通信系统范文

导语：如何才能写好一篇通信系统，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。

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1光纤通信技术内涵

光纤通信技术主要是借助高频光波，借助光纤的通信媒介进行信号的传递。在实际应用体系建立后，相关技术人员要利用光纤技术进行通信操作，也要着重了解光纤通信技术的特征。不仅能保证低损耗，也能提高整体传导速度，确保其自身具有很强的抗电磁干扰能力，实现信息和数据传输项目的实际需求。而从19世纪到当下，光纤通信技术也实现了多样化发展，不仅传播速度有所提升，整体容量也翻了一万倍之多，真正实现了技术和市场内行业的融合，也为新技术的推广和应用提供了非常有效的发展背景。

2光纤通信技术要点分析

在对光纤通信技术进行综合性分析的过程中，要对技术模型的运行要点进行统筹分析，确保技术处理效果和应用模型的有效性，也为管理体系的综合性升级奠定坚实基础。2.1光纤通信技术要点之光纤连接技术光纤通信技术在实际管理模型建立过程中，需要借助相关问题进行统筹处理，正是基于此，光纤通信体系中，光纤连接成为了信息高速管理和运转的重要组成部分。光纤连接技术能一定程度上提高信息的传播速度预计传播方式，在满足人们对信息需求的基础上，保证信息处理效果符合预期。需要注意的是，在光纤通信技术中，宽带主干线路的传播效果是非常关键性的项目，对于用户最后光纤连接方式产生影响。正是由于光纤通信技术的普遍性和有效性，人们能在借助光纤通信提高上网速度的同时，真正体会高速信息的传播效果。由于光纤通信技术的接入口位置不同，其实际应用结构也分为FTTB模型、FTTC模型以及FTTH模型等，其中FTTH模型能实现光纤到户，借助光纤宽带的优势和特征，为用户提供更加具有实效性的管控模型，能在保证宽带连接技术需求的基础上，实现整体管理效果的综合性优化。2.2光纤通信技术要点之波分复用技术光纤通信技术中，波分复用技术是现行应用较为广泛的技术模型，主要是针对不同的光波频率，借助单模光纤低损耗区的宽带资源，建立健全完整的处理机制和控制措施，并且结合低损耗趋势，将其发展为不同通道。其中，将光波作为光纤信号的传递媒介，实现整体信号传输和管理模型的综合性升级，并且借助复用技术对不同波长承载信号的光纤结构进行分析，由于不同波长的光载波信号具有自身的独立性，在实际应用体系建立后，能借助一根光纤实现多线路信号传递。

3通信系统中的光纤通信技术分析

正是基于光纤通信技术的多元化发展模型，在实际管理机制和项目应用体系建立过程中，针对具体问题要进行综合性分析。本文以铁路运输项目为例，对其通信系统中应用光纤通信技术的路径进行了集中分析和阐释。值得一提的是，在铁路通信系统中应用光纤通信技术，能在优化传播速度的同时，保证传播质量符合需求。目前。铁路运输通信系统中，光纤通信技术主要分为以下三个阶段。第一阶段是PDH阶段，最开始使用的PDH技术铺设的是短波光纤，实现了二次群系统的开启和维持。例如，大秦铁路通信系统中，就将八芯单模短波光纤应用在重载双线电气化项目中，主要使用的设备是36Mb/sPDH二芯结构，实现了车站和区域网络通信的便捷化升级，为设备管理结构的综合性优化奠定坚实基础。正是基于此，也实现了铁路通信系统的跨越式发展，从传统的通信模式转变为光纤通信结构。由于这一成功转型，实现了整体技术结构和项目的综合性升级，也为通信系统的综合性升级奠定坚实基础，实现管理机制和信息传递效果的综合性优化。第二阶段是SDH光纤通信系统运行阶段，由于整体系统相对于其他系统更加的完善，在实际管理机制运行过程中，能有效弥补传统管理机制中的不足，也实现了整体铁路通信技术的全面升级，在实际技术应用体系中，SDH光纤通信技术能保证信号的稳定性，不仅仅能简化网络体系中的支路字节，也能创造不同设备互联网的互联。SDH光纤通信系统能实现更加系统化的自我管理，保证信息传输和通信的完整程度，建立健全更加系统化的完整管控模型，确保通信功能和安全得以全面提高和系统性优化。先进的SDH光纤通信技术将有效替代传统技术模型，保证应用效果的稳定性。第三阶段是DWDM光纤通信系统，在技术建立过程中，技术特性逐渐增强，能借助单模光纤宽带分析实现损耗降低的目的，并且保证发送端光发射机同时发射不同稳定度和精度的波长光信号，在信号放大后，实现信号传输，借助信号分解功能，保证技术优势得以全面升级。在实际应用体系建立过程中，DWDM技术能一定程度上提高通信传输速度，并且保证信息传输容量符合标准，为信息升级和项目管理提供便利，也为铁路信息服务管理系统的综合性优化奠定坚实基础。技术最大的优势就是能满足网络用户的实际需求，并且能实现信息的更稳定化传播和升级，保证信息管理效果和同时优化信息服务价值。

4结语

总而言之，在对光纤通信技术进行综合性分析的过程中，要结合管理模型和控制措施进行统筹分析，保证管理体系的完整性和稳定性，也为技术结构的发展以及进步提供动力，确保技术应用效果和管理体系的综合性升级，实现通信技术模型的综合性优化。在光纤技术不断发展的基础上，克服相关问题和困难，满足市场需求的同时，实现光纤通信技术的可持续发展。

作者:曲艳 单位:郑州联勤保障中心

参考文献：

[1]张钺,赵毅.光纤通信技术在工业电视上的应用[C].第二十六届中国(天津)2013，IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集.2013:200-203.

[2]邱琪,宋玉娥,阳树宗等.空间站信息系统与光纤通信技术[J].电子科技大学学报,2013,29(04):365-368.

[3]张韬,尹项根,刘革明等.GPRS技术在馈线自动化通信系统中的应用[C].中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十一届学术年会论文集.2015:1610-1613.

[4]刘锋,潘永湘,毛芳仁等.基于GPRS配电网自动化通信系统终端的设计工程与实现[C].2014全国电力系统自动化学术交流研讨大会论文集.2014:178-182.

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关键词：光纤通信；技术；应用；发展

中图分类号：TN929.11 文献标识码：A

自从光纤通信系统被广泛应用，通信领域发生了翻天覆地的变化，可以说光纤通信技术是信息传输的一次伟大变革，在信息传输中发挥了积极作用，而且也可以满足在特殊环境中的使用需求。目前光纤通信技术的应用范围越来越广，对人们的生产与生活产生了深远的影响。

1光纤通信技术概述

1.1 光纤通信的涵义

光纤是一种由玻璃材质制造而成的绝缘体传导介质。而光纤通信，就是指以光作为信息运送的载体，利用光纤作为传输介质的一种通信手段。光纤通信技术由于其较之传统的通信技术具有很多优势，例如不存在接地回路问题，不会导致传输信息泄露等，因此在电信领域已经被广泛应用，而且在未来还具有很好的发展前景。

1.2 光纤通信技术的原理

光纤通信技术的原理，是首先要在信息发送端将所传送的信息转换成电信号，然后将其调制到激光器所发出的激光束上，使光强随着电信号的频率变化而相应变化，将电信号转化成光信号，并通过光纤对光信号进行传导；在信息接收端，检测器在收到光信号以后又会将其再转变成电信号，再经过解调后恢复为原信息。

1.3 光纤通信技术的优势

1.3.1传输损耗低，中继距离较长

在光纤通信中，光纤传输具有很低的损耗率，一般情况下，可以将传输损耗率控制在0.20dB/km以下。由于光纤通信的传输损耗率很低，因此便可以相应的延长中继距离，实现更长中继距离之间的跨域，从而便可以减少中继站的数量，为通信系统的建设降低成本，同时还可以降低通信系统的复杂程度。随着目前科技的不断发展进步，光纤材料也将变会不断发展完善，还可以进一步降低原有的光纤传输损耗率，这对于提高通信系统的运行稳定性和可靠性也具有着重要的意义。

