无线通信系统范文

导语：如何才能写好一篇无线通信系统，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

链路损耗预计地空通信中，地面设备的天线一般采用带伺服跟踪措施的窄波束定向天线，根据和高空平台的距离不同，地面天线的仰角也不同。在高仰角下，地空信道模型等效为恒参高斯信道，链路损耗近似为自由空间的损耗。在低仰角下，信道模型较为复杂，可以根据接收电平的衰落速度分为快衰落和慢衰落两种，快衰落深度小，由多径造成，慢衰落由阴影衰落或二径信道衰落造成，幅度较深，可能造成链路中断。地空信道为视距通信(LOS)，如果地面站处于地形复杂地区，树木、丘陵和山脉等地形、地物离地面站较近，此时慢衰落的信道模型为对数正态分布阴影衰落模型;如果地面站处于开阔地区，此时慢衰落的信道模型为频率选择性双径模型［2］。如果根据以上理论分析计算链路损耗，非常繁琐，需要根据不同的环境和通信距离选择不同的模型以及模型参数。在工程设计中，L频段以下，Okumura-Hata模型根据试验数据而得到，是移动通信中小区半径大于1km的宏蜂窝小区的电波损耗模型。对于地空通信，在一定范围内可利用此模型［3］。此时地空链路损耗为:PL=69.55+26.16lg(f)－13.82lg(hb)－a(hm)+{44．9－6．55lg(hb)}lg(d)+Cm，(1)式中，f:工作频率［MHz］;hb:基站天线的有效高度［m］;hm:移动台天线高度［m］;d:基站与移动台之间的距离［km］;Cm:地物衰减修正值［dB］;a(hm):移动台高度因子［dB］。大量的野外试验表明，低仰角地空信道存在约20～30dB的深衰落。如果高空平台悬浮或小范围内盘旋，深衰落发生在午夜到凌晨的某一时间段;如果高空平台做直线运动，深衰落发生在与频率，天线高度等相关的特定距离上［3］。深衰落可以由信道的二径模型进行分析，当直射波和反射波的距离差满足式(2)时，深衰落出现。可采用空间分集等措施解决。（式略）交换体制高空平台无线通信系统为实现各种业务的综合交换，以及适应高空平台无线通信系统无线窄带信道的特点，需要选择一种合适的交换体制。从实现原理来看，交换技术分为电路交换和存储转发。存储转发的交换技术可分为报文交换(如电报)和分组交换，而分组交换又可进一步分为数据报(无连接，如IP)和虚电路(面向连接，如ATM)［4］。采用目前高性能路由器以及高速ATM交换结构中的成熟思路，构建ATM/IP混合一体化交换结构，路由信令平面与数据平面分离，交换结构可以独立地处理高速数据交换［5］。交换结构由IP或者ATM专用变为混合使用，采用定长分组交换技术，兼顾IP与ATM，既能够满足目前发展的需求，与当前大多数网系互联，又可以兼容下一代网络。抗多径衰落措施地空通信中的快衰落是由于多径造成的。到达接收机天线的信号不是来自单一路径，而是由许多路径来的众多反射波的合成。减小多径衰落主要有以下技术途径［6］:①增大地面天线口径。一方面天线增益高，可增加系统的电平储备，另一方面天线的方向性增强，可以减小天线对反射波的增益。②利用圆极化天线的左旋、右旋隔离度减少地面反射波的影响。左旋极化天线，其电波经地面反射后，变成右旋方式，而天线的左旋、右旋极化之间具有一定的隔离度，从而减小接收信号的衰落深度。③采取分集措施。只要各分集支路的接收信号之间的相关性很小，可以得到互相补偿的作用。常用的分集方式有空间分集、频率分集、角分集、极化分集和时间分集等。④自适应均衡器。均衡器则是一种理想抗衰落措施。能够自动学习和跟踪信道传输特性，并不断地修正自身工作参数去适应信道特性的变化，从而消除信道造成的干扰或失真，以改善接收系统的性能。自适应均衡器一般采用LMS算法的判决反馈结构，与解调器联合设计，全数字实现。抗多普勒频移措施当高空平台与地面设备的相对运动会有较大的多普勒频移时，将给低速率数字解调的相干载波提取带来影响，导致系统的检测性能下降。接收机零中频信号为:（式略）

设备的小型化设计

高空平台通信设备采用ATR机箱为共用平台，实现了设备的小型化。可以承载4个信道模块，共用平台重量小于18kg。信道模块的小型化设计在信道模块的设计中，发信机结构采用基带信号直接射频调制方案，这样省去传统的中频上变频方案的混频环节和上变频抑制滤波器。收信机结构采用高中频和低中频相结合的方案。先把接收的射频信号变到一个较高的中频，然后直接把高中频变为低中频信号进行数字信号处理。信道模块的有源器件主要采用大规模集成电路。一方面带来设备体积、功耗的减小，另一方面使设备的可靠性提高。信道模块在无源器件上充分利用了目前较成熟的LTCC器件，如小信号射频滤波器、功分器、合路器以及定向耦合器。印制板的设计采用微波多层印制板，提高印制板器件的集成度，缩小信道模块的体积。共用平台的小型化设计信道模块和空中交换单元小型化与共用平台的小型化综合统一考虑。合理地分配功能单元所处的位置，简化各模块间的接口电路，统一供电，降低设备整体功耗。ATR机箱采用母板形式，母板上插件之间连接通过印制板走线完成。信道模块的射频单元与数字处理单元间的连线最多，频率高，且易受到干扰，母板连线采用差分走线，消除了母板走线上拾取的共模噪声和干扰。信道模块的数字处理单元与空中交换单元的接口板，空中交换单元的接口板与主控板之间都采用差分信号形式。

结束语

篇2

McLTE无线通信技术不仅用了链路自适应技术、小区间干扰抑制技术、MIMO、OFDMA等TD-LTE的重要技术，而且还采用了网络安全管理技术和服务策略、空中接口数据链路模型等，这样就保障了网络的安全可靠以及网络语音集群功能的高效性。McLTE无线通信技术具有支持专业集群业务、支持高速移动、非视距传输、高保密性、高带宽以及覆盖范围广等优势，概括而言，主要包括以下几点：

1.1性能高效

在20MHz带宽下，McLTE无线通信技术能够达到100Mbps的下行瞬间峰值以及50Mbps的上行瞬间峰值；移动性能优异，对于120km/h的高速移动终端，仍然能提供高性能服务，对于120~350km/h的速度，则可保持蜂窝网络的业务性能；而且在系统容量、系统延迟以及集群调度指标等方面，也比别的无线通信系统要更好。

1.2业务融合

McLTE无线通信技术有着高数据吞吐能力，可以给用户提供移动互联网、物联网数据采集以及高清视频服务等服务，而且可针对不同客户需求，为其提供专业多媒体集群调度功能，从而使集群以及行业客户语音等业务需求得到满足。

1.3应用灵活

McLTE无线通信技术运用TDD时分双工技术，可根据需求合理配置上下行时隙资源。可灵活配置3M/5M/10M/15M/20M的系统带宽，优化利用频带资源，并使频谱利用率得到了大幅提高。McLTE无线通信技术采用QOS、GOS控制策略，确保存在突发事件时，仍然能够通信正常，而且其具有较好的可扩展性，组网灵活，城市联网、单站通信等各种规模的组网模式都能支持。

