時間：2023-02-25 10:52:28
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足球機(jī)器人是一個極富挑戰(zhàn)性的高技術(shù)密集密集型項(xiàng)目，融小車機(jī)械、機(jī)器人學(xué)、機(jī)電一體化、單片機(jī)、數(shù)據(jù)融合、精密儀器、實(shí)時數(shù)字信號處理、圖像處理與圖像識別、知識工程與專家系統(tǒng)、決策、軌跡規(guī)劃、自組織與自學(xué)習(xí)理論、多智能體協(xié)調(diào)以及無線通信等理論和技術(shù)于一體，既是一個典型的智能機(jī)器人系統(tǒng)，又為研究發(fā)展多智能體系統(tǒng)、多機(jī)器人之間的合作與對抗提供了生動的研究模型。它通過提供一個標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)，使研究人員利用各種技術(shù)獲得更好的解決方案，從而有效促進(jìn)各個領(lǐng)域的發(fā)展。其聽理論與技術(shù)可應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、自動化流水線、救援、教育等實(shí)踐領(lǐng)域，從而有效推動國家科技經(jīng)濟(jì)等方面的發(fā)展。機(jī)器人足球從一個側(cè)面反映了一個國家信息與自動化領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和高技術(shù)發(fā)展水平。
目前，國際上有機(jī)器人足球比賽分為兩大系列——FIRA和Robocup。本文所要論述的系統(tǒng)所應(yīng)用的F-180小型足球機(jī)器人比賽就是RoboCup系列中應(yīng)用較廣泛的一種。
F-180小型足球機(jī)器人足球比賽的示意圖如圖1所示，比賽雙方各有5名機(jī)器人小車在場上。足球機(jī)器人系統(tǒng)在硬件設(shè)備方面包括機(jī)器人小車、攝像裝置、計(jì)算機(jī)主機(jī)和無線發(fā)射裝置；從功能上分，它包括機(jī)器人小車、視覺、決策和無線通信四個子系統(tǒng)。
其中無線通信系統(tǒng)是銜接主機(jī)和底層機(jī)器人不可缺少的一環(huán)，它必須保證從主機(jī)端到機(jī)器人底層之間的數(shù)據(jù)傳送是可靠的，從而使得機(jī)器人比較能夠順利流暢進(jìn)行。由于比賽雙方都有多個機(jī)器人同時在場地上跑動，要求無線通信有一定的抗干擾性。無線通信系統(tǒng)的性能相當(dāng)程度上直接影響著機(jī)器人的場上表現(xiàn)。
1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
比賽中從攝像頭來的視頻信號經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理之后得到控制小車用的數(shù)據(jù)信息，而無線通信系統(tǒng)的就是將這些數(shù)據(jù)信息及時準(zhǔn)確地送達(dá)場上的每一個機(jī)器人小車，系統(tǒng)采用廣播方式，各機(jī)器人根據(jù)特定標(biāo)志識別發(fā)給自己的有用數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行決策與行動。整個系統(tǒng)的框圖如圖2所示。
1.1發(fā)送端的硬件設(shè)計(jì)
發(fā)送端主要用PIC16F877單片機(jī)實(shí)現(xiàn)編碼和對發(fā)射機(jī)的控制，計(jì)算機(jī)通過串行口發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)過PIC16F877編碼后再通過PTR3000無線通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
所采用的PIC16F877單處機(jī)是MICROCHIP公司推出的8位單片機(jī)。采用RISC指令系統(tǒng)和哈佛總線結(jié)構(gòu)，最高運(yùn)行的時鐘頻率可達(dá)20MHz，因而指令運(yùn)行速度快。它有很寬的工作電壓范圍，可直接與3.3V的PTR3000無線通信模塊配合使用。
TR3000無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊是一種半雙工收發(fā)器，采用NORDIC公司的nrf903無線收發(fā)芯片，工作頻率采用國際通用的數(shù)傳頻段ISM，頻段915MHz，工作頻率可以在902MHz～928MHz可變。采用GMSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制。靈敏度高，達(dá)到-100dBm，最大發(fā)射功率+10dBm，工作電壓為2.7V～3.3V。它最多有169個頻道，可滿足需要多頻道的場合，最高數(shù)據(jù)速率可達(dá)76.8kbps。因而完全可以滿足小型組機(jī)器人通信的數(shù)傳速率與距離的需要。
本系統(tǒng)中PIC16F877就是采用20MHz的時鐘信號，能夠滿足即時收發(fā)數(shù)據(jù)以及編碼的需要。整個系統(tǒng)中包含兩種電源，無線通信模塊的電源為3.3V，而MAX232又需要+5電源。信號線的連接也要考慮兩種電平的匹配問題，在必要的地方要加上電平轉(zhuǎn)換電路。
首先單片機(jī)要接收來自計(jì)算機(jī)端的數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)串口輸出的信號經(jīng)過MAX232由232電平轉(zhuǎn)換為TTL電平。但是由于單片機(jī)采用3.3V電平，因而MAX232輸出的信號需經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換才能輸入單片機(jī)，電平轉(zhuǎn)換可以采用TI公司提供的典型電平匹配電路（見圖3），也可采用74LVCXX系列邏輯門來轉(zhuǎn)換。
由于PIC16F877只有一個異步串行口，因而要通過16C550通用同步異步收發(fā)器（USART）芯片來擴(kuò)展一個異步串行口。這樣就可以保證從計(jì)算機(jī)串口輸出的數(shù)據(jù)與無線通信的數(shù)據(jù)速率不同，從而使原始數(shù)據(jù)經(jīng)過通信編碼及打包數(shù)據(jù)量增加之后也能及時傳送，并且在必要時也能將接收數(shù)據(jù)送回計(jì)算機(jī)端，實(shí)現(xiàn)半雙工通道。系統(tǒng)的電路圖如圖4。從圖4可以看出PIC單片機(jī)采用并口對16C550進(jìn)行初始化配置。由于16C550共有10個寄存器，且占用了8個地址，因而PIC單片機(jī)用RA0、RA1、RA2三個通用I/O口做地址線選擇16C550的各個寄存器。單片機(jī)可以不斷通過RB1、RB2引腳檢測TXRDY、RXRDY信號獲知ST16C550是否接收到數(shù)據(jù)，還是已經(jīng)發(fā)送了數(shù)據(jù)。還可以通過把16C550設(shè)置成中斷方式使每接收到一個字節(jié)數(shù)據(jù)便產(chǎn)生一次中斷使INT信號有效，單片機(jī)進(jìn)入中斷處理程序，從而使單片機(jī)的執(zhí)行效率更高。
單片機(jī)通過自帶的異步串行口輸出數(shù)據(jù)到PTR3000通信模塊。由于nrf903芯片接收和發(fā)送數(shù)據(jù)共用一個引腳，因而需要其他電路來解復(fù)用。最簡單的方法就是在單片機(jī)的TX引腳先接一個10kΩ的隔離電阻，再與RX和PTR3000的DATA引腳相連。但是這種方法有兩個缺點(diǎn)，它會造成發(fā)送的數(shù)據(jù)串入到單片機(jī)的接收引腳中，另外發(fā)送信號的驅(qū)動能力受到了極大的限制。因此，本系統(tǒng)采用了74HC244三態(tài)緩沖器作為隔離（見圖4中虛線框內(nèi)所示），并且通過單片機(jī)的RB4控制收發(fā)狀態(tài)，因而在半雙工方式下發(fā)送信號與接收信號可以互不干擾地傳送。
對于通信模塊工作狀態(tài)的控制主要包含表1所列的這幾個信號，通過單片機(jī)的普通I/O口即可控制。
表1PTR3000工作工作模式配置表
PTR3000工作模式STBYPWR-DWNTXENCS
正常工作:接收0000
正常工作:發(fā)射0010
掉電模式01XX
待機(jī)模式10XX
1.2發(fā)送端的軟件設(shè)計(jì)
