数字通信系统（共12篇）
数字通信系统 篇1
中国作为产煤大国, 煤矿安全一直都是重中之重。如何保证井下和井上之间可靠的实时语音通信, 越来越受到关注和重视。目前煤矿通信系统主要分为两种:一种是调度电话, 包括有线和无线电话;另一种是井下局部扩音电话系统[1]。对于数字通信方式, 目前许多公司仍采用模拟信号来实现煤矿语音系统, 与数字语音通信系统相比, 其存在不稳定、不灵活等缺点, 而现阶段模拟通信系统已逐渐被代替。目前, 现场总线已发展成为集计算机网络、现场控制、生产管理等内容为一体的现场总线控制系统。由于现场总线分布在自动化应用的各个角落, 给设计者和使用者提供了方便, 但这些应用均被限制于数据传输。本设计基于CAN总线构建井下对讲系统, 与其他通信方式相比, 其具有较好的实时性、可靠性和灵活性。
1 系统总体设计
系统结构框图如图1所示, 一语音节点经过麦克风采集声音信号, 以8 k Hz采样进行A/D量化成16位数据, 然后经语音压缩芯片进行数据压缩, 并传输给STM32处理器, 处理器经CAN收发器传输至井下语音CAN总线上。其他语音节点通过CAN收发器接收井下语音CAN总线上的压缩数据, 经语音解码芯片进行解码后通过D/A转换, 再由扩音器播出[2,3,4]。
1.1 硬件设计
本系统应用于井下皮带保护系统, 具有采集井下皮带工作状态信息和控制井下皮带运作, 同时还具有语音通信系统。处理器作为系统核心, 需对语音信息、皮带工作信息及其通信协议进行处理、整合、储存、调度, 因此处理器的选择是关键。系统采用ST公司的互联性系列控制器STM32F107作为模块处理器, 此芯片具有较强的工业性能, 系统时钟最高可达72 MHz, 标准外设有10个定时器、两个12位1-Msample/s AD、两个12位D/A、两个I2C接口、5个USART接口和3个SPI端口以及高质量数字音频接口IIS。另外STM32F107拥有全速USB (OTG) 接口, 两路CAN2.0B接口, 以及以太网10/100 MAC模块, 以此满足皮带保护系统[2]。系统使用其中一路用来实现语音通信;另一路用来实现现场管理及现场控制。处理器部分电路如图2所示。主控芯片除了必须的复位、晶振、电源等电路外, 还包括了与CAN总线收发增强器以及与AMBE-1000语音编码芯片的连接。主控芯片STM32F107与AMBE-1000之间采用SPI同步出口连接, 而AMBE-1000与CSP-1027S之间采用了专用的同步接口连接, 该种接口无需增加额外的单片机驱动便可进行通信。最后将CSP-1027S与麦克风、扬声器之间进行连接。
CAN总线[3]传输距离是以牺牲带宽为代价, 因此需在保证良好语音质量的条件下, 采用较低语音比特率传输, 表1为CAN总线传输距离与波特率关系。
为保证高保真、低带宽语音通信, 系统采用MBE技术进行语音压缩。数字语音压缩目前在多媒体信息技术和网络技术中应用广泛, 而压缩技术也较为成熟。由于采用DSP进行数字语音压缩, 算法复杂且价格昂贵, 故本系统采用单片集成芯片AMBE-1000[5]进行语音压缩。AMBE-1000是一款高性能多速率语音编解码芯片, 采用MBE技术的语音压缩算法, 具有语音音质好和编码速率低等优点, 语音编解码速率可在2.4~9.6 kbit·s-1之间以50 kbit·s-1的间隔变化, 即使在2.4 kbit·s-1时, 仍可保持自然的语音质量和可懂度。所有编码和解码操作均在芯片内部完成, 无需额外的存储器。这些特性使其适用于本系统设计。系统中CAN波特率设为18 kbit·s-1, 传输距离≥2 km。
AMBE-1000集成编码器和解码器, 两者相互独立。编码器接收8 k Hz采样的语音数据流并以一定的速率输出信道数据。相反, 解码器接收信道数据并合成语音数据流。编码器和解码器接口的时序是完全异步的, 其工作信道结构如图3所示。语音信息经过发送方的AMBE-1000编码器被压缩为数字语言编码, 经CAN总线传入接收方的AMBE-1000解码器, 再经由解码器得到发送方的语音信息。同样, 原接收方也可由相同的方式将自身的语言信息传递至原发送方。
