各基站和運動目標(biāo)的時鐘的精度,以及各基站接收機(jī)和運動目標(biāo)發(fā)射機(jī)時鐘間的同步。
TOA算法要求參加定位的各個基站在時間上要嚴(yán)格同步,由于電磁波的傳播速率很高,微小的誤差將會在算法中放大,使定位精度大大降低。傳播中的多徑干擾、NLOS以及噪聲等干擾造成的誤差會使圓無法交匯,或者交匯處不是一點而是一個區(qū)域。因此TOA對系統(tǒng)同步的要求很高,并且需要在信號中加時間戳(要求基站之間的同步),而實際參加定位的基站一般在3個以上,誤差是不可避免的。這時候可以利用GPS對基站進(jìn)行校正并利用其他補(bǔ)償算法來估計位置,提高算法的精確度,但同時增加系統(tǒng)的開銷和算法復(fù)雜程度,因此單純的TOA算法在實際中應(yīng)用很少。
引言
無線光通信(OWC)正成為一項越來越受人關(guān)注的技術(shù),因為它融合了光通信的高信息速率與無線移動通信的優(yōu)點[1]。早期的無線光通信系統(tǒng)是以室內(nèi)和室外系統(tǒng)出現(xiàn)的,現(xiàn)在人們正在努力攻克這些新光通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)挑戰(zhàn)[2]。新興的無線光通信網(wǎng)絡(luò)與當(dāng)前的光纖網(wǎng)絡(luò)有很大的不同,無線光通信收發(fā)器通常在廣泛分布的收發(fā)器之間建立雙向鏈路[3]。雙向通信可以通過簡單的主動下行鏈路來實現(xiàn),在這樣的鏈路中所有的收發(fā)器之間通過發(fā)散的LED光束或校準(zhǔn)的激光光束相互發(fā)送已編碼的光信號[4]?；蛘?雙向通信也可以通過被動下行鏈路實現(xiàn),在這樣的鏈路中,一個固定的光源發(fā)出光束,遠(yuǎn)程的收發(fā)器反射并調(diào)制入射光束[5],然后將已編碼的光信息返回給光源。被動上行鏈路的雙向逆向調(diào)制有多個優(yōu)點,包括更低的能耗、實施的便捷性、移動性,以及對遠(yuǎn)程收發(fā)器布局的非敏感性[8]。但是部署的收發(fā)器必須能夠高效地將入射光束反射到光源,并調(diào)制入射光束[6]。無線光通信收發(fā)器的高效逆向調(diào)制的首要問題是反射的方向性。最簡單的反射器(RR),即角形反射器,可以將入射光束反射到其各自的光源,反射方向立體角最大可以達(dá)到π/2球面度,占到整個球體立體角即4π球面度的1/8[7]。角形反射器通常被用作雙向無線光通訊收發(fā)器,因為其與調(diào)制器的整合簡單方便,但是,還必須考慮到更大反射角的需求。因此球形反射器的方案被提出來[8]。因為其對稱性,球形反射器可以實現(xiàn)在整個球面上的反射,即4π球面角的反射立體角[9]。但是,球形反射器的反射最終取決于折射,所以,必須審慎地確定球體的折射率,從而實現(xiàn)理想的反射水平[10]。無線光通信收發(fā)器的高效逆向調(diào)制的另一個問題是調(diào)制速度。調(diào)制的目的是在遠(yuǎn)程收發(fā)器上將光信息編碼,然后收發(fā)器將光信息返回給光源,多項技術(shù)已經(jīng)被用于此目的[11]。
1基于超快全光技術(shù)的雙向光無線通信系統(tǒng)原理
本文采用了雙向無線光通信收發(fā)器的一個新結(jié)構(gòu)。這個結(jié)構(gòu)整合了球形反射和全光學(xué)調(diào)制,因為球形反射能夠?qū)崿F(xiàn)更大的方向角,而全光學(xué)調(diào)制能夠保證高速率的運行。本文對球形反射和全光學(xué)調(diào)制的整合方案進(jìn)行了理論分析,并在三種有著不同折射率和非線性的球形逆向調(diào)制器上進(jìn)行了實驗測試。通過圖1所示的球形逆向調(diào)制器,反射和調(diào)制功能被整合進(jìn)建議的無線光通信收發(fā)器中。斜視圖見圖1(a),橫截面圖見圖1(b)。平行的入射信號束照在球體上。信號束在入口處聚集,在后部反射,并在入口處再次成為平行信號束,然后返回光源。同時,無線光通信收發(fā)器生成一個本地控制光束,這個光束照在球體的后部,它對反射的入射信號束進(jìn)行調(diào)制。球體后部非線性信號束的相互作用可以實現(xiàn)本地光信息在反射信號束上的編碼,然后編碼后的信號束返回其光源。整個反射調(diào)制過程的效果取決于球形反射調(diào)制器的材料特征。針對反射和調(diào)制,有必要確定合適的折射率n以及非線性系數(shù)n2。