當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時，單片機(jī)首先要對PTR3000無線通信模塊和16C550的寄存器進(jìn)行編程初始化。PTR3000的初始化編程是通過同步串行信號進(jìn)行的，總共有三個信號CFG_CLK、CS和CFG_DATA，分別連接到單片機(jī)RC3、RB7、RC5引腳。PIC16F877單片機(jī)本身就有同步串行口功能模塊，但是由于PTR3000的同步串行數(shù)據(jù)位為14位，并非整數(shù)字節(jié)，而且14位數(shù)據(jù)必須一次初始化完成，因此實(shí)際通過普通的I/O口編程來實(shí)現(xiàn)這14位的同步串行信號更方便一些。在整個初始化期間CS信號必須一直為高電平。這14位初始化字的定義見表2。在初始化同步串行信號輸出時最高有效位在先。在對PTR3000編程前先其狀態(tài)為接收狀態(tài)以免在其他頻率造成無線干擾，編程完成后就可以將狀態(tài)改為發(fā)射狀態(tài)了。
表2PTR3000初始化控制字各位定義
Bit參數(shù)名稱符號參數(shù)
位數(shù)
0～1頻段FB必須為了10(表示為選擇頻段915±13MHz)2
2～9頻點(diǎn)CHf=902.1696+CH·0.1536(MHz)
10～11輸出功率POUT發(fā)射功率≈-8dBm+6dBm·POUT2
12～13時鐘分頻輸出Fup"00"=>Fup=fxtal
"01"=>Fup=fxtal/2
"10"=>Fup=fxtal/4
"11"=>Fup=fxtal/82
接下來對16C550的初始化設(shè)置。由于PIC16F877自身的并行口對16C550進(jìn)行初始化編程設(shè)置各個寄存器，需要注意的只是在輸出每一個字節(jié)之前先要通過RA0～RA2輸出相應(yīng)字節(jié)的地址信號。在初始化設(shè)置時將16C550的波特率設(shè)置低于76.8kbps，以保證接收的數(shù)據(jù)能夠通過PTR3000即時發(fā)送。
1.3接收端的硬件設(shè)計(jì)
接收端裝在每個機(jī)器人小車上，由于機(jī)器人小車的控制采用DSP控制器TMS320LF2407，因而在接收端PTR3000無線通信模塊就采用TMS320LF2407來控制。通過PTR3000接收的數(shù)據(jù)直接輸入DSP，由DSP進(jìn)行解碼，從而做出決策和發(fā)出控制信號。因而無線通信系統(tǒng)的接收端電路相對發(fā)送端要簡單得多，只需用TMS320LF2407代替發(fā)送電路中的單片機(jī)與PTR3000模塊相連接即可。PTR3000的初始化編程也就由2407的普通I/O口來實(shí)現(xiàn)，只不過在初始化編程之后依舊保持PTR3000處在接收狀態(tài)。
2協(xié)議的設(shè)計(jì)
2.1物理層的編碼設(shè)計(jì)
物理層的編碼設(shè)計(jì)要根據(jù)所采用的物理器件和物理信道的特性來決定。本系統(tǒng)采用PTR3000無線通信模塊在接收模塊中為了獲得0直流電平就需要在所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中邏輯“0”和邏輯“1”的數(shù)量相等。只有滿足上述條件接收部分才會獲得很高的接收正確率。長時間空閑也會導(dǎo)致接收部分的0直流電平漂移，因?yàn)殚L時間的空閑實(shí)際上一直發(fā)送的是邏輯“1”。
由于PTR3000的這些特性，很自然就想到采用曼徹斯特編碼（Manchester）（也稱為數(shù)字雙向碼（DigitalBiphase）或分相碼（Biphase,Split-phase）。它采用一個周期的方波表示“1”，而且它的反向波形表示“0”。由于方波的正負(fù)周期各占一半，因而信號中不存在直流分量。在異步串行通信中有一個起始位“0”，因此將停止位“1”長度也設(shè)為一位，這樣在一個字節(jié)共10位信號中也就不存在直流分量了。只是加了曼徹斯特編碼之后原來一個字節(jié)的數(shù)據(jù)現(xiàn)在要兩個字節(jié)才能傳送。
圖4
有一些數(shù)字節(jié)，不會在進(jìn)行曼徹斯特編碼之后的數(shù)據(jù)串口出現(xiàn)，但是在一個字節(jié)中也具有0直流分量的特性，也有很高的接收正確率。這類數(shù)據(jù)字節(jié)如：0xF0、0x0F、0xCC、0x33等。從碼型看來其中0xF0碼型定時性能是最好的（其碼型見圖5），它很容易使異步接收器達(dá)到同步并且不會發(fā)生錯誤。由于0xF0的這種特性就可以用它做同步碼元，在空閑的時間內(nèi)通信系統(tǒng)就通過一直發(fā)送同步碼元，使接收端保持同步，而且也可以保持接收模塊的0直流電平狀態(tài)。
2.2糾錯編碼設(shè)計(jì)
為了在有一定外界干擾的情況下，保證主要與機(jī)器人之間的無線通信依然穩(wěn)定可靠，必須采取一定的抗干擾措施，這可以采用糾錯編碼來實(shí)現(xiàn)。可以選擇糾錯編碼方案有（14，8）分組碼、（7，4）分組碼和循環(huán)碼，需要使用兩字節(jié)的長度發(fā)送一字節(jié)的有效信息；（5，2）分組碼和循環(huán)碼，交錯碼、（21，8）分組碼和縮短循環(huán)碼、（21，9）BCH碼、（21，12）BCH碼，需要使用三字節(jié)的長度發(fā)送一字節(jié)的有效信息。
系統(tǒng)中使用了（7，4）分組碼，并在實(shí)際中取得了較好的效果。它的構(gòu)成方式如下：
假定不做任何處理的原碼格式為：
其高四位的監(jiān)督碼為：
A2A1A0
其低四位的監(jiān)督碼為：
B2B1B0
則編碼后成為兩個byte長度：
1X7X6X5X4A2A1A0
0X3X2X1X0B2B1B0
其中每個字節(jié)的最高位作為標(biāo)志位，用于表示高四位和低四位，高四位用“1”做標(biāo)志，低四位用“0”做標(biāo)志。接收端通過檢測標(biāo)志進(jìn)行重組和解碼。對于譯碼基本方法有維特比譯碼和使用監(jiān)督矩陣譯碼，可根據(jù)具體的編碼方案靈活選用。
2.3幀格式設(shè)計(jì)
一般數(shù)據(jù)幀包括幀頭、機(jī)器人標(biāo)識、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、保留字節(jié)等內(nèi)容，通常按照下面的格式排列：
幀頭機(jī)器人標(biāo)識數(shù)據(jù)保留字?jǐn)?shù)據(jù)校驗(yàn)
通信協(xié)議應(yīng)該和體系沒有關(guān)聯(lián)。但是需要在一個操控系統(tǒng)上運(yùn)作協(xié)議棧，那么就需要提供一些體系有關(guān)的支持，把協(xié)議棧集中在操控系統(tǒng)之中。所以我們?nèi)〕鱿祼阂廛浖捏w系有關(guān)部分，當(dāng)朝著不同操控體系移植時，只需要修正這些體系有關(guān)部分代碼就可以了。體系有關(guān)部分涵括進(jìn)程進(jìn)度以及同步模塊、定時器模塊，和一些運(yùn)作庫。協(xié)議棧是運(yùn)用ANSIC編組的，采用標(biāo)準(zhǔn)C運(yùn)作庫。協(xié)議棧的用戶端口和系統(tǒng)是相互關(guān)聯(lián)的。如果需要將協(xié)議棧植入到一個全新的操控系統(tǒng)上，需要檢索全部的體系有關(guān)部分，把這些體系有關(guān)的函數(shù)重新改寫并且鏈接到不同的運(yùn)作庫。從代碼數(shù)量來看，體系相關(guān)部分占據(jù)全部協(xié)議模塊代碼數(shù)量的百分之五左右。
1.2一種短距離無線通訊全新技術(shù)
近距離無線通訊協(xié)議目的就是每一種信息設(shè)施可以完成無縫資源共同享用。不管是手機(jī)、電腦計(jì)算機(jī)、PDA、打印機(jī)，亦或是數(shù)碼相機(jī)、MP3播放器都可以相互傳送語音消息、文字記錄、圖像、文件消息等等。所以在實(shí)現(xiàn)協(xié)議棧時，應(yīng)該和不同的操控體系以及通信協(xié)議具有良好的接口端。但是現(xiàn)在很多協(xié)議在這方面的建設(shè)和實(shí)現(xiàn)具備一定的缺點(diǎn)和不足之處，致使體系不能完成跨平臺通訊，唯獨(dú)同種產(chǎn)品之間的通訊。一種全新的短距離無線通訊技術(shù)是BT技術(shù)，它在很多方面都具備很大的優(yōu)勢，采用全向天線；更加容易地發(fā)現(xiàn)設(shè)施；支持終端的遷移性能；視距對信號傳遞沒有影響；全雙工的運(yùn)作形式，適宜開展話音業(yè)務(wù)；支持點(diǎn)到多點(diǎn)的連接形式，容易組成小型局域網(wǎng)絡(luò)；并且可以經(jīng)過無線局域網(wǎng)和特網(wǎng)連接，完成多媒體信息的無線傳遞。
