通信系统论文

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通信系统论文:电子通信系统关键技术问题分析

论文关键词:电子通信系统 移动卫星通信 关键技术

论文摘要:现今的电子通信技术属于一种尖端的且应用性极强的技术,一个国家的科技发展水平和进度关键看电子通信技术水平的高低。电子通信产业是信息产业不可或缺的一部分,电子通信技术的进步和发展直接带动先进的生产力和科技实力。电子通信技术涉及的领域和范围较广,特别突出在移动电话和卫星通信两个方面,本文也将重点通过这两个方面来分析电子通信系统关键技术的问题。

随着电子通信技术的发展,它同时在很大程度上改变着人们的生活和方式。人们也能很好地运用电子通信技术突破时间和空间的局限来学习和工作。电子通信技术不仅改变着人们,它还在改变着社会和国家,使得国家不断发展,特别表现在卫星通信技术上。当然我国的电子通信技术还存在一些关键技术的问题,有待人们改善和加强。

一、电子通信系统概述

电子通信技术属于现代通信技术中的一大部分。电子通信技术还是信息社会的主要支柱,是现代高新技术的重要组成部分,甚至是国家国民经济的神经系统和命脉。在现代化信息社会,电子通信技术无处不在,它涉及的范围也很广,包括移动电信、广播电视、雷达、声纳、导航、遥控与遥测以及遥感等领域,还有军事和国民经济各部门的各种信息系统都要运用到电子通信技术。

电子通信系统中最具代表性也最常见的就是移动通信和卫星通信。其中移动通信就包括了卫星通信,此外还有蜂窝系统、集群系统、分组无线网、无绳电话系统、无线电传呼系统等多个领域。

二、电子通信系统关键技术问题

近几年来,电子通信技术应用十分广泛,就其最具代表性的移动通信和卫星通信来看,就存在很多关键性的技术问题,有待加强和改善。移动通信技术在电子通信技术中发展范围最大最迅速,传统的蜂窝通信因为可用无线频谱资源的增加和无线信号的衰弱而变得越来越受局限。不断缩小的小区半径代表着基站的密度也在不断增加。除此之外,频繁的越区切换导致空中资源的浪费和频谱效率降低,这也使得网络建设的成本也是越来越高。从以上各种因素可以看出,要想获得更高的频谱效率和更大更充足的系统容量,就应该突破传统蜂窝体制,应用新的移动通信技术。

1、移动通信系统关键技术问题

在移动通信系统中采用分布式天线是很有效也很成功的一种方式,每个小区内都有很多个无线信号处理单元,这些单元距离都比载波波长要远得多,并且它们都能进行功放变频和信号预处理。要在核心处理单元实现信号处理的功能,首先就要完成信号的收发功能和一些简单的信号预处理,然后就要与核心处理单元连接,通过光纤和同轴电缆或微波无线信道来实现。有两种方式可以实现分布式移动通信,第一种就是在所有的无线信号处理单元上所有相同的下行链路信号同时发射,然后小区内的无线信号处理单元接收到上行链路信号之后直接传送到中心处理单元。这种方案优点是简单,缺点则是会不断干扰系统,阻碍了系统容量的扩大。第二种方式则是在整个业务区域内完成无线覆盖的分布式天线结构,通过用大量的无线信号处理单元来实现,从而突破传统蜂窝小区的理念。这种方式也可称之为“受控天线子系统”,即“仅与移动台相近的信号处理单元负责与移动台进行通信”的方式。第二种较之第一种更理想,但同时它也更复杂。

分布式移动通信较传统的移动通信技术有几点优势,第一是小区间干扰低、SIR高且系统容量大,第二是它内部的分集能力不仅能用来抵抗阴影效应,还能够保证不衰落和扩大系统的容量。第三是它能全面提高其自身切换性能和接受信号的功率,还能降低其切换次数。第四是它对其他通信系统的干扰小并且在相同发射功率下覆盖的区域更大,反之其发射功率更低。第五是它不仅能更方便快捷地实现任意形状的无线业务服务区,还能核心处理单元集中处理信号。更能有效利用无线资源。

子通信系统分为5层:应用层、驱动层、传输层、数据链路层和物理层。这5层之间功能划分应明确,接口应简单,从而为硬软件的设计实现奠定良好的基础:应用层是通信系统的最高层次,它实现通信系统管理功能(如初始化、维护、重构等)和解释功能(如描述数据交换的含义、有效性、范围、格式等)。驱动层是应用层与底层的软件接口。为实现应用层的管理功能,驱动层应能控制子系统内多路传输总线接口(简称MBI)的初始化、启动、停止、连接、断开、启动其自测试,监控其工作状态,控制其和子系统主机的数据交换。传输层控制多路传输总线上的数据传输,传输层的任务包括信息处理、通道切换、同步管理等。数据链路层按照MIL—STD一1553B规定。控制总线上各条消息的传输序列。物理层按照MIL—STD一1553B规定,处理1553B总线物理介质上的位流传输。应用层、驱动层在各个子系统主机上实现,传输层、数据链路层、物理层在MBI上实现。

2、卫星通信系统关键技术问题

卫星通信在电子通信技术中最为先进,它也有很大的优势,包括通信距离远并且容量大,通信线路质量稳定可靠以及机动性能优越和灵活地组网等这些都是别的技术没有的特点。但随着不断快速发展的全球信息化产业,人们对信息的需求也越来越复杂多样,电子通信技术已进入高速、多媒体、业务多样化和可移动的个性化时代。

目前的卫星通信的一些关键技术也存在一些问题,它包括高速数据的业务需求。以及卫星通信应用宽带IP的难点。现代卫星通信技术采用一些关键技术来解决问题,一个就是数据压缩技术,它能让静态和动态的数据压缩都能有效提高通信系统在时间、频带、能量上的工作效率;第二个就是智能卫星天线系统;第三个就是宽带IP卫星通信技术的研究;第四个就是新型高效的数字调制及信道编码技术;第五个就是多址连接技术的改进和发展;第六个就是卫星激光通信技术。

未来的卫星通信数据率会通过激光通信来实现,激光的优势会在互联卫星网中得到充分发挥,因为在那里经常会应用到激光通信技术,它在外层空间进行,所以不会受到大气层的影响。还可以利用“星际激光链路”技术来缩短全球卫星通信中的“双跳”法的信号时长。有专家提出“在卫星激光通信在比微波通信数据速率高一个数量级的理想情况下,天线孔径尺寸会比微波通信卫星减小一个数量级”的观点。那么如果在空间无线电通信中以激光作为载体来进行工作和运行未来的卫星之间进行激光通信是很有前途的。

总而言之,电子通信系统在这个信息化时代无处不在。在电子通信系统中范围最广最常见的就是移动通信技术和卫星通信技术,移动通信技术体现在日常的电视广播网络等各种电子传输工具上,而卫星通信系统则运用在比较大型的工程上。电子通信系统的发达和完善与否直接决定了一个国家和社会的强弱,所以对其关键技术问题的分析和研究是很有必要的,掌握了其关键技术就能很好地运用和完善它。

通信系统论文:论软交换技术在电力通信系统中的应用前景

论文关键词:交换技术 电力通信系统

论文摘要:随着时代的发展和通讯技术发展的日新月异,新的时期对电力通信的也同样提出了新的要求:一方面,为了确保电力系统先进性、安全性、稳定性和高效性,这需要我们的电力通信系统与时俱进继续完善和提高电力通信;另一方面,充分地利用现有电力的网络和资源优势,使之成为电力企业新的价值增长途径,成为电力通信企业的技术革新的动力,进一步保持并提升电力的供应企业的竞争力。然而当前电力通信系统虽然业务量小但是种类较多,这不但造成浪费, 而且由于种类繁多对其运行管理和运行维护带来很大不便。上述问题的解决方案之一——软交换技术。这是由于软交换技术具有媒体网关接入、呼叫控制、业务提供以及互联互通等功能,可以很好的解决新时期电力通信的问题,因此,软交换技术在电力通信系统中的有着很好的推广应用前景。

自从第一款产品在电信市场上成功推出以来,“软交换”这个概念已经成为电信行业中倍受青睐的时髦用语。由于既能执行与基于硬件的传统电话交换机相同的功能,又能同时处理IP通信,软交换技术承诺可提供许多优势,如轻松整合电路交换和分组交换、降低网络成本以便运营商更快获得收入。

所谓“软交换”就是指基于分组网利用程控软件提供呼叫控制功能和媒体处理相分离的系统和设备解决方案。换言之,软交换是从媒体网关(传输层)中分剥离出其中的呼叫控制功能,再通过软件技术实现其呼叫控制功能,进而使得呼叫传输和呼叫控制二者想独立,这就为系统的控制与交换以及软件可编程功能实现各功能的可分离的平台创造了条件。一方面,软交换提供了很多实用的功能,如:连接控制、翻译和选路、网关管理、安全性和呼叫详细记录、呼叫控制等功能。另一方面,它还为在网络上提供开展新业务提供了大大便利,这主要是要归功于软交换网络资源与网络能力很好的相结合起来,并设置标准开放的业务接口和业务应用层。

1、背景

随着电力市场化、开放化的趋势以及电网建设的进一步发展,传统的电力信息系统的业务将发生变化。一方面,涌现出不少新型业务如:电视会议、变电站无人视频监控、输变电线路监控及电厂视频监控等视图业务;另一方面,传统单一主机的调度自动化体系架构向客户机/服务器体系架构的转变;同时,监视全网运行状况,提供故障记录和分析的故障滤波系统的建设以及电量计费网络系统和雷电定位系统的建设等。因此,基于互联网/局域网并能体现信息化综合业务应用的管理信息系统将成为电力企业信息化的发展方向和趋势。

2、软交换的主要功能

软交换主要具有呼叫控制、互联互通、业务提供等功能,下面分别来逐一介绍这个三大功能:

(1)呼叫控制功能。呼叫控制功能是软交换的重要功能组成。它除了能完成基本呼叫的建立、维持和释放之外,还可以提供各种控制功能,如:呼叫处理、智能呼叫触发检出、连接控制和资源控制等等。

(2)互联互通功能。当前IP电话体系主要是由两大标准构成即:ITU-T H.323协议标准和IETF SIP协议标准,这两大标准均可以独立的均实现呼叫建立、释放、补充业务、能力交换等功能,但是不可相互兼容的体系结构。软交换技术可以与多种协议相兼容,自然也包括同时兼容ITU-T H.323和IETF SIP这两大协议标准。

(3)业务提供功能。一方面,软交换可以实现对PSTN/ISDN交换机的支持,并能提供的全部业务,包括基本业务和补充业务;另一方面,它还可以与现有智能网相兼容相配合,为现有智能网提供的业务。由此可见软交换在网络从电路交换向分组交换演进的过程中扮演着非常重要的作用。