1.3.2通信容量更大，频带极宽

在光纤通信中的载波频率远高于电波频率，再加之光纤通信传输信息过程的损耗率较低，因此采用光纤通信技术进行信息传送，其传送容量将会远远高于微波通信。与此同时，和电缆、铜线等传统传送介质相比较，光纤传送宽带要大得多。

1.3.3光纤柔软，易于铺设

由于光纤拥有很好的柔韧性，因此能够对光纤采用大幅度的绕制，便于光纤成束，从而形成密度较高且直径较小的光缆，方便通信系统的铺设。

1.3.4光纤通信具有良好的保密性

在光纤通信中使用的传输介质是光纤，光信号在光纤包层和纤芯附近进行传送，光纤之外不存在光波，因此可以较好的保护信息，预防信息泄露。此外，光缆的外部保护设施均是不透光材料制成，再加上光缆一般情况都会被埋置于地下，因此，光泄露的情况几乎是不可能发生。

2光纤通信技术的发展现状分析

在进入本世纪以来，我国的光纤通信以非常迅猛的姿态快速成长起来，在光纤通信技术领域不断开拓创新，取得了长足的发展。目前我国的光纤通信技术已经发展到了应用阶段，很多技术都已经成熟，尤其在光纤接入网技术和波分复用技术上取得了重大的突破，在很大程度上提高了人们信息通信交流的质量。

2.1 光纤接入网技术

光纤接入网技术，是人类在信息传输技术上取得的一项全新突破，实现了信息传输的高速化，满足了人们对信息传输的速度要求。光纤接入网技术的主要是由宽带的主干传输网络和用户接入这两个部分组成，其中用户接入技术是关键性技术环节，它负责实现全光接入的重要任务。

2.2 光纤波分复用技术

光纤通信技术中的波分复用技术，是现代光纤通信技术领域的又一项重大技术突破。利用波分复用器可以有效的降低光纤的信息传输损耗，从而获得更大的带宽资源。光纤波分复用技术以信道光波的频率及波长的不同等情况为出发点，将光纤的低损耗窗口分成各个单独的通信管道，将波分复用器设置在信息发送端，将不同的信号集合到一起，并送入单根光纤中进行信息的传送，在接收端的波分复用器再将这些承载着不同信号、不同波长的光波进行再分离。

3光纤通信技术的未来发展趋势分析

在未来的科技发展中，光纤通信技术必然将向着不断提高通信服务质量、满足人们日益增长的要求的方向发展。可以想象，未来的光纤通信技术的发展趋势将会是面向更高的信息传输速度、更大的传输容量、更长的中继距离，甚至无中继传输来发展，与此同时，实现全光网络也是我们在不断探索的主要发展方向。

3.1 提高光纤通信技术的传输速度、传输容量、以及传输距离

在目前的光纤通信技术水平下，已经在很大程度上提高了光纤传输系统的传输速度、容量和距离，在未来光纤通信技术必然会沿着这一方向继续发展进步，实现超高速度、超大容量、超长距离的传输，这对于跨海、跨洋光纤通信具有很高的现实意义。

3.2 全光网络

全光网络将会是未来高速通信网络的发展趋势，它是光纤通信技术发展的最高阶段，也是人类期望达到的最理想阶段，因此对于全光网络的研究已经成为目前光纤通信发展的重要研究课题。虽然现在的全光网络仍然处于初级发展阶段，技术上还不成熟，不过随着人类在这一领域的不断研究、探索，相信在不久的未来这一目标一定会实现。

4光纤通信技术的应用

4.1光纤通信技术在电力通信领域中的应用

电力通信的主要作用是实现电力系统的自动化控制，提高企业的管理水平，光纤通信技术最初是通过普通光缆运用架空、管道、地埋等方式应用于电力通信的，因为光纤通信具有质量轻、容量大、传输速度快、抗干扰能力强等优点，逐渐受到各界的好评，而且是最早应用于电力通信部门，为电力企业的发展起到了助推的作用。

4.2光纤通信技术在交通领域的应用

交通智能化的实现离不开信息化的发展，主要是通过对数据信息的搜集整理、传输、处理，然后再运用先进的信息技术、通信技术、计算机技术，实现对交通的智能化管理。运用光纤通信技术可以对交通联网收费与管理、道路监控系统的各类数据、图像等信息进行传输，确保交通系统高效、安全运行。

4.3光纤通信技术在广播电视领域中的应用

目前光纤技术应用最多的就是广播电视系统，卫星上行站、视台总控机房、发射台传输信号和有线电视网都是通过光缆来实现的，保证了信息的传输质量和传输效果。利用光纤通信技术大大降低了原来信号的干扰，提高了信号传输的完整性及可靠性。由于光纤通信网络具有重量轻、体积小、损耗低、容量大、传输频带宽、不易串音和抗电磁干扰等优点，而且成本投入较低，因此它成为高性能的通信网络系统中的重要传输手段，在电视广播的计算机网络、通信网络和媒体通信网络等数据信号传输系统中得到了广泛的应用。

5结语

随着我国乃至全世界在光纤通信技术领域的不断深入探索，我们已经在很多技术上取得了重大的突破，目前的光纤通信技术已经能够在很大程度上满足人们对于信息通信服务的要求，不过在很多技术设想上，目前的研究仍处于初级探索阶段，因此，光纤通信技术在未来仍有很大的发展空间。

参考文献

[1]李海,袁琳.浅析现代光纤通信技术的现状[J].中国新技术新产品,2010(03).

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关键词　通信电源　维护

由于历史发展的原因，当前通信电源供电体制基本上是以集中放置、集中供电方式为主，有人值守、故障维修为主。而电源的负载，如传输、交换、数据、移动等专业的维护方式正朝着集中监控、集中维护、少人或无人值守方向发展。通信基站是通信网络系统中的重要组成部分，保证任何情况下的正常供电，是保证通信网络安全运行的重要环节。为此各通信基站内均配备了较先进的电力电源供电系统，包括开关整流设备、免维护蓄电池、油机等。这些设备是保障供电稳定和连续性的重要设备，对这些设备维护的好坏，不仅影响电源系统设备的寿命和故障率，而且直接涉及通信网络的平稳运行。

1　通信电源

从远古时代以来，阳光、空气、食物和水一直是人们赖以生存的必需品，而今在科学技术飞跃发展的时代，电也已成为人们的必需品。因为有了电，我们的生活才有了欢乐。正是由于通信系统的安全优质运转，无处不在的通信电源则是坚实的基础和根本保障。实施集中监控管理是网络技术发展的必然趋势，是现代通信网的要求，也是企业减员增效的有效措施。各种电源设备要智能化、标准化，符合开放式通信协议。若电源系统不能输出规定电流，电压超出允许波动范围，杂音电压高于允许值时间并持续10s以上者均判定为系统故障。原交流系统中的电压、频率或波形畸变超出规定范围持续时间大于60s者均判定为故障。为此，要保证通信电源系统的可靠性，有条件的通信部门应尽量从两个不同的地方引入2路市电输入，并设置2路市电电能自动倒换装置；所用设备要选用可靠性高的高频开关整流设备，采用模块化、热插拔式结构以便于更换，并合理配置备份设备。任何新技术、新设备未经充分验证、试运行前均不得进入供电系统。供电方式要大力推广分散供电，使用同一种直流电压的通信设备采用两个以上的独立供电系统，这也是今后通信网络容量和规模不断扩大、各种新业引入的新要求。

