有线数字电视系统超宽带技术探讨论文（精选9篇）
有线数字电视系统超宽带技术探讨论文 篇1
信息化时代的到来，计算机技术正在广泛的应用到工作和生活的各个领域中，让人们的生活和工作变得更加便捷。通信服务领域，计算机超宽带技术和有线电视的结合是一种全新的大胆尝试。由于超宽带技术具备自身特有的优势，比如造价不高、传输速度快、计算便捷等等。所以，超宽带技术受到通信传输行业的高度关注，也肯定越来越好的服务在有线电视当中。伴随着有关技术的高速运转，超宽带技术和有线数字电视的结合肯定会给人们生活带来更大的便利。因而，分析有线数字电视系统当中应用超宽带技术十分必要。
1超宽带技术的特点
超宽带技术就是能够在雷达与遥感领域广泛使用，而且所占到的宽带频率超过中心频率的1/4的无线发射方案。具体实施之后可以保证无线通信功能。超宽带和传统的窄带无线通信技术不一样，而且这样的不一样不单单体现在带宽频率的占用当中，还体现在更多的方面上。与3G蜂窝通信扩频宽带技术比较，该技术在应用过程中不需要载波也可以对脉冲信号直接进行调制，同时产生了带宽高出传统带宽，高达几MHz的窄脉冲波形。单纯从带宽宽度来说，超宽带技术要比现如今使用到商业无线通信当中的所有通信技术所占据的带宽都大。超宽带技术自身所具有的低频、高速率的优势直接决定了通信传输事业当中的优点，不仅仅和窄带系统一同使用相同的频段，降低频段闲置浪费，将建设成本降低，将频段的利用价值有效提升，还可以更好更快的将短距离用户高速通信实现，同时确保高速数据通信的可依赖性。目前，超宽带技术已经在商业通信系统当中获得了十分广泛的使用，同时在多媒体设施、家庭网络以及个人网络当中有十分广阔的应用前景。
2超宽带技术的优势
超宽带技术的传输过程中，将占用带宽频率最小化，同时保证传输效率最大化。超宽带技术受到军事领域的特别重视，还在商业与通信行业占据比较高的地位，主要是因为它的传输模式比传统的传输模式要具备更高的价值和意义。大多数的实践研究表示，超宽带技术具备十分显著的特点与优势，首先超宽带技术和其他宽带系统公用频带比较，超宽带技术并不用专门的设定传输通道;其次，超宽带技术不但可以在最少的距离中进行传输，还可以在不影响传输速率的情况下实现多用户之间的传输;接着应用超宽带技术的过程中能够最小化功率消耗，和其他传输技术比较，所消耗的功率最低。然后，超宽带技术设置更加秘密，直接确保了信息的安全可靠性。最后，和其他技术比较，超宽带技术在信息存储方面具备十分巨大的优点，不但可以存储大量信息，还可以快速及时准确的处理信息。
有线数字电视系统超宽带技术探讨论文 篇2
常用于井下人员定位的有红外定位技术、超声波定位技术、射频识别 (Radio Frequency Identification, RFID) 定位技术[1]、蓝牙定位技术、ZigBee定位技术[2]、WiFi定位技术[3]等, 然而这些定位技术大多存在传输距离短、抗多径效应差、定位精度低等问题, 难以实现复杂地质条件下的人员精确定位。超宽带 (Ultra Wideband, UWB) 技术具有抗干扰性能强、传输速率高、电量消耗低、发送功率小等特点[4,5], 目前基于UWB技术的定位精度已达到厘米级[6]。因此, 本文介绍了一种基于UWB技术的井下人员定位系统, 可实现井下人员的实时精确定位。
1 UWB定位技术分析
1.1 2种UWB定位技术比较
常见的UWB定位技术可分为基于到达时间 (Time of Arrival, TOA) 的定位和基于到达时间差 (Time Difference of Arrival, TDOA) 的定位。基于TOA的定位采用测距方法, 得到定位传感器和目标节点之间的直线距离, 每一次TOA测距估计结果对应一个圆方程。基于TDOA的定位也是采用测距方法, 但得到的是2个定位传感器与目标节点之间的距离差, 每一次TDOA测距估计结果对应一个双曲线方程。无论是圆方程还是双曲线方程, 定位测距估计的最终目的就是要通过求解距离方程估计目标节点的位置坐标。
基于TOA的UWB定位技术最大优点是避免了时钟同步[7]。一方面, 它大大降低了系统复杂度, 无需考虑复杂的同步解决方法以及同步误差对测距定位的影响;另一方面, 只要能设计出合理的定位传感器接入机制, 有效避免定位传感器相互之间的干扰, 就能精确地测量脉冲信号的传播时间。但是基于TOA的UWB定位技术能够支持定位的人员数量有限, 不适合对井下众多作业人员进行实时定位, 并且定位的精度有限。基于TDOA的UWB定位技术不是直接利用信号到达时间, 而是利用多个定位传感器接收到信号的时间差来确定目标节点的位置。与基于TOA的UWB定位技术相比, 基于TDOA的UWB定位技术虽然需要时钟同步, 但其定位精度有了很大提高, 适合多用户实时精确定位, 是井下人员高精度定位系统的最佳选择方案。
1.2 基于TDOA的UWB定位技术实现
当定位传感器与目标节点之间时钟不同步, 而定位传感器之间时钟同步时, 可采用基于TDOA的UWB定位技术, 其定位原理如图1所示, 通过在定位区域内布置冗余定位传感器的方法来改善定位性能。
设目标节点的位置坐标为 (x, y) , 定位传感器的位置坐标为 (xi, yi) , i=1, 2, 3, 4。由单向测距机制可知, 收发端节点需要时钟同步。由于定位传感器之间时钟同步, 定位传感器与目标节点的时钟偏差相同, 假设为Δt, 则基于单向测距可建立距离方程组为
式中:c为自由空间中的光速;τi为第i个定位传感器向目标节点发送测距脉冲后目标节点测量得到的脉冲传播时间。
将式 (1) 中第2, 3, 4个等式分别减去第1个等式消掉时钟偏差Δt, 可得
基于单向测距得到τi后, 结合4个定位传感器的位置信息, 利用数值求解方法求解方程组, 从而估计出目标节点的位置坐标。
基于TDOA的UWB定位流程:
(1) 初始化, 确定定位传感器的位置和顺序。定位传感器1通过无线网络给定位传感器2, 3, 4发送电平下降沿信号, 定位传感器2, 3, 4收到下降沿信号后进行时钟调整, 以实现与定位传感器1时钟同步 (如图1实线所示) 。
(2) 定位传感器1发射UWB测距脉冲, 同时定位传感器2, 3, 4开始计时。
(3) 目标节点收到测距脉冲进行TOA估计得到τ1。
(4) 定位传感器2, 3, 4分别计时t, 2t, 3t后发射UWB测距脉冲 (如图1虚线所示) , 等待时间t用来保证前一个定位传感器的UWB测距脉冲已完全被目标节点检测到。
(5) 目标节点检测测距脉冲, 分别计算得到τ2, τ3, τ4。
(6) 将τ1, τ2, τ3, τ4代入式 (2) 计算目标节点的位置坐标 (x, y) 。
(7) 返回步骤 (2) , 开始下一次测量。
基于TDOA的UWB定位技术最大优点在于目标节点不需要发送数据。当定位传感器发射功率足够大时, 其用户数目在理论上不受定位系统限制, 各个目标节点只需负责接收定位传感器的信号即可, 因此该方法特别适用于多用户实时定位系统。
2 基于UWB技术的井下人员定位系统原理
基于UWB技术的井下人员定位系统主要由目标节点、定位传感器、定位服务器组成, 如图2所示。所有定位传感器位置已知, 目标节点位置未知, 目标节点由井下人员携带。目标节点按工作距离的远近可分为有源目标节点和无源目标节点, 由于系统采用基于TDOA的UWB定位技术, 选择工作距离更远的有源目标节点。定位传感器具有目标节点读/写功能和测距功能, 并含有用于目标节点和定位传感器测距定位的TOA探测器。为实现绝对定位和时间的同步, 定位传感器集成了WiFi网络模块和有线以太网模块, 以实现定位服务器和定位传感器之间、定位传感器与定位传感器之间网络的互联互通。
定位系统工作时, 定位区域内所有定位传感器发射UWB脉冲信号, 当定位传感器脉冲信号到达待定位的目标节点之后, 具有读/写功能的有源目标节点对定位传感器脉冲信号进行数据调制, 加载ID信息, 并通过内部集成的放大电路对脉冲进行放大, 最后将处理完毕的脉冲信号回传给定位传感器。定位传感器接收目标节点发射的UWB脉冲信号, 识别ID、估算TOA等信息, 并通过IEEE 802.11n标准 (WiFi) 网络将这些测距信息传送至主定位传感器。主定位传感器通过有线以太网将测距信息传送至定位服务器, 定位服务器利用多个定位传感器获得的关于目标节点的测距信息, 采用基于TDOA的UWB定位技术确定目标节点的位置坐标。
3 系统测试
为了验证基于UWB技术的井下人员定位系统的可行性, 在实验室搭建测试系统来测试定位精度。测试系统由1个主定位传感器、3个定位传感器、若干目标节点及服务器平台组成, 给定定位传感器的位置信息, 分别对目标节点进行静态定位测试和动态定位测试。测试结果表明, 在测试区域的边缘, 定位精度出现了较大的误差, 其他区域总体定位精度在30cm以内, 个别位置达到10cm以内。
4 结语
为有效提高井下人员的定位精度与实时性, 将基于TDOA的UWB技术应用于井下人员定位系统中, 可实现井下人员的精确定位。但UWB技术还处于发展阶段, 存在缺乏标准、产品类型少、部署成本高等问题, 因此基于UWB技术的井下人员定位系统还不适合全矿井的人员定位。目前可以采用RFID+UWB相结合的方式, 对于个别人员密集、需要精确定位的矿井工作区域采用基于UWB技术的定位方法, 对于其他大部分工作区域采用基于RFID的定位方法。
参考文献
[1]邵国强.矿用无线通信及人员定位管理系统设计[J].工矿自动化, 2013, 39 (3) :10-12.