1.4安全稳定

McLTE无线通信技术的安全保密能力优异，其采用硬件加密、数据加密、端到端语音加密以及无线空口加密等加密认证措施，使网络通信变得更为安全可靠。同时该项技术运用的是冗余化网络架构设计方案，HSS、核心网等一些关键网元的网络组网和设计方式都运用了N+1方式，使网络运行可靠性和安全性得到了保障。总之，通信车是传统应急通信系统最为重要的工作单元，而对于一些现场道路中断、室内以及窄巷等通信车不能驶入的情况，就不能够把现场全部信息及时给指挥中心反馈，所以，将McLTE无线通信技术应用于应急通信系统之中，对收集应急现场信息以及及时联络指挥中心具有重要意义。

2结束语

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一、LTE无线通信系统基本原理

一般而言，LTE技术就是我们所俗称的“4G”技术，但还不是真正的“4G”技术，属于一种从3G到4G过度的技术。这项技术是一种建立在2G和3G技术基础上的新科技，它的出现标志着我们进入了一个崭新的通信时代，大幅度改变了人们的生活方式，具有很大的优越性，包括信息传送速度快、频率利用率较大、音质高等特点，受到了电信运营商、设备制造商以及用户的欢迎和青睐。LTE无线通信技术和2G/3G通信技术不同，基本原理也不相同，LTE无线通信系统采用了全新的、功能更加完善的基本e-NodeB结构，所有连接节点之间都是通过IP方式进行传输的，从逻辑层面上来说，LTE无线通信系统通过X2接口互相连接成为Mesh型网络结构，实现UE在整个网络系统的自由移动，从而保证用户可以在使用网络的过程中可以进行平滑无缝的切换[1]。

二、LTE无线通信系统关键技术研究

1、SC-FDMA技术研究。

这种技术属于一种单载波多用户接入技术，和OFDM技术相比，它在运用的过程中更加简单和方便，并且可以降低发射终端的峰均功率比，从而大大减少终端的成本费用。这种技术存在两种样式，即集中式和离散式两种，采用集中式技术的用户可以在频域集中传输，并且可以更改宽带。而采用离散式的用户使用的方式为IFDMA，可以实现子载波数的变更。

2、MIMO技术研究。

在LTE无线通信系统中，这项技术应用的主要功能就是提高系统的传输率，并且可以和OFDM技术相结合实现提高LTE无线通信系统性能优化的目的。这种技术应用的技术形式为多天线和多通道技术，然后通过数据的合理处理和接受方式来创建并完善空间信道，进而实现提高传送速率的目的。

3、OFDM技术研究。

LTE无线通信系统的主要特点就是对这项技术的应用，此技术可以使子载波的符号速率降低，同时加长符号持续的时间，这样一来，就大大提高了LTE无线通信系统抵抗延时扩展的能力，消除符合之间的干扰，进而使LTE无线通信系统的性能更加优化[2]。

4、小区干扰抑制技术研究。

对这项技术的研究主要是解决小区边缘用户受到的信号干扰问题。在实际的生活中，住在小区边缘的用户特别容易受到相邻小区的用户的干扰，导致信息沟通不畅。对于这种情况，一般都会使用干扰抑制技术，主要包括三种形式，即干扰随机化技术、干扰协调技术以及干扰删除技术，通过干扰抑制技术的应用可以提高小区边缘用户信息使用的质量。

三、LTE无线通信系统网络规划技术特点以及发展前景

1、LTE无线通信系统网络规划的技术特点

LTE无线通信系统网络规划主要包括四个方面的特点：一是LTE无线通信系统技术将语音和数据综合起来，并且不断的平衡覆盖量、容量和质量之间的关系。二是LTE无线通信系统技术采用的组网技术为蜂窝同频技术，可以大大提高无线频谱的利用率。三是LTE无线通信系统技术在小区覆盖范围内的数据速率和与公共参考信号存在的关系更加密切。四是LTE无线通信系统机构中全部将电路域网元改变成了IP网络架构。

2、LTE无线通信系统技术的发展前景

首先，LTE技术是推动4G网络通信技术出现的主流技术。和3G技术相比，LTE技术更加优越，属于一种无线接近4G技术的技术形式。LTE技术采用各种关键的技术促使4G技术更快的出现。目前，4G技术已经被应用到实际的生活当中，并且在今后较长时间内会不断的对4G技术进行完善，提高4G技术的使用性能和发展水平。其次，LTE技术面临的市场竞争将会更大，并在竞争中持续发展。随着科学技术的不断发展和进步，各种通信技术会层出不穷，势必会使无线通信市场的竞争更加激烈，当然LTE技术面临的调整也会更大。

四、结语

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硬判决译码算法最开始是由Gallager提出来的一种算法，将接收到的数据先通过解调器解调，在进行判决，得到0、1序列，最后将得到的序列输送到硬件译码器译码。虽然这种译码算法的复杂度非常低，但是性能却是LDPC译码算法中最差的，一般仅仅使用在性能要求不高的场合。软判决算法对硬件的要求不高，它使传输信道的利用率得到最大的利用，在信道传输上传输判决信息，利用接收到的判决信息对LDPC码进行译码，同时使得译码可以迭代进行，充分利用信道信息，获得非常出色的译码性能。这种译码方式虽然使得信道的利用率很高，由于硬件依赖较少，其译码的复杂度是比较高的。常见的软判决译码算法有Gallager概率译码算法和BP译码算法。

2LDPC码的主要应用

2.1LDPC在数据存储方面的应用

磁存储器是目前数据存储大量使用的存储介质，最常见的就是电脑硬盘，根据转盘表面所镀磁性的不同磁化状态来表示计算机数据的原始数据0和1。由于磁存储器的特点，使得其单位的数据存储量非常巨大，这也正是磁存储器飞速发展的原因。由于数据量的巨大，必须有一种编码算法对数据进行纠错和判决，以保证数据的准确传输和使用。在LDPC编码被发现之前，一般都是采用RS编码检测数据的随机错误和突发错误。但是RS编码的效果离Shannon理论的极限值还有一定的差距。而LDPC译码复杂度低，性能上最佳逼近Shannon理论的极限值，使用的硬件结构也比RS编码少。LPDC能有效的纠正存储信道的随机错误，再配合RS编码，是纠正硬盘坏扇区，关盘划痕区等突发性错误的极佳选择。在未来的大数据存储方向必然有着无可估量的应用前景。

2.2LDPC无线通信方面的应用——4G标准

当今社会，随着计算机技术的发展，由最起初的有线通信进化到了无处不在的无线通信。通信方式的改变正极大的改变着人们的日常生活。随着通信方式的改变，对通信的要求也越来越高，不仅要求更高的传输速度，还要求更高的传输精度。由于LDPC编码技术的出现比较滞后，很可惜与3G通信标准擦肩而过。LDPC码具有优秀的编码增益，在不理想的通信环境下仍然能保证满意的通信质量，并且具有较高的传输速度，使其成为了第四代移动通信的最佳选择。目前非常流行的4G标准就是LDPC编码实现的，4G系统能够以10MB的速度除送数据，比上一代通信系统提高数倍，并能够传输高质量的视频图像，是可视电话的首选。无疑，4G标准是LDPC编码最典型最成功的应用。

3结束语

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[关键词]无线；通信系统；灵活覆盖

中图分类号：TP309 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0269-01

无线通信系统在计算机技术与无线通信技术的大力支持下获得了迅速发展，网络建设要达到较好的覆盖和较高的质量，给用户良好的感知，针对不同的覆盖场景，提出差异化的灵活覆盖方案，通过各种方式消除网络覆盖的盲区，来满足差异覆盖需求。