1.3總體設(shè)計(jì)方案
用BT協(xié)議作為背景，提供無線通訊協(xié)議體系設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)新型機(jī)制。我們建設(shè)的協(xié)議棧是對主機(jī)協(xié)議棧的整體實(shí)現(xiàn)，讓它涵括了主機(jī)協(xié)議棧的全部系惡意，二元電話操控協(xié)議簡稱為TCS、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議簡稱為SDP以及主機(jī)操控端口簡稱為HCI等等。全部的協(xié)議棧是由四個部分組成的。
（1）體系模塊。每個協(xié)議在開啟時需要朝著BT體系模塊注冊。BT體系模塊維持了BT主機(jī)協(xié)議的FSM案例表。一個BT主機(jī)協(xié)議?？梢圆捎眠@些小洗衣機(jī)其余的BT主機(jī)協(xié)議棧實(shí)行通訊。這個模塊在每個平臺上不一樣的，因?yàn)椴⒉皇侨康捏w系都需要全部的協(xié)議模塊。
（2）通用函數(shù)庫模塊。涵括了為各種協(xié)議模塊維持FSM所需求的通用代碼，像定時器的治理、進(jìn)程之間的通訊等等。它還涵括了平臺有關(guān)的代碼。如果來自不一樣的BT主機(jī)協(xié)議的FSM案例對于公共資源的需求，這個模塊會負(fù)責(zé)為這些需求實(shí)行調(diào)度。
（3）協(xié)議棧的每個協(xié)議模塊。全部協(xié)議模塊都是采用ANSIC編組的，可以不需要改動就可以在每個平臺上進(jìn)行遷移。每一個BT主機(jī)協(xié)議被實(shí)現(xiàn)作為一個FSM。當(dāng)協(xié)議進(jìn)行初始化的時候，它會為相對應(yīng)的FSM生成一個跳轉(zhuǎn)矩陣，該FSM是由狀態(tài)和事件牽引的。跳轉(zhuǎn)矩陣的各項(xiàng)顯示對一個指定形態(tài)下的指定事件的治理函數(shù)。在協(xié)議進(jìn)行初始化期間，F(xiàn)SM會被形成開始形態(tài)。
二、體系無關(guān)的實(shí)現(xiàn)形式
在協(xié)議進(jìn)行初始化時，會為相對應(yīng)的FSM產(chǎn)生一個跳轉(zhuǎn)矩陣，這個FSM是有形態(tài)以及事件牽引的。在協(xié)議進(jìn)行初始化期間，F(xiàn)SM會被調(diào)制成初始形態(tài)。當(dāng)協(xié)議的FSM收取到一個事件，它首要檢索任務(wù)就是FSM現(xiàn)在是否正在治理事件。如果FSM繁忙，那么把這個時間植入到事件隊(duì)列之中等待治理，否則的話，F(xiàn)SM就會立馬進(jìn)行治理。
二、認(rèn)知無線電與寬帶無線通信系統(tǒng)的融合
認(rèn)知無線電的關(guān)鍵技術(shù)有：頻譜監(jiān)測技術(shù)，自適應(yīng)頻譜資源分配技術(shù)、自適應(yīng)調(diào)制解調(diào)技術(shù)等。寬帶無線技術(shù)主要有正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）、多輸入多輸出技術(shù)(MIMO)、HARQ技術(shù)和AMC技術(shù)等。認(rèn)知無線電與寬帶無線通信系統(tǒng)的融合最主要的就是自適應(yīng)頻譜資源分配技術(shù)和正交頻分復(fù)用技術(shù)結(jié)合、并輔以其它相關(guān)技術(shù)。OFDM系統(tǒng)是目前公認(rèn)的比較容易實(shí)現(xiàn)頻譜資源控制的傳輸方式。該調(diào)制方式可以通過頻率的組合或裁剪實(shí)現(xiàn)頻譜資源的充分利用，其與自適應(yīng)技術(shù)相結(jié)合，除了在傳統(tǒng)的時間域上自適應(yīng)外，還更容易利用多載波的頻率域，可以靈活控制和分配頻譜、時間、功率等資源，在結(jié)合MIMO系統(tǒng)的空間資源，根據(jù)用戶在不同的位置的不同傳輸條件，感知環(huán)境并且適應(yīng)環(huán)境，并不斷地跟蹤環(huán)境的變化，以合理利用資源、提高系統(tǒng)容量。自適應(yīng)頻譜資源分配的關(guān)鍵技術(shù)主要有:載波分配技術(shù)、子載波功率控制技術(shù)、多天線層資源分配算法和復(fù)合自適應(yīng)傳輸技術(shù)。
(1)載波分配技術(shù)。CR具有感知無線環(huán)境的能力。子載波分配就是根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)和服務(wù)質(zhì)量要求，分配一定數(shù)量的頻率資源。檢測到的寬帶資源是不確定的，隨時間、空間、移動速度等變化。OFDM系統(tǒng)具有裁剪功能，通過子載波的分配，即在頻段內(nèi)對于用戶來說，信干噪比(SINR)較高的不規(guī)律和不連續(xù)子載波的頻譜資源進(jìn)行整合，按照一定的公平原則將頻譜資源分配給不同的用戶，確定每個子載波傳輸?shù)谋忍財?shù)量，選取相應(yīng)的調(diào)制方式，實(shí)現(xiàn)資源的合理分配和利用。
(2)子載波功率控制技術(shù)。由于分配給用戶的功率和子載波數(shù)一般是成比例的，功率控制算法在經(jīng)典的“注水”算法的基礎(chǔ)上，有一系列的派生算法。這些算法追求的是功率控制的完備性和收斂性，既要不造成干擾又要使認(rèn)知無線電有較好的通過率，且達(dá)到實(shí)時性的要求。事實(shí)上功率控制算法和子載波分配算法是密不可分的。這是因?yàn)樵谂袛嗄匙虞d波是否可以使用時，就要對現(xiàn)狀(空間距離、衰落)做出判斷，同時還需要計(jì)算出可分配的功率大小，對于一個用戶如果速率一定，如子載波數(shù)目增加所需的功率就會下降。
在無線通信傳輸過程中，能對無線通信傳輸產(chǎn)生干擾的因素很多，其中大部分的干擾因素來源于外部噪音，主要包括宇宙、太陽以及其余的方面，并且具備強(qiáng)度大、時間短等特點(diǎn)在傳輸過程中，應(yīng)針對性采取措施才能將其克服。另外，人為因素中的車輛、電器以及高壓輸電線等噪音，也是外部噪音的主要來源。這一部分噪音與頻率有著直接關(guān)系，同時也會受到外界環(huán)境的影響。所以，為了降低這一類干擾的影響，需要采取一些屏蔽方式來降低干擾。
1.2通信設(shè)備本身
在傳輸過程中，因?yàn)橥ㄐ旁O(shè)備本身的原因，也可能對傳輸造成一定的干擾，如，收信機(jī)、發(fā)信機(jī)擾或者是天線內(nèi)部出現(xiàn)缺陷。尤其是在工作過程中，通信設(shè)備極易產(chǎn)生噪聲，影響信號的傳輸。另外，由于電路內(nèi)部被外界干擾物質(zhì)侵入，而內(nèi)部又缺少先進(jìn)的過濾設(shè)備，使得雜亂的電磁波影響到信號的正常傳輸。對于這樣的干擾，就可以通過通信設(shè)備改良的措施提高通信設(shè)備性能，有效降低通信設(shè)備自身的干擾。
1.3通信網(wǎng)絡(luò)
各個電臺發(fā)出的信號會相互影響，尤其是在同時工作時，更容易出現(xiàn)同頻干擾、信號阻礙或者是鄰道干擾，個別情況還會出現(xiàn)互調(diào)干擾。一旦產(chǎn)生這幾類型干擾，就需要采取改善措施。另外，部件接觸不良也會出現(xiàn)糊掉干擾。在某種情況下，發(fā)射系統(tǒng)會出現(xiàn)較高的輻射，如果在收機(jī)旁有大功率發(fā)射臺，這樣就會導(dǎo)致雜亂信號侵入，讓回路處于飽和的狀態(tài)，再加上附近干擾信號特別搶，最終引起干擾阻塞。這種情況一般是發(fā)生在距離通信機(jī)較近的區(qū)域，是因?yàn)樘炀€的耦合而出現(xiàn)信號傳播的阻塞。如果收到其他信號干擾，就成為鄰道干擾。產(chǎn)生鄰道干擾的主要原因是收機(jī)回路本身存在缺陷。在無線傳輸過程中，如果管理頻率不當(dāng)亦或是設(shè)備出現(xiàn)問題，就會有同頻干擾出現(xiàn)，同頻干擾主要是因?yàn)殡娕_正常工作時的頻率一致，由于其調(diào)制相位，最終產(chǎn)生同頻干擾。
1.4網(wǎng)絡(luò)間