[2]蒋磊, 于雷, 王振翀, 等.基于WiFi和ZigBee的井下人员无线跟踪与定位系统的设计[J].工矿自动化, 2011, 37 (7) :1-6.
[3]张鹤丹, 卢才武.基于WiFi技术的井下人员定位系统研究[J].金属矿山, 2012 (9) :99-102.
[4]祖军, 郝润科, 杨光.UWB技术在消防员位置定位系统研究与应用[J].计算机系统应用, 2012, 21 (8) :156-159.
[5]梁冰.具有灵活频谱特性的认知超宽带信号生成技术的研究[D].北京:北京邮电大学, 2010.
[6]张忠娟.基于UWB的室内定位技术研究[D].天津:天津大学, 2012.
有线数字电视系统超宽带技术探讨论文 篇3
1、有线电视系统中常见的雷击形式。
自然界中雷击主要分为直击雷和感应雷两种形式。不同雷击形式所带来的危害性不同，所采用的规避方法措施也不同。自然中雷击主要分为直击雷和感应雷两种形式。前者的雷击率在10%左右，危害范围较小，一般情况下可以采用各种避雷设备来防避，如避雷针、避雷线等。而后者感应雷是对有线电视系统损害较大的雷击形式，其雷击率搞到90%，有线电视系统内外部的各项电子设备和元器件都会受到感应雷的影响，感应雷击产生的高电位会在低压架空线路中产生100kv的电压，并且所产生的雷电流会在周边产生交变磁场，对附件的设备感应出高电压，从而破坏设备。这就是有线电视系统遭受雷击损害的原因机制。感应雷所带来的不同雷击伤害还有因为不同入侵方式所导致。
2、有线电视系统中雷电的主要入侵形式。
(1)雷电通过电源线路入侵有线电视系统。
在雷雨天气中，大多数家庭会忽视断开有线电视的电源线路，而电源线路又是一个容易遭受雷击的设备，一旦与有线电视系统相关的电源线路遭受到了雷击，其通过电源线路的有线电视所经过的220V/380V的电源线上的电压将会达到10000V以上，这就会直接导致有线电视的流经电压过高，有线电视设备内容造成强制性的入侵损害。
(2)雷电通过网络线路入侵有线电视系统。
有线电视系统是通过网络线路接收到各种信息咨询的，在雷电天气中，雷电电压将会通过两种渠道对有线电视网络线路造成打击，从而对网络线路沿线的有线电视产生破坏。一是雷电电击将土壤内的网络线路击穿，并且对其造成不可逆的破坏，而网络线路电压剧增经过有线电视时，产生连带破坏;二是雷云会对地面放电，此时地下的网络线路会接收到上千伏的过电压，过电压产生流动后对沿线的有线电视带来破坏。
(3)雷电通过地电位反击电压经过接地体入侵有线电视系统。
地电位反击电压经过接地体入侵有线电视系统主要是作用于避雷针，有时候避雷针在接收雷击过程中会产生放射状的电位分布，这些电位分布会对周边的电子设备的接地体产生几万伏的高压地电位的反击，而有线电视系统作为接地体电子设备，最容易首当其冲发生入侵损耗。因此，针对上述雷电的入侵特点，要制定出具体的防雷措施。在现行的各种防雷措施中，最为有效而且使用最广泛的方法是接地，也就是将雷击中产生的电荷完全或部分引入地下，以避免雷击事故发生。
3、有线电视系统的防雷接地措施。
(1)有线电视系统的前端防雷接地技术。
有线电视系统的前端防雷接地技术主要是指减少雷击对于网络线路、电源线路等的雷击的影响。如通过对有线电视系统的电磁屏蔽技术的使用。
①在小区建设中，拥有一个电视电脑网络机房，里面存在着较多的系统设备，传统中采用的电磁屏蔽技术是利用钢板进行有线电视机房的密封处理，并且设备波导管、滤波器等屏蔽设备，从而保证有线电视不受雷击侵犯，但是这需要较高的前提条件和经济投入，所以并不是较常用的防雷接地技术措施，当前主要采用的是利用钢网和铜网组合成为有线电视机房，通过拉大电量和电容的方式，实现滤波效应范围，并且进行静电地板的铺设完成雷击电压的屏蔽。
②从源头上入手，采用电源防雷接地技术，对于有线电视采用埋地管道的铺设，并且要求埋地管道能够同接地装置相连，保证三米以上的间距，并且可以在电源处安装防雷器，在短时间内实现对雷击电压所达到的.高伏特电压的稀释，将大量的脉冲能量转移到安全地线上，从而保护有线电视的前端设备。
③是做好有线电视室内的天线防雷，主要的措施是通过对接收天线的接电线焊接在一起，然后安装一个避雷针，避雷针要选用直径较粗的优质金属材料，要深埋地下可靠接地，接地电阻要控制在4Ω以内，并且控制避雷针的高度，保证发挥防雷天线的防雷作用。
(2)有线电视系统干线和分配系统防雷接地技术。
对于干线较长和分配系统较为复杂的有线电视系统而言，其所遭受的来自于雷击的危险性更大。当前实现干线和分配系统的防雷接地技术措施要求能够注意以下的要点。
①当有线电视系统的干线是敷设于空旷地区的地下电缆中时，一旦该地区每年的雷暴天气不小于20天时并且土壤中的电阻率小于100欧姆时，则需要对干线的屏蔽层或金属护套采用每2km左右接地一次的技术措施。
②一旦出现架空的电缆，则需要采用每250m左右接地一次的技术，可用1根1.5m长的角钢作为接地体打入地下，避雷线与支撑钢绞线用铁扎头扎紧成为一体，并且对于电缆分箱处的架空电缆采用接地装置，从而方式感应电出现。
③当干线进入到建筑物内，则应将电缆的外导电屏蔽层进行接地处置，并在入户处设置避雷器。
④在整个干线和分配系统的防雷接地技术措施中，对于220V的供电放大器的电源做好过压保护装置，防止高压经过后整个设备的输入输出端过流过大，导致设备的损害。
(3)有线电视系统中光节点等位置的防雷接地技术.