本文研究了不同類型的球體,并對三種玻璃進(jìn)行了測試:N-BK7被用作基準(zhǔn)玻璃,因為它表現(xiàn)出較低的折射率(n=1.51)和較低的非線性(n2=3.2×10-16cm2/W);對N-LASF9進(jìn)行了測試,它表現(xiàn)出中度的折射(n=1.85)和中度的非線性(n2=1.7×10-15cm2/W);還對S-LAH79進(jìn)行了測試,它表現(xiàn)出較高的折射(n=2.00)和較高的非線性(n2=2.8×10-15cm2/W)。這里的n2值是根據(jù)Boling-Glass-Owy-oung(GBO)模型[12]計算的。所有三種玻璃都有很高的透明度,且在可見和高達(dá)2000nm波長的近紅外光譜中有比較穩(wěn)定的折射,因此能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)鏈路或室外鏈路。波長為1550nm的入射信號束沿著光軸(OA)照在球體上,照射方位角為,相對于xyz坐標(biāo)系的極角為θ。波長為780nm的本地控制束照在整個球體后部。光束的分離通過系統(tǒng)中的一個1550nm的帶通二色向濾光片實現(xiàn),濾光片穿過1550nm的信號束并攔截780nm的本地控制束。在x-y平面放置了一個孔徑以攔截雜散光。所有被測試的球體的半徑為a=2.5mm。對長度為z=L=3.00m范圍內(nèi)的反射光束進(jìn)行了反射強(qiáng)度測量。
2基于超快全光技術(shù)的雙向光無線通信系統(tǒng)設(shè)計
針對反射調(diào)制,為了確定理想的反射水平,有必要研究球體的折射特征并定義出最優(yōu)的折射率[13]。本文使用了射線跟蹤模型以研究折射的特征。在這個模型中,均一強(qiáng)度的入射信號束照在球體上。在兩個關(guān)鍵點測量了信號束強(qiáng)度,以取得球體折射率n的不同值。在近似n=2.00的折射率下,在球體的后部形成一個很強(qiáng)的焦點。這樣的聚焦使得反射信號束變成平行信號束后返回光源,而這能提高反射性能;另外,這樣的聚焦可以增強(qiáng)非線性信號控制束的相互作用,而這能提高調(diào)制性能。這樣的觀察結(jié)果與球形反射器中折射的理論近似研究結(jié)果是一致的,這說明n=2.00的球體可以將靠近光軸的近軸光線聚焦到光軸的交叉點和球體的后部[14]。這樣的觀察結(jié)果也與對球體的嚴(yán)格電磁模擬結(jié)果一致,這個球體模型基于Mie理論[15]創(chuàng)建,模擬結(jié)果顯示出n=2.00的模擬球體在光軸交叉點和球體后部形成一個高強(qiáng)度的焦點。信號束在長度L的范圍內(nèi)傳播,然后反射到光源。標(biāo)準(zhǔn)化的反射信號束強(qiáng)度為Is和n,對于S-LAH79玻璃(n=2.00)球體而言,它能夠?qū)崿F(xiàn)有效的反射,其反射信號強(qiáng)度比N-LASF9玻璃(n=1.85)球體的大9×105倍,比N-BK7玻璃(n=1.51)球體的大4×106倍。這樣的結(jié)論與球體實驗測試結(jié)果整體上一致。實驗測試結(jié)果顯示S-LAH79玻璃(n=2.00)球體的反射信號強(qiáng)度比N-LASF9玻璃(n=1.85)球體的大7×105倍,而N-BK7玻璃(n=1.51)球體的反射信號強(qiáng)度更低,比測試系統(tǒng)的最低噪聲還要低。對S-LAH79玻璃(n=2.00)球體的進(jìn)一步實驗測試顯示其反射光束與主要來自被照射球體近軸區(qū)域的反射光束有0.02°的發(fā)散角,近軸區(qū)域占球體中央截面積的3%。因為球面像差,球體近軸區(qū)域之外的部分入射光束丟失,而這會導(dǎo)致信號衰減(即信號減弱)。為了確定球形逆向調(diào)制器全光學(xué)運行的特征,本文進(jìn)行了一系列的隨時間變化的脈沖激勵研究。實驗示意圖如圖2所示(未嚴(yán)格按比例)。時長為100fs,波長為780nm的本地控制脈沖波激活球形逆向調(diào)制器的后部,強(qiáng)度在0.52至2.10GW/cm2之間。時長為100fs,波長為1550nm的入射信號脈沖波照射球體的入口處,完成后續(xù)的反射和調(diào)制。在隨時間變化的試驗中,本地控制脈沖波被一個電動平臺延遲,隨著時延變化的反射信號功率被相敏檢波系統(tǒng)記錄下來。請注意,反射束的傳播長度取決于上面所述的0.02°光束發(fā)散角以及檢波儀的尺寸。
3系統(tǒng)測試與分析