2　电源系统使用注意问题

电源系统目前广泛使用高频开关电源系统设备，其智能化程度高，电池采用了免维护蓄电池，这虽给用户带来了许多便利，但在使用过程中还应在多方面引起注意，确保使用安全。

2.1按电源系统的使用要求和功率余量大小来分，在使用中要避免随意增加大功率的额外设备，也不允许在满负载状态下长期运行。工作性质决定了电源系统几乎是在不间断状态下运行的，增加大功率负载或在基本满载状态下工作，都会造成整流模块出故障，严重时将损坏变换器。自备发电机的输出电压、波形、频率和幅度应满足电源系统对输入电压的要求，另外发电机的功率要大于开关电源设备的额定输入功率，否则，将会造成电源系统设备工作异常或损坏。

2.2电池应避免大电流充放电，理论上充电时可以接受大电流，但在实际操作中应尽量避免，否则会造成电池极板膨胀变形，使得极板活性物质脱落，电池内阻增大且温度升高，严重时将造成容量下降，寿命提前终止。在任何情况下都应防止电池短路或深度放电，因为电池的循环寿命和放电深度有关。放电深度越深循环寿命越短。在容量试验或放电检修中，通常放电达到容量的30％－50％就可以了。

2.3铅酸蓄电池的容量和电解液的比重是线性关系，通过测量比重可以了解电池的存储能量情况。阀控式密封蓄电池是贫液电池，且无法进行电解液比重测量，所以如何判定它的好坏，预测贮备容量已成为当今业界的一大难题。用电导仪测电池的内阻是判定蓄电池好坏的一种有参考价值的方法，但尚不能准确测定电池的好坏程度。目前，最可靠的方法还是放电法。在可靠性、经济性、可使用性、维护性等方面综合比较，应选用四冲程油机为原动机发电机组。四冲程油机结构简单，采用多缸均衡做功、增压等一系列成熟技术适合于大容量机组的要求。其噪音小、污染小、性价比高。使用中把机组产生的热量排到室外，保证机组周围环境湿度不超过指标要求。

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[关键词]调制白噪声载波相干解调非相干解调

中图分类号:TN92文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210017-02

一、引言

目前,MATLAB/Simulink软件已经成为解决工程实际问题的重要手段之一。Simulink软件具有丰富的模块库,其中公共模块库共包含9个模块库[1]:连续系统模块库、离散系统模块库等。除此之外,还集成了许多面向不同专业领域的专业模块库。

本文利用Simulink模块化、直观和操作简单的特点,对语音通信系统进行建模和仿真,并进行性能分析与比较。

二、语音通信系统总体设计

在本设计中,信源文件为一段语音,其采样率为22.05kHz,16位单声道。信源经过一个带限滤波器后,单边带宽被限制为1kHz。调制模型采用常规幅度调制(AM),载频为4kHz,调制信号加入窄带高斯白噪声。解调器采用两种解调方式:相干解调和非相干解调――平方律检波,比较在不同功率的噪声背景下两种解调方式得到的语音信号的质量。最后,将所得的解调信号接入simulink的示波器与信源信号进行比较,同时将解调的信号送入音频设备听其质量。

基于simulink的语音通信系统仿真模型如图1所示:

图1语音通信系统框图

三、语音通信子系统设计

(一)信源

在simulink的DSP Blockset中提供了两种与操作平台相关的音频读模块[2]:

1.From Wave Device:Simulink在仿真过程中将“实时地”从音频接口读入一个连续的音频流数据。

2.From Wave File:从wav音频文件中“实时地”读入数据并输出。

本文采用从wav音频文件中“实时地”读入数据并输出的方式。

(二)语音信号的调制与解调

1.语音信号的调制

在调制模块中选择DSB-AM调制,载频为4khz,采样率为22.05khz。由调幅的原理可知[3],信源叠加一个直流分量然后与载波相乘即可得到DSB-AM信号。直流分量先设置DC=1,然后改变直流分量值,分析比较不同直流分量对两种解调性能的影响。

2.相干解调

相干解调仿真子系统如图2所示。模块输入为DSB-AM信号,解调信号输出到示波器和音频输出设备。用于解调的载波信号先设置为与调制载波信号同频同相,即4khz,初相位为0。然后,修改载波值,分析比较载波同步对解调性能的影响。

图2相干解调

为了无失真的恢复调制信号,低通滤波器的通带截止频率设计为1khz,阻带截止频率设计为1.5khz,通带纹波为1dB,阻带衰减为50dB,采用Kaiser窗函数,阶数为130阶。

最后,为了去除叠加的直流分量,无失真的恢复信源信号,经过低通滤波的信号需要再通过一个高通滤波器。高通滤波器也采用FIR滤波器,阻带频率为50hz,通带频率为信源信号频率1khz,采用Kaiser窗函数,阶数为68阶。

3.非相干解调――平方律检波

非相干解调子系统采用平方律包络检波,如图3所示。由于信源信号经过带限后频率限制在W=1khz之内,载波的频率为Wc=4khz,于是AM信号的频率在Wc-W=3khz和Wc+W=5khz之间。

图3平方律检波

经过平方处理以后DSB-AM信号的频率成份包含2W=2khz以内部分和2(Wc-W)-2(Wc+W)即6khz-10khz部分。为了无失真的恢复调制信号,需要滤除2(Wc-W)-2(Wc+W)即6khz ～10khz频率部分,仅保留2W=2khz

以内的频率部分。于是,FIR低通滤波器通带频率设计为2khz,阻带频率为2.5khz,通带纹波为1dB,阻带衰减为50dB,采用Kaiser窗函数,阶数为130阶。

和相干解调子系统类似,为了去除叠加的直流分量,无失真的恢复信源信号,经过低通滤波的信号也需要再通过一个高通滤波器。高通滤波器的参数设计同相干解调中高通滤波器。

四、性能比较与分析

(一)相干解调与非相干解调性能比较与分析

当信道加入均值为0,方差为0.01的高斯白噪声,系统仿真时间设置成为8s的时候,仿真结果如图4所示。图5是信道加入均值为0,方差为0.0001的高斯白噪声,系统仿真时间设置成为8s的时候的仿真结果。可以看到当噪声方差为0.01的时候,解调出来的SNR要比噪声方差为0.0001的时候的SNR要小,同时也可以播放解调出来的语音信号,听其与原语音信号的质量差异。

从图4和图5中可以看到,当载波同步的时候,由相干解调出的语音信号的噪声较小,其信噪比SNR较大。当不断增大噪声的功率,也就是噪声的方差的时候,用耳机去听相干解调和非相干解调的语音信号的质量发现,非相干解调的语音信号完全淹没在噪声之中,但相干解调的语音信号仍然可以辨别,所以相干解调的性能要好于非相干解调的性能。

图4噪声方差为0.01载波同步仿真输出

图5噪声方差为0.0001载波同步仿真输出

(二)载波同步对相干解调性能的影响

当载波不同步时,相干解调的性能会大大下降。仿真结果如图6,用于调制的载波初相位为零,而用于相干解调的本地载波初相位设置为0.5π,可以看到相干解调出来的信号基本被噪声淹没,信号的信噪比很低,而对非相干解调没有影响。

图6载波不同步解调

(三)过调幅对包络检波的影响

为了仿真方便,采用1KHz的正弦波为信源。在AM调制的时候,信源叠加的直流分量DC=0.5。采用非相干包络检波的方法解调出来的信号出现了切削失真,其信号的负值部分被削去了,而采用相干解调的方式解调出来的信号却与原发送信号基本一致。

五、结论

本文利用Simulink仿真软件模拟了语音通信的全过程。针对DSB-AM调制,分析比较不同功率的高斯白噪声、载波同步以及过调幅对相干解调和非相干解调的影响,仿真结果说明相干解调的总体性能优于非相干解调的总体性能。

参考文献:

[1]黄永安、马路、刘慧敏,MATLAB7.0/Simulink6.0建模仿真开发与高级工程应用[M].北京:清华大学出版社,2005,46-62.