一、无线通信系统的网络安全威胁

1、移动终端的安全威胁

由于移动终端使用的是不同类型的操作系统，这些移动操作系统具有诸多公开漏洞，因而造成了移动终端的不安全性；因移动终端对于那些基于无线网络的电子商务、电子邮件等应用的支持性越来越普遍，这些无线应用的程序漏洞、安全隐患、病毒感染渠道等加大了无线终端的安全威胁；伴随病毒种类的不断增加，传统防病毒软件体积也越来越大，而移动终端有限的计算能力、存储能力、电池容量会逐渐无法适应和满足；因缺乏完整性、机密性、完善性的保护验证机制和访问控制机制，移动终端硬件平台中的各个模块、内部各个通行接口极易遭到攻击者的篡改、窃听信息、非法访问、信息窃取等。

2、无线网络的安全威胁

因无线网络的融合、共存特点，用户能够任意在不同系统之间漫游与切换，加大了无线网络移动性管理的安全威胁；网络必须与异构非IP网络相连接，且需有可靠的QoS提供，若无法满足这些条件则会存在安全隐患；无线网络由安全机图14G无线通信网络体系结构制、协议与体系构成，不同的无线网络具有差异性，在网络融合中会有安全威胁，且无线网络结构的不同也易造成容错性。

3、无线业务的安全威胁

随着基于电子商务的无线应用及增值业务的推陈出新，提出了更加高级的安全需求，但现有的安全机制却难以满足；因缺少完善的安全交易凭证，无线业务的利益冲突会越来越多；由于一次无线移动业务中会涉及多个网络运营商、业务提供商的服务，利益争端更为复杂，业务安全威胁更高。

二、TD-LTE直放站

作为一种有效的网络补充覆盖产品，直放站可简单地理解为基站信号的转发。TD-LTE直放站包括无线直放站和光纤直放站两种类型。直放站可以在如下场合应用：（1）道路覆盖。（2）室内覆盖，在室内信号较弱或覆盖盲区的环境中，可采用直放站作为室内分布系统的信号源。（3）市内盲区及阴影区覆盖，（4）效区覆盖，TD-LTE直放站可以扩大郊区基站的覆盖范围。由于郊区基站的站间距比市区要大，直放站引入所带来的干扰也相对较小，因此可以采用大功率的直放站，用来解决信号覆盖问题。无光纤资源时，可利用无线直放站进行延伸覆盖。采用方向性好的施主天线提取较为纯净的源信号，达到较好的覆盖效果。

三、TD-LTE射频远端站分类

TD-LTE射频远端站一般分为两种：基带射频拉远和中频拉远。基带射频拉远：基带射频拉远指通过光纤将射频单元拉到远端覆盖目标区域，基带射频拉远的光纤中传输的是基带信号。中频拉远：中频拉远是将无线基站中的模拟射频收发部分与无线基站的基带数字信号处理部分在模拟中频处分开，形成远端射频前端设备与室内单元。应用场合：（1）作为室内分布系统的信号源，吸收室内业务。（2）由于远端单元体积小，可安装在水泥杆、拉线塔以及建筑物的墙体上，对于难于获取机房的市区站点，可使用RU解决基站设备安装困难的问题。（3）对于城市建设发展较快的区域，可使用远端单元进行优化补盲。（4）在话务量低、覆盖范围广和建网效益低的农村、乡镇，使用拉远技术解决覆盖问题，充分利用光纤资源和基站的富余基带资源，提高设备利用率。（5）通过线状组网实现交通干线等线性区域的覆盖。

四、TD-LTE微蜂窝基站

与宏蜂窝相比，微蜂窝主要表现为：更小的发射功率和蜂窝覆盖范围，无线传播基本上为视距传播，小区边界受建筑物影响很大。而在视距传播情况下，衰落更趋向于瑞斯分布而不是瑞利分布。瑞斯衰落不如瑞利衰落分布程度深。在微蜂窝环境中，主要是衰落较浅的瑞斯分布。在宏蜂窝使用环境中，特别是在建筑物密集区，电波传播途径主要为散射、反射和衍射，它们的多径衰落大多表现为瑞利分布应用场合：（1）作为室内分布系统的信号源，应用于有高话务量需求的建筑物内，吸收话务量并提供高速数据业务，如购物中心、交通枢纽、宾馆、体育场、写字楼等；（2）应用于一些宏蜂窝基站很难覆盖到的覆盖盲区。

五、TD-LTE远程基站的技术原理

对于话务量稀疏区域，为了提高基站的覆盖能力，可采取远程基站技术，利用最少的站址实现最大程度的远距离覆盖，以节约成本。它主要采用大功率功放、高增益天线和塔顶低噪声放大器等技术措施。根据TD-LTE技术标准，一般覆盖范围最大只可达到11.25km，但可以采取压缩时隙或UpPCH Shifting技术来实现基站的超远距离覆盖。TD-LTE超远距离覆盖的场合：（1）对于地域辽阔且业务量少的草原、半沙漠地区，可以利用最少的站址实现广覆盖，为当地居民提供移动业务。（2）在海岸线，实现近海海面连续覆盖，为近海作业的渔民和游客提供移动业务服务。（3）对离陆地较远的海岛提供覆盖，为当地生活的居民及游客提供廉价的通信手段。

六、TD-LTE室内分布系统

由2G网络运营的经验可知，移动用户超过一半的话务量发生在室内。4G的主要业务量来自于数据，而通常情况下使用数据业务时用户大多数都在室内。所以，在4G网络建设中，室内环境将成为运营商重点考虑的信号覆盖区域。同其他制式的室内分布系统类似，TD-LTE室内分布系统主要由两部分组成：信号源和分布系统。分布系统包括传输介质、元器件和天线。信号源主要包括宏基站、微基站、射频远端站和直放站等几种类型。传输介质有光纤、同轴电缆和泄漏电缆等。元器件包括干线放大器、功分器、耦合器、合路器等。天线则分为全向天线和定向天线。

七、无线通信系统的网络安全防护措施

1、移动终端的安全防护措施

在物理硬件的安全防护方面，为削弱物理接口的被攻击性，需要提升集成度，增加电流与电压检测电路，提高启动、检验与存储等方面的完善性；在操作系统方面，需选用可靠性强的操作系统，并加固操作系统，使系统能够满足混合式访问控制、远程验证、域隔离控制等的安全操作。

2、无线接入网的安全防护措施

高可靠性载体是移动终端与无线接入网建立连接的第一道关卡，以数字证书等载体构建双向身份认证机制；采用相关技术措施（如物理地址过滤、端口访问控制等）设置无线接入网的细粒度访问控制策略；为防止非可信移动终端接入无线接入网络，需运用无线接入网自身安全策略来实现可信移动终端的安全接入功能，或是借助相关辅助安全设备来实现安全接入；根据业务需求，移动终端在与无线接入网进行传输过程中需建设加密传输通道，以自主设置数据传输方式来实现安全传输，或是开设专用网络来实现物理、逻辑隔离；满足无线接入网的安全数据过滤功能，发挥该功能对无线接入网资源在内部系统或核心网中的安全性，防止非法数据的侵入；为针对性、有效性分析和记录移动终端的行为规律、异常操作，以保障无线接入网的可靠性与高效性，需要结合移动终端的访问行为、无线接入设备的运作情况来构建统一的监控和审计系统。