AMBE-1000采用A/D-D/A芯片作为语音信号的接口。为满足要求与性能, 系统选用A/D-D/A芯片CSP1027S与AMBE-1000作为接口连接。芯片集成16位串行A/D和D/A, 由低功耗的CMOS技术和低电压数字系统设计而成, 其模拟接口处内置了前置放大器, 因此可以输入较小的语音信号。符合G.712语音频带响应和信噪比规范, 最高采样率可达24 k Hz, 满足AMBE-1000编码要求。其与AMBE接口电路如图4所示。
为提高处理器CAN总线的驱动能力, 需在处理器与现场总线间增加CAN收发器[6]。系统选用周立功的CTM8251, 该芯片内部集成了CAN所必需的隔离及收发器件。该芯片的主要功能是将CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线所必需的差分电平, 并具有DC-DC隔离功能, 其接口电路如图5所示。
1.2 软件设计
系统软件在Keil4开发环境完成设计, 同时该开发环境与Jlink-v8配合可实现在线调试功能, 为本系统的完成提供了方便。
软件基于模块化设计, 不同模块完成相应功能。首先, 开机进入设备初始化功能, 其中包括系统时钟配置、管脚配置、CAN控制器配置、AMBE-1000初始化等。系统时钟配置为72 MHz, 这是主控芯片STM32F107所能达到的最高工作频率, 在该频率下拥有足够高的效率来处理各外设信息。对管脚的配置包括对按键和部分外设I/O口的配置, 对CAN总线控制器的配置主要为传输速度配置。因井下一般两节点距离<3 km, 且语音经过压缩后为8 kbit·s-1, 所以将CAN总线传输速率配置为9 kbit·s-1, 这便满足了3 km的传输要求。AMBE-1000的初始化主要为通信接口的初始化, 其通信接口为SPI同步串口, 可直接与主控芯片的SPI接口连接。
系统启动后进入正常工作模式, 当有语音按钮按下时, 处理器进入语音采集模式, 并通过SPI使能AMBE-1000, AMBE-1000将话音数据每20 ms压缩为一个语音数据包, 再经由STM32主控芯片将压缩包上传至CAN总线。CAN总线接收端配置成中断模式, 当有语音数据接收时, 触发中断并将该数据压缩包经过SPI同步串口传入AMBE-1000, 并控制其进行解压缩并播放。在解码器部分, 当其检测到丢失一帧语音数据时, 能依据上一帧数据尽量真实地预测下一帧语音数据, 同时给出适当的语音信号。系统流程如图6所示, 中断程序流程如图7所示。
1.3 实验结果
系统在实验室的测试方法如图8所示。
测试系统由两个语音节点组成, 两节点之间由20 m线长相连接, 并在一号节点放置信号发生器, 二号节点放置示波器与分贝计。因人声频率范围为300~3 400 Hz之间, 所以信号发生器分别取在该范围内的5个点作为测试点, 测试结果如表2所示。
对应这5个频率点由信号发生器发出响应频率的正弦波, 再由分贝计从节点2的扬声器声响中测得分贝值, 而失真度可通过示波器观察出正弦波的失真情况。测试结果说明, 扬声器声响≥80 d B, 失真度≤12%, 基本满足人声的辨识度。
通过实际测试证明了将语音信号进行压缩并通过CAN总线进行传输工作良好, 实现了低速率数字远程传播。同时本系统具有较好的灵活性, 可实现广播、组播、点对点等多种通信方式, 并具有较好的实时性和抗干扰性。
2 结束语
文中介绍了一种应用于煤矿的井下语音传输系统, 该系统基于MBE语音压缩技术, 且以CAN总线为传输方式。本系统应用于井下皮带保护系统中的语音扩音系统内, 主要用以实现井上与井下, 以及井下各部分进行的相互实时语音通信, 为确保煤矿安全提供保障。文中设计成本较低, 便于维护和修改, 且实用性较强。
摘要：针对煤矿井下安全, 提供了一种数字语音通信解决方案。该方案采用MBE压缩技术实现语音数据的压缩, 并使用了STM32F107作为主控芯片, 用主控芯片自带的CAN总线控制器实现远距离实时语音传输。文中介绍了该系统的软硬件设计, 经测试, 该系统在实际环境中具有良好的稳定性和实时性。
关键词：STM32,CAN总线,MBE压缩技术,语音传输
参考文献
[1]夏士雄, 于励民, 郑丰隆.煤矿通信与信息化[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2008.