在同一個區(qū)域之內(nèi)有眾多通信網(wǎng)絡(luò)，由于通信網(wǎng)的不同，也會在彼此之間產(chǎn)生干擾，這些干擾就會影響信號的傳輸。面對這一類情況，就需要在組網(wǎng)之前勘察當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，對周圍的頻點(diǎn)有充分地了解，才能確保組網(wǎng)設(shè)計(jì)的合理性。
2無線通信中傳輸干擾抵御的有效措施
2.1對干擾源進(jìn)行詳細(xì)盤查
抵御傳輸干擾，首先需要對干擾源進(jìn)行盤查處理，確定干擾源具體的位置和具體類型，如此才能對癥下藥，找準(zhǔn)問題的結(jié)癥所在。但是想要盤查出原因，并非簡單的事情，常常會遇到情況不明的問題，無法辨認(rèn)問題所在。所以，建立在分析與研究實(shí)際環(huán)境的基礎(chǔ)上，再配合一定的設(shè)備與儀器的支持，從細(xì)微之處出發(fā)，才能找到干擾源，實(shí)行相應(yīng)的干擾抵御措施。
2.2更新通信設(shè)備
很多設(shè)備都會干擾無線通信的正常傳輸，如在打電話時，收音機(jī)、廣播電臺等處于開啟狀況，就會干擾手機(jī)的通信信號，使得打電話時出現(xiàn)較高的刺耳聲音，導(dǎo)致手機(jī)信號接收無法全面，而收音機(jī)內(nèi)也會出現(xiàn)雜亂的噪音。針對如此情況，就需要對通信設(shè)備抗電磁波頻率的干擾能力予以更新，從接收器、調(diào)頻器以及發(fā)射器等裝置入手，盡可能改善其性能，之后再合理地優(yōu)化無線通信設(shè)備的信號連接方式，確保其與設(shè)備相互吻合。此外，在通信設(shè)備使用時，應(yīng)將其余通信設(shè)備關(guān)閉，確保信號不受干擾。
2.3創(chuàng)新通信技術(shù)
推動通信事業(yè)發(fā)展，離不開通信技術(shù)的創(chuàng)新，創(chuàng)新技術(shù)，無論是對解決無線通信傳輸存在的干擾問題，提升傳輸質(zhì)量，都有著重要意義。如最近幾年出現(xiàn)的wifi信號技術(shù)，就是一種通過無線信號將手機(jī)、PC終端以及平板電腦相互連接的技術(shù)，這樣可以降低在信號傳輸過程中無線通信面臨的干擾，wifi是將小型智能天線與動態(tài)波束相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)信號之間的互聯(lián)互通，最終解決因?yàn)榄h(huán)境影響而造成的信號干擾或者是中斷等情況。
2.4更新通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
更新與改造通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要通信網(wǎng)絡(luò)共同完成升級更新改造，盡可能將不同組網(wǎng)之間的互調(diào)干擾降低。所以，通信網(wǎng)絡(luò)公司首先需要改造自身的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，盡量選擇在噪音小、干擾源少的空曠地帶建設(shè)信號發(fā)射塔，利用硬件設(shè)施對通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行排查，一旦發(fā)現(xiàn)異常，需立刻更新裝備。為了讓無線通信處于一個優(yōu)質(zhì)的“干凈”環(huán)境，增強(qiáng)對外界環(huán)境干擾的抵御能力，就需要一個高效而又高頻的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，讓無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能以敏捷、靈活地方式來抵御外界干擾，確保正常的無線通信信號傳輸。
最早的通信方式是采用狼煙、火光、閃光鏡、信號彈或者旗語等方式進(jìn)行短距離的信息傳送。直到1838年這些原始的通信手段才被薩繆爾•莫爾斯的電報網(wǎng)所取代，之后被貝爾的電話取代。真正具有現(xiàn)代無線通信意義的事件是1895年馬可尼實(shí)現(xiàn)了英國懷特島與30公里以外的一條拖船之間的無線傳輸。之后隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)更好通信質(zhì)量、更高功效的信息傳輸，例如無線通信、無線電視、無線網(wǎng)絡(luò)等等。通信工程屬于是電子工程的一個分支。主要用于處理信息傳輸過程中對信號產(chǎn)生、傳輸和處理的問題。主要應(yīng)用于計(jì)算機(jī)通信、衛(wèi)星導(dǎo)航、數(shù)字信息傳輸、光纖通信、個人通信以及多媒體技術(shù)和數(shù)控應(yīng)用等方面。無線通信工程是信息科學(xué)發(fā)展的一項(xiàng)重要的體現(xiàn)。不斷應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)上，而且還體現(xiàn)在商業(yè)、工業(yè)、軍事以及人們的日常交流當(dāng)中。無線通信技術(shù)的推廣和應(yīng)用，為人們傳遞和獲得信息帶來了極大的便利。隨著我國對通信工程不斷進(jìn)行投入和開發(fā)，其未來的發(fā)展前景將會非常的廣闊。
1.2無線通信技術(shù)
無線電通信是指利用（電磁波）的輻射和傳播，經(jīng)過空間傳送信息的通信方式。目前主要利用的無線通信技術(shù)有：2G（包括GSM、CDMA）、3G（包括wcdma、cdma-2000、TD-SCDMA）、4G(LTE-A)、WiMax、UWB、RFID以及WiFi。UWB和RFID主要用于短距離的無線通信。無線移動通信技術(shù)主要經(jīng)歷了4個發(fā)展時期。第一個發(fā)展時期。最早的移動通信電話采用模擬蜂窩通信技術(shù)和FDMA技術(shù)。由于受到傳輸能力的限制，不能用于長途漫游，只能作為一種區(qū)域性通信手段。第二個發(fā)展時期。這一時期，信息技術(shù)得到了極大的發(fā)展，因此移動通信采用了GSM和GPRS通信技術(shù)。由此，正式步入了數(shù)字化時代。在這一時期，為了增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸效率，通信運(yùn)營商開發(fā)出了EDGE技術(shù)，也就是人們常說的2.5G技術(shù)。第三個發(fā)展時期。這一時期主要的技術(shù)為3G技術(shù)。3G技術(shù)有不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。分別為：WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000以及WiMax。目前各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)都開發(fā)的比較成熟，使用范圍也在不斷的擴(kuò)大。第四個發(fā)展時期。4G技術(shù)的廣泛應(yīng)用。4G能夠滿足更高的傳輸要求，通信速度更快、網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬，通信方式更為靈活，同時實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備的智能化。2013年12月4日國家工信部正式向中國移動、中國電信和中國聯(lián)通三大運(yùn)營商4G牌照，標(biāo)志著我國正式步入4G時代。
1.3無線通信工程的特點(diǎn)
1.工程位置不固定。
無線通信工程要確保通信信號的質(zhì)量和傳輸效率，就要保證工程的通信容量和覆蓋面積。由于工程的區(qū)域通常比較分散，因此工程位置不固定。在一些人口密集的地區(qū)，通過設(shè)置加大容量的基站，保證通信的質(zhì)量和效率。在偏遠(yuǎn)的地區(qū)設(shè)置基站，確保交通不便利的地區(qū)位于信號的覆蓋范圍之內(nèi)。
2.工程干擾因素較多。
在進(jìn)行基站建設(shè)時，常常會遇到周圍居民因擔(dān)心輻射而阻撓基站建設(shè)，同時在較遠(yuǎn)地區(qū)搭建信號塔和擺放通信設(shè)備時，還可以能要租用民宅，由于部分房屋的圖紙很難尋找，往往對設(shè)備的安裝造成影響。
3.運(yùn)輸線路較長。
通信工程主要利用傳輸光纜進(jìn)行信息傳輸。因此在鋪設(shè)時不但光纜的長度很長而且光纜間的間距小，在不同的地區(qū)或者地段的工作量相當(dāng)之大。
二、無線通信工程發(fā)展現(xiàn)狀和4G技術(shù)的介紹
2.1無線通信工程的發(fā)展?fàn)顩r