3、引入软交换的意义

软交换将是下一代话音网络交换的核心。如果说传统的电信网是基于程控交换机的网络,那么下一代分组话音网则是基于软交换的网络。软交换是新、旧网络融合的枢纽。这主要表现在以下三层面:

第一个层面——用户。传统的交换网络的封闭性,一家设备供应商往往包揽所以的包括软、硬件供应、更新维护以及应用的开发在内的每一项事物,理所当然用户也牢牢地锁定在设备供应商的那里,压缩了用户选择的空间,导致用户在设备维护费用上失去了应有的主动权。然而通过软交换技术的所搭建起来的下一代网络可以有效地扭转了这种不利局面,这主要是在利用软交换技术搭建的新一代网络中设备系统供应商都是基于同一个开放标准平台开发出来的,这样一来用户自然就具有更多的选择权,可以在同一类产品中货比多家,根据自己的需求择优挑选供应商来为自己服务。

第二个层面——成本。将传统的电路交换技术与软交换技术相比,软交换技术更具经济性、低成本性,可以说是地投入高产出。这主要是得益于两方面:一方面,软交换技术实现了平台的开放性,使得新的应用可以更快、更易的与其相衔接;另一方面,软交换所以使用的元器件很多都是普通的计算机器件,这就降低了其元器件的采购成本,具有更高的性价比。

第三个层面——可靠性。

与传统的电路交换相比,软交换技术可以更好的解决网络的可靠性。用户在组网的时候可以利用软交换的优势采用功能软件的形式将传统的电路交换的核心功能先进行了分类,然后再将其往下分配到各骨干网络。由于这种根据分门别类的分布式结构是可编程的,同时也是以计算机平台为基础,并可以利用设置网络权限来更好地实现网络的可控性和安全性。

4、软交换技术在电力通讯系统中的应用前景

电力通信网分布广泛,业务极为繁琐,虽然拥有多种网络形式,但是各种网络一方面都有各自的交换设备、复接设备等, 且它们相互独立不能实现互融互通。但是随着软交换技术的出现,将可以很好的解决这些问题,这主要得益于在电力通讯系统中应用软交换技术所能取得以下几方面的优势。

4.1统计汇总的优势

采用软交换技术组建的电力通信系统具有自我统计和自我维护功能,主要包括:业务统计和错误预警。对于纵横交织的电力网络和业务繁杂的电力系统来讲,应用软交换技术可以实现:(1)方便便捷地对所有的业务进行汇总并输出分析报告;(2)发生故障时及时发出错误警报,同时显示故障错误的具体的地点和原因,并自动将其发送给电力抢修和维护部门。(3)清单的采集功能,并可提供详细的电量与电话计费清单。

4.2电力通信网中的网络互通的优势

电力通信网不但拥有电力系统独有的载波电话网络,而且同样也存在计算机网络,它们是以协议为基础的分组网络。电话网和计算机网可以利用软交换技术所提供的支 持多种信令协议的接口来实现它们之前信息指令相互传输相互识别。这样一来计算机网络能更便捷地对电力通信网进行管理和协作更好的支持各业务的开展和实施。

4.3新业务开展的优势

当前,语音和数据信息为电力通信网中的主要传输的信息,但是随着网络技术的发展和计算机技术的革新, 这对电力通信业务提出了很多新的要求如:可视业务、多媒体业务等新兴业务。面对这些新的要求,软交换技术可以大显生手,这是因为其不但可以很好地支持语音业务,而且还可以利用新的网络设施与开放式的应用程序接口为用户提供各种增值业务,为新业务的开展提供便捷。

4.4统一不同介质网络的优势

当前电力通信网中拥有多种传输介质,且各自独立不相兼容,并必须采用各自专用的设备, 若引进了软交换技术来组建网络, 利用软交换技术的优势搭建一台多介质的信息进行交换解决方案。这样一方面可以减少设备的需求降低设备的总采购额节约了成本;另一方面可以提高了网络的可靠性,使依靠各种不同介质传播的网络达到了一定的互融互通的效果,正是由于实现了不同介质在同一网络中信息传递从而简化了过去不同介质间的繁琐的数据转换;同时在管理维护上显得更加方便快捷,因为现在只需对同一类设备进行运行管理和系统维护就可以实现对整个网络的信息交换。

总之,软交换技术应用作为下一代网络的解决方案,具有多方面的优势,其应用性体现在方方面面。在电力通信网中引人并实施软交换技术,一方面,在技术上既可起到承上启下的作用;另一方面,电力供应企业顺利向下一代网络解决方案的的演进产生多方面的积极作用。基于软交换技术应该在电力通讯系统中所具有的这些优势,我们可以很好的预见其良好的市场应用与推广前景。

通信系统论文:网络通信系统的信息脆性风险评估

论文关键词:网络通信系统 信息脆性 风险评估

论文摘要:目前来看,信息脆性风险已经成为网络通信系统亟待解决的问题。而要想更好解决网络通信系统信息脆性风险,就需要采取有效的管理方法对信息脆性风险进行分析,以保证网络通信系统正常运行,从而保证不同领域信息安全。本文主要从网络通信系统信息脆性风险概况、网络通信系统与脆性环境之间的联系、网络通信系统信息脆性风险评估等方面出发,对网络通信系统的信息脆性风险评估进行分析。

随着网通通信系统不断的发展,不仅其规模越来越大,其复杂程度也越来越高,系统之间的联系也逐渐密切起来。随之而来系统的不确定性也越来越大,而系统的复杂性使得网络通信系统易受环境的不确定性影响,从而使系统出现脆性风险,甚至给环境带来一定影响。在这种情况下,有必要基于网络系统脆性风险建立脆性风险评估体系,以减少不必要的网络脆性风险。如何更好的对网络通信系统信息脆性风险评估进行分析,已经成为相关部门值得思索的事情。

一、网络通信系统信息脆性风险概况

(一)脆性定义

脆性是系统受到外界打击时而产生的崩溃,这种崩溃在脆性产生之前并没有相应征兆。从某种意义上来讲,脆性是其系统自身特有属性,其是一种状态转化成另一种状态时才能显现出来的,一旦显现出来,就会给系统造成巨大的损失。

(二)脆性特点

脆性是伴随着复杂系统而存在的,基于脆性定义,系统脆性特点进行分析。现在网络通信系统中脆性不能明显的显现出来,只有当其受到强烈干扰之后,才能显现出来,并将脆性随时激发出来。随着网通通信系统不断的发展,其脆性可能随时被激发。因此,网络通信系统信息脆性问题是具有隐藏性的;因网络通信系统容易受复杂系统干扰,当其受一定条件限制时,其系统有脆性联系的系统就会受脆性的影响而产生崩溃;因网络通信系统进化方式较多,再加上受外界环境的影响,使其表现结果具有多样性,这也使得状态脆性变化形式更加多样化,系统脆性损失也变得多样化。在系统脆性的影响下,系统工作状态会呈现出混乱的状态,其脆性持续一段时间后会产生不同程度的危害性,甚至影响社会秩序的有序进行;网络通信系统子系统之间常会因为熵相互争夺,而使其熵值降低,从而使网络通信系统信息出现非合作博弈。此外,网络通信系统脆性也具有连锁性、延时性和整合性。网络通信系统在实际运行过程中一旦受外界干扰,其系统脆性就会随之产生逐渐崩溃,但是系统崩溃是可以延时一段时间的,毕竟系统有一定的开放性和组织性。再加上脆性是具有一定属性的,在对系统脆性进行研究时,需要全局分析。

二、网络通信系统与脆性环境之间的联系

在对网络通信系统信息脆性风险进行分析时,有必要对系统和脆性环境之间的联系进行分析。系统脆性风向与系统漏洞相似的,是风险客观存在的条件,而威胁和攻击则是风险的主观条件。不管是主管条件还是客观条件,主客观条件在时间相同条件下,其风险对整个通信系统安全是有一定破坏性的,甚至使整个通信系统处于不稳定且不安全状态中。一般系统与外部环境是有一定联系的,不仅相互影响,同时也存在一定外部规定性。也就是系统必须在特定的环境下进行,即便在环境因子不用情况下,其也会以一种特殊的方式将其组合在一起,从而进行不同的系统结构性质。但是系统实际运行过程中,会呈现一种特性甚至产生与环境相适应趋势。一旦环境发生变化,其系统涌和环境也有一定依存关系。而正是因为系统和脆性环境存在上述关系,可以将系统分为封闭式和开放式脆性系统两种。封闭式脆性系统在系统运行过程中,其与外部环境在信息和能量等方面没有相应沟通和交流的,而开放式脆性系统则与外部环境存有信息、能量及相关方面的沟通。从整体上来看,开放式脆性系统是易受脆性环境影响的,其脆性风险也相对较高。理论上封闭系统的风险性虽然低于开放性脆性系统,但是要想真正的降低系统风险并保证其安全,还需要最大限度的降低系统开放性,毕竟系统是变化的,而系统变化过程中是需要相应信息、能量及相关因素支持的。随着网络变化不断的发展,人们生产、生活对网络的依赖性越来越大,这就使得网络系统脆性安全变得越来越重要。这就需要对网络通信系统信息脆性风险进行相应分析并评估。

三、网络通信系统信息脆性风险评估

对网络通信系统脆性风险进行评估,除了了解系统信息脆性风险概况、与外部环境关系外,还应在上述内容基础上建立网络通信系统信息脆性风险结构模型,以便进一步对系统脆性风险进行评估。脆性系统受内外因的影响而易引发脆性事件。一般脆性事件是由不同因素构成的,一旦这些因素某一刻在系统上发挥作用,就可能引发一系列崩溃事件。而这一时刻内所有脆性事件构成的系统脆性事件而他将其制成脆性空间,也就是我们常说的系统脆性环境。当这些脆性事件在系统上产生作用,就会使脆性发生变化,甚至使其概率处于崩溃地步。而通信系统脆性风险结构就是在此基础上通过对脆性事件的可变性和不确定性的分析构建的。