[2]廖义奎.Cortex-M3之STM32嵌入式系统设计[M]北京:中国电力出版社, 2012.
[3]夏春华, 邱选兵, 卜祥军, 等.基于Cortex-M3的数字可调共振源的设计[J].电子科技, 2010, 23 (12) :9-11, 17.
[4]李真花, 崔健.CAN总线轻松入门与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2011.
[5]夏骏, 王甜.基于STM32和GSM的远程遥控定时开关装置[J].电子科技, 2013, 26 (1) :112-114, 130.
[6]黄俊霖, 董洁, 吴垣春, 等.环境参数监测系统设计[J].电子科技, 2013, 26 (4) :53-54, 59.
数字通信系统 篇2
课程设计(论文)任务书
信息工程
学
院
通信工程 专
业
11-1、2、3、4
班一、一、课程设计(论文)题目 基于Simulink的数字通信系统的仿真设计
二、课程设计(论文)工作自 2014 年 6 月 16 日起至 2014 年 6 月 27 日止。
三、课程设计(论文)地点: 图书馆、寝室、通信实验室（4-410）。
四、课程设计(论文)内容要求： 1．本课程设计的目的
（1）使学生掌握通信系统各功能模块的基本工作原理；
（2）培养学生采用Simulink仿真软件对各种电路进行仿真的方法；（3）培养学生对二进制数字调制及解调电路的理解能力；（4）能提高和挖掘学生对所学知识的实际应用能力即创新能力；（5）提高学生的科技论文写作能力。2．课程设计的任务及要求 1）基本要求：
（1）学习Simulink仿真软件的使用；
（2）对数字通信系统调制及解调电路各功能模块的工作原理进行分析；（3）提出数字通信系统调制及解调电路的设计方案，选用合适的模块；（4）对所设计系统进行仿真；（5）并对仿真结果进行分析。
a.2ASK调制及解调 b.2FSK调制及解调 c.2PSK调制及解调 d.2DPSK调制及解调
e.MASK，MFSK，MPSK，MSK，QAM（至少选做一种）
2）创新要求：
3）课程设计论文编写要求
（1）要按照书稿的规格打印誊写毕业论文
（2）论文包括目录、绪论、正文、小结、参考文献、谢辞、附录等（3）毕业论文装订按学校的统一要求完成 4）答辩标准：
（1）完成原理分析（20分）（2）系统方案选择（30分）（3）仿真结果分析（30分）（4）论文写作
（20分）5）参考文献：
（1）王俊峰.《通信原理MATLAB仿真教程》 人民邮电出版社第1版.2010.11.1
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（2）赵静.《基于MATLAB的通信系统仿真》 北京航空航天大学出版社
6）课程设计进度安排
内容
天数
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地点
构思及收集资料 2
图书馆 仿真 5
实验室 撰写论文 3
实验室
学生签名：
2014年6月16日
课程设计(论文)评审意见
（1）完成原理分析（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（2）系统方案选择（30分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（3）仿真结果分析（30分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（4）论文写作
（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（5）格式规范性及考勤是否降等级：是（）、否（）
评阅人：
职称：
副教授
2014 年 6 月27 日
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目录
1.引言.............................................................................................................................2 1.1设计背景。.......................................................................................................2 1.2数字通信系统设计步骤。...............................................................................3 1.3课设内容：.......................................................................................................3 2.MATLAB和SIMULINK简介。.............................................................................4 3.通信与基带传输系统概念。.....................................................................................6 3.1 通信的概念......................................................................................................6 3.2数字基带传输系统...........................................................................................7 4.2ASK的调制、解调系统设计原理及仿真。......................................................8 4.1 2ASK调制。.................................................................................................8 4.2