结语

总之，我们要加强重视无线通信系统的网络安全分析，明确无线通信系统会遭遇哪些网络安全威胁，同时积极探讨和提出相应的网络安全防护措施，巩固与提高网络安全的防范功能和技术，在移动通信信号覆盖方案制订时，需根据覆盖现场的实际情况灵活选择覆盖方式，以达到最好的覆盖效果。

参考文献

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关键词:可见光通信;粒子群算法;民航座舱内光源布局

随着4G以及5G的普及，手机等移动终端的使用量呈现出爆炸式的增长，人们对互联网的需求无时无刻。然而在飞机上，为了减少无线信号对机载设备的干扰保证航空安全，在飞行的过程中不允许使用各类带有无线和射频等功能模块的电子设备，如手机、电脑等。虽然部分航空公司在飞机上搭建了区域无线网络，但无线网络的可使用时间和区域都有很大的限制，因而基于LED的可见光通信(VLC)成为民航座舱无线通信的候选方案［1］。VLC系统具有高带宽、高速率、无电磁噪声等优点，弥补了民航客舱内传统无线网络的带宽小、高电磁噪声等缺点。合理高效的VLC布局是实现机舱无线通信网络的基础，本文研究基于机舱照明灯的通信系统光源布局，使光照明功率满足通信要求。

1模型建立

飞机座舱环境我们以民用航空中使用最普及的波音系列客机环境进行建模［2］，两椅之间距离为75cm，椅背倾角为15°至38°，前排座椅背面放下的小桌板为乘客手持移动设备的工作平面，天花板距小桌板距离为85cm，而小桌板的尺寸为40×24cm2。因此，模型的目标函数即是优化该区域的光照强度，使之满足照明和通信需求。在座舱可见光通信系统中，LED灯作为信号发射源，LED光源辐射满足朗伯模式，即理想漫反射源单位表面积向指定方向立体角内发射的辐射通量和该指向方向与表面法线夹角的余弦成正比，辐射强度［3］表示为:式中It代表平均光辐射强度，即在单位时间内辐射出的光功率，φ表示辐射光线与LED灯珠方向的夹角，m代表辐射阶数。在理想情况下，单一LED灯对某一水平面的照度贡献可表示为:式中，D代表照射距离。由于白光LED是一种非相干光源，不会形成光的干涉现象，因此多个LED构成阵列时遵循叠加原理，即总的光照度可表示为:其中，Ei为每个LED的光照度，N代表LED灯的总个数。结合我们采用实际实验系统，本文中LED发光芯片的光功率为1W，中心发光强度为55cd。现在每个LED芯片在天花板上的位置由水平方向上(x，y)坐标表示，而LED灯光照射方向由(i，j，k)方向向量表示。根据以上模型，我们可以计算得出机载VLC系统中接收平面(小桌板)处的光照度分布，以及光照强度的波动。此时我们研究的问题可描述为一个优化问题:优化每个LED灯位置和照射方向，以最大化接收平面处的光照度和最小化接收平面范围内的光强波动。

2仿真算法和结果

为了符合座舱灯源功率要求，设定N=20。我们选择使用粒子群算法求解优化问题:算法将每个潜在的LED排布作为一个种群中的粒子，粒子中包含20个LED灯的位置信息和照射方向，这些信息构成粒子的位置信息。位置信息的每次更新步长为粒子的速度。在一次迭代中，通过价值函数判断每个粒子优劣，并根据当前群体最优解和个体最优解，确定粒子的速度并更新粒子位置。之后重复上述过程直到满足迭代停止条件。根据粒子群算法我们得出灯源排布结果如图1示。我们可以看出灯源在小桌板中轴呈现对称分布，并且为了降低目标区域光照强度波动，光源并没有集中在一点。图2为目标区域的光照强度结果。

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摘要:无线通信系统经过多年的发展,各制式出现融合的趋势。同时运营商降低采购和运营成本的需求,使得支持多种制式、平滑演进的“软基站”成为无线基站演进的方向。文章对无线通信系统软基站的相关技术背景进行了介绍,并对实际软基站的架构设计思想、系统模块构成及关键技术等进行了提纲挈领地分析。文章指出未来软基站将继续向集成度更高、基带资源调配更灵活、传输方式更丰富、成本更低、节能更环保几个方向发展。关键词:无线通信;软基站;多模基站Abstract:Withtherapiddevelopmentofwirelesscommunicationsystems,differentstandardshavebeguntobemerged.OperatorsplacestringentrequirementsonreducingOPEXandCAPEX,andasaresult,softbasestationssupportingmultiplestandardshavebecomepreferred.Thispaperintroducesthebackgroundofsoftbasestations,thenanalyzesarchitecturedesign,systemmodules,andkeytechnologies.Itsuggeststhefuturedevelopmentofsoftbasestationswilltendtowardsmoreintegrated,flexibledeploymentofresourcebaseband;abundanttransmission,lowercost,andenergyefficiency.Keywords:wirelesscommunications;softbasestation;multimodebasestation短短的十余年内,移动通讯发展出2G/3G/4G三代制式及10余种标准体制。同时,多种制式的网络将。长期以来,各设备商都采用一种制式对应一种基站的设计模式,导致运营商投资巨大、运维困难。例如,仅中国移动基站建设一项投资规模即达数千亿元。运营商需要基站同时支持2G/3G并后续向4G平滑升级来保护设备投资,并需要各种制式的基站表现为一个网络以降低总体运营成本。当今移动通信市场竞争日趋激烈,实现高性能的多模软基站对在全球市场竞争中脱颖而出具有决定性的意义;但由于各制式间相差巨大,它的实现面临大量实现难题而一直停留在纸面。中兴通讯通过多年的研究与开发,全球首家推出了多模软基站,并通过大量的创新技术,在无线整体性能上实现了业界领先。文章将对软基站,主要是基带单元的架构与实现进行介绍。1业界的努力移动网络正加快向ALLIP的演进,第三代合作伙伴计划(3GPP)、3GPP2、电气和电子工程师协会(IEEE)等国际标准组织相继提出了基于ALLIP的网络架构。NodeB在4G的演进中