光节点是有线电视系统光电和电光之间的转换点，具有双向传输功能，由于光节点的转换特征，其本身就具有一定的防雷特性，但是要发挥其有效的防雷功能，必须做好接地处理。一般情况下，要求将接地体同光节点所在的机箱连接在一起，从而实现有线电视系统中所有设备外壳的接地特点，同时在光节点的电源位置上加装防雷器，从而在感应到雷击的大量脉冲能量释放到接地体上，从而发挥光节点内的各个设备的安全性。另外由于市面上流行较多的防雷接地设备，要求能够做好设备的质量选择，防止由于设备本身不具备的防雷特性而导致的接地效果不佳，防雷效果不佳。如放大器防雷的设备选择中，要求保证放大器本身的具有防雷器件，从而实现自我防雷保护，要求放大器的两端都配有防雷的器件，并且装配防雷地线，实现防雷接地技术应用，地线接地电阻应小于10Ω，最大限度地保证放大器的防雷应用的效果。总之有线电视防雷接地技术的应用还取决于当地的自然环境以及地质地形条件，并且能够将所有的防雷接地技术措施应用到一个地区的有线电视防雷技术中，做好有线电视的防雷接地管理，保证地区的有限电视系统的安全性。
4结论
综上所述，有线电视系统的防雷工程是一项综合性的工作，其涉及到对雷击的种类的认知，做好有线电视的技术优化，并且做好后期的防雷技巧的宣传管理，以当前的技术水平说，要想完全避免雷击对于有线电视的伤害，要求能够统筹做好以上的全部工作，如在前期做好电视网络维护工作的安全宣传工作，提高雷电防范设备和技术的创新性，提高其安全性能，在有线电视网络的设备选用中，要注意原料的防雷性，提高原料的技术性，最终才能够尽可能的减少雷击对于有线电视的伤害，提高有线电视的社会服务职能，为有线电视行业赢取更高的效益。
参考文献：
[1]郭永红。浅谈有线电视雷电防护技术[J]。内蒙古教育(职教版)，2015(4)：85。
[2]刘志明，朱海洋，卢志红，等。有线电视系统感应雷防护技术浅谈[J]。电子技术与软件工程，(11)：57。
[3]葛红平，吕国钧。浅谈农村有线电视分配网络的防雷接地措施[J]。西部广播电视，2014(3)：128―129。
[4]王强。浅谈有线电视网络系统遭雷击原因及避雷措施研究[J]。科技创业家，(14)：214。
机房接地系统有线电视论文 篇4
一、接地电阻的要求
接地状况的好坏主要用接地电阻的大小来衡量，接地电阻主要是由接地引线的电阻、接地体的电阻、接地体与大地的接触电阻、散流电阻组成。不同的电气设备对接地电阻有不同的要求：
1、大接地短路电流系统接地电阻R≤0.5欧姆。
2、数据通信机房的接地电阻应不大于1欧姆，这样可有效地降低因雷击和高压故障所引起的地电位升高，抑制干扰。
3、广播电视设备对干扰特别敏感，出于抗干扰的要求其接地电阻R≤2欧姆。
4、容量在100KVA以上的变压器或发电机R≤4欧姆。
5、独立避雷针、小接地电流系统、容量在100KVA以下的变压器或发电机、高低压设备共用的接地均R≤0.5欧姆。
6、低压线路金属杆、水泥杆及烟囱的接地电阻R≤30欧姆。
二、接地装置的组成、施工及要求接地装置由接地极和接地线组成。
1、接地极有各种形式，比如接地棒或接地管
接地带或接地线;接地板;埋于基础内的接地极;钢筋混凝土中的钢筋等。接地极应有一定埋设深度，应埋在冻土层以下以避免土壤干燥或冻结不致于增大接地电阻。人工接地体应采用热镀锌、热镀锡等防腐措施，敷设在腐蚀较强的场所的接地装置应适当加大截面。人工接地极的布置应考虑均衡电位尽可能降低接触电势和跨步电势。在高土壤电阻率地区，除按均衡办法布置接地极外，为降低工作接地和保安接地的接地电阻可采用外引式接地极或者采用降阻剂的措施。接地装置必须设置总接线端子或母线，以便与接地线、保护线、等电位连接干线和供电系统中性点连接，同时还应在中心机房建筑物一层既隐蔽又方便的地方设置接线卡子用以测量接地装置的电阻。
2、接地线是指需要进行保护接地的物体与接地装置相连接的导线
接地线的截面是按照两个条件来选择的，一是接地线应具有足够的机械强度。二是应能够承受可能遭受的.过热条件，即接地线不致于因大电流而过热受损，即导线应满足接地故障热稳定的要求。什么样的线可以作为接地线，在IEC标准中有如下规定：多芯电缆的芯线;与带电导线一起在公用外保护物内的绝缘线或裸导线;固定的裸导线或绝缘线;金属外皮，例如某些电缆的护套、屏蔽层及铠装层;导线的金属导管或其他金属外护物;某些装置的可导电部分。每条接地线干线至少应有两点与接地装置相连接，每个设备的接地线都应直接与保护线干线相连接，不允许多个设备的保护线串联起来与接地线干线相连接。
三、结语
有线电视系统维护与故障处理论文 篇5
1有线电视系统的日常技术维护
技术维护工作必须坚持“检测维护为主，故障抢修为辅”的原则，定期对系统进行测试维护，测试应尽量在设备的监测口或节目传输空闲时段进行，尽量不影响信号的传输。测试工作要做到位，敷衍了事、掩人耳目是不可以的，“小不为而乱大谋”，检查不认真，大故障随时会找上来。只有做好日常维护才能降低故障率，保障信号的正常传输。
1.1光缆传输干线设备技术维护
1）每月至少对3台光节点的各项指标进行检测，测试内容有以下方面。
（1）测试射频指标下行指标：接收光功率、各输出口电平上行指标：发射光功率、光链路和各输出端口的上行增益、斜率及其他电源电压、接地电阻等；
（2）检查设备的密封性能、各端口防水性能，光、电接插口有无风吹日晒老化松动或脱落，连接不实；
（3）检查、整理光纤配线系统。便于快速查找相关线路，不做无头苍蝇，及时高效处理故障。
2）每年对各光节点测调一次。每年对光纤的衰减特性、熔接点损耗和总的光链路损耗进行抽测。对损耗超标的光纤熔接头应及时处理，对损耗指标劣化、超出设计要求的光缆应及时更换。
1.2光缆传输干线线路维护
1）干线线路维护应按规定周期进行，确保线路处于完好状态。遇有重要播出活动期间，应加强线路的巡查维护工作，减少意外故障突发现象。
2）日常线路维护工作。
（1）每月巡查市区干线线路一次，必要时徒步巡线，重要路段应多次反复巡查；
（2）了解线路沿线环境的变化情况，检查线路情况，及时排除隐患；
（3）认真记录线路维护情况，并整理档案，及时梳理归档；
（4）遇到线路附近有施工时，应进行适当的防护和宣传工作。多查看多巡视，保障用户收视正常。
1.3电缆分配网网络维护
1）放大器的日常检测：每月每个工作站应检测所辖范围放大器数量的2%，检测内容为：下行指标：测试放大器输入电平、输出电平、斜率、载噪比（C/N）、载波交流声比（HUM）、载波复合二次差拍比（C/CSO）和载波复合三次差拍比（C/CTB）。上行指标：上行增益、平坦度。其他：电源电压、密封性能、各端口防水性能。
2）线路供电设备指标检测：每半年测试一次输出电压、负载电流和外壳接地电阻并对倒闸开关进行除尘保养。
3）系统输出口检测：每一个光节点设置一个检测点，检测点应设在末级放大器所带系统输出口，每月巡测一次射频信号电平。
4）日常线路维护：每月从光节点至楼头线路巡检一次，巡检内容有：
（1）检查架空和附墙线路：杆（塔）倾斜或拆损或松动、吊线锈蚀或松弛、挂钩缺损或脱钩、电缆变形或受损。附墙线路还应检查固定件的缺损或松动、器件箱锈蚀或松动；
（2）检查地埋管线：管道堵塞或进水、孔井受损或积污、井盖缺损或翻开、落地箱锈蚀或损坏；
（3）检查线路间距：与其他线路间距过近，或搭线、交叉保护夹板缺损或松动；