2ASK的解调：.........................................................................................9 4.3 2ASK调制与解调系统的仿真电路图及其仿真结果。.............................9 5.2FSK的调制、解调系统设计原理及仿真。....................................................10 5.1 2FSK的调制。...........................................................................................10 5.2 2FSK的解调。...........................................................................................12 5.3 2FSK调制与解调系统的仿真电路图及其仿真结果。...........................12 6.2PSK的调制、解调系统设计原理及仿真。....................................................13 6.1 2PSK的调制。..............................................................................................13 6.2 2PSK的解调。..............................................................................................14 6.3 2PSK调制与解调系统的仿真电路图及其仿真结果。...........................15 7.2DPSK的调制、解调系统设计原理及仿真。.................................................16 7.1 2DPSK的调制。........................................................................................16 7.2 2DPSK的解调。........................................................................................17 7.3 2DPSK调制与解调系统的仿真电路图及其仿真结果。........................17 8.MSK的调制、解调系统设计原理及仿真。........................................................19 8.1 MSK的调制。............................................................................................19 8.2 MSK的解调...................................................................................................20 8.3 MSK调制与解调系统的仿真电路图及其仿真结果。...............................21 9.结论。.....................................................................................................................21 参考文献......................................................................................................................22
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基于simulink的数字通信系统的设计
摘要：数字调制是指用数字基带信号对载波的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化。根据控制的载波参量的不同，数字调制有调幅、调相和调频三种基本形式，并可以派生出多种其他形式。
在此次的课设中我们利用simulink完成了2ASK调制及解调、2FSK调制及解、调2PSK调制及解调还有2DPSK调制及解调，在MASK，MFSK，MPSK，MSK，QAM中选择了MSK进行了调制解调的设计。
在报告中描述了此次课设中各种调制方式调制解调的原理，并给出调制、解调的原理框图。根据各种调制方式的原理,结合调制、解调的原理框图。利用simulink设计出了相应的调制、解调系统，同时还进行了仿真，结合原理不断观察仿真结果，不断的调整相应的参数得到了相对最理想的结果，并对相应的调制解调系统的结果进行分析。
最后对本次的课设进行了总结，此次的课设学会了simulink的使用，加深了对通信原理的理解，成功实现各调制方式的调制、解调。
关键字：数字调制 simulink 仿真与调试