本论文转载于精英：,架构演变为扁平化,不再有传统的接入侧的协议汇聚终结点,转而接入开放的传输网络。随着多制式共存、网络融合的发展,在无线网络控制器/基站控制器(RNC/BSC)出现了Iur-g接口定义[1-2],NodeB和RNC之间、NodeB内部通讯也都走向了标准化和开放化。Abis接口、Iub接口和基带射频接口也从各个厂家的私有定义,逐步转变到开放标准。无线接入侧的IP化、IT化也已形成一种趋势。IT业界的思想和技术在通讯设备上大量应用,如分布式数据库、点对点(P2P)技术、虚拟化、云计算等。这些技术以往主要针对大型服务器或互联网络的数据存储、交互、处理,使网络负载更均衡。开放式基站架构联盟(OBSAI)[3]由多个厂商共同构建,目标是搭建一个开放的基站架构。OBSAI架构基本上能够描述基站架构的一般形态,但是从实现角度看,其结构不够小型化、架构不够紧凑、先进性不足,也没有被设备商实际采用。OBSAIRP03接口[4](基带射频接口)虽然面向各种制式提供了较高的灵活性,并向更高的速率演进,但是因为其实现复杂、承载效率较低(有效带宽只有84%)、物理实现不够经济等原因,只在少量厂家被应用。微型通信计算架构(MicroTCA)[5-6]是由国际PCI工业计算机制造组织(PICMG)协会制定的开放式计算架构。MicroTCA重点在于实现技术,定义了包括结构尺寸、电源架构、机框管理、交换平面等一系列的实现方案。MicroTCA架构能够被用于高性能嵌入式计算、通信、物理学等多个领域,但是标准复杂,工程实现存在困难,并且在通信领域的应用中,其架构从配置成本、适用性方面还需改进。中兴通讯的软基站系统基于MicroTCA标准,进行了许多改进和关键技术的攻关实现。通用公共射频接口(CPRI)[7]是针对基带射频接口定义的规范,各设备厂家基本上都使用了CPRI规范。在CPRI的基础上,运营商组成的下一代移动通信网(NGMN)定义了开放基带射频接口(OBRI),对帧格式等进行了进一步的定义,并努力向软件接口统一。除了以上一些开放标准之外,还有中国移动为TD制定的Ir接口等其他一些规范,进行设备接口的标准化工作。上述标准向统一架构做出了一些努力,但距离实现多模共存的软基站还有相当大的距离。近年来,半导体技术、软件技术有了突飞猛进的发展,使软基站能够从纸面走向现实。现场可编程门阵列(FPGA)和数字信号处理(DSP)技术的发展使“软基带”逐渐可行;处理器技术使处理能力不会再严重制约架构定义;总线串联/解串器技术能在有限的连接下提供很高的带宽,并能简化系统架构;软件中开放的、标准化的协议大量应用,加速了多制式在架构上和接口上的融合;云计算等分布式技术理论的应用为软件可配置化提供了方向。2软基站的整体构架支持多种制式、平滑演进的软基站,要从宏观上对各种产品的实现进行高度的抽象和总结,将其公共部分提取出来,设计高度统一的架构。无线基站的组成如图1所示。从整个基站的角度看,室内基带处理单元(BBU)、射频单元(RU)要能够兼容多种制式业务,同时将Iub(Abis)、Ir两个接口标准化,屏蔽产品形态和制式的差异,才能满足软基站的要求。Iub接口已经逐步标准化,信道化E1等方式逐步被IP化所取代,使得2G、3G基站能够在Iub/Abis口上走向统一。Ir接口有CPRI、OBSAI等标准可循,宏观上可以统一。技术问题主要存在于针对各制式及应用场景的实现上。从BBU内部来看,可以将功能划分成如图2所示的四大部分:通过对功能模块的分解抽象,我们把BBU的架构实现分解成3个平面:公共资源平面、业务交换平面、I/Q交换平面。如图3所示。以上两种划分方式,实际上是不精确的,各部分之间的边界也可能模糊,但是便于对架构进行研究。从功能模块划分来看,传输可以被各制式共享,可以认为和制式无关;主控、时钟、电源部分也可认为和制式无关(时钟和制式相关);基带处理、射频接口部分,和制式相关。软基站的实现,必须将和制式相关的部分分解到更细的颗粒,在更细的颗粒上尽量做到无制式区别;对于无法消除制式特性的部分,需要进行封装,外特性屏蔽制式区别。

对于平面:(1)主要的差异在于各制式有不同的时钟需求。(2)采用成熟的千兆以太网(GE)或者快速以太网(FE)交换平面,软件统一内部协议,这样可易于形成统一的交换平面。(3)采用Serdes方式可以从架构上消除制的差异,但是因为各个制式I/Q数据的速率各不相同,如果实现多模共存可配置,必须再通过一定方式的封装,屏蔽制式的差异。3公共资源实现公用资源管理与无线业务的无关性,使基站具备支持多制式的能力,以及通过软件配置平滑演进的能力,是软基站实现的关键课题。在硬件方面,软基站主要的问题是各种制式分别具有不同的时钟,所用的码片速率有1.2288MHz、3.84MHz、44.8MHz、13MHz(以及这些频率的倍频或分频)等。选取122.88MHz的公共频率,可以很容易地在各个基带单元上采用成熟的数字锁相环并产生各个频点,从而在公共资源平面上基本屏蔽制式的差异。在软件方面,软基站需要实现多种制式平滑演进、共存并保证多制式间互不干扰,实现传输链路和主控/时钟备份能力,并实现软件可配置、可自由加载/卸载无线制式。中兴通讯借鉴了准虚拟化和操作系统虚拟化在嵌入式领域应用[8]的思想,并优化系统架构,构建了可软件配置的软基站系统。虚拟化是目前IT行业的热门技术,也是构成云计算的一个重要技术基础。借助虚拟化技术,用户将可以在单一计算机硬件中安装多个操作系统(虚拟机),并实现多重任务处理,从而达到节省IT开支和高速处理计算任务等目的[9]。通过虚拟可实现动态的资源部署和重配置,满足业务扩展的需求,也可实现较完善的业务隔离和划分、对数据和服务可控和安全的访问,还可以通过虚拟资源提供与物理资源无关的接口和协议的兼容性。传统的基站中,无线业务、数据库管理、设备管理、告警管理、版本管理、传输管理和控制等相互耦合,多制式并存时会存在多种限制和冲突。通过构造虚拟化的设备管理层,可以将无线业务与设备管理解耦,对无线业务屏蔽基站的公用设备管理,提供基站统一的设备管理操作。同时,多个不同制式业务运行在独立的虚拟空间中,无需感知其他业务的存在,可以灵活地增加和删减制式。这样就可以实现多模基站的统一管理,并能够对多业务进行独立的升级维护,为运营商提供了灵活的制式扩展能力。4传输近年来接入网与传输网的融合呈现出加速的趋势,三层路由协议以及以太网管理协议在基站侧的需求逐步增加。接入设备在无线网络云中越来越多地承担了传输接口承载、协议终结、路由转换、内部节点管理、甚至多节点网络管理的作用。近年来,更是涌现了自发现,自配置等智能化相关的综合性技术。随着数据业务的快速增长和网络逐步开放,无线基站比以往承担了更多的角色,不但要为终端用户提供语音,数据服务,同时需要充当传输路由节点、汇聚节点,为多个站点提供传输服务。为了应对复杂的传输组网和传输协议,软基站需要具备如下能力:(1)内置多样的传输能力。基站部署的场地往往受限制,同时需要适应局方已经部署的各种传输方式。软基站需要内置多样化传输的能力,如微波,无源光纤网络(PON),E1/T1,同步传输模块1(STM-1)、以太网等多种传输介质,并能够提供灵活的组网方式。同时,基站还需要支持在多种传输介质同时进行分路传输,如以太网和E1同时接入,以太网承载数据业务,E1承载语音业务。(2)采用标准化传输协议栈。互联网工程任务组(IETF)等标准组织开放的网络协议簇,独立于网络硬件环境提供了标准化的高层协议,能够满足基站多种制式并存、互联互通的需求。从2002年起,中兴通讯即开始研发全IP无线基站,实现了IPoverE1和FE接入多业务传送平台弹性分组数据环技术(MSTPRPR)的过渡组网方式。对于逐步走向开放的网络架构,软基站需要更加注重传输管理和传输安全,提供Internet协议安全性(IPSec)(数字证书管理,部署)和IPv6等解决方案,以及802.3ah等以太网管理协议。(3)传输资源的统一管理。传输资源在多模基站中是多制式业务的公共资源。在软基站上需要能够通过传输配置实现多种传输方式共存,以及不同业务在共传输下的带宽的QoS调度、带宽流控等功能。(4)接入网和传输网融合。随着向4G的发展,基站从最初实现二层交换协议,逐步发展到实现三层路由协议以满足日益复杂的组网需求。同时,基站不仅仅只作为传输叶节点,而是集路由管理节点和协议终结节点为一体,甚至部分代替多协议标签交换(MPLS)边缘路由器,降低整个网络的部署成本。5软基带从各制式看,除CDMA2000核心技术基本为Qualcomm垄断,基带调制解调采用专用集成电路(ASIC)之外,其他各种通信制式基带实现均呈现多样化,各设备厂商形成了包括ASIC、数字信号处理(DSP)、DSP+ASIC、数字信号处理+现场可编程门阵列(DSP+FPGA)等多样的实现方式,这些方式各存在优缺点。经过FPGA、DSP技术,以及基带处理实现技术多年的发展,通过更换软件(包括现场可编程门阵列网表)、更换制式的软基站已经不是天方夜谭。在FPGA中实现硬加速器,DSP阵列中实现复杂算法,并采用高速的SRIO交换平面实现DSP阵列、FPGA之间的互联,就可以提供强大的基带处理能力,实现多种制式的处理。软基带技术在各个制式应用主要的制约因素是实现成本。例如对于全球移动通讯系统(GSM)这样成熟的、成本非常敏感的市场,对基带处理能力要求不高,能够承载长期演进(LTE)业务的基带硬件应用于全球移动通讯系统将存在极大的资源浪费。另外,统一的大基带处理资源池在不同制式之间如何灵活的分配处理能力,并实现灵活的资源扩展,也是亟待研究的课题。随着业务实现的固化,在成本压力的驱动下设备厂商会从全软基带到半软基带、并向ASIC迁移,同时也就逐步失去了随标准演进的能力和业务迁移的灵活性。6基带射频接口基带射频接口标准中,由于实现简单、实现经济性好、带宽利用率高等一系列优点,CPRI得到了广泛的认可和应用。OBRI或欧洲电信标准化协会ETSI的ORI也借用了CPRI的底层定义。CPRI规范分成两个层次,如图4所示。层一包括了物理层传输、I/Q数据的时分复用(TDM)映射等,层2包括了控制信令等的定义。CPRI组织对UMTS/LTE等的I/Q格式进行了规定,但是对GSM、CDMA2000的I/Q数据,可能是基于码片速率的原因,没有进行规范。协议二层划分原理上是能够承载多业务的,但是在层一进行过于细节的定义,其实并不利于实现多模式的软基站。相对而言,OBSAIRP03的四层结构就更加能够适应。如表1所示,在OBSAIRP03中,保证数据点到点传输的协议层,均能做到与制式无关。如果要使得CPRI适于传输多种不同制式,就需要考虑细化分层,并在底层的空口数据容器AxC(AntennaCarrier)大小定义上考虑I/Q数据的容量适配,但在使用上要做到与制式无关,在传输过程中只考虑无制式AxC的传输,而不关心I/Q向AxC映射的方式、制式、采样的信息等。只在无法忽略制式差异的两端(也就是基带调制解调和中频处理)才看到制式数据。这样在部分情况下可能会牺牲一点承载效率,也可能会提高一些复杂度,但是从无线产品演进以及灵活性的角度看,这样的代价还是非常值得的。