脆性结构一般可分为脆性事件和脆性因子。脆性事件作为脆性环境的直接构成要素,其不仅具有重复性多边形,同时也具有难以预测性。而脆性因子则存在于脆性事件中,其具有隐藏性、稳定性和可预测性。因此,对脆性环境分析,可以基于脆性因子进行分析。脆性事件在某一时间内受外部环境干扰后会出现系统崩溃事件集。在实际分析中,可以通过假设空间系统n个脆性事件(I1,I2,……In),求出发生概率。正常情况下,当系统概率超过零0时,系统崩溃概率将会在0-1之间,在I1作用下,系统的脆性风险期望则为E[RI2]=Pipi,(i=1,2……,n),脆性风险则为E[RIi]=E[RIi]+…+E[RIn]。而构建这种线性叠加需要所有脆性事件来保证,但是在实际应用过程中,不同脆性事件是有多种联系的,这就加大了对具体脆性事件分析和预测难度,更无法对耦合关系进行分析和处理。在这种情况下,就应该对新对系统脆性事件进行分析,并辨别出脆性事件中存在的因子,再以不同脆性事件因子危害性为依据,对影响网络通信系统崩溃程度进行分析,以更好的得到脆性风险结果。为了使网络通信系统信息脆性风险评估更加准确,还需要对系统信息脆性熵进行进一步分析。熵作为度量脆性事件集,可以以脆性事件集空间概率形式来对平均函数进行分析。因脆性事件空间中的概率都有一定的风险,使得多有空间脆性事件都存有一定概率风险,再加上熵度量值是由脆性事件集空间概率决定的,使得熵成为整体结构的唯一决定。这样在实际应用过程中,就可以通过熵来减少脆性事件的不确定性,以降低脆性风险。

四、结束语

计算机网络通信技术不断的发展,网络通信技术向自动化、智能化水平方向发展,并被人们广泛应用在生活和社会不同领域中。而在网络通信系统运行过程中,其却常受内外环境的影响而出现网络系统信息脆性问题。因此,人们对计算机通信网络同风险越来越重视,相应网络通信系统研究人员为了更好解决上述问题,开始对网络系统信息脆性问题进行了上述研究。但随着时代的发展,网络通信系统信息脆性问题将会有新的体现,仍需要相应研究人员对网络通信系统脆性问题进行深入研究。

通信系统论文:分析网络通信系统的信息脆性风险评估

论文关键词:网络通信系统 信息脆性 风险评估

论文摘要:目前来看,信息脆性风险已经成为网络通信系统亟待解决的问题。而要想更好解决网络通信系统信息脆性风险,就需要采取有效的管理方法对信息脆性风险进行分析,以保证网络通信系统正常运行,从而保证不同领域信息安全。本文主要从网络通信系统信息脆性风险概况、网络通信系统与脆性环境之间的联系、网络通信系统信息脆性风险评估等方面出发,对网络通信系统的信息脆性风险评估进行分析。

随着网通通信系统不断的发展,不仅其规模越来越大,其复杂程度也越来越高,系统之间的联系也逐渐密切起来。随之而来系统的不确定性也越来越大,而系统的复杂性使得网络通信系统易受环境的不确定性影响,从而使系统出现脆性风险,甚至给环境带来一定影响。在这种情况下,有必要基于网络系统脆性风险建立脆性风险评估体系,以减少不必要的网络脆性风险。如何更好的对网络通信系统信息脆性风险评估进行分析,已经成为相关部门值得思索的事情。

一、网络通信系统信息脆性风险概况

(一)脆性定义

脆性是系统受到外界打击时而产生的崩溃,这种崩溃在脆性产生之前并没有相应征兆。从某种意义上来讲,脆性是其系统自身特有属性,其是一种状态转化成另一种状态时才能显现出来的,一旦显现出来,就会给系统造成巨大的损失。

(二)脆性特点

脆性是伴随着复杂系统而存在的,基于脆性定义,系统脆性特点进行分析。现在网络通信系统中脆性不能明显的显现出来,只有当其受到强烈干扰之后,才能显现出来,并将脆性随时激发出来。随着网通通信系统不断的发展,其脆性可能随时被激发。因此,网络通信系统信息脆性问题是具有隐藏性的;因网络通信系统容易受复杂系统干扰,当其受一定条件限制时,其系统有脆性联系的系统就会受脆性的影响而产生崩溃;因网络通信系统进化方式较多,再加上受外界环境的影响,使其表现结果具有多样性,这也使得状态脆性变化形式更加多样化,系统脆性损失也变得多样化。在系统脆性的影响下,系统工作状态会呈现出混乱的状态,其脆性持续一段时间后会产生不同程度的危害性,甚至影响社会秩序的有序进行;网络通信系统子系统之间常会因为熵相互争夺,而使其熵值降低,从而使网络通信系统信息出现非合作博弈。此外,网络通信系统脆性也具有连锁性、延时性和整合性。网络通信系统在实际运行过程中一旦受外界干扰,其系统脆性就会随之产生逐渐崩溃,但是系统崩溃是可以延时一段时间的,毕竟系统有一定的开放性和组织性。再加上脆性是具有一定属性的,在对系统脆性进行研究时,需要全局分析。

二、网络通信系统与脆性环境之间的联系

在对网络通信系统信息脆性风险进行分析时,有必要对系统和脆性环境之间的联系进行分析。系统脆性风向与系统漏洞相似的,是风险客观存在的条件,而威胁和攻击则是风险的主观条件。不管是主管条件还是客观条件,主客观条件在时间相同条件下,其风险对整个通信系统安全是有一定破坏性的,甚至使整个通信系统处于不稳定且不安全状态中。一般系统与外部环境是有一定联系的,不仅相互影响,同时也存在一定外部规定性。也就是系统必须在特定的环境下进行,即便在环境因子不用情况下,其也会以一种特殊的方式将其组合在一起,从而进行不同的系统结构性质。但是系统实际运行过程中,会呈现一种特性甚至产生与环境相适应趋势。一旦环境发生变化,其系统涌和环境也有一定依存关系。而正是因为系统和脆性环境存在上述关系,可以将系统分为封闭式和开放式脆性系统两种。封闭式脆性系统在系统运行过程中,其与外部环境在信息和能量等方面没有相应沟通和交流的,而开放式脆性系统则与外部环境存有信息、能量及相关方面的沟通。从整体上来看,开放式脆性系统是易受脆性环境影响的,其脆性风险也相对较高。理论上封闭系统的风险性虽然低于开放性脆性系统,但是要想真正的降低系统风险并保证其安全,还需要最大限度的降低系统开放性,毕竟系统是变化的,而系统变化过程中是需要相应信息、能量及相关因素支持的。随着网络变化不断的发展,人们生产、生活对网络的依赖性越来越大,这就使得网络系统脆性安全变得越来越重要。这就需要对网络通信系统信息脆性风险进行相应分析并评估。

三、网络通信系统信息脆性风险评估

对网络通信系统脆性风险进行评估,除了了解系统信息脆性风险概况、与外部环境关系外,还应在上述内容基础上建立网络通信系统信息脆性风险结构模型,以便进一步对系统脆性风险进行评估。脆性系统受内外因的影响而易引发脆性事件。一般脆性事件是由不同因素构成的,一旦这些因素某一刻在系统上发挥作用,就可能引发一系列崩溃事件。而这一时刻内所有脆性事件构成的系统脆性事件而他将其制成脆性空间,也就是我们常说的系统脆性环境。当这些脆性事件在系统上产生作用,就会使脆性发生变化,甚至使其概率处于崩溃地步。而通信系统脆性风险结构就是在此基础上通过对脆性事件的可变性和不确定性的分析构建的。

脆性结构一般可分为脆性事件和脆性因子。脆性事件作为脆性环境的直接构成要素,其不仅具有重复性多边形,同时也具有难以预测性。而脆性因子则存在于脆性事件中,其具有隐藏性、稳定性和可预测性。因此,对脆性环境分析,可以基于脆性因子进行分析。脆性事件在某一时间内受外部环境干扰后会出现系统崩溃事件集。在实际分析中,可以通过假设空间系统n个脆性事件(I1,I2,……In),求出发生概率。正常情况下,当系统概率超过零0时,系统崩溃概率将会在0-1之间,在I1作用下,系统的脆性风险期望则为E[RI2]=Pipi,(i=1,2……,n),脆性风险则为E[RIi]=E[RIi]+…+E[RIn]。而构建这种线性叠加需要所有脆性事件来保证,但是在实际应用过程中,不同脆性事件是有多种联系的,这就加大了对具体脆性事件分析和预测难度,更无法对耦合关系进行分析和处理。在这种情况下,就应该对新对系统脆性事件进行分析,并辨别出脆性事件中存在的因子,再以不同脆性事件因子危害性为依据,对影响网络通信系统崩溃程度进行分析,以更好的得到脆性风险结果。为了使网络通信系统信息脆性风险评估更加准确,还需要对系统信息脆性熵进行进一步分析。熵作为度量脆性事件集,可以以脆性事件集空间概率形式来对平均函数进行分析。因脆性事件空间中的概率都有一定的风险,使得多有空间脆性事件都存有一定概率风险,再加上熵度量值是由脆性事件集空间概率决定的,使得熵成为整体结构的唯一决定。这样在实际应用过程中,就可以通过熵来减少脆性事件的不确定性,以降低脆性风险。

四、结束语

计算机网络通信技术不断的发展,网络通信技术向自动化、智能化水平方向发展,并被人们广泛应用在生活和社会不同领域中。而在网络通信系统运行过程中,其却常受内外环境的影响而出现网络系统信息脆性问题。因此,人们对计算机通信网络同风险越来越重视,相应网络通信系统研究人员为了更好解决上述问题,开始对网络系统信息脆性问题进行了上述研究。但随着时代的发展,网络通信系统信息脆性问题将会有新的体现,仍需要相应研究人员对网络通信系统脆性问题进行深入研究。

通信系统论文:探析移动通信在铁路通信系统中相关应用

论文关键词:移动通信 铁路通信系统 应用

论文摘要:铁路运输是国家的经济大动脉,铁路通信系统是直接保证铁路运输的重要工具,它的质量的好坏直接影响铁路运输的效率以及运输速度和安全。随着科技的进步和发展,各种高薪技术被广泛地应用在铁路通信系统中,使得铁路通信系统得到逐步提高和完善,并提高了铁路运输的运输速度、效率以及安全可靠性,本文主要讨论移动通信在铁路通信系统中的相关应用。

一、铁路通信的作用

通信,指人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递。铁路通信就是指利用有线通信、无线通信、光纤通信等现代化技术和设备,将铁路运输生产和建设过程中的各种信息进行传输和处理交换。从1825年的人工摇旗引导到1839年的指针式闭塞电报设备的发明以及应用,就说明现代通信技术一开始就是与铁路运输是紧密相关的。随着我国高速铁路的建设和运行,对铁路通信技术提出了更高的要求,只有不断地发展和完善铁路通信系统,才能为现代化铁路的建设与运行提供重要技术支持和安全保障。下面我们就来讨论移动通信在铁路通信系统中的相关应用。