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1.引言
1.1设计背景。
随着现代通信系统的飞速发展,计算机仿真已经成为分析和设计通信系统的主要工具,在通信系统的研发和教学中具有越来越重要的意义。计算机仿真是衡量系统性能的工具,它通过构建模型运行结果来分析实物系统的性能从而为新系统的建立或原系统的改造提供可靠的参考。通过仿真,可以降低新系统失败的可能性,消除系统中潜在的瓶颈,优化系统的整体性能。因此,仿真是通信系统研究和工程建设中不可缺少的环节。仿真也称模拟,在本质上,系统的计算机仿真就是根据实际的物理系统的运行原理建立相应的数学描述并进行计算机数值求解。根据实际的目标问题提出相应的数学描述,通常可以表达为一系列数学方程以及一系列边界条件。把系统的数学描述称为系统的仿真模型。用计算机语言重新表达的数学模型称为系统的计算机仿真模型。对用户而言,使用仿真软件的平台不同,所建立的计算机仿真模型形式也不同,可以是字符形式的一系列程序代码,也可以是图形化的一些列一组信号流程图、系统方框图或者状态转移图。
SIMULINK是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。SIMULINK具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点SIMULINK已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于SIMULINK。从理论上对通信系统进行深入细致的研究是非常必要的，本文对通信系统中的一些重要环节，如数字信号的调制解调有着深入的研究学习。本文在深刻理解通信系统理论的基础上，利用MATLAB提供的通信工具箱和信号处理工具箱中的模块，对通信系统中的典型信号进行了模型构建、系统设计、仿真演示、结果显示。通过系统的仿真与分析可以看出SIMULINK在系统建模和仿真中的巨大优势，是学习、研究和设计通信系统强有力的工具。
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1.2数字通信系统设计步骤。
利用SIMULINK进行数字通信系统设计、仿真的基本步骤如下：（1）建立数学模型：根据通信系统的基本原理，将整个系统简化到有源系统，确定总的系统功能，并将各部分功能模块化，找出各部分之间的关系，画出系统流程框图模型。
（2）仿真系统：根据建立的模型从SIMULINK通信模型库的各个子库中将所需要的单元功能模块拷贝到Untitled窗口，按系统流程框图模型连接，组建要仿真的通信系统模型。
（3）设置、调整参数：参数设置包括运行系统参数设置（如系统运行时间。采样速率等）和功能模块运行参数设置（如正弦信号的频率、幅度、初相；低通滤波器的截止频率、通带增益、阻带衰减等）。
（4）设置观察窗口，分析仿真数据和波形：在系统模型的关键点处设置观测输出模块，用于观测仿真系统的运行情况，以便及时调整参数，分析结果。
（5）生成新的模块：对于库中没有的功能模块，可以根据以掌握的技术生成所需新的子模块，以便随时调用。
1.3课设内容：
此次课设的主要内容如下：
（1）：学习了simulink的使用方法。
（2）：学习了各种调制方式的调制解调原理，及其设计方法。
（3）：根据各种调制方式的原理，利用simulink设计出了相应的调制、解调系统，同时还进行了仿真，结合原理不断观察仿真结果，不断的调整相应的参数得到了最理想的结果。
（4）：以文档的形式描述了此次课设中各种调制方式调制解调的原理，给出相应的调制解调系统并对结果进行分析。
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2.MATLAB和SIMULINK简介。
美国Mathworks公司于1967年推出了矩阵实验室“Matrix Laboratory”（缩写为Matlab）这就是Matlab最早的雏形。开发的最早的目的是帮助学校的老师和学生更好的授课和学习。从Matlab诞生开始，由于其高度的集成性及应用的方便性，在高校中受到了极大的欢迎。由于它使用方便，能非常快的实现科研人员的设想，极大的节约了科研人员的时间，受到了大多数科研人员的支持，经过一代代人的努力，目前已发展到了7。X版本。Matlab是一种解释性执行语言，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。由于它使用简单，扩充方便，尤其是世界上有成千上万的不同领域的科研工作者不停的在自己的科研过程中扩充Matlab的功能，使其成为了巨大的知识宝库。可以毫不夸张的说，哪怕是你真正理解了一个工具箱，那么就是理解了一门非常重要的科学知识。科研工作者通常可以通过Matlab来学习某个领域的科学知识，这就是Matlab真正在全世界推广开来的原因。目前的Matlab版本已经可以方便的设计漂亮的界面，它可以像VB等语言一样设计漂亮的用户接口，同时因为有最丰富的函数库（工具箱），所以计算的功能实现也很简单，进一步受到了科研工作者的欢迎。另外，Matlab和其他高级语言也具有良好的接口，可以方便的实现与其他语言的混合编程，进一步拓宽了Matlab的应用潜力。可以说，Matlab已经也很有必要成为大学生的必修课之一，掌握这门工具对学习各门学科有非常重要的推进作用。
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，也是目前在动态系统的建模和仿真等方面应用最广泛的工具之一。确切的说，Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持线性和非线性系统，连续、离散时间模型，或者是两者的混合。系统还可以使多种采样频率的系统，而且系统可以是多进程的。Simulink工作环境进过几年的发展，已经成为学术和工业界用来建模和仿真的主流工具包。在Simulink环境中，它为用户提供了方框图进行建模的图形接口，采用这种结构画模型图就如同用手在纸上画模型一样自如、方便，故用户只需进行简单的点击和拖动就能完成建模，并可直接进行系统的仿真，快速的得到仿真结果。它的主要特点在于：