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关键字：扩频通信系统；同步；捕获；跟踪；仿真

移动通信是当今通信领域最为活跃、发展最为迅速的领域之一，而且越来越成为人们生活中不可或缺的一部分，是人们日常生活中最重要的通信方式之一。有人说如今出门带手机比出门带钥匙更为重要，这种说法一点也不夸张，反而很形象的道出了移动通信对人们生活的重大影响。

移动通信发展到今天，器用户的计数单位已经发展到亿，这在1946年AT&T推出第一个移动电话系统时是完全想象不到的。在这短短的五十年时间里，移动通信能够有如此快速的发展，跟移动通信涉及到的领域，跟移动通信涉及到的领域、综合技术之多、发展之快是分不开的。

随着计算机及通信技术的发展，世界各国对扩频技术的研究与应用已接近，而基于扩频的CDMA移动通信技术也得到迅速发展，其主要原因是在扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，可充分利用各种不同码型的扩频码序列之间优良的自相关特性和互相关特性，以及在接受端利用相关检测技术进行解扩。这样，在分配给不同用户不同码型的情况下很容易的区分不同用户的信号，提取出有用信号，从而实现在宽带上许多对用户可以同时通话，即多址通信。其次，扩频CDMA方式，虽占用较宽的频带，但按平均到每个用户占用的频带来计算，其频带利用率是很高的。此外，扩频CDMA方式有精确的功率控制，可通过保持每个终端在低电平下的发射功率来减小对其他用户的干扰，以保证高质量的传输，同时客服了远近效应问题。采用扩频CDMA方式有精确的功率控制，可通过保持每个终端在低电平下的发射功率来减小其他用户的干扰，以保证高质量的传输，同时客服了远近效应问题。采用扩频CDMA，还有利于组网、进行选呼、增加保密性和解决新用户随机入网等问题。正因为有着不可比拟的优势，扩频CDMA技术已走进中国，并正在电信领域中广泛应用，对他的研究将具有非常深远意义。

从传统上来说，每个多址通信的用户独占一定的资源，比如频带或时隙（或两者兼有），并且每个用户所占资源并不相交。通过码分多址方式，假设每个用户所占的资源相互独立，多址信道便简化成单一点到点的信道，但是每个点到点的信道的容量会受到所分到的频带和时隙的限制，以及由背景噪声造成多路径衰落、阴影效应等传播畸变的影响，二采用扩频技术可以解决上述问题。此外，同步也是扩频通信系统中的一个非常重要的实际问题。同步与否，关系着扩频通信系统能否正常工作；同步好坏，直接影响着系统的工作稳定性；同步快慢，决定着系统刚干扰能力的强弱。

1 CDMA及扩频原理

CDMA就是利用相互正交的不同编码序列分配给不同用户调制信号，实现多用户同时使用同一频率接入系统和网络的通信技术。CDMA按照其采用的扩频调制方式的不同，可以分为直接序列扩频（DS）、调频扩频（FH）、跳时扩频（TH）和复合式扩频等。其中，以DS-CDMA也就是直扩码分多址应用最广。

1.1 DS-CDMA通信技术及特点

CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，是原数据信号的带宽被扩展，在经载波调制并发送出去。接受端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽新号作相关处理，把带宽信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。

我们知道，在无线蜂窝通信系统设计中，必须妥善解决好几个方面的问题：其一，由于无线链路上的多径效应带来的衰落；其二，由于复用环境下多个用户在接入时彼此干扰造成的系统性能诸如呼损率、掉话率的恶化；其三，尽可能扩大容量。CDMA移动通信系统的扩频技术通过所谓扩频增益的提高可以很好的改善恶劣信道的影响。另外，CDMA作为一种多址方式，不同于从前的FDMA（频分多址）、TDMA（时分多址）。后两种多址方式将接入所需的资源进行划分，使得用户等效为独立的单信道环境下工作，而CDMA系统实现了含频域、时域和码域三维信号处理的一种协作，因此它具有抗干扰性好，抗多径衰落，保密安全性高，同频率可在多个小区内重复使用，容量和质量之间可权衡取舍等属性。这些属性使CDMA比其他系统有非常重要的优势。

CDMA系统是一个干扰受限系统，系统信噪比对于所能达到的用户数有着显著的影响。William C.Y.Lee曾指出并论证了具有功率控制CDMA系统的用户量是FDMA方式的20倍，是TDMA方式的4倍。而利用语音通话时的激活周期（35%）和空间划分可以进一步减小诸如远近效应所引起的干扰，提高系统容量。理论和实践证明，与FDMA、TDMA相比，以CDMA为接入方式的系统通过功率控制等措施不仅提高了支持的用户数（用户数×单用户传输效率=系统传输速率），还有可能达到或逼近多址信道的信道容量界，有助于达到信息论的“有效性”目标。

针对人们对移动通信保密和抗干扰方面越来越高的要求，移动通信3G标准的制定与实施使用这一切成为可能。第三代移动通信系统主要工作在2GHz频段，其主要目标是支持多媒体业务的高速数据传输，最高数据率可达2Mbit/s。WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA这三种最主要的3G无线传输技术指标，均采用了CDMA技术，即CDMA技术是第三代移动通信技术的关键技术，而直接序列扩频（DS-SS）技术在CDMA中应用最为广泛。

直接序列扩频的CDMA系统，就是直接使用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱；而在收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始信息。扩频码的序列多采用伪随机码，也称为为噪声（PN码）序列。由于不同的扩频码是正交或者接近正交的，彼此相互影响很小，因此，可以把不同的扩频码作为用户的地址吗，则很容易实现码分多址（CDMA）通信。其特点如下：

（1）各用户使用同一频段，频谱效率较高；

（2）具有抗多径、抗干扰特性；

（3）采用RAKE接收机提高抗多径性能；

（4）PN码具有类似噪声的性能；

（5）发射谱密度低，信号隐蔽。

2 扩频通信的主要特点

自20世纪40年代后期，特别是80年代以来，扩频技术被广泛应用与各种军事系统中。由于其性能独特，在移动通信、卫星通信中也获得了广泛应用。扩频通信技术的主要特点概括如下：

2.1 抗干扰能力强

抗干扰能力强是扩频通信最基本的特点。扩频系统的扩展频谱越宽，获得的处理增益越高，干扰容限就越大，抗干扰能力就越强。接收端采用与发送端同步的扩频码解扩后，又用信号得到恢复，其他干扰信号的频谱就被展宽了，从而使落入信息带宽内的干扰强度大大降低，从而抑制了干扰。

2.2 保密性好

保密性好是扩频通信最初在军事通信中获得应用的主要原因。由于扩频系统使用周期很长的伪随机码进行扩频，经调制后的数字信息类似于随机噪声，在接收端进行解扩时，只有采用与发送端同步的扩频码才能正确的恢复发送的信息。而且在不知伪随机码时破译是很困难的，所以信息得到了保密。此外，由于扩频信号的频谱被扩展到带宽很宽的频带内，其功率频谱密度也随之降低，难以检测，所以信号具有隐秘性。

2.3 具有抗衰、抗多径干扰能力

由于扩频通信系统的信号频谱被展宽，所以扩频系统具有潜在的抗频率选择性衰落的能力，此外，扩频通信系统还能有效的客服多径干扰。

2.4 具有多址能力，易于实现码分多址

扩频通信系统中用伪随机序列扩频，在实际的通信系统中可以利用不同的伪随机序列作为不同用户的地址码，从而实现码分多址

通信。

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无线通信是近年发展较快和应用较广的技术，本文通过对某电厂技术改造的研究，提出了以无线通信代替传统电缆通信的方案。该方案具有实施灵活简便、系统稳定性好的特点，同时较低的改造成本亦便于推广。