（4）检查线路设备：设备的进水锈蚀或松动、各类接插件的接触不良或进水、设备外壳接地装置缺损或松动；
（5）检查线路沿线可能影响线缆安全的施工工程，与施工单位协调，保证施工期间线缆的安全。
2系统常见故障的种类及产生原因
2.1无信号
这种故障的现象是电视机收不到任何电视频道的节目，其原因主要有以下方面。
1）放大器的电源故障当放大器的电源发生故障（如：保险丝熔断）时，放大器没有输出信号。影响的范围根据放大器的位置不同而不同，会使放大器后面的用户完全收不到电视节目。如果是供电盒发生故障，那么将会有更大面积的用户接收不到信号，因为这样直接影响到相关联放大器正常工作，这不止一个，则会影响几个放大器后面的用户。
2）线路器件故障在传输过程中，信号要经过许多器件。例如：放大器、分配器、均衡器、分支器等。其中，任何一个器件损坏都会使信号传输中断。其中放大器出现故障的情况较多。当然，也不排除其他部件出问题，检查要细致认真，最好做到定期查询，“防患于未然”。
3）电缆断路故障由于某些原因，有时电缆会发生断路故障。例如，跨越公路的架空电缆会被车辆碰断、刮风挂断等。这样也会使后面的用户完全收不到信号。
2.2电平低
这种故障的现象是信噪比低，电视屏幕上有大量雪花，图像的清晰度降低。这种故障有两种情况，一种是只有个别频道的信号电平低，其他频道信号正常，另一种情况是所有频道的信号电平都低。
1）个别频道信号电平低。这种故障一般发生在混频器之前，其原因主要有：
（1）天线由于长期风吹、雨打，方向发生变动，明显偏离了有线电视发射台的方向，或者接点锈蚀，接触不良，接收不到信号。这些都会使信号变弱；
（2）专用频道放大器不正常，增益降低；
（3）混合器中，此频道的通道特性发生变化，对信号衰减增大。
2）所有频道信号电平低。这种故障一般发生在混合器之后的公共通道上，其原因主要有：
（1）某个宽带放大器的增益降低，使所有信号变低；
（2）系统中某处接触不良，例如：有的放大器上加有衰减器或均衡器，为了方便维修调整，以插座的形式安装。当接触不良时，就会使所有信号电平都降低，有时也会表现为阵阵杂波，横条纹或上下跳动的信号不稳现象。
2.3图像上出现阵阵“雪花”
产生这种故障的主要原因有：
1）系统中有接触不良现象，直接影响信号输出，偶有接触，信号则好，一旦虚接，信号则差。
2）强电磁场干扰。例如：电器设备的触点和电机电刷产生的弧光；霓虹灯或高压水银灯的放电；高频电焊机的电磁辐射等，都会对电视信号产生影响，屏幕上出现阵阵“雪花”。这些影响，时间较短，具有阵发型的`特点。一般会自动恢复，不会造成太大影响。随着技术的进步，这些影响都会在新加设备的强力作用下丧失对电视信号的影响力。
2.4重影
重影分为左重影和右重影。左重影主要是由于系统或电视机输入端屏蔽不良、直射波直接进入电视机造成的。此直射波在时间上超前于系统中同频道电视信号，形成左重影。右重影主要是线路不匹配造成的。造成线路失配的主要原因有：
1）接线不合理。如分配器的使用中，不用的分路未加匹配电阻；线路终端未加终端电阻；乱接线等。
2）线路中有短路和断路情况时，对此点之前的线路造成失配。
2.5交扰和互调
交扰和互调都是由于放大器的工作范围进入非线性区所致。其原因是以下方面。
1）信号电平太高。
2）放大器线性区变小。这导致在输出信号中产生大量的谐波成分，与所接收频道频率相同的谐波形成交扰调制，屏幕上可见到其他频道的干扰图像，呈“雨刷”现象；高次谐波形成相互调制，屏幕上呈现网纹干扰。
2.6交流声调制
有线数字电视系统超宽带技术探讨论文 篇6
1 系统构架和定位原理
1.1 系统整体构架
本定位系统主要由硬件和软件两部分构成, 硬件部分是基于UWB (IEEE802.15.4) 协议的无线传感器网络, 其中包括标签节点 (Tag) 、锚节点 (Anchor) , 软件部分包括硬件嵌入式软件和运行于上位机上的实时定位系统 (RTLS) 软件。在系统中锚节点的设计是关键, 锚节点对标签节点TOA信息进行的记录[2,3], 并且, 记录锚节点之间的时间同步信息, 然后发送给上位机定位软件, 由上位机定位软件完成TDOA[4]定位分析计算, 定位位置显示, 并对Anchor/Tag进行配置管理。如图1所示。
1.2 定位原理
定位系统基于TDOA定位方法, 这种方法只要求锚节点之间同步, 不要求锚节点与标签之间同步, 便与工程实现。通过标签节点向位置已知的锚节点发送无线电波信号, 测量出标签节点到达锚节点的时间差, 因为在空气中无线电波传播的速度近似于光速, 所以, 可以得到标签节点到锚节点的距离差, 然后根据双曲线原理, 利用最小二乘可以求出标签节点的坐标[5], 完成定位。如图2所示。
已知有三个锚节点的坐标, 未知标签节点T (x, y) , T到A与T到B的距离差1d, T到A与T到C的距离差d2, 根据几何原理, 标签节点T必定位于以锚节点A、B为焦点、与两个焦点的距离差恒为d1的双曲线上。同时, 标签节点T也位于以锚节点A、C为焦点、与两个焦点距离差恒为d2的双曲线上, 则有,
已知T到A距离为dA, T到B的距离为dB, 则有,
根据 (2) 式, 则有,
将其两边平方, 令K1 (28) x12 (10) y12, 则有,
其中, , 将上式整理可得:
上式是一个关于x, y, dB的线性方程组, 若在增加两个锚节点, 则又增加两个线性方程, 可以写成矩阵形式:
因为各个锚节点的位置都已知, 可以求出x, y, dB, 得到位置标签T (x, y) , 的位置。
2 硬件设计
2.1 锚节点总体架构
锚节点和标签节点是硬件设计的关键, 标签节点的功能很单一只是按固定周期发送广播数据包, 设计比较简单, 与锚节点设计相似, 这里以锚节点作为重点进行介绍, 下图是锚节点设计总体架构, 锚节点主要有处理器模块、无线收发模块、嵌入式软件组成。锚节点以STM32F107VCT6为MCU, 通过SPI[6]连接DW1000无线收发芯片, 对其进行控制管理, 集成EEPROM芯片, 用于存储锚节点MAC地址、IP地址、RTLS定位服务器IP地址等, 锚节点还设计有Ethernet接口用于上传数据、提供电源。如图3所示。
2.2 处理器模块
定位系统节点在MCU的选择上, 采用意法半导体公司推出的互联型系列微控制器STM32F107VCT6, 此芯片集成了各种高性能工业标准接口。它基于ARM Cortex-M3内核, 主频72MHz, 内部含有256K字节的FLASH和64K字节的SRAM, LQFP100封装。板上除晶振外的所有IO口全部引出, 方便扩展及开发。内部集成高性能以太网模块, 支持802.3协议定义的独立于介质的接口 (MII) 和简化的独立于介质的接口 (RMII) , 支持DHCP、Telnet、TFTP、HTTP等协议。提供256字节的I2C端口, 提供18Mbps的SPI接口, 含有USB2.0OTG全速接口, 支持从USB接口取电或通过控制对USB设备供电。
2.3 无线通模块