二、无线列调

无线列调是重要的铁路行车通信设备,主要负责列车的位置和运行方向。无线列调系统主要解决行车调度员、车站值班员和机车司机之间的通信和车站值班员、机车司机和运转车长之间的通信。虽然无线列调具有节约资源的优点,但目前使用的无线列调是同频单工电台,随着列车提速的不断深入和列车建设密度的加大,在仅有的一个频道上集中了众多用户,再加上场强的越区严重,容易致使系统阻塞,甚至于瘫痪。对于现代化的高速铁路而言,这种通信系统过于简单,满足不了建设发展的需求。

三、集群通信

集群通信系统是一种高级移动调度系统,代表着专用移动通信网的发展方向。它能按照动态信道指配的方式,实现多用户共享多信道。由于它具有调度、群呼、优先呼、漫游等功能,被广泛地应用于政府、铁路、航空等部门,其中以源自欧洲的TETRA较为出色。不过这种通信系统也有一定的缺点,比如系统设备采购、建网成本和终端价格较高,同时也存在信息丢失、保密性不高、易受干扰等,这从上海局目前所建成的集群系统就能看出来。这些缺点对普通语音通信的影响不大,但对要求较高的场合并不适用,比如列车与指挥中心的实时双向数据通信。

四、GSM-R

GSM-R通信技术最早起源于欧洲,是在GSM公众移动通信系统的基础上增加了铁路运输专用调度通信功能,它主要由交换机、基站、机车综合通信设备、手机等组成,目前在德国、意大利、瑞典等大多数国家普遍应用,我国铁道部于2000年底正式确定将GSM-R作为我国铁路通信系统的发展方向。它主要提供无线列调、编组调车通信、区段养护维修作业通信、应急通信、隧道通信等语音通信功能,可为列车自动控制与检测信息提供数据传输通道,并可提供列车自动寻址和旅客服务。比如全世界海拔最高的青藏铁路,它的绝大部分线路都是在高原缺氧的无人区,为了满足铁路运输通信、信号及调度指挥的需要,就采用了GSM-R移动通信系统。另外还有:大秦线、胶济线、合武线、京津城际线,京沪高铁等。

五、卫星通信

卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站来转发或反射无线电信号,在两个或多个地面站之间进行通信。它的主要优点是通信范围大、不受陆地灾害的影响,可靠性高、电路开通迅速、多址连接等,不过也存在成本高、传输延时大、传输带宽有限等不足。相对而言,比较适合铁路应急部门使用。

六、无线宽带WIMAX

WIMAX技术是一项于IEEE 802.16标准的宽带无线接入城域网技术。目前,在铁路通信系统中的最新应用成果就是中国神华能源股份有限公司的自主研发项目 -“WIMAX技术在铁路移动通信中的应用研究”。该项目自主研发了基于WIMAX无线宽带技术的机车同步操控通信、列尾通信、无线列调通信、视频监控等组成的铁路通信应用系统,在经过车载运行实验和室内动力分布实验后,经专家组检验,表明该系统可满足朔黄铁路运行的技术要求,具有创新性,技术成果达到国际领先水平。

七、结束语

铁路通信是以运输生产为重点,主要功能是实现行车和机车车辆作业的统一调度与指挥。但因铁路线路分散,支叉繁多,业务种类多样化,组成统一通信的难度较大。所以,在铁路通信系统中应当将各种现代化的通信技术有机结合,以保证行车安全、防止作业事故,提高运输效率,加速机车周转,以及改善服务质量等。

通信系统论文:一种数字语音通信系统的DSP实现

摘要：介绍了一种甚低频低码率数字通信系统的实现方案，该方案中的软件采用混合编程的方法，硬件则用DSP实现，文章给出了整个系统的DSP软硬件调试方法，并通过调试结果表明该方案具有很好的可行性和实时性。 关键词：软件无线电；DSP；混合编程

1　引言

现代通信系统已不断由模拟体制向数字化体制过渡，并越来越倾向于采用“软件无线电”的设计方案。即通过构造通用的硬件平台，以使各种相关的通信任务能够用软件完成，从而构成一个具有高度灵活性、开放性的通信系统。现代的DSP通用处理器为实现这一方案提供了极大的便利。

软件无线电的设计思想是：用一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，然后通过软件编程来实现无线电台的各种功能，从而取代基于硬件、面向用途的电台设计方法。功能的软件化实现势必要求减少功能单一、灵活性差的硬件电路，尤其是减少模拟环节，并把数字化处理A／D、D／A尽量靠近天线。软件无线电强调体系结构的开放性和全面可编程性。它通过软件的更新来改变硬件的配置结构，从而实现新的功能。软件无线电一般采用标准的、高性能的开放式总线结构，此结构利于硬件模块地不断升级和扩展。

本文介绍一种利用TMS320C31浮点型DSP芯片为核心来设计并实现甚低频低码率数字化语音通信系统的方法。这种通信系统是以DSP硬件为平台，并用硬件来实现系统的外围功能，而用软件来实现核心部分的数字化处理，从而完成整个系统的正常通信工作。

2　DSP硬件平台

本通信系统的主要功能是实现语音的数字化传输，其系统功能图如图1所示。具体工作过程如下：

整个通信系统分为两大部分，其工作状态转换由外附的MCU控制。在发送时，语音通过克麦风之后进入语音压缩板进行采样量化及数字化压缩，压缩后的比特流从串口送入DSP内进行调制，调制信号依次通过信道DAC、平滑滤波和功放，然后发送出去；在接收时，前置放大部分送来的信号再经过一次放大之后送往信道AD转换器，转换的数据FIFO通过中断方式送给DSP进行解调，在DSP内解调之后的数据仍然通过串口送往语音压缩板解压后经扬声器输出。

根据系统要求，本设计选定的DSP是TI公司的TMS320C31。信道AD转换器件选用ANALOG DE-VICE公司的AD7870，它是一个12bit的ADC，具有2μs的片上信号放大时间和8μs的转换时间，最高转换速率为100kHz，可以提供三种输出接口方式12bit并行方式、字节方式和串行方式。信道DAC选用的是TI公司的TLV5619，这是一种:请记住我站域名12bit单通道电压型DA转换器。系统中的ADC和DAC转换器都以并行12bit方式直接和FIFO相连。FIFOFirst In First Out采用的是双端口RAM构架，其读指针和写指针是完全分开的，可实现读写操作的完全独立，因此，这里选用CYPRESS公司的CY7C425。

3　软件实现

本通信系统中的软件采用C语言和混合编程，其中主程序和一部分子程序用C语言编写，而一些运算量比较大的算法子程序则用汇编语言编写，这样，既容易进行调试，又可以提高软件的执行效率，可达到最佳利用DSP芯片的软硬件资源之目的。

整个软件的主程序由发送部分程序段和接收部分段两部分组成，主程序流程图见图2所示，每个程序段又分别是一个独立的程序体，可以独立的实现通信系统的发送和接收功能。

由于要求系统能够实时完成通信任务，故相应的程序须和硬件相互配合，它们各操作之间的同步协调要求很高。而本系统可充分利用DSP芯片所提供的中断和定时器资源来很好地实现系统功能。

串行口发送／接收中断子程序用于完成DSP对串口的发送和接收任务，发送定时器中断子程序流程图如图3所示，图4所示是串口接收中断子程序的流程图。

在系统实现过程中，由于采用了混合编程，并对运算量比较大的算法用汇编程序来实现，因此，在对128点FFT算法采用汇编语言编程后，可经CCS仿真进行测试。汇编程序的执行时间为111113个时钟周期2．78ms，可在一帧时间内30ms完成5次FFT和IFFT的帧同步算法，而用C语言实现时的程序执行时间为1812409个时钟周期45．3ms。可见，用汇编程序的执行效率有明显的提高。

4　结束语

DSP软硬件开发设计是应用TMS320C31芯片进行的，这一方案在运用仿真器进行软硬件联合调试时取得了很好的效果，由此可见，在硬件设计合理的情况下，将C语言和汇编语言很好的结合，可充分发挥各自的优势，从而达到最佳的设计效果。

通信系统论文:浅析基于通信系统浅论无线通讯技术

随着因特网、多媒体和无线通讯技术的发展,人们与信息网络已经密不可分。当今无线通讯在人们的生活中扮演着越来越重要的角色,低功耗、微型化是用户对当前无线通讯产品尤其是便携产品的强烈追求,作为无线通讯技术一个重要分支的短距离无线通讯技术正逐渐引起越来越广泛的关注。本文通过Bluetooth和UWB的技术对比及多角度的分析,证实了蓝牙+UWB作为下一代高速无线通讯技术的可能。

前言

目前,我国大型石化企业在厂内的通讯方式,一般仍然采用传统的有线传输方式,即依靠有线通讯电缆来传输信号,配合以传统的程控交换机和防爆电话,防爆扬声器等等设备终端来实现在防爆区与非防爆区之间的通讯。这样的通讯系统庞大,线缆众多不易于人员维护,加之厂区内部腐蚀性气体,工作环境,自然环境等经年累月极容易造成设备的线缆损坏,影响通讯,由于是有线电缆连接在事故发生时更加容易遭受破坏。一旦通讯中断,对企业的事故救援,员工的人身安全,都造成巨大的损失。所以要大力发展无线通讯网络在企业的应用。 1、无线通讯技术的重要作用

石化工厂厂区面积大,人员分布散,防爆区内移动作业人员和零散作业人员众多。无线通讯系统对满足人员通讯需要,加强防爆区内分布人员的动态管理,优化厂区网路结构,实现企业安全生产,调度指挥的有线,无线互联互通,相互结合的信息传递,保证企业安全高效的生产具有十分重大的现实意义。

2、常用的无线通讯技术分析

目前广泛应用的无线通讯技术主要有GPRS/CDMA、数传电台、扩频微波、无线网桥及卫星通信、短波通信技术等。 2.1 数字电台用于点对点或点对多点的工作环境,能够提供标准RS-232接口,可直接与计算机、RTU、PLC等数据终端连接,实现透明传输。数传电台的传输速率从1200~19.2Kbit,传输距离20~50公里。具有抗干扰能力强、接收灵敏度高等特点。数传电台技术比较成熟,标准统一。但随着GPRS/CDMA技术的日渐成熟,相应的设备价格的降低,使得在很多应用场合中数传电台被GPRS/CDMA所取代。但同时,数传电台的相关技术也在不断发展,智能化、网络化、高带宽的数传电台也不断涌现。