关键词：无线通信；电缆；工业控制通信系统；成本

一、目的

传统工业控制通信系统一般使用电缆作为信号传输介质，建立这样的系统需要完成大量的基建工作（制作电缆通道），支付高昂的原料成本，且建成后升级改造和故障排除均十分困难，这对生产企业来说既难以接受又无可奈何。

本文的研究目的在于尝试设计和建立一种无线工业控制通信系统，在满足工业控制系统通信稳定可靠的情况下，同时具备价格低廉和安装维护简便的特点，以代替传统的电缆通信。

二、案例

某电厂燃料码头现有二台25T桥式抓斗卸船机，自2011年开始，卸船机与输煤集控之间通信故障频发，在卸煤作业中联锁状态时有时无，故障除了影响生产效率外，更对巡检人员的安全构成了威胁。

1.故障分析

（1）电缆线芯受损：由于码头工作环境相对恶劣，电缆保护外壳易老化损坏，此时，卸船机行走所产生的拉力将有部分由电缆线芯承担，线芯因此出现断裂现象，引起故障。

（2）通信终端故障：收发信息的I/O模块跟转换电压用的继电器，在自身损坏或接线不牢的情况下均可能引起故障。

2.改进方法

设计并建立一个基于无线通信技术的工业控制通信系统，新系统不再使用通信电缆及相关的通信终端，故障亦随之消除。

设计系统工作流程如下：使用PLC/上位机采集控制系统中的数据，再利用硬件对该数据进行调制，发射电台将经过调制后的数据以电磁波的形式传播到信号覆盖区域内，指定的电台对其进行接收、解调，最终数据到达目标上位机/PLC处。

根据实际工况，通信系统按照1主站4从站的方式配置，如图1所示；选用了型号为RLXIB-IHN的以太网调制解调器作为电台使用，性能参数见表1。

三、结论

月度维护随机地点测试结果（组图1）：

1.通讯的无线信号强度：

输煤运转楼主站：为信号发送者信号满格，频道带宽为2.4G*2

煤电综合楼从站：SNR=27，信号为 优良

频道带宽为2.4G*2，与主站通讯标称速度为 300M

现有信号下通讯 速率最大150M

数据交换速度为 1～2ms 一次。

#1卸船机从站：SNR=27 ，信号为优良。

频道带宽为2.4G*2，与主站通讯标称速度为 300M

现有信号下通讯 速率最大150M

数据交换速度为 1～2ms 一次，偶尔出现3ms速度。

#2卸船机从站：SNR=30，信号为优良

频道带宽为2.4G*2，与主站通讯标称速度为 300M

现有信号下通讯 速率最大180M

数据交换速度为 1～2ms 一次。

集控室从站：SNR=24，频道带宽为2.4G*2。

与主站通讯标称速度为 110M 。

实际通讯 速率180M

数据交换速度为 1～2ms 一次，偶尔出现3ms速度。

沙角A电厂进行无线通信系统的改造成本约为10万人民币，整个改造周期约为2个月，期间可沿用原通信系统；若更换通信电缆，不计算基建费用，材料成本约为19万人民币，改造周期约为1个半月，期间设备须停运，由此可见，无线通信系统成本更低，施工过程更灵活。

在现场试运的半年时间内（含雷暴、台风等恶劣天气），该系统未出现过通信故障，且在指定区域进行随机抽查得到的信号强度均能达到良好水平，故认为其稳定可靠。

新技术发展成熟从而代替旧技术，是科技发展的普遍规律，凭借着低廉的成本、简便灵活的实施方式，无线通信也将在工业控制领域上逐渐替代电缆通信。

四、经验分享

本次改造的过程总体而言比较顺利，对此本人亦有一些心得，在此分享。

电台位置选择

在为电台选择安装地点时必须考虑周边的地理状况对信号产生的影响，只要仔细留意图1，就可发现电台的选址均在较高且四周无障碍物处，这样可以有效减少信号衰减，增强通信系统的稳定性。

1.硬件兼容性

不同厂家之间的工业控制产品大多存在硬件上不兼容的问题，在购买硬件前应先通过咨询销售方技术人员进行确认，以免出现需额外增加转换器的状况。

2.系统实现方法

只要确定了系统的工作流程，即可利用软硬件进行实现，方法繁多，不一而足，现提供案例中的解决方案以作参考：

（1）此方案选用了OPC软件KEPSERVER及组态软件INTOUCH；

（2）将KEPSERVER及INTOUCH安装至上位机；

（3）使用INTOUCH与本地PLC组态，建立变量表；

使用KEPSERVER与远方PLC连接，再根据上位机的操作，从远方PLC读取数据至变量表中或从变量表中抽取数据写至远程PLC中。

至此即可实现两个控制设备之间的无线通信。

参考文献：

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【关键词】光纤通信技术 铁路通信 应用技术

从光纤通信问世到现在，光传输的速率以指数增长，光纤通信技术得到了长足的进步， 应用范围也不断扩大。随着铁路通信朝着数字化、综合化、宽带化、智能化方向发展，光纤通信技术已经大量应用于铁路通信系统中，显著地提高了铁路通信能力，极大地促进了铁路通信系统的完善和发展。

一、光纤通信概述

光纤通信是以很高频率（大约1014Hz）的光波作为载波、以光纤作为传输介质的通信。1966年7月，美籍华人高锟博士《用于光频的光纤表面波导》，分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性，预见了低损耗的光纤能够用于通信，敲开了光纤通信的大门。1970年，美国康宁公司根据高锟论文的设想首次研制成功当时世界上第一根超低损耗光纤（衰减系数约为20dB/km），光纤通信时代由此开始。由于光纤通信具有损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点，备受业内人士青睐，发展非常迅速。光纤通信系统的传输容量从1980年到2000年增加了近一万倍，传输速度在过去的10年中大约提高了100倍。目前，光纤通信技术已有了长足的发展，新技术也不断涌现，进而大幅度提高了通信能力，并不断扩大了光纤通信的应用范围。

二、光纤通信技术现状

（一）波分复用技术

波分复用技术可以充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，根据每一信道光波的频率（或波长）不同，将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器（合波器），将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。在接收端，再由一波分复用器（分波器）将这些不同波长承载不同信号的光载波分开。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立（不考虑光纤非线性时），从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。

（二）光纤接入技术

光纤接入网是信息高速公路的“最后一公里”。实现信息传输的高速化，满足大众的需求，不仅要有宽带的主干传输网络，用户接入部分更是关键，光纤接入网是高速信息流进千家万户的关键技术。在光纤宽带接入中，由于光纤到达位置的不同，有FTTB、FTTC、FTTCab和FTTH等不同的应用，统称FTTx。FTTH（光纤到户）是光纤宽带接入的最终方式，它提供全光的接入，因此，可以充分利用光纤的宽带特性，为用户提供所需要的不受限制的带宽，充分满足宽带接入的需求。

三、光纤通信技术发展趋势

（一）超高速、超大容量和超长距离传输

超大容量、超长距离传输的波分复用技术极大地提高了光纤传输系统的传输容量，在未来跨海光传输系统中有广阔的应用前景。近年来波分复用系统发展迅猛，目前1.6Tbit/的 WDM 系统已经大量商用，同时全光传输距离也在大幅扩展。提高传输容量的另一种途径是采用光时分复用（OTDM）技术，与WDM通过增加单根光纤中传输的信道数来提高其传输容量不同，OTDM技术是通过提高单信道速率来提高传输容量，其实现的单信道最高速率达640Gbit/s。仅靠OTDM和WDM 来提高光通信系统的容量毕竟有限，可以把多个OTDM信号进行波分复用，从而大幅提高传输容量。偏振复用（PDM）技术可以明显减弱相邻信道的相互作用。由于归零（RZ）编码信号在超高速通信系统中占空较小，降低了对色散管理分布的要求，且RZ编码方式对光纤的非线性和偏振模色散（PMD）的适应能力较强，因此现在的超大容量WDM/OTDM通信系统基本上都采用RZ编码传输方式。WDM/OTDM混合传输系统需要解决的关键技术基本上都包括在OTDM和 WDM通信系统的关键技术中。