1、建模方便、快捷；
2、易于进行模型分析；
3、优越的仿真性能。它与传统的仿真软件包微分方程和差分方程建模相
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比，具有更直观、方便、灵活的优点。Simulink模块库（或函数库）包含有Sinks（输出方式）、Sources（输入源）、Linear（线性环节）、Nonlinear（非线性环节）、Connection（连接与接口）和Extra（其他环节）等具有不同功能或函数运算的Simulink库模块（或库函数），而且每个子模型库中包含有相应的功能模块，用户还可以根据需要定制和创建自己的模块。用Simulink创建的模型可以具有递阶结构，因此用户可以采用从上到下或从下到上的结构创建模型。用户可以从最高级开始观看模型，然后用鼠标双击其中的子系统模块，来查看其下一级的内容，以此类推，从而可以看到整个模型的细节，帮助用户理解模型的结构和各模块之间的相互关系。在定义完一个模型后，用户可以通过Simulink的菜单或MATLAB的命令窗口键入命令来对它进行仿真。菜单方式对于交互工作非常方便，而命令行方式对于运行仿真的批处理非常有用。采用Scope模块和其他的显示模块，可以在仿真进行的同时就可立即观看到仿真结果，若改变模块的参数并再次运行即可观察到相应的结果，这适用于因果关系的问题研究。仿真的结果还可以存放到MATLAB的工作空间里做事后处理。模型分析工具包括线性化和整理工具，MATLAB的所有工具及Simulink本身的应用工具箱都包含这些工具。由于MATLAB和SIMULINK的集成在一起的，因此用户可以在这两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改模型。
强大的Simulink动态仿真环境，可以实现可视化建模和多工作环境间文件互用和数据交换。Simulink支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持多种采样速率的多速率系统;Simulink为用户提供了用方框图进行建模的图形接口，它与传统的仿真软件包用差分方程和微分方程建模相比，更直观、方便和灵活。用户可以在Matlab和Simulink两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。用于实现通信仿真的通信工具包(Communication toolbox，也叫Commlib，通信工具箱)是Matlab语言中的一个科学性工具包，提供通信领域中计算、研究模拟发展、系统设计和分析的功能，可以在Matlab环境下独立使用，也可以配合Simulink使用。另外，Matlab的图形界面功能GUI（Graphical User Interface）能为仿真系统生成一个人机交互界面，便于仿真系统的操作。因此，Matlab在通信系统仿真中得到了广泛应用，本文也选用该工具对数字调制系统进行仿真。
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3.通信与基带传输系统概念。
3.1 通信的概念
通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息源所产生的，是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图像等都是消息(Message)。消息有模拟消息（如语音、图像等）以及数字消息（如数据、文字等）之分。所有消息必须在转换成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。所以，信号（Signal）是传输消息的手段，信号是消息的物质载体。通信系统一般模型如下所示：
信息源发送设备信道接收设备受信者
图3-1：通信系统一般模型
相应的信号可分为模拟信号和数字信号，模拟信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是连续的，如下图3-2所示：
信息源调制器信道解调器受信者
图3-2：通信系统一般模型
同时数字信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是离散的，如图3-3所示的数字通信系统：
信信源源信道数字制器数信信字受道源信息编编调 解译译信码器码器道调器码器码器者图3-3：数字通信系统
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通信的目的是传递消息，但对受信者有用的是消息中包含的有效内容，也即信息(Information)。消息是具体的、表面的，而信息是抽象的、本质的，且消息中包含的信息的多少可以用信息量来度量。
通信技术，特别是数字通信技术近年来发展非常迅速，它的应用越来越广泛。通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量有用的信息无失真，高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。当今的通信不仅要有效地传递信息，而且还有储存、处理、采集及显示等功能，通信已成为信息科学技术的一个重要组成部分。
3.2数字基带传输系统
在数字基带传输系统中，为了使数字基带信号能够在信道中传输，要求信道应具有低通形式的传输特性。然而，在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。必须用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号。