7软基站未来的趋势软基站的架构形态,会走向多模,扁平化架构,尤其是多模软基站,对“软”技术提出了更高的要求,需要提供更为丰富的软件服务。软件服务内容从单纯的传统基站业务转向集成传输,集成控制器,集成路由器等多种功能角色为一体,并从固定功能服务转向了可配置的,可选择定制的服务方向。目前的软基站硬件架构已基本能够满足多业务共存的需要。未来软基站将继续向集成度更高、基带资源调配更灵活、传输方式更丰富、成本更低、节能更环保几个方向发展。未来软件技术将坚定地走向IP化、IT化。基站将走向开放标准。基站接入开放的网络后,未来的IP网络安全性将受到更多的关注;未来软基站将更多地提供智能化、分布式以及虚拟化的相关技术,通过此类技术灵活地组合基站功能,并逐步完成基站的负载均衡:(1)SON等技术的横空出世,对于基站的管理方式是一种革新。自发现、自下载、自配置,使接入网能够便利地加入或删除网络节点,并能够自动进行网络优化。随着未来几年内标准的逐步完善,及在基站设备中的实现,软基站的智能化能力将会大幅提高。(2)分布式数据处理模型及技术的应用,可以解决以往基站模型中存储空间及处理资源瓶颈,将不均衡的业务处理分布化,形成均衡负载处理。最近热门的“云计算”技术也是分布式计算、并行计算、网格计算等演变而来[10],通过大型服务器的集中运算能力来提供云服务,并将这些概念走向商业化。尽管最终走向云服务尚需时日,但是对于云计算的基本理论可以在基站中借鉴和应用。(3)虚拟化技术的应用,会进一步抽象基站的功能划分,形成处理器资源池和数据处理池的二层简化结构。各个功能业务能够动态地分配到具有空闲处理能力的单板上,甚至对实现基站的分布式处理提供技术支撑,实现资源配置的优化并降低能耗,实现绿色基站。8参考文献[1]ETSITS143130V5.0.0.DigitalCellularTelecommunicationsSystem(Phase2+),Iur-gInterface,Stage2(3GPPTS43.130version5.0.0Release5)[S].2002.[2]申昌湖,张利深.Iur-g,架起2G/3G融合的桥梁[J].中兴通讯技术(简讯),2009(12):12-13.[3]BTSSystemReferenceDocument,V2.0[R].OBSAI,2009.[4]ReferencePoint3Specification,V4.2[R].OBSAI,2009.[5]MicroTelecommunicaionsComputerArchitecturebaseSpecification,R1.0[R].PICMG,2009.[6]AdvancedMezzanineCardbaseSpecification,R2.0[R].PICMG,2009.[7]CPRISpecification,V4.0[R].CPRI,2009.[8]HEISERG.TheRoleofVirtualizationinEmbeddedSystems[C]//Proceedingsofthe1stWorkshoponIsolationandIntegrationinEmbeddedSystems(IIES''''08),Apr1,2008,Glasgow,UK.NewYork,NY,USA:ACM,2008:11-16.[9]Gartner.改变IT产业现有格局的十大技术[J].软件科技与产业动态,2008(59):1-3.[10]中国云计算网.[EB/OL].[2009-05-28].