（二）光孤子通信

光孤子是一种特殊的ps数量级的超短光脉冲，由于它在光纤的反常色散区，群速度色散和非线性效应相互平衡，因而经过光纤长距离传输后，波形和速度都保持不变。光孤子通信就是利用光孤子作为载体实现长距离无畸变的通信，在零误码的情况下信息传递可达万里之遥。光孤子技术未来的前景是：在传输速度方面采用超长距离的高速通信，时域和频域的超短脉冲控制技术以及超短脉冲的产生和应用技术使现行速率10～20Gbit/s提高到100Gbit/s以上；在增大传输距离方面采用重定时、整形、再生技术和减少ASE，光学滤波使传输距离提高到100000km 以上；在高性能EDFA方面是获得低噪声高输出EDFA。

（三）全光网络

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摘 要：能量采集技术作为一种环保方便的延长系统的使用寿命的有效途径，近年来备受关注。本文描述了通信系统几个具有代表性的能量采集技术，重申其重要作用和意义。

关键词：能量采集；压电技术；太阳能；激光

传统的能量通过有限能量的电池供应，不仅需要固定时间更换，而且在环境恶劣的条件下很难操作。而从周围环境中可利用的再生资源进行采集能量，如太阳能、风能，来供应能量受限的无线网络不仅环保而且十分方便。近些年来，一种新兴的可利用资源无线频率信号（RF）引起了专家学者的P注[1]。由于无线频率信号中不仅包含有用的信息，同时还携有可利用的能量。因此，能量受限的无线通信网络用户可以在能量收集的同时进行相关的信号处理[2]。不仅如此，能量采集技术也为移动用户带来方便。基于以上现状，本文将机械能、太阳能供电及激光主动供电这几种能量采集技术进行了分析和对比。

1 机械能

由于机械振动能量的普遍存在性，合理地利用振动能量将会是一种有效的方法。而压电能量采集技术速度快、无电磁干扰、成本低的特点使得其脱颖而出。

该技术的原理是：当系统在外界力作用下，根据能量守恒定律，该外部机械能可以转换为弹性势能，动能，机械损耗能以及电能，电能经过压电能量采集电路可应用于负载。参考文献[3]中讨论了三种经典的压电能量采集技术：被动式、半主动式及主动式，在理论上分析了其原理和框架。文献[4]对改进型能量采集电路进行了阐述。

压电能量采集技术已经有了很大的进步，但是仍处在研发阶段，还未大规模应用。

2 太阳能

能量密度高的特点使太阳能在能量采集技术中得到了广泛应用，太阳能采集模块采集到太阳能后存储到能量储存模块，与此同时，管理模块会进行充放电的控制以及电路的监测。

文献[4]说明了Heliomote、Fleck和ZebraNet系统由于对电压大小的限制，使得能量利用率不高。文章又对比分析了Ambimax、Duracap等系统的优缺点，总结出目前太阳能采集系统最大的瓶颈是能量利用率不高。

3 激光主动供能

所谓“激光”，即“受激辐射的光放大”，众所周知，电子分布在不同的能级上，受到光子激发后，高能级电子会发生跃迁，从而辐射出与激发它的光同性质的光。文献[5]提出了一种“单对多”的供能网络，得到了最大功率点追踪的实现方法。但是在实际应用场景下，此方法的研究工作有待进一步开展。

结束语

能量采集通过收集周围环境中的微小能量，将之转换成电能，绿色环保效率高，将成为通信领域最有潜力的研究方向之一。

参考文献

[1]L. R. Varshney，“Transporting information and energy simultaneously， ”in Proc. 2008 IEEE ISIT.

[2]P. Grover and A. Sahai，“Shannon meets Tesla： wireless information andpower transfer，” in Proc. 2010 IEEE ISIT.

[3]张利伟，郑国强，李继顺.压电能量采集技术研究[J].火力与指挥控制，2013.

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关键词：微机保护；通信系统；串行通信；以太网

1 引言

变电站自动化技术经过10多年的发展已经达到很高的水平，在我国城乡电网改造与建设中不仅中低压变电站采用了自动化技术实现无人值班，而且在220 kV及以上的超高压变电站建设中也大量采用自动化新技术，从而大大提高了电网建设的现代化水平，增强了输配电和电网调度的可能性，降低了变电站建设的总造价。随着计算机技术、网络技术的迅猛发展，以太网技术在工业领域得到了广泛应用[1，2]。以太网具有良好的开发性、稳定性、易维护性、传输速度快、价格低廉、易于实现与上层管理信息网络的无缝连接，而且为不同厂商的产品提供了一个统一的接口，便于实现互联和互操作[3，4]。因而，在微机保护中可采用以太网构建通信系统，同时，为了兼顾传统的通信模式，设计中仍然保留了串行通信接口。本文以串行通信与以太网通信相结合的通信系统为出发点，就相关问题进行阐述。

2 硬件构成

2.1 串行通信接口

装置中，考虑到需要处理的数据较多，数字算法的计算量大，因此在保护CPU的选择上采用的是TI公司的新一代高性能32位浮点DSP芯片TMS320VC33。由于在VC33的内部结构中没有集成通用异步接收发送器（UART），所以当保护系统与厂站局域网、远方调度进行数据通信，并要求有较高的实时性时，就必须扩展异步通用芯片，以求得到较高的通信速度。本装置采用的通用异步接收发送器芯片是TI公司的TL16C752，它具有低功耗、高速度的特点，最大数据传输速率可达1.5Mb/s，且接收器与发送器相互独立，可进行DMA操作，控制灵活方便。同时还具有回读功能，可以在线诊断，它提供了两组增强型的独立UART接口，具有16字节的发送和接收FIFO、MODEM控制接口和通信状态寄存器。它与DSP芯片的结构示意图如图1所示。

在装置中设置了两个串行通信口，其中串口1固定为RS-232，在实际应用中用来实现串口打印实时数据和各种参数，串口2可以通过跳线选择为RS-232或RS-485模式，用来组网通信。装置中的CPLD芯片主要是用来产生片选、读写等控制逻辑，它采用的是XILINX公司生产的XC95144；加入光隔则提高了通信的抗干扰能力；电平转换芯片MAX232ACSE与MAX490ESA的作用是使信号电平（TTL电平）转换为RS-232或RS-485电平，或进行二者之间的逆转换。

2.2 以太网接口

在装置中选择RTL8019AS作为以太网控制芯片。选择好DSP芯片和网络芯片之后，要以TMS320VC33和RTL8019AS构建以太网，关键在于DSP 处理器与网卡控制芯片之间的接口设计。下面就讨论TMS320VC33芯片与RTL8019AS芯片之间如何进行连接，从而实现有效的数据通信。

在TMS320VC33和RTL8019AS之间通过XILINX公司生产的CPLD芯片XC95144进行连接，硬件结构的示意图如图2所示，其中XC95144在接口电路中起逻辑转换的作用，存储芯片AM29F400B75EC用来存储网卡芯片初始化等信息。

基于DSP与RTL8019AS组成的以太网，DSP主处理器与网卡之间的接口主要实现的功能有[5-7]：

(1) 主处理器通过接口电路对网卡芯片进行控制，包括对网卡的逻辑控制、读写控制、复位等;