脈沖光波激勵測試的結(jié)果如圖3所示。測試的方式是測量三種玻璃N-BK7(n=1.51)、N-LASF9(n=1.85)和S-LAH79(n=2.00)球形逆向調(diào)制器(從下到上)的反射信號強(qiáng)度Is(t),它隨著時間t而變化。這些反射信號強(qiáng)度都參照S-LAH79(n=2.00)球形逆向調(diào)制器的信號進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理。很顯然本地控制束可以在超短時標(biāo)內(nèi)有效地調(diào)制信號束。反射信號強(qiáng)度的特征脈沖波為大約120fs的半峰全寬(FWHM)波[1
6]。圖3的逆向調(diào)制信號時域特征反映了全光學(xué)調(diào)制的機(jī)制。所有三種信號相對于時間零點都是對稱的,每個信號都有與控制和信號脈沖時間相當(dāng)?shù)陌敕迦珜?FWHM)。因此,本地控制脈沖和信號脈沖之間的非線性被認(rèn)為在性質(zhì)上為非共振,其原因是玻璃的非線性電子極化而不是共振電荷載體的光子生成和重組。在施加本地控制束之后,反射信號強(qiáng)度增加。這種正極性說明正非線性系數(shù)使得本地控制束在球體后部表面的折射率有一個瞬時的增加,這導(dǎo)致反射信號強(qiáng)度的提升。對于780nm控制束和1550nm信號束,按照Kramers-Kronig關(guān)系,圖中的微小負(fù)旁瓣被認(rèn)為導(dǎo)致了控制束引起的整個球體內(nèi)信號束吸收量的增加。對反射信號功率ΔPs的調(diào)制如圖4所示,對于N-BK7(n=1.51)、N-LASF9(n=1.85)和S-LAH79(n=2.00)球形逆向調(diào)制器,隨著(峰值)本地控制束強(qiáng)度而變化。線性趨勢在圖中表現(xiàn)得很明顯,而斜率被用來計算材料的非線性系數(shù)。對于N-BK7(n=1.51)球形調(diào)制器,其信號水平特別低,只在本地控制束最高強(qiáng)度2.1GM/cm2的時候才能明顯看到,其估算非線性系數(shù)為n2=(3±1)×10-16cm2/W。這個值基本上符合之前研究中的實驗值3.5×10-16cm2/W,這也與BGO模型計算值3.2×10-16cm2/W處在相同的數(shù)量級。對于N-LASF9(n=1.85)球形逆向調(diào)制器,非線性系數(shù)n2=(1.3±0.1)×10-15cm2/W。這個值與之前研究的實驗值9.6×10-16cm2/W相當(dāng),與BGO模型的計算值1.7×10-15cm2/W在相同的數(shù)量級。對于S-LAH79(n=2.00)球形逆向調(diào)制器,非線性系數(shù)n2=(1.8±0.1)×10-15cm2/W。值得注意的是,從圖中的球形逆向調(diào)制器線性趨勢可以看出:如果有必要,可以進(jìn)一步增加本地控制束強(qiáng)度以獲得反射信號功率的更大調(diào)制深度,因為在施加的本地控制束強(qiáng)度水平中沒有發(fā)現(xiàn)更大的非線性和/或信號破壞?？偟膩碚f,S-LAH79(n=2.00)球形逆向調(diào)制器最適合用作無線光通信收發(fā)器,因為它能同時提供有效的反射和調(diào)制性能。本文的實驗研究顯示了嚴(yán)格意義的全光學(xué)轉(zhuǎn)換而不是隨機(jī)輸入波形數(shù)字調(diào)制的脈沖反應(yīng)特征,而測得的脈沖反應(yīng)的近乎實時特性證明這樣的收發(fā)器結(jié)構(gòu)可以有效實現(xiàn)GB/s或更快的高速信息調(diào)制。 4結(jié)束語
本文提出了無線光通信收發(fā)器的一個雙向運行結(jié)構(gòu)。開發(fā)了球形逆向調(diào)制器,以實現(xiàn)廣方向角(2π球面角)的反射以及在超快時標(biāo)上(120fs時長)的全光學(xué)調(diào)制。采用三種玻璃N-BK7、N-LASF9和S-LAH79設(shè)計了球形逆向調(diào)制器。實驗結(jié)果顯示S-LAH79結(jié)構(gòu)能夠為反射和調(diào)制提供最佳的折射和非線性。這樣的球形逆向調(diào)制器對于未來無線光通信系統(tǒng)的全光學(xué)運行來說將是重要的單元。通過對已有的提取光載波方式所組成的無線光雙向通信系統(tǒng)的性能進(jìn)行比較,結(jié)果表明本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有提取光載波功率較大、傳輸性能較優(yōu),適合更長距離傳輸?shù)膬?yōu)點。