1.無線通信包含了無線通信設(shè)備的制造開發(fā)以及通信的服務(wù)行業(yè)兩個大的部分。
一般來說，無線通信的服務(wù)行業(yè)主要是通過無線網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)運(yùn)營實(shí)現(xiàn)的。
2.通信工程最重要的部分為通信制造。
目前我國主要普及的是3G技術(shù)，正在推廣4G技術(shù)。3G技術(shù)為通信行業(yè)的發(fā)展帶來了更廣闊的市場和發(fā)展前景。目前，通信制造業(yè)不斷進(jìn)行改造和完善，出現(xiàn)了很多先進(jìn)的通信產(chǎn)品。目前2013年全國3G用戶高達(dá)9萬余戶。
3.通信工程的發(fā)展過程中最重要的支柱之一就是電信行業(yè)的發(fā)展。
我國電信行業(yè)近幾年迅速發(fā)展主要是依靠3G時代的發(fā)展，因此我國要為能夠更好地促進(jìn)3G時代的發(fā)展做更多的努力，從而達(dá)到普及擴(kuò)大通信工程的目的。但是就目前而言，我國很多企業(yè)在發(fā)展的過程中，還是存在一些技術(shù)或者資金相對不足的現(xiàn)象。
2.24G技術(shù)的介紹
4G移動系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層：物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能，它們由無線和核心網(wǎng)的結(jié)合格式完成。中間環(huán)境層的功能有QoS映射、地址變換和完全性管理等。物理網(wǎng)絡(luò)層與中間環(huán)境層及其應(yīng)用環(huán)境之間的接口是開放的，它使發(fā)展和提供新的應(yīng)用及服務(wù)變得更為容易，提供無縫高數(shù)據(jù)率的無線服務(wù)，并運(yùn)行于多個頻帶。
1.OFDM技術(shù)
在3G向4G轉(zhuǎn)變的過程中，OFDM是關(guān)鍵的技術(shù)之一。它包含了V-OFDM，W-OFDM，F(xiàn)-OFDM，MIMO-OFDM，以及多帶-OFDM這些類型。OFDM是多載波調(diào)制的一種，它的各種載波是相互正交的，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，然后進(jìn)行子信道傳輸。由于子信道可以看成平坦性衰落，所以就消除了信道間的干擾。OFDM對脈沖噪音以及信道快衰落有很強(qiáng)的抵抗力。
2.SDR軟件無線電技術(shù)
由于4G系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)比較復(fù)雜，因此將SDR引入到4G移動通信系統(tǒng)之中。SDR能夠減低系統(tǒng)開發(fā)的風(fēng)險，減少硅芯片的容量，從而降低產(chǎn)品的開發(fā)成本和生產(chǎn)成本。SDR是以現(xiàn)代通信為基礎(chǔ)，以數(shù)字信號處理為核心，實(shí)現(xiàn)把無線和通信功能編譯為多信號進(jìn)行傳輸，滿足用戶在不同地點(diǎn)對接入網(wǎng)絡(luò)的需求。
3.SA智能天線技術(shù)
SA采用天線的原理進(jìn)行無線信息傳輸。主要是利用信號傳播方向的差異，講同頻率、同時隙的信號加以區(qū)分，能夠最大限度的利用有限的頻譜。智能天線技術(shù)可以成倍的擴(kuò)充通信容量，可以有效解決大量用戶產(chǎn)生時延擴(kuò)散、瑞利衰落、多徑、共信道干擾等影響。
4.MIMO技術(shù)
無線電傳輸信號時，每個信號都是一個空間流，使用單輸入輸出的系統(tǒng)只能收發(fā)一個空間流，而MIMO允許多個天線同時收發(fā)多個空間流。因此MIMO有時被稱作空間多樣。只有站點(diǎn)（移動設(shè)備）或接入點(diǎn)（AP）支持MIMO時才能部署MIMO。目前它在3G通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，同時也是4G的關(guān)鍵技術(shù)。
5.載波聚合技術(shù)
LTE-A通過“載波聚合”（SpectrumAggregation）的方式進(jìn)行帶寬增強(qiáng)，即把幾個基于20MHz的LTE設(shè)計(jì)捆綁在一起，通過提高可用帶寬，LTE-A將帶寬擴(kuò)展到100M。但是實(shí)際上很可能沒有一整塊的空閑帶寬，所以LTE-A允許離散頻帶的聚合。在具體應(yīng)用中還面臨很多問題，如載波聚合時多個可選載波是否需要劃分可用集合和各種集合的等級劃分；在切換中載波變化的通信問題；載波變化時的信令傳輸問題；各個載波的激活和去激活過程。這些問題都在3GPP會議中提出并存在多種方案。
6.無線中繼技術(shù)
LTE-A系統(tǒng)容量要求很高，這樣的容量需要較高的頻段。為了滿足下一代移動通信系統(tǒng)的高速率傳輸?shù)囊?，LTE-A技術(shù)引入了無線中繼技術(shù)。用戶終端可以通過中間接入點(diǎn)中繼接入網(wǎng)絡(luò)來獲得帶寬服務(wù)。減小無線鏈路的空間損耗，增大信噪比，進(jìn)而提高邊緣用戶信道容量。無線中繼技術(shù)包括Repeaters和Relay。
1.1區(qū)分多重區(qū)段
線路架設(shè)固有的距離、電磁波固有的波長，會表征著不同比值。依循擬定好的這些比值，可把選出來的區(qū)域電場，分出四種區(qū)段。具體而言，若預(yù)設(shè)的通信距離偏近，或擬定好的頻次偏低，那么這一區(qū)段被設(shè)定成準(zhǔn)靜區(qū)。伴隨距離拓展，細(xì)分出來的這些區(qū)段，依次設(shè)定成近區(qū)、中部架構(gòu)下的中間區(qū)、偏遠(yuǎn)的區(qū)段。測量得來的頻率范圍，關(guān)涉著對應(yīng)情形下的波長。例如：頻率被擬定成10k赫茲這一數(shù)值以內(nèi)，那么波長表征的數(shù)值，就被限縮在30千米；依循這一遞增規(guī)律，可以推測得來幅值特有的衰減常數(shù)。由此可得，在偏低頻次特有的區(qū)段內(nèi)，如上的比值會滿足特有的準(zhǔn)靜區(qū)；若擬定好的通信距離，沒能超出2千米，那么給出來的通信范圍，就被劃歸為近區(qū)。
1.2明晰運(yùn)算流程
準(zhǔn)靜區(qū)特有的區(qū)段之中，應(yīng)當(dāng)經(jīng)由審慎的運(yùn)算，計(jì)算出擬定好的場，同時辨識場的特性。若給出來的頻率既定，且通信距離特有的間隔偏近，那么體系架構(gòu)以內(nèi)的架設(shè)天線，就被看成近似態(tài)勢下的恒流偶極子。場強(qiáng)及關(guān)聯(lián)著的電流矩，會凸顯出正比的關(guān)聯(lián)；然而，場強(qiáng)與運(yùn)算得來的電導(dǎo)率、場地固有的水平距離，卻帶有反比的關(guān)聯(lián)。若擬定好的頻率升高，則原初的這種距離，就會快速縮減。如上的運(yùn)算中，沒能考量偶極子特有的埋設(shè)深度。真實(shí)態(tài)勢下，水平方位的這種偶極子，會被安設(shè)于特有高度的通信線路之內(nèi)。真正去計(jì)算時，還應(yīng)在擬定好的公式之中，添加衰減因子。
1.3埋地范疇內(nèi)的偶極子
甚低頻架構(gòu)下的無線通信，擬定好的電場，會跨越這一范疇中的準(zhǔn)靜區(qū)、關(guān)聯(lián)著的近區(qū)。接納過來的信號，主要依憑運(yùn)輸特性的天線。為獲取各個層級內(nèi)的場強(qiáng)數(shù)量級，有必要明晰多重參數(shù)的更替規(guī)律。接收點(diǎn)區(qū)段之中的原有場強(qiáng)，會隨同變更著的參數(shù)，而不斷更替。例如：發(fā)射天線預(yù)設(shè)的埋設(shè)深度，被擬定成300米；擬定好的這種長度，表征著水平方位的電偶極子。運(yùn)算得來的電流矩，會達(dá)到100A每米。天線固有的上側(cè)區(qū)段，覆蓋著等效特性的電導(dǎo)層。這一層級固有的電導(dǎo)率，被測定成每米0.018S。由此可推知，劃分好的通信范疇，應(yīng)被涵蓋在準(zhǔn)靜區(qū)。把如上的條件，帶入給出來的公式，就能明晰接收點(diǎn)關(guān)涉的電場；還能明辨電場隨同頻率而更替這樣的規(guī)律。若選出了既定的一點(diǎn)，則可以明辨通信距離特有的彼此關(guān)聯(lián)。
2應(yīng)注重的事宜