(2) 主处理器与网卡之间的数据交换，DSP通过接口电路对网卡接收数据进行读取，将需要发送的数据写入网卡缓存。

3 通信功能的软件实现

3.1 串行通信的软件设计

3.1.1 UART的驱动程序设计

对于通用异步接收发送器（UART）TL16C752的驱动程序设计，就是对与DSP芯片通信相关的内部寄存器进行操作，下面就简要介绍一下相关的寄存器的情况与设置。

3.1.1.1 线路控制寄存器（LCR）

线路控制寄存器(LCR) 存放串口传送的二进制位串数据格式，LCR 是一个8位的寄存器，各位的定义如下：d0d1是字长选择位，若d0d1=00，传送的字长为5 位; d0d1=1 时字长为6；d0d1=0时字长为7；d0d1=11 时字长为8。d2位是停止位选择，d2=0 时停止位为1位；d2=1时停止位为1.5位。d3=0 时校验有效；d3=1 时检验无效。d4是校验类型位， d4=0 时进行奇校验；d4=1 时进行偶校验。d7位(DLAB) 是锁定波特率发生器位， d7=1 时访问波特率因子寄存器; d7=0 时访问其他寄存器。

在本系统中，使d0d1=11，选择的8位字长；d2=0，选择1位停止位；d3=0，校验有效；d4=1，选择进行偶校验。

3.1.1.2 波特率因子寄存器（DLL&DLH）

两个8位的波特率因子寄存器构成一个16位的波特率因子寄存器。在TL16C752的内部具有波特率发生器， 产生发送数据的时钟信号。波特率因子可以通过下列算式求出:

波特率因子=基准时钟频率/ (16×波特率)

在本系统中，我们采用的基准时钟频率为1.8432MHZ，先将LCR中的d7置1以便访问波特率因子寄存器，再将波特率因子寄存器写为16，将波特率设为9600。接着将LCR中的d7写回0，以便访问其它寄存器。

3.1.1.3 FIFO控制寄存器（FCR）

这个寄存器用来设置FIFO的允许/禁止、清除FIFO、设置接收FIFO的触发级别和选择DMA模式。先将FIFO的d0写1，以使能接收与发送FIFO；将它的d0d1全写1，用于复位接收与发送FIFO；将d6d7两位写1，设置接收器FIFO中断的触发标准为60characters。

3.1.2 通信的软件设计

除了发送接收程序段在定时器中断中执行以保证稳定的通讯速率外，保护软件通讯模块的大部分工作在主程序初始化后的死循环中进行。使用了串口芯片的FIFO功能以提高通讯的速度。

在约定的监控系统与保护系统之间采用主从方式进行通讯，因而保护系统总是被动接收指令，即始终为从动站。保护系统的通讯模块在完成初始化工作后随即进入接收状态。当通讯接口收到完整的链路规约数据单元（LPDU）时将对其进行校错，出错丢弃这个数据单元。保护系统收到的LPDU有3种类型：第一种是2级数据请求帧，保护系统将以测量值LPDU作为回答；第二种是1级数据请求帧，此时先判断FCB是否变化，有变化则以新的ASDU形成LPDU并填充发送缓冲区，否则重发上一个LPDU；第三种是命令帧或下传数据帧。在这里我们将2级数据与1级数据同时召唤，使用户进程得以简化。当保护系统完成监控命令或准备好应答数据时，将形成发送数据包的若干个ASDU等待传送，然后发送规定格式的命令确认帧以通知监控系统接收命令执行结果或反馈数据。另外，有启动事件或故障事件发生时，保护系统会将上传LPDU的ACD位置位，以通知监控系统建立启动/故障数据传输过程。保护系统的程序流程图如图3所示。

3.2 以太网通信的软件设计

通过对DSP编程， 来实现RTL8019AS初始化、发送数据、接受数据，嵌入式TCP/IP协议等功能，在处理数据步骤之前，还需要对网络控制器进行必要的检测、复位和初始化。网络接口通过2个DMA操作来完成数据的接收和发送。本地DMA完成RTL8019A S与其内部FIFO队列之间的数据传送，远程DMA 完成RTL8019AS与CPU之间的数据传送。

3.2.1 RTL8019AS的初始化

要进行网络通信就必须对网络控制芯片初始化，初始化比较烦琐，但是它有着非常重要的地位，往往决定着网络通信的一些重要参数。为了使RTL8019AS启动并处于准备接收或准备发送数据的状态，必须对相关的寄存器进行初始化。这些寄存器主要包括指令寄存器CR，数据结构寄存器DCR，远程字节数寄存器RBCR，页面开始寄存器PSTART，页面停止寄存器PSTOP，中断状态寄存器ISR，中断屏蔽寄存器IMR，实际地址寄存器PAR0-5，多点地址寄存器MAR0-7，当前页面寄存器CURR，传输配置寄存器TCR，接收结构寄存器RCR等。

3.2.2 数据的收发

通过对地址及数据口的读写来完成以太网帧的接收与发送。要接收或发送数据包就必须读写网络控制卡RTL8019AS内部的16KB的RAM，必须通过DMA进行读和写，网络接口通过2个DMA操作来完成数据的接收和发送。即本地DMA完成RTL8019A S与其内部FIFO队列之间的数据传送，远程DMA 完成RTL8019AS与CPU之间的数据传送。

3.2.2.1 数据包的发送

数据包的接收大体包括三个步骤：数据包的封装，通过远程DMA将数据包送到数据发送缓存区，通过RTL8019AS的本地DMA将数据送入FIFO进行发送。下面讲述发送的具体操作：

(1)数据包在发送前按规定的格式封装好，在封装时我们采用的是一个标准的IEEE802.3以太网物理传输帧格式，它的基本封装格式如表1所示。

(2)把按以太网帧格式封装好的数据包通过远程DMA写入RTL8019AS的数据发送缓存区。具体操作是首先主机设置好远端DMA开始地址(RSAR0，1)和远端DMA数据字节数(RBCR0，1)，并在CR中设置为“写数据”，就可以从远端DMA口寄存器里把数据写入芯片RAM。

(3)启动本地DMA将缓存区内的数据发送出去。即待发送的数据包存入芯片RAM后，给出发送缓冲区首地址和数据包长度(写入TPSR、TBCR0，1)，然后启动发送命令(CR=0x3E)即可实现8019AS发送功能。8019AS芯片会自动按以太网协议完成发送并将结果写入状态寄存器。

3.2.2.2 数据包的接收

以太网数据包的接收过程和数据包的发送过程刚好相反。首先是将网络上的电信号变成数据存入芯片的接收缓存中，然后主机设置好远端DMA开始地址(RSAR0，1)和远端DMA数据字节数(RBCR0，1)，并在CR中设置“写数据”，从远端DMA口寄存器里把数据从芯片RAM读到系统RAM中。接收缓冲区构成一个循环FIFO队列，PSTART、PSTOP两个寄存器限定了循环队列的开始和结束页，这两个寄存器的设置是在以太网控制芯片的初始化中完成的。CURR为写入指针，受芯片控制，BNRY为读出指针，由主机程序控制，根据表达式“CURR=BNRY+1?”可以判断是否收到新的数据包，新收到的数据包按表2的格式存于以CURR指出的地址为首址的RAM中。当CURR=BNRY时芯片停止接收数据包。

3.2.3 嵌入式TCP/IP协议选择

TCP/IP协议实质上是一系列协议的总称，TCP/IP协议是一组不同层次上的多个协议的组合，包含十几个协议标准[8]。本文介绍的以太网接口是专门为继电保护而设计的，不要求实现所有的TCP/IP协议，所以选择的嵌入式TCP/IP是对TCP/IP协议族进行选择并简化而形成的协议集合。本设计实现的协议如图4所示，通常分为四层（物理层除外）。

(1)链路层中实现了ARP（地址解析）协议。它主要是将32位的IP地址动态地映射为48位的以太网地址，从而保证网络的正确传输。另外，在设计中把IP地址存储于本地存储器中，不必从其他服务器得到IP地址，这样就无需实现RARP（逆地址解析）协议。

(2)在网络层中主要实现了IP（网际）协议和ICMP（网络控制报文）协议。IP协议是TCP/IP 协议簇中最核心的协议，它提供无连接的数据报传送服务，所有上层协议都要以IP数据包格式传输。ICMP协议负责传递差错报文以及其它需要注意的信息，在设计中只实现了对回显请求（类型代码为0）报文的处理，从IP层收到ICMP包后，判断其类型代码段是否为0，如果是，将类型字段与代码字段设置为00（回显应答），计算检验和，再交给IP层发送；如果不是，则予以丢弃。从而实现了对ping功能的支持。