无线通信模块采用deca Wave公司提供的DW1000无线收发芯片, 它是一个遵循IEEE802.15.4-2011 UWB标准的低能耗、低成本无线收发芯片, 支持精度定位和同步数据传输, 定位精度可达到10cm, 抗多径能力强, 在RTLS系统中支持高密度存在, 长寿命的电池适用于极小系统的消耗, 支持TOF测距和TDOA精确定位, 支持6个从3.5GHz到6.5GHz射频波段, 数据传输速率为110 kbps, 850kbps, 6.8 Mbps, 功率消耗低, 睡眠模式电流1μA, 深度睡眠迷失电流50n A, 拥有完整的MAC层支撑软件, 提供SPI接口, 可连接主处理器, 6 mm x 6 mm 48引脚小型封装包, 引线间距0.4 mm。适用于无线传感器网络。如图4所示。
2.4 SPI接口设计
SPI是一种同步串行外设接口, 本系统中STM32作为主设备通过SPI实现对从设备DW1000无线收发芯片内部寄存器和RAM的读写操作, 进行通信以交换信息、发送命令。SPI接口设计有4跟线, 其中SCLK表示主设备STM32产生时钟信号, 完成对通信的控制, MOIS表示STM32输出数据, DW1000接收数据, MIOS表示DW1000输出数据, STM32接收数据, CS1/CS2表示DW1000的使能信号, 由STM32控制。如图5所示。
2.5 I2C设计
I2C[7]模块采用24C02的EEPROM芯片, 该芯片容量为2Kbit, 256个8字节, 内有一个16字节写缓存器, 支持I2C总线传输协议。I2C总线由数据线SDA和时钟线SCL构成, 可以在MCU与DW1000、DW1000与DW1000之间进行双向传输, 各种被控制的电路都并联在这条总线上, 每个模块都有自己唯一的地址, 根据所要完成的工作, 在信息传输的时候, 每一个模块既是控制器, 又是发送器。本系统主要用于存储Anchor MAC地址、IP地址、RTLS定位服务器IP地址、deca Wave DW1000收发器芯片的硬件配置信息。如图6所示。
3 嵌入式软件设计
嵌入式软件开发采用Keil公司的Keil u Vision4, 编程语言使用C语言, 该软件的编译与调试能够与ARM器件高效匹配。编写在MUC中的嵌入式软件主要完成标签节点到锚节点TOA的测量、锚节点之间TOA信息的测量、将获得信息传送给RTLS。
嵌入式软件的信息处理流程采用串行处理, 单线结构就可完成所需功能, 包括STM32复位和时钟配置模块 (STM32-RCC) 、I2C读取模块、Ethernet模块、DHCP动态IP获取模块、UDP5555端口初始化模块、UDP4646端口初始化模块、定时器配置模块、deca Wave DW1000收发器配置模块、上层应用初始化模块、发送无线广播数据包模块、中断处理程序。当无线收发收发芯片收到或发送一个数据帧的的时候, 会向MUC发送中断请求, 中断程序主要中断产生的类型、判断中断位置是否正确、读取数据接收帧的源地址、读取数据接收帧的类型、接收数据帧、读取TOA信息、将读取的信息进行封装发送给RTLS。如图7所示。
4 上位机软件设计
上位机软件采用微软公司开发的WPE框架, 使用C#编程语言。主要完成TDOA定位分析计算, Anchor状态显示、定位显示、配置管理。Anchor状态显示主要显示Anchor是否连接到TDOA-RTLS, Anchor能够接收到那些Anchor的Pacer-blink信号, 以及Anchor两个无线模块的工作状态;定位显示主要显示Anchor位置和工作状态 (有无信号发送) , Tag位置和工作状态 (有无信号发送) , Tag历史位置 (或活动轨迹) 指示;配置管理功能主要包括定位软件的功能配置和Anchor的管理配置。
4.1 上位机软件接口
嵌入式软件通过端口号为6666的UDP连接向RTLS发送TOA分析计算和Anchor之间的时钟同步所需的信息, 该端口上传输的信息包括长度分别为76字节和70字节的数据包;RTLS通过端口号为3535的UDP发送管理配置信息, 该端口的信息完全可以通过IP Tools网络监测工具进行数据包的截获和分析, 并且这些信息可以与I2C芯片中读取的信息进行对比分析;RTLS通过编号为2346的UPD将定位计算结果直接发送给各个显示客户端;RTLS通过端口编号为2345的UPD发出TDOA定位计算结果。如图8所示。
4.2 上位机软件工作流程
上位机软件的设计比较复杂, 主要有主线程、TDOA计算线程、UDP6666数据包接收线程、UDP6666 socket数据包收发线程、UDP3535处理线程、UDP2346处理线程构成。当定位系统开始运行时, RTLS系统通过端口6666的UDP连接就收上传数据, 当数据包接收完成后对数据包进行解析, 76字节数据包提供标签到达锚节点的TOA信息, 70字节数据包提供锚节点之间的TOA信息, 之后通过T D O A计算线程调用定位算法函数进行定为计算, 最后通过UDP2346处理线程显示出定位结果, 整个过程中UDP3535处理线程一直处于打开状态, 进行管理配置。如图9所示。
5 结语
本文设计了一个基于与DW1000的超宽带室内定位系统, 该系运用TDOA定位算法, 原理简单, 易于工程实现, 硬件部分采用DW1000无线收发芯片, 具有定位精度高、稳定性强、成本低等特点。同时, 本系统的设计为无线传感器网络室内定位提供了一个参考样本, 具有一定的参考价值。
参考文献
[1]王秀贞.超宽带无线通信及其定位技术研究[D].上海:华东师范大学, 2009.
[2]H, Xiong, Z.Y.Chen, B.Y.Yang, R.P.Ni, “TDOA Localization Algorithm with compensation of clock offset for Wireless Sensor Networks”, Communications China, vol.12, no.10, pp.193-201.
[3]H, Xiong, Z.Y.Chen, W.An, B.Y.Yang, “Robust TDOA Localization Algorithm for Asynchronous Wireless Sensor Networks”, International Journal of Distributed Sensor Networks, special issue on algorithms for networks 2014, accepted in Aug.2014, in press.
[4]F Gustafsson, F Gunnarsson.Positioning using time-difference of arrival measurements[C].In Proc.of International Conference on Acoustics, Speech, and Sig-nal Processing (ICASSP) , 2003 (6) .
[5]Steven M.Kay, Fundamentals of Statistical Signal Processing, Volume 1:Estimation Theory[M], Publishing House of Electronics Industry, 2003.
[6]The I2C-Bus Specification Version 2.1, Philips Semiconductors, January, 2000:2.