3-4数字调制系统的基本结构
数字调制与模拟调制原理是相同的，一般可以采用模拟调制的方法实现数字调制。但是，数字基带信号具有与模拟基带信号不同的特点，其取值是有限的离散状态。这样，可以用载波的某些离散状态来表示数字基带信号的离散状态。基本的数字调制方式有：振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK)、正交振幅键控(QAM)、多相相移键控信号(QPSK)、最小移频键控(MSK)。
本次课设内容主要以二进制振幅键控(2ASK)、二进制频移动键控(2FSK)和二进制相移键控(2PSK)、二进制相对相移键控（2DPSK）、最小移频键控(MSK)为主。
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4.2ASK的调制、解调系统设计原理及仿真。
4.1 2ASK调制。
(1)调制原理（模拟相乘法）：
振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。幅度键控可以通过乘法器和开关电路来实现。载波在数字信号1或0的控制下通或断，在信号为1的状态载波接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为0的状态下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送。设发送的二进制符号序列由0、1序列组成，发送0符号的概率为P，发送1符号的概率为1-P，且相互独立。
该二进制符号序列可表示为：
其中：
Ts是二进制基带信号时间间隔，g(t)是持续时间为Ts的矩形脉冲:
则二进制振幅键控信号可表示为：
（2）根据模拟相乘法调制原理框图如下：
4-1振幅调制模拟相乘法调制原理图
（3）二进制振幅键控调制波形如下：
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根据载波信号幅度的取值的对调制信号进行调制。波形如下：
4-2二进制振幅键控调制波形
4.2
2ASK的解调：
（1）解调原理（相干解调）：
2ASK信号的解调有两种方法即相干解调和包络解调。此次课设中采用相干解调，相干解调也称为同步解调，利用乘法器，输入一路与载频相干即同频同相的参考信号与载频相乘。具体过程如下：
比如原始信号A与载频
调制后得到信号，解调时，得到滤除，引入相干（同频同相）的参数信号，用低通滤波器将高频信号即得原始信号A。（2）解调原理框图：
4.3 2ASK调制与解调系统的仿真电路图及其仿真结果。
（1）
2ASK调制与解调系统的仿真电路图：
利用simulink得到2ASK调制与解调系统的仿真电路图：
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（2）仿真结果。
根据调制解调仿真电路，经过调整得到如下结果：
（3）结果分析：
对照调制解调电路各点，根据仿真结果可以看出，整个电路得到了很准确的调制信号，并且很好地将其解调出来，解调信号和原始信号对比发现，没有任何的失真和延时。
5.2FSK的调制、解调系统设计原理及仿真。
5.1 2FSK的调制。
（1）调制原理：
采用了模拟调频法。2FSK信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态
华东交通大学课设论文 的，被调载波的频率随二进制序列0、1状态而变化，即载频为载频为时代表传1。显然，2FSK信号完全可以看成两个分别以以和
时代表传0，和
为载频,为被传二进制序列的两种2ASK信号的合成。2FSK信号的一般时域数学表达式为:
其中，且是的反码，关系式如下：
（2）调制原理框图：
采用模拟相乘法有如下的调制原理图：
2fsk调制波形如下：(3)解调信号时域波形：
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5.2 2FSK的解调。
(1)解调原理（相干解调）：
二进制移频键控信号的解调方法很多，有模拟鉴频法和数字检测法，有非相干解调方法也有相干解调方法。其解调原理是将二进制移频键控信号分解为上下两路二进制振幅键控信号，分别进行解调,通过对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号。(2)解调原理框图:
5.3 2FSK调制与解调系统的仿真电路图及其仿真结果。
(1)simulink绘制的2FSK调制与解系统的仿真电路图如下：
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(2)仿真结果如下：
(3)仿真结果分析：
结果表明能非常准确的对信号进行调制，得到了较好的2FSK波形，并且在时间上非常同步。对于解调信号，其解调结果与原波形相比有一半的失真，还不是很理想。
6.2PSK的调制、解调系统设计原理及仿真。
6.1 2PSK的调制。
（1）2PSK调制的原理：
二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。通常用已调信号载波的 0°和 180°分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0。二进制移相键控信号的时域表达式为：
e2psk(t)g(tnTs)*an
在2PSK调制中，an应选择双极性，即：
0,an1,0,bn1,发送的概率为P发送的概率为1-P发送的概率为P发送的概率为1-P
若g(t)是脉宽为Ts，高度为1的矩形脉冲时，则有:
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coswct,e2pskcoswct,发送的概率为P发送的概率为1-P