2.2 扩频微波和无线网桥技术是近几年兴起的一门数据传输技术。扩频微波最大优点在于较强的抗干扰能力,以及保密、多址、组网、抗多径等,同时具有传输距离远、覆盖面广等特点,特别适合野外联网应用。而无线网桥是无线射频技术和传统的有线网桥技术相结合的产物。无线网桥是为使用无线(微波)进行远距离数据传输的点对点网间互联而设计。它是一种在链路层实现LAN互联的存储转发设备,可用于固定数字设备与其他固定数字设备之间的远距离(可达50km)、高速(可达百Mbps)无线组网。这两项技术都可以用来传输对带宽要求相当高的视频监控等大数据量信号传输业务。

通信系统论文:对数字通信系统特点及应用方法的探究

1.数字通信系统的含义

数字通信是指用数字信号作为载体来传输信息,或者用数字信号对载波进行数字调制后在传输的通信方式。无论在时间上还是幅度上,它都属于离散的负载数据信息的信号。数字通信的主要技术设备包括发射器、接收器以及传输介质。数字通信系统的通信模式主要包括数字频带传输通信系统、数字基带传输通信系统以及模拟信号数字化传输通信系统三种。数字通信研究为信息传输和存储介质的设计带来了便利。首先它的信源独立设计,一旦用信源编码器将信息转换为比特,信息就可以无差别的存储或传输,只要回复比特数据,就可以将其中蕴含的信息无差别地重构回来,也就是存储和通信媒介可以独立于信源,这也就意味着多种信源可以共享同意通信媒介,此外信道与信源的独立性带来了显着的经济效益。其次,信道优化设计,对每一个通信链路来说,信道编码器、信道译码器、调制器和解调器都可以根据特定的信道特性进行优化。由于在每条链路上都可以对传输的比特进行再生,所以没有“噪声积累”。

数字通信中还存在以下问题:第一,数字信号传输时,信道噪声或干扰所造成的差错,原则上是可以控制的。这是通过所谓的差错控制编码来实现的。于是,就需要在发送端增加一个编码器,而在接收端相应需要一个解码器。第二,当需要实现保密通信时,可对数字基带信号进行人为“扰乱”(加密),此时在收端就必须进行解密。第三,由于数字通信传输的是一个接一个按一定节拍传送的数字信号,因而接收端必须有一个与发端相同的节拍,否则,就会因收发步调不一致而造成混乱。另外,为了表述消息内容,基带信号都是按消息特征进行编组的,于是,在收发之间一组组的编码的规律也必须一致,否则接收时消息的真正内容将无法恢复。在数字通信中,称节拍一致为“位同步”或“码元同步”,而称编组一致为“群同步”或“帧同步”,故数字通信中还必须有“同步”这个重要问题。

2.数字通信系统的优点

数字通信与传统的模拟信号不同,主要表现在以下几个方面:

(1)数字信号具有极强的抗干涉能力。由于在信号传输的过程中不可避免的会受到系统外部以及系统内部的噪声干扰,而且噪声会跟随信号的传输而进行放大,这无疑会干扰到通信质量。但是数字通信系统传输的是离散性的数字信号,虽然在整个过程中也会受到的噪声干扰,但只要噪声绝对值在一定的范围内就可以消除噪声干扰。

(2)数字信号更适合进行高质量的远距离通信。在数字通信系统当中利用再生中继方式,能够消除长距离传输噪音对数字信号的影响,而且再生的数字信号和原来的数字信号一样,可以继续进行传输,这样一来数字通信的质量就不是因为距离的增加而产生强烈的影响,所以它也比传统的模拟信号更适合进行高质量的远距离通信,通信质量也依然能够得到有效保证。

(3)数字信号具有更强的保密性。与现代技术相结合的形式非常简便,目前的终端接口都采用数字信号。

(4)数字信号应用范围广。数字通信系统还能够适应各种类型的业务要求,例如电话、电报、图像以及数据传输等等,它的普及应用也方便实现统一的综合业务数字网,便于采用大规模集成电路,便于实现信息传输的保密处理,便于实现计算机通信网的管理等优点。

3.数字通信系统的缺点

数字通信系统虽然优点居多,但它也存在缺点。但是随着新的宽带传输信道的采用、窄带调制技术和超大规模集成电路的发展,数字通信的这些缺点已经弱化。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展和广泛应用,数字通信在今后的通信方式中必将逐步取代模拟通信而占主导地位。它的主要缺点如下:

(1)数字通信系统频带利用率不高

系统的频带利用率,可用系统允许最大传输带宽(信道的带宽)与每路信号的有效带宽之比来数字通信中,数字信号占用的频带宽,以电话为例,一路模拟电话通常只占据4kHz带宽,但一路接近同样话音质量的数字电话可能要占据20~60kHz的带宽。因此,如果系统传输带宽一定的话,模拟电话的频带利用率要高出数字电话的5~15倍。

(2)系统设备比较复杂数字通信中,要准确地恢复信号,接收端需要严格的同步系统,以保持收端和发端严格的节拍一致、编组一致。因此,数字通信系统及设备一般都比较复杂,体积较大。

4.数字通信系统的应用

数字通信系统的关键性技术包括编码、调制、解调、解码以及过滤等。其中数字信号的调制以及解调是整个系统的核心也是最基本、最重要的技术。数字调制是通过对信号源的编码进行调制,将其转换成为能够进行信道传输的频带信号,即把基带信号(调制信号)转变为一个高频率的带通信号(已调信号),而且由于在传输过程中为了避免信息失真传输损耗以及确保带内特性等因素,在进行信号进行长途传输以及大规模通信活动时必须对数字信号进行载波调制。

(1)现阶段的数字信号调制主要分为调幅、调相以及调频三种。调幅即是根据不同的信号,通过调节正弦波的幅度进行信号调制,目前最常见的数字信号是幅度取值为0和1为代表的波形,即二进制信号;调相即是由于载波的相位受到数字基带信号的控制,通常情况下载波相位和基带信号是保持一致的,例如二进制基带信号为0时,载波相位相应也为0;调频及是利用数字信号进行载波频率的调制。解调就是讲载波信号提取出来并经过还原得到信息的过程,它是调制的逆过程也被称为反调制。目前解调的类型分为相干解调和非相干解调两大类。数字通信的质量通常用信息传输速率、符号传输速率以及消息传输速率这三个指标来衡量。对于数字通信系统的性能指标通常用信息传输速率、符号传输速率以及消息传输速率这三个指标来衡量。

(2)通信系统向数字化时代的转变就是要从有线通信想无线通信,从公用移动网络到专用网络,从而实现全球化的数字通信理念。并且,通过现有的综合业务数字网络为基础,通过一个多用途的用户网络接口就可以轻松实现信号发出端到接收端全程数字传输与交换的新型通信网。利用这种新型技术可以扩充通信业务的范围,而且还具有更加经济以及灵活的特点,能够与现有的计算机互联网、多媒体信息网、公共电话网以及分组交换数字网等进行任意转换。随着数字通信设备的发展和不断完善,利用微处理技术对数字通信系统的信号进行转变,还能够使设备更加灵活的应用到各种长途以及市话当中。由于长途通信线路的投资远大于终端设备,为了提高长距离传输的经济性,未来高度、大容量的数字通信系统也将成为主流趋势,而且随着数字集成电路技术的发展,数字通信系统的设备制造也越来越容易,成本更低、可靠性也更高。

5.结语

数字通信系统是一种全新的利用数字信号进行消息传输的通信模式,伴随着社会的不断发展,数字通信的应用也已经越来越广泛,在我们日常 生活中的电脑、手机上网、视频电话、网络会议以及数字电视等都是通过数字通信系统来进行信号传输的,而且由于社会的发展人们对各种通信业务的需求量也在逐渐增加,在光纤传输媒介还没有完全普及以前,数字通信系统主要是利用电缆、微波等有限的媒介进行传输,但目前光纤技术的发展无疑将会推动数字通信的发展。随着数字通信系统的发展,它将真正便利我们的生活,促进经济的发展和社会的进步。

通信系统论文:论民航通信系统预防和查找无线电干扰的方法

论文关键词: 民航通信系统 无线电干扰 预防检测 重要性 方法

论文摘 要: 航空业的发展速度越来越快,国内机场和航线以及航班的次数逐年上升,无线电台的数量也在日益攀升,而在民航通信系统中,无线电干扰给飞机造成严重的飞行影响,也会给国民经济的发展带来巨大的损失。加强民航通信系统的无线电干扰的预防和查找能力是一项需要长期完善的工作。主要论述民航通信系统无线电干扰的类型和预防、查找无线电干扰的方法,以期能够为相关实践提供些许理论参考。

长期阻碍民航通信系统和导航系统高效运作的主要因素就是无线电的干扰。以某机场的航空通信系统为例,笔者分析了互调干扰和串扰这两种无线电干扰的类型,并相应提出了预防的解决办法,最后提出了可以借鉴国外的监测与查找办法来不断提高我国的无线电干扰的查找与监测能力。

1 民航通信系统无线电干扰的类型

根据某航空公司的具体设置情况和无线电干扰情况,总结出两种常见的干扰类型。

其一,互调干扰。它的涵义是如果收信机和发信机同时被输入两个以上(包含两个)的频率信号时,电路产生非线性特征,倘若另外还有一个信号正好与有用的信号频率相似或相等,这个信号也能通过收信机和发信机,进而就会对有用的信号产生干扰。带来的结果就是会降低通话的质量,甚至使接受到的信号失真,发生这种情况的时候,空中的飞行人员很难取得与地面控制中心的联系,这就容易造成民航地空指挥通信系统不能正常工作,飞机的飞行安全得不到应有的保障。这种互调干扰的影响还会波及到航空设备的正常运作。例如发射机在进行合理科学调试之后的工作频率可以达到输出电路的最佳谐振点标准,此时通过电路的电流值保持在最低限度。倘若互调干扰信号导致工作电路失灵,那么通过电路的电流量就相应地增大,致使设备元件在运作过程中产生过多的热量,很容易烧坏发射机。

因此要采取必要的预防措施来减少互调干扰的故障率。1)可以先从发射机方面入手,在每一台发射机分用天线的时候,可以适当加大各天线之间的水平隔离距离和垂直隔离距离,这样就能够有效防止馈线相互靠行敷设,也可以将高Q带通滤波器接入到发射机的输出端口,从而有效提高收发信号的间隔,还可以不断改进发射机末级功放的性能。2)可以从接受机方面着手来减小干扰程度。将衰减器接入到接受机的前端,使得干扰信号的电平降到最小限度。此外还可以采用多级调谐回路以保证接受机具有性能良好的工作回路,降低无线电的干扰程度。同时还可以在混频器中使用平方律特性比较突出的构件,这样也可以起到降低干扰的效果。3)检查所有金属配件的接触情况,发现有接触不良的及时更换,避免超负荷运行。