超宽带无线通信技术发展趋势探讨 篇7
上世纪八十年代末期, 超宽带这一技术被美国国防部 (DARPA) 首次提出:一个信号处于20d B处的分数带宽大于25%或是绝对带宽大于1.5GHz时, 则称该信号为超宽带信号。采用超宽带信号来实现信息的传输就叫做超宽带无线通信 (UWB) 。根据2002年美国将超宽带技术应用于民用的定位, 指出超宽带技术是信号绝对带宽大于等于500 MHz, 或者是相对带宽大于等于0.2, 同时在3.1 GHz~10.6 GHz的频段范围内进行通信。
UWB实现了无线局域网和个人局域网接口卡的无缝接入, 并保证了技术应用过程中的低功耗、高带宽、结构简单的特征。具体来说, UWB技术具备了以下诸多优点:
1.1传输速率高
UWB系统采用了千兆赫兹为计量单位的超宽频带, 即便是发送信号功率谱密度很低, 同样能够保证信息传输速率达到100Mb/s~500 Mb/s。根据信道容量的计算公式, 若带宽为7GHz, 即便信噪比在-10d B以下, 计算得到的理论信道容量也在1Gb/s, 因而, 考虑到信号在传输中的损失, 要实现100Mb/s以上的传输速率也是可以的。
1.2通信距离短
高频信号的强度会随着传播距离的延迟而出现快速衰减, 所以在短距离数据通信中, 采用超宽频带系统更为合理。分析研究指出, 当收发机距离在12m以上时, UWB的信道容量较窄带系统要低得多。
1.3平均发射功率低
UWB发射机在短距离通信传输中通过牺牲带宽来保证发射功率低于1m W。FCC对UWB的发送功率谱密度进行了严格规定, 必须小于放射噪音值-41.3 d Bm/MHz, 所以, 从理论上讲, UWB信号所带来的干扰相当于一宽带白噪声。这样带来了几点优势:实现了UWB系统与窄带通信系统在同一频段的共存, 有限提高了无线资源的有效利用;提高了UWB信号传输的稳定性和隐蔽性。
1.4多径分辨率极高
UWB采用的是持续时间短的窄脉冲, 在时空三维空间的分辨率都非常强, 因而, 系统具有极高的多径分辨率, 通过接收机的分集分离具备超强抗衰落能力, 保证了系统在定位、跟踪方面的高精确度。并且, 窄脉冲的超强穿透力也使得UWB系统具有更为广泛的利用价值。
1.5适合于便携型应用
过往的UWB技术大部分是基于基带实现数据通信的传输, 因而不需要射频调制以及解调, 这样降低了设备的成本、提高了性价比, 且功耗低, 易于携带。
2超宽带无线通信相关技术的探讨
目前超宽带无线通信实现无线通信的方案包括以下几种:基于MB-OFDM的超宽带无线通信系统、单载波DS-CD-MA方案、无载波脉冲方案。无载波脉冲方案可采用脉冲位置、脉冲幅度、二进制移相键控调整等多种调制方式, 这样精简了无线通信技术的结构, 降低了成本, 但是同样也降低了频谱的利用率。多子带载波调制方案提高了频谱的利用率和使用空间, 提高了系统的应用性能。
2.1无载波脉冲技术在超宽带无线通信系统的应用
无载波脉冲超宽带通信技术中核心技术是脉冲。当前更多的是采用光电和电子方法来形成脉冲, 并由专用宽带天线将形成的脉冲以数百兆赫的速度发生, 使脉冲信号在时空上随机分布, 在时频域上形成多个噪声编码信道, 对应的位移类似噪声信号。从根本上讲, 超宽频技术发展的根本条件是产极窄脉冲“纳秒级”的信号源。单个无载波窄脉冲信号本身具有两方面的优势:激励信号是一种单个窄脉冲, 波形分布为陡峭前沿形式;激励信号的频谱非常宽阔。单脉冲能够利用诸如高斯波形、升余弦等不同类型的波形。采用无载波脉冲超宽带进行数据通信中, 位于收发端的数据天线对接收到的信号具有一次微分效应, 即系统的输出信号与输入信号是导数关系。
作为当前应用最多的超宽带通信方式, 无载波脉冲方案由发射机生成相应的基带窄脉冲序列, 传统的信息信号需通过PPM、BPSK、PAM等多种调制手段来携带信号。而基带窄脉冲序列不需要进行调制, 信号可直接对空发送, 如图1所示, 为采用无载波脉冲位置对调制超宽带无线通信系统。
2.2单载波DS-CDMA方案
在单载波DS-CDMA系统中, 由DS-CDMA进行传输通道的扩频, 由单载波对传输信号进行调制, 保证了信号在适当的频带范围内进行准确传输, 当前, FCC规定超宽带通信频谱范围保持在3.1GHz-10.6GHz。传统的无载波脉冲中有部分低频分量, 因而很难达到FCC的标准;而采用单载波DS-CDMA方案则实现了频谱的搬移, 有效地解决了这一问题。
2.3基于MB-OFDM技术的超宽带无线通信系统
MB-OFDM系统中将整段使用的频段划分为长度不等的多个子频带, 各子频保持在500MHz带宽, 每个划分的子频带携带着一个OFDM信号, 这个OFDM信号由不同数量的子载波信号通过正交关系合成。相较于传统的OFDM方法, 采用OFDM的合成信号在符号长度、循环前缀张度等一些数据参数上存在较大的不同。系统中的OFDM合成信号随着时间的不同而对不同中心频率载波进行调制, 确保信号能够在不同的子频带内进行传播。OFDM充分利用了频谱特性, 当系统中存在较大子载波数时, 各子载波通过信号叠加获得一个具有矩形特性的总信号, 因而实现了频谱资源的利用。
MB-OFDM方案在利用频谱过程中还具备了很强的灵活性。各级通信设备间存在的干扰情况, 通过降低子频带的发射功率和减少子频带的发射数量来降低干扰, 改善网络的性能, 并能够对子载波进行抑制, 从而提高对OFDM信号控制的精确度。
多带方式还实现了有效选择MAC的频分多址 (FD-MA) 。不同微网或通信设备利用不同的子频带集合, 或采用不同各自的时频序列来当作地址码, 实现了各自的独特性。同样, 可以融合FDMA、TDMA、CDMA等不同方式, 对多址方案进行灵活的设计选择。
3超宽带无线通信的发展趋势
超宽带无线通信在具备多方优势的同时, 同样也存在着诸多不足, 如宽带占用大, 导致对其他无线通信系统造成强烈干扰, 因而, 众多学者一直对超宽带无线通信的频率使用有着很大的争议;另一方面, 超频带在信号发射中具有较低的平均功率, 脉冲时间也很短暂, 这样它的瞬时功率峰值就会非常大, 这在一些行业使用上会有影响。
然而, 这并不会对超宽带无线通信的发展和运用造成影响。当前, 无线多媒体、无线技术方面大量运用无线通信技术, 根据客户的需求, 自组小范围自有网络, 传输数据, 并可将数据传输到网络中。同时, 超宽带无线通信被广泛应用于无线通信和定位系统、智能交通系统等, 为交通智能收费、汽车行驶安全提供了低成本高性能的解决方案。利用具备无载波脉冲方式的超宽带无线通信系统穿透力强的特点, 将其应用于军事、勘探等多个领域中, 取得了非常好的效果。
超宽带无线通信作为当前一种新兴的无线通信技术, 尽管还有许多的不成熟, 但其应用前景还是十分明朗的。随着智能化电子设备发展加快, 对短距离的数据实现快速传输愈发迫切。当前的超宽带无线在频率管制、标准化等方面虽与无线技术相互竞争, 但随着无线多媒体发展, 其在消费电子、通信等领域会有大规模应用。
4结语
超宽带无线通信技术是当前电子通信领域发展的重点。本文对超宽带无线通信的发展进行了简介, 针对其技术上的功能和特征进行了具体分析, 并以此为基础, 探讨了超宽带无线通信技术的发展趋势, 针对MB-OFDM的超宽带无线通信系统、单载波DS-CDMA方案、无载波脉冲方案进行了特点分析和应用前景探讨, 以期让超宽带无线通信技术获得更好的发展应用。
摘要：作为全新的一种通信技术, 近年来, 超宽带无线通信技术得到了广泛研究。它有效地解决了传统短距无线通信技术中存在的系统复杂、信道衰落、功耗大等诸多问题。本文在简单介绍无线通信的概念的基础上, 分析了超宽带无线通信技术自身的特点, 同时分析研究了几种不同的超宽带无线通信的具体实现方案和各自的特征与不足。
关键词：无线通信,无载波脉冲,超宽带
参考文献
[1]张在琛, 毕光国.超宽带无线通信技术及其应用[J].移动通信, 2004, (1-2) :110-114.