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网络子系统、基站子系统、运行与维护子系统等是构成GSM-R系统的重要组成部分。按照我国铁路行车的特点，如较高密度、极为复杂的运输组织等。为对大量非列控数据传输问题进行有效处理，必须将通用分组无线业务子系统有效引入，并结合现有有线调度通信系统，达到有线和无线调度两网有机结合的目的。在铁路运输系统中GSM-R系统的功能，包括以下几点：功能寻址：便于固定用户拨号呼叫列车上移动用户的重要方式。基于位置的寻址：为列车上移动用户方便呼叫固定用户的重要方式。如火车司机在呼叫调度员过程中，系统按照火车司机的当前位置对调度员寻址，并将呼叫自动转接到向列车现阶段处于的控制区调度员进行转接。语音广播服务：在指定区域，语音广播服务可进行信息广播及紧急呼叫的。可以动态进行区域定义与选择的设置，这种方式具有良好的灵活性。语音组呼服务：组呼ID号通过移动或固定用户进行拨打，可和指定区域内的小组成员进行呼叫的建立。通过相同业务信道这个小组内的全部成员都可以进行接听，通过按键讲话方法这个小组成员可进行通话请求的发出，并在“先请求先服务”的原则上，进行上行链路的建立，并进行通话服务的提供。增强多级优先与强占权：在任何负载情况下，铁路紧急呼叫与列车自动控制等诸多通信中都要求能够及时进行呼叫的建立。如堵塞现象发生在一个无线电小区内，eMLPP可及时对低优先权呼叫切断，并进行高优先权呼叫的优先建立。

2铁路无线通信系统内GMS-R系统的应用

随着国民经济发展速度的不断提升，在铁路通信管理中，无线通信系统作为其管理的重点内容。将GMS-R应用到铁路无线通信系统中，不仅可以提高工程质量，还可以提高列车通行的安全性，并为实现铁路工程通信系统的经济效益与社会效益的实提供了可靠的保障。

2.1实现运输指挥调度系统的语音及数据传送

功能号呼叫、语音广播与组呼业务、基于列车位置寻址等高级语音呼叫功能都是实现运输指挥调度系统语音及数据传送GSM-R系统的重要内容，这种方式的应用，能够对现阶段各种无线通信系统进行替代，更能对相关移动通信功能进行有效实现，如列车调度、区间维修等。更能代替原有电缆加通话柱的区间通信形式，能够为铁路无线通信系统的发展提供可靠的保障。GMS-R系统的应用，可以有效提升现代铁路信号控制技术，实现铁路通信系统的数字化、智能化及综合化的快速发展。在铁路现代化信号控制技术中，最具代表性的技术为分散自律调度集中与列车控制系统，这是我国铁路事业对其装备质量进行有效提升的重要方式。这种方式的应用，还可以提升行车的安全性与舒适性，是铁路跨越式发展实现的重要途径。实现这些技术必须在移动通信技术平台进行。在铁路无线通信系统内地面控制中心、移动机车之间的车次号及列车位置等信息传送都必须由GSM-R系统完成。

2.2为现代信号控制技术提供可靠的通信支持

传统的信号控制技术特点为：功能单一、控制分散、独立运行等。GSM-R系统在铁路无线通信系统内的广泛应用，促使铁路通信系统逐渐实现网络化、智能化。北电、西门子及华为是GSM-R系统设备的主要供货商，为对各个供货商提供的设备互联问题进行有效处理，必须进行接口技术要求与测试规范的制定。通过GSM-R技术规范的制定与应用，可以对铁路无线通信系统的完善与发展提供指导建议。

3结束语

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0 引言

 

随着科技水平的提高，对数据的要求也不断的提高，数据的传输速度和网络容量要求不断的升级改造。3G无线通信技术就顺应市场的需要产生了，3G标准制定出来。3G通信系统技术是2G通信系统技术的延伸，这两种技术是不同的组织架构，一种技术是基本的电路交换，一种是包交换的技术。目前，井下通信以有线的通信方式为主。有线通信网络信号不是太好，通信手段比较单一，与领导层之间的沟通不顺畅、指挥到达不了井下，或者说传输的数据不准确，如果发生煤矿安全事故，对我们紧急抢险是没有一点帮助的，有时候反而会扩大事故所造成的损失。在煤矿日常的生产过程中，控制室工作人员和井下工作人员对实现实时交流的通信技术的要求，需要在短时间内实现上传下达。需要将井下工作人员的工作状态和井下具体生产动态的数据及时的上报，这些都体现了煤矿对3G无线通信系统的需求，可见3G无线通信系统对煤矿的重要性和实践性。

 

1 3G无线通信系统的功能特点

 

3G无线通信系统主要是由语音交换机、综合接入网关、地面基站 、矿用本安型无线基站、 矿用本安型手机等井下专用矿用设备组成。从而实现有线、无线通信的一体化调度和统一网络管理;从而实现千兆以太网平台、安全监控系统、人员定位系统、矿用无线通信系统、煤矿安全数字广播系统、矿用图像监视系统等多网结合。下面是3G无线通信系统的功能特点

 

1.1 长线基站

 

无线通信基站支持一对双绞线远距离就能进行多级级联，解决工作面等煤矿设备场所光缆容易折断、井下光纤线缆熔接困难等问题。

 

1.2 手机位置管理

 

实现井下手机实时定位。

 

1.3 系统双机热备

 

支持双机热备，系统更可靠。

 

1.4 智能电源管理

 

可以实时监控井下电源的供电状态，进行准确无误的判断井下设备是外部供电还是后备电源供电。提醒工作人员及时处理外供电源断电问题，保证无线通信系统正常投入运营。

 

1.5 隔爆兼本安电源支持井下超宽电压输入

 

AC 90-800V自适应接入

 

3G无线通信系统功能是实现结构比较简单，而且避免了工作人员重复布线，工程施工也比较方便，可以直接接入井下原有的传感器等设备，为煤矿节省了一定的成本。整个系统能够实现无线通信的功能，避免了有线布线的繁琐工作。

 

2 3G无线通信系统在煤矿矿井的应用

 

3G无线通信系统已经被纳入了煤矿无线通信设备的主要系统，3G无线通信系统使用的各种煤矿设备都比传统的无线通信系统安全性要高的多。3G无线通信系统不仅丰富了传统的无线通信系统的功能，而且还为煤矿的安全生产技术和应急抢险提供了更有利的数据。

 

(1)3G无线通信系统可以支持大容量数据的接入。运用这个主要功能，井下煤矿工作人员可以到领导临时指定的工作地点进行采集煤矿井下危险区域的瓦斯和粉尘的浓度系数，并且能够提供实时数据，及时的将所采集到的数据信息传递到总调度室或者是指挥台，为及时发现险情提供了科学的依据。

 

(2)3G无线通信系统对井下煤矿抢险提供帮助。当井下煤矿发生安全事故或者是紧急情况时，可以给总调度室工作人员提供及时的数据信息，还可以作为信息传输的工具。工作原理是通过基站和基站之间的数据相互联系，对收集到的工作数据进行传输和保存。3G无线通信系统的基站是比较小巧的，在井下进行抢险任务的时候，可以在最短的实践内使用井下通信系统电缆安装一个临时性的基站，为参与抢险的工作人员提供移动通信服务。

 

(3)3G无线通信系统业务扩展比较广泛。在无线通信系统的基础上推出了一款新的产品无线定位基站，这个工作原理是通过无线网络获得移动终端用户的具置信息，在移动信息平台的支持下，实时显示井下煤矿工作人员的具体情况、确定在一个时间段内井下具体的工作人员数量、确定井下煤矿工作人员所处的具置和具体的工作人员名单。这些定位功能和无线通信功能的实现，总调度室可以快速准确的通过调度电话联系到具体的工作人员。3G无线通信系统实际上也实现了利用定位功能实现井下煤矿工作人员的工作和出勤情况，还可以确定每个人在井下的活动轨迹，查询工作人员具体的工作时间，可以督促安全巡查人员是不是兢兢业业的在工作，有没有擅自脱离工作岗位，有没有及时对井下的各种数据进行及时的检测。通过这个功能基本上避免了人为原因出现的煤矿安全事故。还可以实现资源共享，供领导在不同的位置进行查看，如查看各种实时报表、实时性监测监控数据以及视频信息等，如果发生安全事故，能及时的知道有多少人遇险，这些遇险人员在井下处于哪个位置、什么情况就能很清楚的知道，从而为煤矿安全抢险提供真实的数据。