依循地層固有的多樣磁性，可以辨識這一層級以內(nèi)的磁導(dǎo)率。除了帶有鐵磁特性的這種物質(zhì)，其他范疇之中的關(guān)聯(lián)物質(zhì)，都很近似擬定好的真空狀態(tài)。預(yù)設(shè)的介電常數(shù)，關(guān)聯(lián)著極化場這樣的頻率；介電常數(shù)特有的測定及運(yùn)算，也關(guān)涉周邊范疇中的環(huán)境。干燥特性的區(qū)段環(huán)境，對于固定著的多重頻率，都會保持恒定。潮濕特性的環(huán)境，對于關(guān)聯(lián)著的聲頻，會凸顯明晰的干擾。這樣測定出來的電導(dǎo)率，會相差偏多的數(shù)量級。擬定好的這一電導(dǎo)率應(yīng)被設(shè)定為恒定。為便利接續(xù)的通信設(shè)計(jì)，依循穿透點(diǎn)布設(shè)著的大致方向，可以經(jīng)由運(yùn)算，得來等效態(tài)勢的電導(dǎo)率。把測算得來的這種參數(shù)，簡化為慣常見到的、均質(zhì)架構(gòu)以內(nèi)的電磁波，并擬定可用的穿透模式。等效情形下的電導(dǎo)率，可被概要擬定成平均值。在如上的運(yùn)算中，應(yīng)被涵蓋的關(guān)聯(lián)參數(shù)，包含總體的線路長度、線路固有的導(dǎo)體狀態(tài)。依循通信地點(diǎn)特有的布設(shè)狀態(tài)，得到平均態(tài)勢中的電導(dǎo)率。
二、通信軟件設(shè)計(jì)
1、通信格式。車載微機(jī)向地面通信系統(tǒng)發(fā)送請求信號主形式為ABBAIDSUMNFF、其中數(shù)據(jù)幀一共包含有6個字節(jié)，前兩個字節(jié)（ABBA）表示起始位置，第三個字（ID）表示該趟列車的車載微機(jī)的編碼號，第四字節(jié)(SUM)為通信活動中的標(biāo)注字節(jié)，第五字節(jié)（N）表示在本次通信活動中從起始字節(jié)到結(jié)束字節(jié)的字節(jié)數(shù)，是為了防止在通信中信息丟失而設(shè)置的，第六字節(jié)（FF）表示通信內(nèi)容結(jié)束。無線通信技術(shù)在單片機(jī)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，對通信模式最大的創(chuàng)新就是實(shí)現(xiàn)了信息通信的數(shù)字化。單片機(jī)通信系統(tǒng)在我國的應(yīng)用廣泛的存在著運(yùn)行中一對多的運(yùn)行模式，一般大型機(jī)務(wù)段都擁有數(shù)百臺機(jī)車。因?yàn)殍F路運(yùn)輸自身的特性，大量的機(jī)車回段的時間都不確定，機(jī)車在完成運(yùn)輸任務(wù)返回機(jī)務(wù)段時，應(yīng)該首先與地面信息系統(tǒng)取得聯(lián)系，這種聯(lián)系由機(jī)車首先發(fā)出通信請求，在得到地面信息系統(tǒng)的回應(yīng)后，與地面信息系統(tǒng)建立通信連接并完成數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)車載微機(jī)連續(xù)三次申請通信都得不到回復(fù)或者回復(fù)信息不正確的時候，車輛管理人員應(yīng)該保留該車次的數(shù)據(jù)信息，并與維護(hù)人員聯(lián)系進(jìn)行車載微機(jī)的修理[3]。
2、程序流程。無線通信技術(shù)在單片機(jī)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用結(jié)構(gòu)包括有數(shù)轉(zhuǎn)電臺和車載微機(jī)系統(tǒng)，其運(yùn)行流程為機(jī)車管理人員將通信鍵按下，車載微機(jī)系統(tǒng)向地面通信中心發(fā)送通信請求，車載微機(jī)系統(tǒng)在通信請求發(fā)出之后其接收系統(tǒng)就開始工作，驗(yàn)證是否收到地面數(shù)據(jù)中心的應(yīng)答，如果收到應(yīng)答則進(jìn)入到數(shù)據(jù)傳輸程序，如果超過三次通信請求沒有收到應(yīng)答系統(tǒng)將提示維護(hù)，同時如果一次通信請求在10分鐘之內(nèi)沒有收到應(yīng)答信息系統(tǒng)也會自動提示維護(hù)[4]。
LTE(LongTermEvolution)技術(shù)采用的是多種技術(shù)、多點(diǎn)協(xié)作、自組織網(wǎng)絡(luò)等方式，達(dá)到高峰值速率，是這一種高效的信道編譯碼技術(shù)。并注重保證系統(tǒng)的安全性，具有極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，并支持大量的業(yè)務(wù)類型。例如，隨著城市軌道交通快速發(fā)展，現(xiàn)有車地?zé)o線通信技術(shù)已經(jīng)不能滿足軌道交通業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。與此同時，LTE已經(jīng)成為移動通信發(fā)展趨勢，在經(jīng)過軌道交通行業(yè)的行業(yè)匹配后，LTE無線專網(wǎng)無論是抗干擾性、高速移動狀態(tài)下大帶寬以及多業(yè)務(wù)QoS的保障上，都能夠滿足軌道交通業(yè)務(wù)需求。因此，河南鄭州地鐵1號線即利用LTE技術(shù)的端到端解決方案提供能力，精心設(shè)計(jì)了乘客信息系統(tǒng)+車載視頻監(jiān)控一網(wǎng)承載方案，為改善鄭州地鐵一號線乘車環(huán)境、提升運(yùn)營安全與效率提供了有利保障。
1．2PDT技術(shù)數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)
PDT(專業(yè)數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)，Pifv~eDigitalTrunking)是一種專網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)，它吸收了其他數(shù)字集群的優(yōu)點(diǎn)，同時根據(jù)是集應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行開發(fā)，更為注重安全保密性。支持端到端話音、數(shù)據(jù)加密，網(wǎng)絡(luò)安全性強(qiáng)。新疆八個地州即實(shí)施PDT警用數(shù)字集群網(wǎng)改造項(xiàng)目，建設(shè)PDT數(shù)字集群通信網(wǎng)絡(luò)，成為全國第一個實(shí)現(xiàn)超大區(qū)域覆蓋、多中心聯(lián)網(wǎng)的PDT數(shù)字集群網(wǎng)絡(luò)。在處理應(yīng)急突發(fā)事件時，該P(yáng)DT數(shù)字集群網(wǎng)可滿足各部門協(xié)同作戰(zhàn)、統(tǒng)一指揮的需要，提高了一線作戰(zhàn)部隊(duì)的執(zhí)行能力，節(jié)約了客戶重復(fù)建網(wǎng)的成本，使得北疆在應(yīng)對應(yīng)急處突、反恐救援、重大活動安保等任務(wù)時做到科技化、信息化，助力整個北疆的指揮調(diào)度能力邁上一個新臺階。
1．3McWill技術(shù)
McWill技術(shù)兼具SCDMA和OFDMA的雙重優(yōu)點(diǎn)，具有較強(qiáng)的對抗相鄰小區(qū)干擾的能力，可以有效提高系統(tǒng)同頻組網(wǎng)能力。McWiLL技術(shù)由于系統(tǒng)本身的先進(jìn)性，可用帶寬更高，用戶能夠體驗(yàn)到更多的新業(yè)務(wù)，同時McWiLL系統(tǒng)支持深度定制，能夠根據(jù)市場需求快速定制業(yè)務(wù)模式和產(chǎn)品形態(tài)，這些都是其他運(yùn)營商所無法比擬的顯著優(yōu)勢。例如，中國移動通信集團(tuán)公司即利用McWiLL技術(shù)自身覆蓋范圍廣、非視距效果好、建網(wǎng)成本低、建設(shè)周期短、施工維護(hù)難度小、抗高低溫等優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了對多個農(nóng)村地區(qū)的無線信號覆蓋。為有關(guān)黨政部門行政辦公、遠(yuǎn)程黨員教育、維穩(wěn)處突、應(yīng)急指揮以及重點(diǎn)行業(yè)、企業(yè)信息化建設(shè)提供了高效的信息通信保障，很好地促進(jìn)了農(nóng)村地區(qū)信息化的全面快速發(fā)展。
2專網(wǎng)無線通信綜合能力將得到不斷提高