[2]崔小雯.超宽带无线通信技术在智能家居系统中的应用.辽东学院计算中心, 2010.
[3]IT专家网.浅论:无线通信技术现状[EB/OL].2010.
[4]John G.Proakis.数字通信[M].第三版.北京:电子工业出版社, 1998.
有线数字电视系统超宽带技术探讨论文 篇8
近年来,人们对语音、数据和多媒体业务的需求越来越高,传统的无线传输技术已无法满足日益增长的带宽需求,因此涌现出ZigBee、UWB(超宽带)无线通信和毫米波等新型的短距通信技术。UWB通信是一种高速短距无线通信技术,在学术界、工业界都得到了广泛的应用[1]。FCC(美国联邦通信委员会)规定UWB的频段为3.1~10.6GHz,功率谱密度小于-41.3dBm/MHz,其一部分频谱与现有的无线通信共享信道。IR-UWB(脉冲超宽带)由于其低复杂度、低成本和低功率损耗的特点,受到广泛关注。60GHz毫米波通信是另外一种短距通信解决方案,采用全球无需许可即可使用的7~9GHz频带宽度,室内传输速率可达数Gbit/s[2]。由于IR-UWB的功率密度限制以及60GHz波段在自由空间传输时衰减严重,长距离传输时需要用光纤作为载体,即UWB-over-fiber(光载超宽带)和RoF(光载射频)技术,如何在光域生成毫米波信号和UWB信号是光载UWB和RoF的关键。
毫米波光学生成技术大致分为光外差调制技术、上变频和外部调制技术[3]3类。目前常用的方法是基于外调制器结构的毫米波光学生成,该方法结构简单、成本较低。使用MZM(马赫-曾德调制器)或PM(相位调制器)作为外部调制生成倍频毫米波的方法已经相当成熟[4,5,6],相对于MZM,PM不需要复杂的电路提供偏置电压,系统结构更加简单[7]。光域生成UWB脉冲信号的方法也有很多,常用的有基于相位调制/强度调制的转换、半导体光放大器的非线性效应[8]、频谱整形和频域到时域映射以及通过改变MZM的调制点来产生一阶或二阶UWB脉冲信号[9]。文献[10]提出了一种时分复用和频分复用相结合的方法共同传输毫米波和UWB信号,文献[11]实现了一种毫米波、UWB和基带信号共同传输的密集波分复用系统。为了更好地利用有限的频谱资源,本文设计了一种在一个波长内,通过频分复用和偏振复用共同传输60GHz毫米波、UWB和基带信号的光纤通信系统,并通过Optisystem光子仿真软件验证了其可行性。
1 系统设计及原理分析
1.1 系统设计
图1所示为本文所提出的系统结构框图。在中心站侧,CWL(连续激光器)产生的光载波通过分光器均分为3路,第1路和第2路光载波分别注入两个并联的PM,10GHz的RF(射频)信号经过分束器后分别调制这两个PM,生成的三阶边带间隔为60GHz。再经过MZM将基带信号调制到边带上。第3路光载波通过PBS(偏振分束器)分成两路偏振态正交的光载波,其中一路光载波由基带信号经MZM直接调制,另一路由高斯脉冲调制MZM,生成二阶高斯脉冲。然后经合波器将3路信号合成一路信号,经光纤传输到基站。在基站侧,首先通过反射型FBG(光纤布拉格光栅)分离出载波和三阶边带。其中分离出的三阶边带经过PD(光检测器)拍频生成60GHz毫米波信号;分离出的载波经过PBS分离出两个偏振态正交的光载波,这两路信号经过PD实现光/电转换,分别恢复出基带信号和UWB信号。
注:PBC为偏振合束器。
1.2 60GHz毫米波和UWB信号生成原理
设PM输入光场为Ein(t)=Ecexp(-jωct),RF信号为V(t)=VRFcos(ωmt+θ),式中,Ec、ωc分别为光载波振幅和角频率;VRF、ωm、θ分别为RF信号的振幅、角频率和初始相位。光载波和RF信号注入PM后的输出光场为
式中,Δφ为PM相移常量。式(1)取实部并根据雅可比-安格尔恒等式可得:
调节相移常量使J1(ΔφVRF)=0,即可抑制一阶边带。设置第1路RF信号的初始相位为0,第2路RF信号的初始相位为180°,两路信号经减法器相减,同时忽略三阶以上边带,可得:
式(3)只包括上下三阶边带,如果RF信号为10GHz,则上下三阶边带经过PD拍频后即可生成60GHz毫米波。
采用电高斯脉冲调制双极型MZM,经MZM调制后生成的二阶高斯脉冲如图2所示,当MZM的偏置点位于最小偏置点略微偏左侧时,高斯脉冲在上升沿会先经过小段下降,再上升到最大点,下降沿则相反。调制后生成类似正极性二阶微分高斯脉冲,在基站侧经PD转换即可恢复出UWB信号。
2 仿真实验及分析
2.1 仿真设置
根据图1所示的系统框图,采用Optisystem光子模拟软件,设计出了同时传输60GHz毫米波、二阶UWB信号和基带信号的仿真系统。在中心站,设置CWL的输出频率为193.1 THz,功率为0dBm,线宽为10 MHz。设RF本振频率为10GHz,加到PM上的两路RF信号相位差为180°,PM相移常量取439°,双极型MZM的Vπ设为5V,两臂直流偏置电压分别为0和4V。基带信号速率为2.5Gbit/s。单模光纤衰减量为0.2dB/km,色散为16.75ps/(nm·km),PMD(偏振模色散)系数为PD响应率为1A/W,暗电流为10nA。
2.2 仿真结果
在基站侧,通过反射型FBG分离出光载波和边带。载波经PBS分离出基带信号和UWB信号。一路偏振光经光/电转化后恢复出调制在其上的基带信号,基带信号的眼图如图3所示。
另一路偏振光经光/电转换后生成UWB信号,其时域和频域图如图4所示。可见UWB信号的中心频率为5.5 GHz,在-10 dB带宽时达到5.4GHz,相对带宽达到98%,符合FCC标准。
图5所示为上下三阶边带经PD拍频生成的60GHz毫米波频谱图,产生的60GHz毫米波信号峰值为-10dBm,同时还包含载波和其他边带成分,这是由于高阶边带并不能完全忽略,反射型FBG无法完全滤除载波的缘故。图6所示为解调60GHz毫米波上的数据所得到的眼图。
2.3 偏振复用对误码率的影响
图7所示为毫米波单独传输、毫米波和UWB、毫米波和基带信号以及3路信号共同传输时的毫米波信号的误码率曲线图。由于前3种情况没有加入偏振复用,误码率曲线几乎重合。信号速率为2.5Gbit/s,传输20km,在保证误码率不大于10-9时,4种情况下接收灵敏度分别为-27.6、-27.2、-27.5和-25.9dBm。偏振复用带来的功率代价约为1.7dB。
3 结束语
本文提出了一种单波长共同传输60GHz毫米波、UWB信号和基带信号的系统方案。采用两个并行PM即可生成6倍频毫米波,电高斯脉冲调制单个双极型MZM生成二阶UWB信号,采用偏振复用实现基带信号和UWB信号的共同传输。仿真得到60GHz毫米波,中心频率为5.5GHz,相对带宽为98%的二阶UWB。调制在60GHz毫米波和光载波上的2.5Gbit/s基带信号,经20km单模光纤传输后眼图清晰。所提系统方案的特点是系统只采用一个波长,利用高阶边带产生高倍频毫米波,利用偏振复用将基带和UWB共同调制在载波上,结构简单,能实现无线信号(毫米波、UWB)和有线信号(基带信号)的混合接入,在未来光接入网中具有广泛的应用前景。
参考文献
[1] Park C,Rappaport T S.Short-Range Wireless Communications for Next-Generation Networks:UWB,60GHz Millimeter-Wave WPAN,And ZigBee[J].IEEE Wireless Communications,2007,14(4):70-78.