 

3G无线通信系统作为一种新型的井下无线通信生产技术，还存在一些有待改善的地方，比如说3G系统配套的手机防水防尘的功能就不是特别好，为了在井下更好的使用，保证生产的安全性，我们应该对这个缺点进行改进和完善。由于井下机器设备的噪音比较大，在井下通话质量不是特别好，这就是传统的手机通话的弊端。因此我们应该对机器设备不断的进行改善，实现在井下的通话更加清晰。

 

3 小结

 

3G无线通信系统已经在很多煤矿投入运营使用，并且对井下煤矿的安全管理做出了突出的贡献，它可以避免网络的重复建设，节省了煤矿对机械设备过多的资金投入。作为有线通信系统的补充，3G无线通信系统覆盖面比较广、信号比较强，提高了井下煤矿的生产效率，减少煤矿安全事故，降低了煤矿企业的生产成本。

篇10

关键词：无线通信；车载；太阳能；无线对讲；FM电台

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）06-00-02

0 引 言

本系统的研发基于两大背景。一方面，太阳能光伏发电技术近些年来不断发展，发电成本不断降低，其无污染、可再生的特点使其备受关注；另一方面，车载通信系统在现实生活中已经大为普及，但功能仍不够完善。在改善车载通信系统性能、增加功能的同时，将太阳能技术与车载无线数字通信技术相结合，利用太阳能充电技术给通信系统供电，可以解决此系统的备用电源问题。该车载无线数字通信系统可以解决车辆之间实时通信的问题，并能够实现实时定位的功能。无线对讲模块可作为对讲机来解决车辆与车辆之间的短程实时通信问题；FM电台可以实现车辆与外界的通信，解决手机无信号时的无线通信问题。此外，该系统的辅助功能包括GPS模块为通信系统进行精确定位，GSM模块发送精确信息（包括定位信息、太阳能充电板充电电压电流参数、当前室温等）至手机终端，通信系统也能够利用ZigBee技术对太阳能充电模块的采集端进行通信，通过控制继电器来控制太阳能充电回路的通断。

本文给出了一种基于太阳能的车载无线数字通信系统的设计方案，可以实现车载对讲、FM电台、短信收发、实时定位、远程控制等功能。这个设计既可以用于警车调度指挥系统、智能交通等方面，也可以用来抢险救灾。该设计使得系统具有多功能、人性化、环保无污染的特点。

1 系统设计

本设计以ARM芯片为核心，主要分为太阳能充电装置与车载无线通信系统两大部分。其中，太阳能充电装置包括太阳能充电板、DC-DC变换电路、18650电池组、单片机与对外通信ZigBee模块等，车载无线通信系统包括液晶触摸显示屏、无线对讲模块、FM电台模块、GPS模块、GSM模块、ZigBee模块、WiFi模块等。系统具体实现的功能有车载对讲、FM电台广播、短信收发、全球定位、远程控制、手机App信息传输、太阳能端数据采集等功能。整套系统通过液晶触摸屏以及手机App界面进行有效的人机交互，触摸屏与App用于选择工作模式，同时可以显示车载通信的内容、实时定位的数据信息以及太阳能充电装置的环境参数信息，及时反馈外界传递的信息，并产生良好的人人、人机互动效果。整套系统具有功耗低、无污染、稳定性好、持续供电等特点。图1所示为车载无线通信系统实现方式示意图。图2所示为车载通信系统与外界通信示意图。

2 车载无线数字通信系统

车载无线通信系统包括液晶触摸显示屏、无线对讲模块、FM电台模块、GPS模块、GSM模块、ZigBee模块、WiFi模块等。图3所示为车载无线通信系统节点硬件结构框图。

2.1 无线对讲模块

为了提高对讲距离以及可靠性，本系统采用了深圳市尚瑞思电子有限公司研发的一款无线语音对讲及数传模块SR-FRS-1W350。该模块内置高性能射频收发芯片BK4811、微控制器及射频功放。外控制器可以通过标准的异步串行接口（RS 232）通讯来设置模块工作参数并控制整个模块的收发。该数传模块只需外接天线、MIC和语音功放即可组成一整的对讲机或数传电台。

2.2 FM电台模块

本模块选择由RDA Microelectronics公司研发的RDA5820高集成度的立体声FM收发芯片，该款芯片不仅可以完美地完成电台功能，还能接收FM广播，具有集成度高、功耗低、尺寸小的优点。该部分以ARM芯片作为控制器，通过自带的I2C总线，编程写控制字实现了RDA5820模块的电台功能（收发模式的选择，频率的设置等）。结合电路按键以及显示、信号放大、音频的输入输出等组成简易且性能稳定的FM电台系统。

2.3 GSM模块、GPS模块、ZigBee模块、WiFi模块

本系统采用SIMCOM公司的SIM900A模块方案。SIM900A模块支持TTL串口通讯标准，通过串口向模块发送AT指令即可设置模块参数。本系统采用u-blox公司的NEO-6M模组方案，可以通过串口及USB接口向STM32F103和电脑输出GPS定位信息，使用简单方便。本系统采用顺舟科技SZ05系列Z-BEE嵌入式无线串口通信模块方案，该模块具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵活等优点和特性。本系统的WiFi部分采用WF-ESP8266模块方案。ESP8266是一个完整且自成体系的WiFi网络解决方案，能够独立运行或作为slave搭载于其他Host运行。

3 太阳能充电装置

此太阳能充电模块由太阳能充电板、DC-DC变换电路、18650电池组、单片机与对外通信模块（采用ZigBee技术）4部分组成。此装置主要有以下两种工作模式：

（1）太阳能充电板经DC-DC变换电路输出合适电压直接给通信系统供电。

（2）充电板通过DC-DC变换电路后对电池进行充电，利用单片机对电池环境进行监控与对过压过流的控制，通过ZigBee通信模块将数据传至通信系统的控制芯片端，从而实现实时观测；同时也可让ZigBee通信模块接受传来的数据，利用单片机控制继电器的吸合，从而对充电装置的开关进行有效控制。

DC-DC变换电路采用TI公司的LM2596开关电压调节器。LM2596开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3.3 V～6 V的固定电压，同时具有很好的线性和负载调节特性。太阳能充电装置结构框图如图4所示。

4 结 语

整套系统将太阳能清洁无污染、可再生的特点与此无线数字通信系统强大的功能相结合，参考了实际工程中环境对通信系统硬件电路设计和软件设计的影响。因而提出了一种基于太阳能的车载数字通信系统的新型构思。该系统绿色环保、性能良好、工作稳定、实时性强，基本可以解决野外车载通信信号弱、续航能力差的问题。

参考文献

[1] 沈卫康，宋宇飞，宋红梅.数字信号处理[M].北京：清华大学出版社，2011.

[2] Pressman A I，Billings K，Morey T.开关电源设计（第3版）[M]. 王志强，肖文勋，虞龙，等，译.北京：电子工业出版社，2010.

[3]钱玉斐，宋宇飞，林羽晨.车载无线数字通信系统设计[J].数字技术与应用，2015（10）：39.