除了越來越高的技術(shù)水平，在綜合能力方面，專網(wǎng)無線通信也將實(shí)現(xiàn)不斷的提高。例如，在應(yīng)用需求方面，今后的發(fā)展中，專網(wǎng)需要不斷提高自身按照實(shí)際需求合理進(jìn)行資源分配的能力，以及及時進(jìn)行系統(tǒng)反響，更好地解決各種突發(fā)問題的應(yīng)變能力。還有高效的指揮控制能力，以及靈活機(jī)動的重組能力等。而在技術(shù)能力方面，專網(wǎng)無線通信也有很長的路要走。例如不斷提高自身的安全防護(hù)水平，以更好地保證廣大用戶的安全性；實(shí)現(xiàn)高效合理的模塊化配置，并不斷拓展業(yè)務(wù)范圍，為用戶提供更加人性化和多樣化的服務(wù)，滿足不斷發(fā)展變化的用戶需求的能力，以及多體制互通能力和現(xiàn)架構(gòu)擴(kuò)展能力等。
3專網(wǎng)功能將積極的滲透到公網(wǎng)之中
長期以來，在無線通信方面，公網(wǎng)始終處于較為領(lǐng)先的地位，相形之下，專網(wǎng)的無線通信發(fā)展存在明顯的差距。以往，公網(wǎng)和專網(wǎng)總是各司其職，具有各自特定的覆蓋面。隨著專網(wǎng)無線通信的發(fā)展，公網(wǎng)將會逐漸的增加部分專網(wǎng)的功能，實(shí)現(xiàn)專網(wǎng)功能對公網(wǎng)的積極滲透。二者將會之間進(jìn)行合作與交流，相互影響，相互融合，實(shí)現(xiàn)共同發(fā)展。例如，在發(fā)展3G無線網(wǎng)絡(luò)的過程中，我國三甲通信運(yùn)營商即嘗試將固定電話和公共移動移動電話進(jìn)行郵寄的結(jié)合，為廣大用戶提供“一個電話”(One—Phone)~務(wù)。從而實(shí)現(xiàn)了固話網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)之間的快速無縫轉(zhuǎn)換，為廣大用戶提供了更加方便快捷的通話服務(wù)。因此，隨著專網(wǎng)無線通信的發(fā)展，專網(wǎng)和公網(wǎng)之間的界限將會之間模糊起來，實(shí)現(xiàn)深層次的交流和影響。
2基于ZigBee技術(shù)的電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的規(guī)劃
2.1系統(tǒng)的硬件規(guī)劃
在硬件規(guī)劃方面，文章以ZigBee無線微控器與電梯的管理做結(jié)合，依此建構(gòu)低成本的電梯信息管理與監(jiān)控系統(tǒng)，通過無線模塊，管理者可以有效取得電梯運(yùn)行的信息，其中實(shí)體的硬件架構(gòu)規(guī)劃上，無線控制器采用TI的ZigBee-CC2430模塊。CC2430微控器，它是由TI公司收購無線單片機(jī)公司CHIPCON后推出的ZigBee無線單晶片，而CC2430也是一個真正符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的晶片系統(tǒng)，ZigBee-CC2430除了包括RF收發(fā)器外，還內(nèi)建加強(qiáng)型8051MCU、32／64／128KB的Flash、8KB的RAM以及ADC、DMA等。CC2430可工作在2.4GHz頻段，2.4G頻段為所謂的ISM頻段，為專門提供給工業(yè)、科學(xué)與醫(yī)學(xué)使用的免費(fèi)頻段，此外，CC2430采用低電壓（2.0～3.6V）供電，且功耗很低（接收數(shù)據(jù)時為27mA，發(fā)送數(shù)據(jù)時為25mA），最大傳送速率為250kbps。本系統(tǒng)通過無線模塊CC2430的結(jié)合，可減少電路元件的使用，對于開發(fā)低功耗的無線相關(guān)產(chǎn)品有很大的幫助。系統(tǒng)的Master端與Client端之間使用2.4GHz無線通訊模塊ZigBee-CC2430作為彼此連線的傳輸界面，Master端的無線微控器模塊一方面以無線通訊的方式接收來自Client端的信息；另一方面則通過RS-232與電腦串列通訊埠連接，再經(jīng)由程序的設(shè)計(jì)，PC端便可取得輸出入的信息。至于Client端則以無線傳輸?shù)姆绞街芷谛园l(fā)送電梯運(yùn)行信息給Master端。對于用戶端而言，主要是要通過瀏覽器，經(jīng)因特網(wǎng)取得電梯信息或進(jìn)行電梯系統(tǒng)的管理（系統(tǒng)管理者）。
2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)規(guī)劃
首先，用戶端（可以是駕駛?cè)藛T，也可以是系統(tǒng)管理者）可以使用任何可上網(wǎng)的裝置（如智能型手機(jī)、PDA或電腦）連上服務(wù)器，電梯乘客可以通過網(wǎng)頁查看目前電梯是否安全運(yùn)行，而管理者則可經(jīng)用戶端瀏覽頁面里的驗(yàn)證身份（帳號密碼）登入至服務(wù)器管理者頁面監(jiān)控目前電梯狀況、設(shè)定、查看資料等。因此，軟件設(shè)計(jì)分成三個部分：無線通訊部分、伺服端的PC監(jiān)控系統(tǒng)及伺服端的網(wǎng)絡(luò)瀏覽程序。
以下針對各部分的軟件設(shè)計(jì)的功能與內(nèi)容分別加以說明：一是在無線通訊設(shè)計(jì)方面。Master無線模塊的主要功能為收集各個Client端（電梯運(yùn)行端）的電梯運(yùn)行信息，由于每個Client端的無線模塊均設(shè)定了唯一的ID，因此，Master端的無線模塊可以將具備ID的Client端信息送至PC加以處理。至于Client端無線模塊的功能則是周期性的將電梯運(yùn)行的即時電梯運(yùn)行狀態(tài)送至Master端。Master端也可以看成是一個無線的服務(wù)器，它能與多個Client端連線。Master端在啟動后會進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，若Client端發(fā)送信息時，便會將所收到的數(shù)值傳回PC端作監(jiān)控。二是在服務(wù)器端監(jiān)控設(shè)計(jì)方面。PC端的功能為電梯的資料匯整處理與監(jiān)控，無論是電梯是否安全運(yùn)行，都通過PC端進(jìn)行監(jiān)控，并將所取得的信息存入資料庫中。此外，監(jiān)控端還設(shè)計(jì)了其他實(shí)用功能。各功能簡單說明如下：（1）趨勢圖：該功能讓管理者查詢到在一日、一周、一年所進(jìn)出的電梯運(yùn)行狀況。（2）安全隱患明細(xì)表：該功能可以讓管理者查詢電梯安全隱患出現(xiàn)的時間與對應(yīng)的原因。（3）故障查詢：該功能是讓管理者得知是否存在故障。三是在伺服端的網(wǎng)頁瀏覽程序設(shè)計(jì)方面。該部分設(shè)計(jì)是要使管理者通過瀏覽頁面呈現(xiàn)目前電梯的即時狀況，網(wǎng)頁的基本信息包括：Master端CC2430目前連線PC端狀況、電梯安全狀況、乘客數(shù)量顯示。使用者通過服務(wù)器上的網(wǎng)頁瀏覽程序直接讀取資料庫的內(nèi)容，以呈現(xiàn)電梯的即時狀況，其中呈現(xiàn)的頁面以每秒掃描的方式進(jìn)行資料的更新。瀏覽程序設(shè)計(jì)也結(jié)合AJAX控制項(xiàng)，該控制項(xiàng)的主要功能為在掃描更新電梯信息時，不會產(chǎn)生因刷新整個網(wǎng)頁畫面造成的閃爍情況，提供較舒適的網(wǎng)頁閱讀環(huán)境。另一方面，為區(qū)分網(wǎng)頁提供的功能，另增設(shè)身份驗(yàn)證登入，除一般用戶可獲得電梯信息外，管理者則可直接在網(wǎng)頁上進(jìn)行日期方式讀取資料庫檔案及搜尋范圍等。
2可見光鏈路技術(shù)
光的傳播具有很強(qiáng)的方向性，因此可見光通信在傳播的過程中，其鏈路會受到路徑中物體的阻擋。無線光鏈路主要分為視距鏈路和非視距鏈路兩種方式。視距鏈路方式下光線在傳播的過程中遇到障礙物，不能像射頻電磁波一樣進(jìn)行繞射或者衍射，其魯棒性較差。在非視距鏈路的方式下，反射鏡的應(yīng)用可以使反射后的光功率具有較大程度的衰減值，從而其鏈路也更加可靠。但是也需要提高相應(yīng)的信號處理技術(shù)和接收機(jī)的靈敏度。這兩種鏈路技術(shù)在室內(nèi)的通信中都得到了很好的應(yīng)用，其中視距鏈路占據(jù)大部分的接收信號功率，而非視距鏈路主要是用來對信道進(jìn)行時延擴(kuò)展。可見光通信需要的是雙向的交互信息，因此在進(jìn)行可見光通信的設(shè)計(jì)過程中要充分考慮反向鏈路的問題?？梢岳霉饩€傳播的可逆特性，在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間形成反向的鏈路。這種方式雖然理論可行，但在具體的應(yīng)用中還要考慮其實(shí)用性，可見光通信的信源端和接收端在復(fù)雜程度和體積規(guī)模上具有很大的不同，因此需要將反向鏈路設(shè)計(jì)成不對稱的方式，這樣的設(shè)計(jì)方法會增大下行信道的容量，實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳輸，還可以傳遞反饋和鏈路的控制信息。