(3)在运输层实现了UDP（用户数据报）协议。运输层中包括两种不同的协议：TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。TCP是一种面向连接的、可靠的传输层协议，但其时延难以把握，不利于实时数据的传输；UDP协议是一种不面向连接的协议，它只是简单地把数据报从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据报能到达另一端，可靠性必须由应用层来提供，但其有实时性强的特点，能在同一时间将信息传递给所有节点。因此，在微机保护装置中考虑快速性的要求，选择了UDP协议。

(4)应用层主要指用户进程，在保护装置中采用的是国际电工委员会新制定的IEC61850标准，它可以用来实现面向对象和设备的无缝联接通信。

4 结束语

本文介绍了微机保护的一种通信系统，该通信系统采用以太网通信与串行通信相结合的方式构成。文章设计了通信系统的硬件结构、编写了驱动程序与功能软件。设计的通信系统不仅可以满足以太网组网的要求，也可以兼容传统的串行通信要求，将大大地促进电厂和变电站综合自动化的进程。

参考文献：

[1] 习伟.新型高压线路保护装置的管理与通讯系统的研究[D].华中科技大学硕士学位论文，2003.

[2] 李正天.新型发电机保护装置及其通信系统的研究[D].华中科技大学硕士学位论文，2005.

[3] 吴在军，胡敏强，杜炎森.嵌入式以太网在变电站通信系统中的应用[J].电网技术，2003，27(1):71-75.

[4] 杨刚，杨仁刚，郭喜庆.嵌入式以太网在变电站自动化系统智能化电气设备的实现[J].电力系统自动化，2004，28(3):74-77.

[5] 卢虎.基于DSP的以太网技术及其实现[D].西北工业大学硕士学位论文，2003.

[6] 郭胜江，陈朝阳.一种基于DSP的可插拔式以太网接口的设计与实现[J].电子工程师，2004，33(3):41-44.

篇10

关键词：地铁；民用通信系统；传输系统；功能要求

一、概述

地铁民用通信系统顾名思义就是地铁内的移动运营商通信系统，其主要功能是对地铁乘客及其他人员提供通信服务。由于地下信号强度有其自身的特点，就需要对地铁内的通信进行特殊的传输方式，以保障地铁内人员有效的接收到移动服务信号，方便人们的工作于生活。地铁民用通信系统包括传输系统、无线系统、电源系统。传输系统是民用通信系统的基础网络，起着非常重要的作用，它为无线和网管监控系统等提供可靠的、冗余的、可扩展的、灵活的信道。

传输系统作为民用通信系统的基础，它的性能将直接决定着民用通信系统的服务范围和服务质量，所以系统的安全性、高效性和可靠性将是本传输系统追求的目标，组网时应按可靠性、可用性和经济性相结合的原则考虑。

二、民用通信系统对传输系统的要求（以MSTP为例）

1、系统构成

1.1、系统构建方案

利用隧道两侧敷设的光纤，组成2个相切于某一车站带宽不小于2.5Gb/s的二纤通道自愈保护环。

1.2、网元管理系统

需设置一套网元管理系统，负责网元（NE）的性能、故障、配置及安全等方面的管理。必须设置1套网管终端（含相应网管软件）。

1.3、同步定时系统

设一套的GPS+BITS系统，为环路传输设备提供统一的高精度、高稳定度、高可靠的同步定时基准主用信号。在同步时钟信号源故障时，依靠SDH的内部时钟维持同步来满足同步需求。在设置同步时，应避免出现同步环路。

1.4、勤务通信系统

配置一套勤务通信系统（含勤务电话），便于调试、维护人员相互联络。应能根据需要单呼、群呼、选呼各站。

2、传输设备硬件

各种用户接口应有过压过流保护功能：设备的过压过流保护性能应符合ITU-T建议 K20的要求。

提供的SDH ADM设备（标准型）应配置至少二个外同步时钟输入接口和二个外同步时钟输出接口。

传输设备交叉板、电源板、时钟板、主控板等主要板卡应提供（1+1）热备配置，2M业务接口板应提供1：N热备配置。

光传输系统应具有可扩展性和平滑升级能力，为今后的业务接入和增长预留条件。设备应具有模块化结构，便于通过改变单元数量、种类及调整软件对设备进行扩容、升级和重新配置。

3、传送功能要求

3.1、以太网业务透传功能

以太网业务透传功能是指来自以太网接口的数据帧不经过二层交换直接进行协议封装和速率适配后映射到MSTP 的虚容器VC 中，然后通过MSTP 节点进行点到点传送。

3.2、以太网二层交换功能

MSTP节点支持二层交换功能，是指在一个或多个用户侧以太网物理接口与一个或多个独立的系统侧的VC通道之间，实现基于以太网链路层的数据包交换。

3.3、支持组播。

支持基于用户的端口接入速率限制。对于超过接入速率限制的数据包，在交换拥塞时优先丢弃。

3.4、支持业务分类（CoS）。

每个接口具备多个输入/输出队列；可以根据端口、VLAN信息以及其它协议字段作流量分类；实现基于端口、MAC地址、数据帧类型、VLAN标签等不同特征的流量分类；实现基于流量分类的速率限制，速率粒度应较小以利于合理分配。

3.5、以太环网功能

基于MSTP的多业务传送节点的以太环网功能，是指在MSTP环路中分配指定的环路带宽用来传送以太网业务，要求具有如下具体功能：

以太网环路的传输链路带宽可配置；以太网环路带宽的统计复用功能；以太网环路中各节点端口带宽的动态分配；以太网环路的保护倒换功能。

4、网络保护功能

网络保护应具有路径保护及子网连接保护两种结构。路径保护应采用复用段保护方式。保护方式的倒换应具有双向倒换及单向倒换以及恢复方式/非恢复方式；子网连接保护应采用通道保护环或通道保护方式。保护方式的倒换应具有双向倒换及单向倒换以及恢复方式/非恢复方式。保护倒换应该在50ms内完成。

5、网管功能

应在民用通信系统某一个站点设置一个传输设备网络监控中心，采用网络级管理设备，对光数字传输设备进行网络管理。能实时对全线的光数字所有设备进行配置、故障、性能、安全等功能管理。网管应为全中文界面。

网络管理应具备的功能分为几种，对网络的性能进行监管，在出现故障时要做到故障的管理工作，对其配置方面进行管理，管理安全问题及对网络的统计管理等。

网管设备主要由服务器、网管终端（计算机）、打印机等组成。

6、同步设备要求

在网管中心设置一套GPS+BITS系统，向传输设备提供标准同步定时基准信号。

同步设备应采用双铷钟配置。同步设备应具备SSM功能，其功能包括发送与接收信息，对信息进行设置并处理等，2.048Mb/s输入、输出口的帧结构和SSM格式应符合ITU-T G.704建议。

同步设备应为模块化结构，便于升级和扩容，其主要配件应冗余配置。

同步设备应能配备两个输入单元，接收基准信号的数目为2个，输入单元将基准信号送往时钟单元和输出单元。如果两个时钟单元同时发生故障，输入单元能够将定时基准信号直接送往输出单元，以维持同步网的正常运行。

四、总结

通过上述文字的阐述，使我们进一步的了解了地铁民用通信系统对传输系统的具体要求，包括了系统构成要求、传输设备硬件要求、传送功能要求、网络保护功能要求、网管功能要求以及同步设备要求等，根据此些要求能指导我们更好的选择传输设备、更好的选择组网方式，更好地建设民用通信传输系统提供条件。

参考文献：

[1]兰明.浅析地铁建设中的民用通信系统.《科技信息》.2010年2期