[2] 卓兰,郭楠.60GHz毫米波无线通信技术标准研究[J].信息技术与标准化,2011,(11):40-43.
[3] 吴君钦,余艳芳.基于双平行PM调制的60GHz光毫米波RoF系统研究[J].半导体光电,2012,33(5):715-717.
[4] O'Reilly J J,Lane P M.Fibre-supported optical generation and delivery of 60GHz signals[J].Electronics Letters,1994,30(16):1329-1330.
[5] Qi G,Yao J,Seregelyi J,et al.Generation and distribution of a wide-band continuously tunable millimeterwave signal with an optical external modulation technique[J].IEEE Transactions on Microwave Theory&Techniques,2005,53(10):3090-3097.
[6] Shen Y,Zhang X,Chen K.Optical Carrier-Suppression of Microwave Signals with Stimulated Brillouin Scattering in Long Fiber Ring[J].Microwave &Optical Technology Letters,2004,43(3):258-260.
[7] 胡善梅,陈林.基于相位调制器产生六倍频光毫米波的OFDM信号光传输系统研究[J].光子学报,2010,39(4):699-703.
[8] 张震,陈新桥,王瑞东,等.基于非线性光学环镜中SOA的XPM效应生成UWB信号的研究[J].半导体光电,2013,34(6):1032-1035.
[9] 李晶,宁提纲,裴丽,等.Optical ultra-wideband pulse generation and distribution using a dual-electrode Mach-Zehnder modulator[J].Chinese Optics Letters,2010,8(2):138-141.
[10]徐刚.毫米波与UWB信号共同传输的RoF系统研究[D].北京:清华大学,2010.
有线电视通信系统关键技术浅析 篇9
在当前, 随着我国经济的发展, 有线电视不断走进普通人们的生活。我国众多的球迷可以在家实时看到激战正酣的欧洲杯, 也可以在家享受温布顿网球公开赛带来的震撼感觉。而这一切都依靠有线电视通信系统, 有线电视通信系统的构建是一个系统工程, 涉及到很多领域。在当前, 分析和讨论有线电视通信系统的关键技术十分重要, 也十分必要。本文中, 作者结合工作实际就有线电视通信系统的关键技术展开分析和讨论。
2、有线电视通信系统防雷
有线电视通信系统的防雷工作十分复杂, 主要包含如下几个方面:首先, 天线的防雷, 要将有线电视的接受信号设备、接受天线以及卫星接受天线的接地端焊接在一起, 必须在天线上焊接相应型号的避雷针;然后;前端设备必须接地, 对前端设备的雷击主要有直接雷和感应雷两种, 所以对前端设备的避雷也要做到有章法、有计划, 对不同的设备采取不同的方法, 对可能遭受直接雷雷击的设备要做好接地工作, 而感应雷则是由于雷击时强大的电磁场作用下产生的强磁场和强电场环境下造成的电磁破坏, 对感应雷作用的设备区域要进行彻底的屏蔽, 这样才能够避免感应雷的雷击;其次, 干线系统必须接地, 在有线电视干线系统中, 必须针对不同突然电阻率的区域进行充分的分析, 进而确定好干线接地的准确距离, 在充分保证避雷效果的同时, 节约防雷成本;最后, 分配系统的接地, 分配系统也就是有线电视系统最终进入千家万户之前的最后一个环节, 在分配系统的防雷环节上, 也要做好前期的分析工作, 要针对建筑物的结构特征, 并将关键的设备连接上接地装置, 在建筑之间要敷设上必要的电缆, 并将电缆降至防雷保护区之内。
3、有线电视通信系统信号传输
在信号传输的通信模型结构中, 如上标表示的是光中继器的维数, aj (i) 表示第i阶传输层的的第j个传输系数, E (i) 为第i传输层的传输残差能量, 这样经过递推计算后, 可以得到各阶光中继器的解, 最终解为:
由于各阶光中继器的预测残差能量E (i) 都是非负的, 因此可以得出参数k必须满足:且E (i) 必须随着传输层维数的增加而减小, 参数k称为反射系数, |ki|≤1这个条件十分重要, 因为它保证了系统稳定的条件, 也就是确保了系统信号传输信号的稳定。首先对输入的信号s (t) 进行采样量化和预加重处理, 得到离散信号s (t) , 其中1≤n≤N, N为总的采样点个数, 特征提取是在s (t) 上进行的。由于光缆传输速度较快, 所以输入信号可以认为是短时平稳的。根据这一特性, 在特征提取中需要对输入信号进行分帧处理, 具体实现的过程是采用可移动的有限长度进行加权的方法来实现的。即用函数w (n) 来卷积s (t) , 从而形成加窗语音信号其中, 运算符代表卷积运算。
在信号传输过程中, p r (r) 和变换函数T (r) 随时间变化的分析为, 且是单值单调增加函数, 则有:对于连续信号, 信号的变换函数为:此式左边为累积分布函数 (CDF) , 由该式对r求导有:
光纤的导光原理:光纤由纤芯和包层组成, 纤芯折射率n1>包层折射率n2, 光纤利用全反射原理导光。常见的光缆线路问题如下:第一, 光缆线路经常被城市建设或者自然灾害破坏, 影响其通讯的质量, 信号效果较差;第二, 当某条主线光纤出现问题时, 其他枝干用户通讯受到影响, 信号传输的稳定性得不到保护;第三, 光纤道路表面检查不出问题, 但是通讯质量却很低, 检测方法的改进刻不容缓;第四, 经常出现单条或多条光纤口轻微断裂;第五, 当某处发现光纤故障, 并且不利于抢修工作, 如何开展抢修工作;第六, 常见的问题的解决方案还没有纳入到日常工作的规章制度中来。避免或尽量降低人为活动、外力施工、自然灾害等对线路的影响;对光缆线路的各种设施和资料的保护, 包括各种光缆附属设施、光缆路由图、标石距离对照表等;对光信号传输的保护, 通常需要实施光缆路由保护和电路保护等措施来进行加强。
4、有限电视通信系统信号处理
4.1 模数转换
在当前有线电视传输的信号都是数字信号, 而一般的音频信号和视频信号都是模拟信号, 所以必须进行模数转换, 这样才能够进行信号的传输。在模数转换过程中, 模拟信号进入模数转换模块中, 进行相应处理, 按照高低电平的判断完成信号的转换和编码, 实现由模拟信号到数字信号的转换。
4.2 数模转换
模数转换的逆过程就是数模转换, 数模转换过程就是将数字信号转换为模拟信号。将通信系统中的数字信号输入到数模转换器中, 按高低电平值的判断还原成模拟信号, 最终送入电视用户的接收端。
在当前, 我国有线电视系统均为数字有线电视系统, 从理论上说经过模数转换以及数模转换这两个环节, 信号有所失真, 但是在实际的使用过程中, 由于设备的制约, 数字电视信号反而比模拟信号的准确度来得更高, 得到广泛的应用。
5、结语
有线电视通信系统已经走入了千家万户, 有线电视节目大大丰富了人们的业余生活, 而通信系统则是有线电视系统的最重要组成部分之一。本文中作者结合工作实际, 就这一重要议题展开讨论和分析, 主要讨论了防雷技术、信号传输以及信号的处理, 得出相关结论。
摘要：新世纪以来, 有线电视走进千家万户, 在不断丰富人们业余生活的同时, 也不断开阔了人们的眼界。有线电视的通信系统涉及到计算机技术、网络技术、通信技术、信号处理技术。