其二,串扰的情况是两个以上(包括两个)的无线电波道,当它们在通信时的频率间隔非常接近的时候,其中的一个电波道的通话声音就会在两一个电波道中响起,从而干扰了该电波道的正常通信。现阶段,民航通信系统的甚高频通信系统专用频段集中在7MHZ的范围内。综观我国的民航通信系统情况,由于空管的单位数量大,每一单位都需要使用几个甚至几十个频率,所以频率相近的问题也在所难免。要有效避免这一干扰的发生就需要对信号频率进行科学化、合理化的设计和布局,将那些比较相似的频率均分到不同的无线电台。如果一家无线电台中存在多个间隔相近的频率,就将这些相近的频率分布到不同的天线共用系统中去。还可以在保证地空管制系统运作良好的情况下,减少间隔相近的频率的发射机的正常发射功率,在一定程度上加大接受机的静噪门限值。另外还要经常检查与维护收发信机、滤波器、单向器等,随时随地掌握这些设备的运行情况,及时发现问题,做好设备的优化升级工作。

2 民航通信系统无线电干扰的查找方法

如何科学准确查找民航通信系统的无线电的干扰方法值得进一步研究与探索,这里以美国的实践为例来说明具体的运作方式。美国民航无线电干扰监测系统(简称IMDS)在具体的应用中不断得到完善,对无线电干扰的具有很高的监测能力,也可以对干扰源进行高精度的查找和定位,此方法转变了民航通信系统中的导航方式,即由地基导航转变卫星导航。该系统运行步骤主要有四点:

一是在用户的发送报告遭受到无线电的干扰的时候,那么该监测系统便会把这些干扰报告如实记录在案,最后汇总成无线电干扰事件报告表,详细统计了事故发生的时间、事故持续的时间、无线电的干扰程度、事故带来的后果和影响等,同时用发生时间作为检索信息的目录条件。倘若是飞行员报告的无线电干扰事件,其中记录的内容要增添事故发生的位置、海拔、航向等。这些信息经过整理后,还要使用自动化软件工具进行科学分析与鉴定,利用分析的结果可以随时掌握检测设备的使用状况。

二是如果在已经确定的搜索区域中存有民航的地面设施时,要及时和地面设施取得联系,及时将可能实施的监测行动通知下去。如果地面固定无线电干扰监测系统监测到无线电的干扰,则有关专家要立刻在该固定无线电干扰检测系统设施附近部署地面移动的便携式无线电干扰监测系统。通常来看,无线电干扰源一般位于该地面固定无线电干扰监测系统设施的无线电示向线的范围之内。

三是当用户所受干扰是间断性干扰的时候,就要运用可搬移无线电干扰监测系统来查找和定位,因为移动便携式无线电干扰监测系统不容易查找到间断性干扰信号。可搬移无线电干扰监测系统可以最大限度地拓宽监测范围,也可以在无人操作的条件下,自动实现数据搜集的目的,并且能保持较长的自动运作时间。该系统还可以由控制站通过RF调制解调器或电话线对其监测项目进行遥控。

四是在飞行员只报告RFI干扰的时候,地面设施对无线电干扰源的查找与定位工作就变得有些困难。这是因为报告飞机的无线电示向线覆盖了面积较大的地理区域,这时候可以选择机载无线电干扰监测系统来科学查找与定位出影响民航安全飞

行的无线电干扰源。

上述的方式具有一定的普遍性,但是毕竟基于外国的航空事业基础上,所以我们在借鉴的同时首先要立足于本国国情,探索出更适合自身的监测办法。

3 总结

综上所述,民航通信系统中的无线电干扰的监测与控制工作关系重大,尤其在科学技术水平不断发展的今天,很多种类的通信设备和工业生产设备的应用越来越广泛,致使无线电干扰的现象频频发生,所以加强无线电及其频率审批的管理和组织也非常重要,有效的管理可以为民航通信系统的正常运作提供良好的环境基础。同时也要充分了解无线电干扰现象发生的根本原理,对不同的类型进行不同的预防和维护措施,提高规划与布局的合理性以及科学性,争取将甚高频通信系统的无线电干扰程度控制在最低的范围内,以便为管制运行提供良好的通信导航监视服务,促进民航事业的发展。

通信系统论文:多媒介通信系统链路管理的设计和实现

摘要：军事通信系统和某些民和领域对通信可靠性和抗毁性的需求使得点到点的链路倾向于建立在多种通信媒介、多种协议上。介绍了一种借鉴OPC规范，基于COM技术，在多协议、多种协议上。介绍了一种借鉴OPC规范，基于COM技术，在多协议、多通信媒介上进行链路管理和调度的解决方案，并给出了具体实现。 关键词：多种通信媒介 多协议 链路调度 COM

在许多应用中，如军事通信中的C4I系统、政府部门和特殊行业中的某些重要通信系统，对通信网络的可靠性、抗毁性有着非常苛刻的要求，既要求在正常情况下有较高的通信效率，又要求在恶劣环境下能保证基本的通信，因此仅仅依赖单一通信媒介难以达到可靠性的要求。在C4I系统中，把现有的和未来的全部传输媒介资源综合到通信系统中已经成为通信网络追求的目标之一。在民用领域，例如高速公路联联网收费系统中，因为需要一个24×7的可靠通信平台，亦采用了不同类型的通信媒介（如图1），它通常把专线作为主用线路，把公众电信网提供的拨号线（普通调制解调顺或ISDN）连接作为临时备用线路。不同通信媒介的效率和经济性差别很大。对不同类型的通信链路必须进行综合调度，做到自适应不同的网络环境，自动在主用链路和多条备用链路间进行切换。这样才能适应这些系统对网络生存能力的要求。

传统开过程中，常把最上端的应用程序直接建立在多种通信设备上，在应用程序中直接对不同类型链路进行管理和调度，这对整个系统的开发、升级、扩展带来了很大问题。一方面应用软件开发者需要耗费大量精力在不同的通信设备上，而这些工作在别的同类项目中无法复用；另一方面，当系统需要升级通信设备，或者扩展新的通信媒介时，几乎相当于重新开发整个系统。同时，在多个应用程序共享通信设备时容易产生冲突。借鉴超链思想以及微软和工业控制界共同推出的OPC（OLE for process control）规范的设计思路，提出了基于COM技术的解决方案。

1 系统设计

1.1 设计思想

可以把所有媒介所提供的通信资源看作单一的逻辑数据链，即超链，它表示每一个节点到相邻点的连接，而并不关心具体的通信媒介OPC规范通过提供标准接口的方法，使下层设备无需了解上层应用，上层标准接口的方法，使下层设备无需了解上层应用，上层应用亦无需关心下层设备的细节。借鉴二者的思想，在应用软件和通讯设备间增加了一层类似中间件的通信平台，使得应用软件和通信设备间的无关性得以实现，并把对通信设备的访问进行统一管理，解决了并发冲突问题。

1.2 系统结构

根据ISO七层网络体系定义，在传送（Transport）层之上对底层进行封装，是因为在多媒介情况下，多种协议是分布式网络体系的一个基本要求。一方面，一般情况下，不同的通信媒介适用的传送层协议是完全不同的；另一方面，系统中所传输的不同数据类型对通信性能（如一次可传输消息大小、实时性等指标）的要求差别很大。针对不同数据类型，设计具有不同性能的传送层协议，并实现自适应调度，是实际应用的需求。只有在传送层之上进行封装才有可能屏蔽不同媒介所带来的差异。系统整体描述如图2所示。

链路的调度管理层对不同协议、不同通信媒介以及不同链路进行一管理和调度。通信媒介1～n表示诸如专线网络、拨号线-MODEM、无线调制解调器-无线电台及与此类似层次、将来扩展的不同通信媒介，链路调度管理层对这些通信媒介进行初始化、激活、配置，并获得它们的数据接口和所有应该得到的状态。协议1～n表示诸如基于TCP的协议、基于UDP的协议、半双工高速短波协议以及将来扩展的各种不同协议，它们的管理同样由链路调度管理层进行，接口并不直接暴露给上层，而是由管理层封装后向上层提供统一的接口。协议模块在需要发送数据或者有数据到来时并不直接与各通信媒介模块通信，而是通过链路管理层访问通信媒介模块所提供的接口。这是因为许多通信模块（与物理设备联系紧密）并不支持并发访问，链路管理层把对它们的访问串行化。

1.3 模块化和可扩展性

在不同的应用中，所用的协议和通信组件不尽相同，要求在链路管理层不做过多的改动，既能加入新的协议模块和通信媒介模块。这样就需要设计和实现做到模块化，且各模块和链路调度模块之间必须隔离开。链路调度模块通过尽量统一的接口对各模块进行调度和管理。微软的组件对象模型技术（COM）就提供了这种特性。OPC规范应用COM/OLE技术实现了模块化和可扩展性，但OPC规范主要针对工业控制领域，在本设计中无法完全实现，故直接采用COM技术，借鉴OPC的设计思想构建本设计。每个协议模块和通信媒介模块均是一个单独COM组件，通过接口和回调接口与链路调度模块进行通信，链路管理模块以总线方式实现对协议模块和媒介模块的管理。而协议组件和通信媒介组件之间的通信则由链路调度模块转发。

所面临的难点之一在于协议组件和通信媒介组件可以有相同的数据接口，但是这些组件的特性千差万别，在设置参数和获得当前状态方面无法做到大致统一的接口，可以通过组件自解析的方式解决。链路管理模块和这些组件之间的参数用字符串或数组的方式传递，各组件在得到这些字符串后根据本身的情况进行解析，得到特定的参数。

难点之二，如前文所述，通信媒介组件与物理层密切相关，很难做到支持并行化的输入。在多条独立链路不同的线程中同时使用同一通信媒介时，各链路对物理层的操作将产生冲突，必须对通信媒介组件的数据输入进行串行化处理（排队），使同一时刻，只处理一个输入。在COM组件的多线程模型中，单线程套间（STA）模型有如下特点：如果某COM组件的对象生成在单线程套间中，则只有与同在一个套间特定的线程可以访问该对象不在同一套间的其他线程必须通过列集（marshal）技术才能访问该对象。这种技术基于COM ORPC协议和消息阶列机制，自动把对该对象的访问串行化了。所以如果每个通信媒介组件都只有一个对象且生存在STA中，则通过列集技术它的访问自动被串行化。

1.4 媒介模块和协议模块的设计

媒介组件封装了与网络平有关的操作，向上提供了建链、断链、发送数据、接收数据（回调）、参数设置、状态改变报告（回调）、参数查询、状态查询等接口。

例如在高速公路网络中，专线网络和拨号线后备链路都基于IP网络，Windows套接字接口（Winsock）提供了一个基本与协议无关的传送接口从而封装了基本操作。但是对于不同协议，具体操作仍稍有不同，如面连接的TCP和面向无连接的UDP向上层暴露的SOCKET连接过程就很不相同，同时对不同协议参数信息的查询和设置接口差别也很大；而拨号线后备链路在SOCK