3可見光通信與傳統(tǒng)無線通信結(jié)合技術(shù)
相比于傳統(tǒng)的SISO系統(tǒng)，MIMO采用多天線傳輸，具有了更多的空間自由度。可以根據(jù)不同的應(yīng)用情況采取不同的增益，其存在的主要增益有陣列增益、分集增益、空分復(fù)用增益和干擾增益。不同的增益之間存在著權(quán)衡。其主要的缺點(diǎn)是在數(shù)據(jù)流之間存在一定的干擾，需要在接收端采用最大的似然檢測，只有這樣才能獲得最佳的性能，也提高了相應(yīng)的計(jì)算復(fù)雜度。主要的接收算法有ZF接收算法和MMSE接收算法，其中MMSE接收算法可以通過預(yù)編碼技術(shù)完全消除數(shù)據(jù)流之間的干擾，很好地權(quán)衡了噪聲抑制和計(jì)算的復(fù)雜度方面。同時接收端在進(jìn)行后處理矩陣的處理后，各個子數(shù)據(jù)流不會受到其他數(shù)據(jù)流的干擾。OFDM技術(shù)是一種多載波調(diào)制技術(shù)，可以有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的并行傳輸。這種技術(shù)使得每個頻點(diǎn)占用的帶寬比較小，其信道響應(yīng)也較為平坦，因此可以對抗頻率的選擇性衰落。OFDM技術(shù)利用的是傅里葉變換技術(shù)，結(jié)構(gòu)比較簡單，降低了OFDM的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。另外，OFDM技術(shù)可以和其他多址的接入方法相結(jié)合，在配置方面具有較大的靈活性。但是由于OFDM技術(shù)是一種多載波調(diào)制技術(shù)，其發(fā)射的信號是由多個獨(dú)立的子信道疊加而成的，因此當(dāng)各個子信道的相位一致時，就會出現(xiàn)較大的峰值，導(dǎo)致較高的峰值平均功率比。而且該系統(tǒng)中各個子載波是相互正交的，頻率的偏差會引起子載波間的干擾?？梢姽馔ㄐ偶夹g(shù)可以應(yīng)用OFDM提高通信鏈路的電學(xué)頻譜利用率，在可見光通信系統(tǒng)中應(yīng)用MIMO技術(shù)可以增加其信道的容量。然而，相比于傳統(tǒng)的通信技術(shù)，光通信具有其獨(dú)特的方面，因此在進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)時還要充分考慮光鏈路的特點(diǎn)，比如光通信中的空間復(fù)用技術(shù)，發(fā)射和接收機(jī)中的光學(xué)原理，成像和非成像分集的使用等等。
2、商務(wù)旅游
NFC技術(shù)為廣大使用者解決了很多以前不能在路上解決的問題，例如，著急出差卻已經(jīng)買不到票耽誤了行程，NFC技術(shù)可以在網(wǎng)上迅速查到票的剩余情況并及時更新；在旅游的路上找不到路，NFC技術(shù)可以進(jìn)行定位；著急打車卻沒有空車，NFC技術(shù)可以通過網(wǎng)絡(luò)幫助使用者聯(lián)系車輛并自動定位。
3、NFC的關(guān)鍵技術(shù)
3.1調(diào)制技術(shù)
NFC的工作頻段是12.33-14.99MHz。為了保證NFC信號的頻譜范圍在13.56MHz頻段內(nèi)，NFC信號的波特率必須小于1Mbps。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率大于1Mbps時，只有采用多進(jìn)制調(diào)制才能滿足高速傳輸要求。如果采用多進(jìn)制ASK調(diào)制脈沖波形，則由于脈沖波形的調(diào)制度較低，多進(jìn)信號的分辨率很低，這將導(dǎo)致系統(tǒng)輸出信噪比的嚴(yán)重下降。多進(jìn)制差分相移鍵控可解決這一難題。DPSK信號是利用前后兩個相鄰碼元載波的相位差來傳送數(shù)字信息，而與載波的幅度沒有關(guān)系，因此調(diào)制信號的幅度在傳輸過程中始終保持不變。同時，在DPSK接收機(jī)中避免了復(fù)雜的相干解調(diào)，價格低廉、容易實(shí)現(xiàn)。因此在高速數(shù)據(jù)傳輸時，采用多進(jìn)制DPSK調(diào)制是一種理想的選擇。
3.2信源編碼
隨著數(shù)據(jù)傳輸速率的上升，脈沖的寬度變得越來越窄，對電路的脈沖響應(yīng)要求也愈來愈高。為了減小電路的實(shí)現(xiàn)難度，在高速傳輸時可以采用Miller碼進(jìn)行信源編碼。它是Manchester碼的一種變形，Miller碼的平均脈寬要比Manchester碼寬，降低了編碼硬件的實(shí)現(xiàn)難度。
3.3防沖突機(jī)制
如我們所知，NFC技術(shù)是兩個技術(shù)設(shè)備相互靠攏就可以開啟的網(wǎng)絡(luò)，但并不是隨便的兩個設(shè)備都可以靠攏，NFC技術(shù)在啟動之前，都是需要對周圍可以連接的系統(tǒng)進(jìn)行檢測，看是否能夠有空閑的設(shè)備供自己與之想靠攏，這是NFC技術(shù)在工作之前必須要確認(rèn)的一個步驟，因?yàn)殡S便和其它設(shè)備相連，會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)混亂，網(wǎng)絡(luò)突然斷開，設(shè)備與設(shè)備之間的聯(lián)系不緊密，會造成NFC技術(shù)的癱瘓。因此，在連接其他設(shè)備之前，NFC技術(shù)的設(shè)備通常都是先對周圍進(jìn)行掃描，當(dāng)周圍的射頻場小，也就是說掃描后確定有未連接的設(shè)備，在對其他設(shè)備進(jìn)行呼叫，相對近的設(shè)備會與這一臺設(shè)備相連，連接成為網(wǎng)絡(luò)。NFC技術(shù)中沒有那兩個技術(shù)設(shè)備是固定連接的，所以在確定了較近的設(shè)備正常工作后，會連接成為可安全使用的網(wǎng)絡(luò)。
3.4傳輸協(xié)議
傳輸協(xié)議的設(shè)計(jì)主要考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行耘c可靠性。傳輸協(xié)議一般分為三個過程：協(xié)議激活、數(shù)據(jù)交換、協(xié)議關(guān)閉。3.4.1協(xié)議激活協(xié)議的激活包含屬性的申請和參數(shù)的選擇，激活的流程分為有源模式和無源模式兩種。有源模式的協(xié)議激活流程為：第1步：主呼啟動防沖突機(jī)制，進(jìn)行系統(tǒng)初始化；第2步：主呼切換到有源模式并選擇傳輸速率；第3步：主呼發(fā)送屬性請求；第4步：被呼發(fā)出屬性響應(yīng)以回應(yīng)主呼的屬性請求，回應(yīng)成功后選中該被呼作為連接對象；第5步：主呼如果檢測到有沖突發(fā)生，重新發(fā)送屬性請求；第6步：如果被呼支持主呼屬性請求中的可變參數(shù)，主呼在收到被呼的屬性響應(yīng)后發(fā)送參數(shù)選擇請求指令，以改變有關(guān)參數(shù)；第7步：被呼發(fā)出參數(shù)選擇響應(yīng)以回應(yīng)主呼的參數(shù)選擇請求，并改變有關(guān)參數(shù)（如果被呼不支持屬性請求中的可變參數(shù)，則不需要改變有關(guān)參數(shù)）；第8步：利用數(shù)據(jù)交換協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。無源模式的協(xié)議激活流程與有源模式的協(xié)議激活流程基本類似，所不同的是在系統(tǒng)完成初始化后需要進(jìn)行單用戶設(shè)備檢測。3.4.2協(xié)議關(guān)閉關(guān)閉協(xié)議包含信道的拆線和設(shè)備的釋放。在數(shù)據(jù)交換完成后，主呼可以利用數(shù)據(jù)交換協(xié)議進(jìn)行拆線。一旦拆線成功，主呼和被呼都回到初始狀態(tài)。主呼可再次激活，但是被呼是通過釋放請求指令切換到剛開機(jī)的原始狀態(tài)。