ET连接之外还有拨号、挂断等操作。媒介组件在Winsock基础上又给出了一层封装，把建立链路、撤销链路、等差别较大的操作在此层完成，向上层暴露统一的建链方法。对于参数的设置和信息查询，媒介组件同外界通过不定长度的数组或字符串交换，这样就形式了掩盖了差异，保持了接口的统一性。对于特殊的后备媒介，如无线MODEM-无线电台方式，媒介组件必须提供与IP网络相一致的接口，而对设备的操作（串口、MODEM、电台）进行封装。节点ID系统（与IP系统类似）也在此组件中进行管理。

在媒介模块之上完成的协议控制以独立的COM组件方式存在。这是考虑到媒介类型与协议并非一一对应，一种协议可能适用于多种媒介，一种媒介亦可能使用多种协议。

2 链路的管理、维护和调度

链路的管理、维护和调度是本设计的重点内容之一，可从运行角度和维护测试角度分别考虑。在运行中，系统的每个节点都可能通过多条链路与多个节点通信，每条链路所使用的通信媒介和协议又不尽相同。与同一节点通信的过程中，有可能在不同的通信媒介和协议间切换。同时，链路管理层必须实时获得各条链路的运行状态和当前参数，如通断情况、吞吐量等，以作出正确的调度决策。从维护测试角度，需要设置各条链路所涉及的协议参数和涉及通信媒介的参数；新节点必须能够自动加入，成为任一节点的客户端。

2.1 多链路管理

链路管理层必须维护一张链路表，以记录各条链路的情况（如表1）。

表1 链路管理表结构

目的ID通信媒介链路标识对应目的地址优先纺链路状态000001'U'0001192.169.0.11NO目的ID是节点的全网唯一标总值，通信媒介用字符标识，链路标识是链路的唯一标识。对应目的地址为下一层（特定通信媒介）的地址：若基于UDP/IP或TCP/IP，则为IP地址；若基于短波或者别的通信媒介，则为在下一层约定的地址。优先级表示与同一目的ID通信时优先采用哪条链路。与同一节点间的链路可能有数条，它们互相独立且对等，只是优先级不相同。链路状态包括中止和激活两种。中止状态指链路保持在侦听态，能接收数据帧关上报链路管理组件，而发送线程中止运行；激活状态指两节点在此链路上进行通信。链路由中止状态到激活状态转换的过程称为激活，包括启动发送线程，通过发送握手帧和接收握手成功帧与目的ID进行握手等过程。

链路表包括了所有可能使用的链路，在本节点启动时，只激活优先级最高的链路。若优先级最高链路无法激活，则激活次高的链路，以此类推，直到连接上。若激活了非最高优先级链路，则保持高优先级链路的“试图连接状态”。若均无法激活，则停止主动激活，等待被动激活。在所有激活的链路上，服务器主动发出“心跳信号”，侦测链路状态，包括链路是否中断、心跳信号回应时间等，并实时反映到链路表上。

图3 链路切换（自动切换、非自动切换）流程图

本节点与主服务器（即主父节点）和备份服务器（如有）之间的链路必须在本节点运行之前配置，与各客户端（子节点）之间的链路可在运行中动态配置，由客户端主动发起，申请加入。

2.2 链路间切换

在与一个节点通信的过程中，当主用链路（优先级高）断链或拥塞时，必须自动切换到备用链路上进行数据通信，称为自适应切换；亦可禁止自适应切换而由上层控制，称为非自动切换。在许多网络中，父节点备用链路通信是公用的，无法由某两个节点永久占用，只能在需要时申请激活。

在自动切换模式下，切换原则是：尽量使用高优先级链路进行通信。分五种情况讨论：（1）网络层交给链路层一系列待发送消息，此消息结构中包含了目的ID。链路层通过链路列表打到此目的ID对应的已经激活的链路中优先级最高者进行通信。（2）当正在通信的链路中断时，保持该链路的试图连接状态。激活优先级次之的链路，若无，则再次之（此链路应在切换链路集内）。如果没有链路可以被激活，则认为通信中断；若激活优先级链路，则从未被ACK的消息开始发送。（3）在通信中，高优先级的链路被激活时，中断正在使用的链路，转移到高优先级的链路上，从未被ACK的消息开始发送。（4）末在通信中的链路中断时（由心跳信号侦测得知），保持该链路试图连接状态，激活优先级次之的链路，若无，则再次之（在切换链路信内）。如果没有链路可以被激活，则认为通信中断。（5）末在通信中，高优先级的链路被激活时，中断低优先级链路。

非自动切换模式下的要点是保证在切换过程中数据的安全性，不丢失也不重复。向上层提供的非自动切换接口提供三个功能：a.激活某条链路；b.将当前通信切换至某条链路；c.中止（disable）某条链路。在产生通信动作前，上层可以指定目前激活的链路（同时中止其它链路，使激活链路保持在1）；如果不能激活指定链路，则报告到上层，由上层继续进行调度。激活链路只有一条，有通信动作产生时，链路层自然采用条链路进行通信。如果需要从链路A切换到链路B，上层必须先激活链路B，此时有A/B两条链路激活。但是通信仍在链路A进行；然后上层将当前通信切换至链路B；链路管理层待上条消息发送成功或失败后，再切换至链路B；最后上层disable链路A，使激活链路仍然只保持一条。在这种模式下，尽管是非自动切换，但是链路管理层仍然对其过程进行干预，保证了数据的安全性。链路切换流程如图3。

2.3 节点动态加入

新的节点希望成为某节点的子节点时，配置与该节点（服务器）之间的链路，并向该节点发出加入申请帧，等待对应回传，从回传信息中判断对方是否允许本节点加入。与服务器之间有可能多链路，申请帧中必须包含所有这些链路的信息。

本节点收到新的客户端加入本网络的申请帧时，由服务器操作员审核是否允许该客户端加入。若允许，从申请帧中获得与该节点间所有链路的信息写入链路表，并把对方发送申请帧所使用的链路设为激活状态，然后发送“成功”应答帧至该节点，至此，即加入了一个新的子节点。若未通过审核，则发送“失败”应答帧至该节点。

本系统的优点在于：（1）基于超链思想，对点到点的多种类型链路、多条链路进行统一管理，使具体通信事务不必关心链路调度；对外接口简单，易于二次开发；（2）基于COM技术和OPC规范设计思想，把协议、媒介驱动、链路管理作为独立的组件，使系统的可扩展性大大增强，可以在基本不改变其他要素的情况下，独立地升级或增加协议或媒介驱动协议，系统的灵活性和适用范围大大增加。

通信系统论文:浅论无线蜂窝通信系统中的定位技术

本文论述了无线蜂窝通信系统中的两种定位体制,并重点介绍基于移动网络定位技术的常用定位方法,即AOA、TOA、TDOA定位方法,同时分析各种定位方法的优缺点。

要想获取到目标的具体位置信息,一般都是采用GPS定位信息,但当目标处在高楼耸立的城市之间,GPS的部分卫星信号处于遮挡状态,此时为了获得到目标的准确信息,可以考虑采取其他的辅助定位方式。比如说,利用伪卫星技术,该技术实质上就是指安置在地面上的地基发射站,它发射的信号与GPS的信号相类似,但该种技术需要架设额外的设施;采用DTV技术,由于大城市环境中,DTV设施资源也有限。此时可以考虑采用无线蜂窝通信系统,该系统在城市中应用成熟,基站信号好。因基站可以发射信号,目标可以利用基站的信号信息,确定目标的位置,即可以采用无线蜂窝通信系统来弥补GPS定位技术的不足,从而准确获取目标的位置信息。

无线蜂窝通信系统中的定位技术主要有两种体制。一种是基于下行链路的定位技术,即基于移动台的定位技术;一种是基于上行链路的定位技术,即基于移动网络的定位技术。基于移动台的定位技术要求移动台参与定位参数的测量以及测量值的求解计算。基于蜂窝网络的定位技术是指网络根据测量数据计算出移动终端所处的位置,通常必须利用3个或3个以上蜂窝基站接收手机信号的定位参数,即到达时间、角度或强度。

1 基于移动台的定位技术

现已提出的基于移动台的方法主要有:基于下行链路增强观测时间差定位方法、基于下行链路空闲周期观测到达时间差方法、基于GPS作为辅助的定位技术等。

2 基于移动网络的定位技术

基于蜂窝网络的定位方法目前主要有:基于Cell-ID定位和基于时间提前量定位的方法、上行链路信号到达时间定位方法、上行链路信号到达时间差定位方法以及上行链路信号到达角度定位方法等。

2.1 AOA

角度到达[1](AOA,Arrival of Angle)定位方式是根据信号到达的角度,测定出运动目标的位置。在AOA定位方式中,只要测量出运动目标与两个基站的信号到达角度参数信息,就可以获取目标的位置。蜂窝移动网的AOA定位方式,指的是基站接收机利用基站的天线阵列,接收不同阵元的信号相位信息,并测算出运动目标的电波入射角,从而构成一根从接收机到发射机的径向连线,即测位线,目标终端的二维位置坐标可通过两根测位线的交点获得。

2.2 TOA

抵达时间[2](TOA,Time of Arrival)定位方式也称为基站三角定位方式,通过测量从运动目标发射机发出的无线电波,到达多个(3个及以上)基站接受机的传播时间,来确定出运动目标的位置。已知电波传播速度为c,假设运动目标与基站之间的传播时间为t,运动目标位于以基站为圆心,以移动终端到基站的电波传输距离ct为半径的定圆上,则可由3个基站定位圆的交点,来确定目标移动的二维位置。TOA定位方式中,为了根据发射信号到达基站的接收时间,来确定出信号的传播时间,要求运动目标发射机在发射信号中,加有发射的时间戳信息。这种定位方式的定位精度取决于,各基站和运动目标的时钟的精度,以及各基站接收机和运动目标发射机时钟间的同步。

TOA算法要求参加定位的各个基站在时间上要严格同步,由于电磁波的传播速率很高,微小的误差将会在算法中放大,使定位精度大大降低。传播中的多径干扰、NLOS以及噪声等干扰造成的误差会使圆无法交汇,或者交汇处不是一点而是一个区域。因此TOA对系统同步的要求很高,并且需要在信号中加时间戳(要求基站之间的同步),而实际参加定位的基站一般在3个以上,误差是不可避免的。这时候可以利用GPS对基站进行校正并利用其他补偿算法来估计位置,提高算法的精确度,但同时增加系统的开销和算法复杂程度,因此单纯的TOA算法在实际中应用很少。

通信系统论文:双向光无线通信系统设计的综述

引言

无线光通信(OWC)正成为一项越来越受人关注的技术,因为它融合了光通信的高信息速率与无线移动通信的优点[1]。早期的无线光通信系统是以室内和室外系统出现的,现在人们正在努力攻克这些新光通信网络的技术挑战[2]。新兴的无线光通信网络与当前的光纤网络有很大的不同,无线光通信收发器通常在广泛分布的收发器之间建立双向链路[3]。双向通信可以通过简单的主动下行链路来实现,在这样的链路中所有的收发器之间通过发散的LED光束或校准的激光光束相互发送已编码的光信号[4]。或者,双向通信也可以通过被动下行链路实现,在这样的链路中,一个固定的光源发出光束,远程的收发器反射并调制入射光束[5],然后将已编码的光信息返回给光源。被动上行链路的双向逆向调制有多个优点,包括更低的能耗、实施的便捷性、移动性,以及对远程收发器布局的非敏感性[8]。但是部署的收发器必须能够高效地将入射光束反射到光源,并调制入射光束[6]。无线光通信收发器的高效逆向调制的首要问题是反射的方向性。最简单的反射器(RR),即角形反射器,可以将入射光束反射到其各自的光源,反射方向立体角最大可以达到π/2球面度,占到整个球体立体角即4π球面度的1/8[7]。角形反射器通常被用作双向无线光通讯收发器,因为其与调制器的整合简单方便,但是,还必须考虑到更大反射角的需求。因此球形反射器的方案被提出来[8]。因为其对称性,球形反射器可以实现在整个球面上的反射,即4π球面角的反射立体角[9]。但是,球形反射器的反射最终取决于折射,所以,必须审慎地确定球体的折射率,从而实现理想的反射水平[10]。无线光通信收发器的高效逆向调制的另一个问题是调制速度。调制的目的是在远程收发器上将光信息编码,然后收发器将光信息返回给光源,多项技术已经被用于此目的[11]。

1基于超快全光技术的双向光无线通信系统原理

本文采用了双向无线光通信收发器的一个新结构。这个结构整合了球形反射和全光学调制,因为球形反射能够实现更大的方向角,而全光学调制能够保证高速率的运行。本文对球形反射和全光学调制的整合方案进行了理论分析,并在三种有着不同折射率和非线性的球形逆向调制器上进行了实验测试。通过图1所示的球形逆向调制器,反射和调制功能被整合进建议的无线光通信收发器中。斜视图见图1(a),横截面图见图1(b)。平行的入射信号束照在球体上。信号束在入口处聚集,在后部反射,并在入口处再次成为平行信号束,然后返回光源。同时,无线光通信收发器生成一个本地控制光束,这个光束照在球体的后部,它对反射的入射信号束进行调制。球体后部非线性信号束的相互作用可以实现本地光信息在反射信号束上的编码,然后编码后的信号束返回其光源。整个反射调制过程的效果取决于球形反射调制器的材料特征。针对反射和调制,有必要确定合适的折射率n以及非线性系数n2。本文研究了不同类型的球体,并对三种玻璃进行了测试:N-BK7被用作基准玻璃,因为它表现出较低的折射率(n=1.51)和较低的非线性(n2=3.2×10-16cm2/W);对N-LASF9进行了测试,它表现出中度的折射(n=1.85)和中度的非线性(n2=1.7×10-15cm2/W);还对S-LAH79进行了测试,它表现出较高的折射(n=2.00)和较高的非线性(n2=2.8×10-15cm2/W)。这里的n2值是根据Boling-Glass-Owy-oung(GBO)模型[12]计算的。所有三种玻璃都有很高的透明度,且在可见和高达2000nm波长的近红外光谱中有比较稳定的折射,因此能够实现室内链路或室外链路。波长为1550nm的入射信号束沿着光轴(OA)照在球体上,照射方位角为,相对于xyz坐标系的极角为θ。波长为780nm的本地控制束照在整个球体后部。光束的分离通过系统中的一个1550nm的带通二色向滤光片实现,滤光片穿过1550nm的信号束并拦截780nm的本地控制束。在x-y平面放置了一个孔径以拦截杂散光。所有被测试的球体的半径为a=2.5mm。对长度为z=L=3.00m范围内的反射光束进行了反射强度测量。

2基于超快全光技术的双向光无线通信系统设计

针对反射调制,为了确定理想的反射水平,有必要研究球体的折射特征并定义出最优的折射率[13]。本文使用了射线跟踪模型以研究折射的特征。在这个模型中,均一强度的入射信号束照在球体上。在两个关键点测量了信号束强度,以取得球体折射率n的不同值。在近似n=2.00的折射率下,在球体的后部形成一个很强的焦点。这样的聚焦使得反射信号束变成平行信号束后返回光源,而这能提高反射性能;另外,这样的聚焦可以增强非线性信号控制束的相互作用,而这能提高调制性能。这样的观察结果与球形反射器中折射的理论近似研究结果是一致的,这说明n=2.00的球体可以将靠近光轴的近轴光线聚焦到光轴的交叉点和球体的后部[14]。这样的观察结果也与对球体的严格电磁模拟结果一致,这个球体模型基于Mie理论[15]创建,模拟结果显示出n=2.00的模拟球体在光轴交叉点和球体后部形成一个高强度的焦点。信号束在长度L的范围内传播,然后反射到光源。标准化的反射信号束强度为Is和n,对于S-LAH79玻璃(n=2.00)球体而言,它能够实现有效的反射,其反射信号强度比N-LASF9玻璃(n=1.85)球体的大9×105倍,比N-BK7玻璃(n=1.51)球体的大4×106倍。这样的结论与球体实验测试结果整体上一致。实验测试结果显示S-LAH79玻璃(n=2.00)球体的反射信号强度比N-LASF9玻璃(n=1.85)球体的大7×105倍,而N-BK7玻璃(n=1.51)球体的反射信号强度更低,比测试系统的最低噪声还要低。对S-LAH79玻璃(n=2.00)球体的进一步实验测试显示其反射光束与主要来自被照射球体近轴区域的反射光束有0.02°的发散角,近轴区域占球体中央截面积的3%。因为球面像差,球体近轴区域之外的部分入射光束丢失,而这会导致信号衰减(即信号减弱)。为了确定球形逆向调制器全光学运行的特征,本文进行了一系列的随时间变化的脉冲激励研究。实验示意图如图2所示(未严格按比例)。时长为100fs,波长为780nm的本地控制脉冲波激活球形逆向调制器的后部,强度在0.52至2.10GW/cm2之间。时长为100fs,波长为1550nm的入射信号脉冲波照射球体的入口处,完成后续的反射和调制。在随时间变化的试验中,本地控制脉冲波被一个电动平台延迟,随着时延变化的反射信号功率被相敏检波系统记录下来。请注意,反射束的传播长度取决于上面所述的0.02°光束发散角以及检波仪的尺寸。

3系统测试与分析

脉冲光波激励测试的结果如图3所示。测试的方式是测量三种玻璃N-BK7(n=1.51)、N-LASF9(n=1.85)和S-LAH79(n=2.00)球形逆向调制器(从下到上)的反射信号强度Is(t),它随着时间t而变化。这些反射信号强度都参照S-LAH79(n=2.00)球形逆向调制器的信号进行了标准化处理。很显然本地控制束可以在超短时标内有效地调制信号束。反射信号强度的特征脉冲波为大约120fs的半峰全宽(FWHM)波[1

6]。图3的逆向调制信号时域特征反映了全光学调制的机制。所有三种信号相对于时间零点都是对称的,每个信号都有与控制和信号脉冲时间相当的半峰全宽(FWHM)。因此,本地控制脉冲和信号脉冲之间的非线性被认为在性质上为非共振,其原因是玻璃的非线性电子极化而不是共振电荷载体的光子生成和重组。在施加本地控制束之后,反射信号强度增加。这种正极性说明正非线性系数使得本地控制束在球体后部表面的折射率有一个瞬时的增加,这导致反射信号强度的提升。对于780nm控制束和1550nm信号束,按照Kramers-Kronig关系,图中的微小负旁瓣被认为导致了控制束引起的整个球体内信号束吸收量的增加。对反射信号功率ΔPs的调制如图4所示,对于N-BK7(n=1.51)、N-LASF9(n=1.85)和S-LAH79(n=2.00)球形逆向调制器,随着(峰值)本地控制束强度而变化。线性趋势在图中表现得很明显,而斜率被用来计算材料的非线性系数。对于N-BK7(n=1.51)球形调制器,其信号水平特别低,只在本地控制束最高强度2.1GM/cm2的时候才能明显看到,其估算非线性系数为n2=(3±1)×10-16cm2/W。这个值基本上符合之前研究中的实验值3.5×10-16cm2/W,这也与BGO模型计算值3.2×10-16cm2/W处在相同的数量级。对于N-LASF9(n=1.85)球形逆向调制器,非线性系数n2=(1.3±0.1)×10-15cm2/W。这个值与之前研究的实验值9.6×10-16cm2/W相当,与BGO模型的计算值1.7×10-15cm2/W在相同的数量级。对于S-LAH79(n=2.00)球形逆向调制器,非线性系数n2=(1.8±0.1)×10-15cm2/W。值得注意的是,从图中的球形逆向调制器线性趋势可以看出:如果有必要,可以进一步增加本地控制束强度以获得反射信号功率的更大调制深度,因为在施加的本地控制束强度水平中没有发现更大的非线性和/或信号破坏。总的来说,S-LAH79(n=2.00)球形逆向调制器最适合用作无线光通信收发器,因为它能同时提供有效的反射和调制性能。本文的实验研究显示了严格意义的全光学转换而不是随机输入波形数字调制的脉冲反应特征,而测得的脉冲反应的近乎实时特性证明这样的收发器结构可以有效实现GB/s或更快的高速信息调制。 4结束语

本文提出了无线光通信收发器的一个双向运行结构。开发了球形逆向调制器,以实现广方向角(2π球面角)的反射以及在超快时标上(120fs时长)的全光学调制。采用三种玻璃N-BK7、N-LASF9和S-LAH79设计了球形逆向调制器。实验结果显示S-LAH79结构能够为反射和调制提供最佳的折射和非线性。这样的球形逆向调制器对于未来无线光通信系统的全光学运行来说将是重要的单元。通过对已有的提取光载波方式所组成的无线光双向通信系统的性能进行比较,结果表明本系统结构具有提取光载波功率较大、传输性能较优,适合更长距离传输的优点。