当发送二进制符号1时，已调信号e2PSK(t)取0°相位，发送二进制符号0时，e2PSK(t)取180°相位。若用φn表示第n个符号的绝对相位，则有发送 1 符号
φn= 0°，发送 0 符号。这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制绝对移相方式。（2）2PSK调制框图（采用模拟相乘法）：
（3）2PSK调制的波形：
6.2 2PSK的解调。
（1）解调原理(相干解调法)：
由于PSK信号本身就是利用相位传递信息的，所以在接收端必须利用信号的相位信息来解调信号。此次课设中2PSK信号的解调方法采用的是相干解调法。经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，在进行抽样判决。判决器是按极性来判决的。即正抽样值判为1，负抽样值判为0。
（2）解调原理框图：
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6.3 2PSK调制与解调系统的仿真电路图及其仿真结果。
(1):simulink软件仿真图如下:
（2）仿真结果如下：
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（3）结果分析：
结果表明能非常准确的对信号进行调制，得到了较好的2PSK波形，并且在时间上非常同步。对于解调信号，因为我所使用的simulink没有抽样判决器，采用代替器件中有判决键的使用导致解调结果有延时。
7.2DPSK的调制、解调系统设计原理及仿真。
7.1 2DPSK的调制。
（1）调制原理(模拟调相法)：
二进制移相键控（2PSK）方式是指受键控的载波相位按基带脉冲而改变的一种数字调制方式。众所周知2PSK调制是将传输的数字码元“1”用初始相位为180°的正弦波表示，而数字码元“0”用初始相位为0°的正弦波表示。若设at是传输数字码元的绝对码，则2PSK已调信号在任一个码元时间T内的表达式为: s(t)Asin[wcta(t)]a(t)0或者1
为此实际中一般采用一种所谓的差分移相键控（2DPSK）方式。2DPSK方式是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。假设前后相邻码元的载波相位差为，可定义一种数字信息与
之间的关系为：
若将传输数字码元的绝对码at先进行差分编码得相对码bt，其差分编译码如下：
差分编码为 btatbtT（2）差分译码为 atbtbtT（3）再将相对码bt进行2PSK调制，则所得到的即是2DPSK已调信号，其在任一码元时间T内的表达式为
stAsinctbt,bt1或0（4）（2）调制原理框图（采用模拟调相法）：
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（3）其调制波形：
7.2 2DPSK的解调。
（1）解调原理（差分相干解调方式）：
实际中接收到的2DPSK 信号在经过带通滤波后，由于码元跳变处的高频分量被过滤掉，滤波后的2DPSK信号波形分为稳定区和过渡区，码元中间部分是稳定区，前、后部分为过渡区。稳定区内的信号基本无损失，波形近似为正弦波，而过渡区内的波形则不是正弦波，并且幅度明显降低。调制信息基本上只存在于码元稳定区。
直接比较前、后码元的相位差，从而恢复发送的二进制数字信息。由于解调的同时完成了码反变换作用，故解调器中不需要码反变换器，只需将调制信号延迟一个码元间隔Ts。由于差分相干解调方式不需要专门的相干载波，因此是一种非相干解调方法。（2）解调原理框图：
7.3 2DPSK调制与解调系统的仿真电路图及其仿真结果。
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(1)DPSK调制与解调系统的仿真电路图
(2)仿真结果:
(3)结果分析：
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结果表明能非常准确的对信号进行调制，得到了较好的2DPSK波形，并且在时间上非常同步。对于解调信号，能很好的恢复出调制信号，世间上非常同步，只不过有些许误差。
从信差分编码移相2DPSK在数字通信系统中是一种重要的调制方式，其抗噪性能和信道频带利用率均优于移幅键控(ASK)和移频键控(FSK)，因而在实际的数据传输系统中得到广泛的应用。
8.MSK的调制、解调系统设计原理及仿真。
8.1 MSK的调制。
（1）调制原理：
MSK叫最小频移键控，它是频移键控（FSK）的一种改进型。这里“最小”指的是能以最小的调制指数（即0.5）获得正交信号，它能比PSK传送更高的比特速率。
二进制MSK信号的表达式可写为：
sMSK(t)cos(wctpiak*tk)其中(k1)TstkTs 2*Ts
式中，φk称为附加相位函数；ωc为载波角频率；Tk为第k个输入码元，s为码元宽度；a取值为±1；φk为第k个码元的相位常数，在时间kTs≤t≤(k+1)Ts中保持不变，其作用是保证在t=kTs时刻信号相位连续。由
wc+p2TSa=+1dfk(t)pa=wc+k=dt2Tswc-p2TSa
1可知 4Ts1当ak＝－1时，信号的频率为：f1＝fc－
4Ts11由此可得频率之差为：f＝f2－f1＝H=f Ts=x=0.5
2Ts2Ts当ak＝＋1时，信号的频率为：f2＝fc＋（2）调制系统：
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(3)MSK调制信号：
＋－－＋＋＋－－ 8.2 MSK的解调
（1）解调原理：
采用相干解调，其解调原理是将MSK信号分解为上下两路2ASK信号分别进行解调，然后进行判决，这里的抽样判决是直接比较两路信号抽样 值的大小，可以不专门设置门限。（2）：解调原理框图：
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8.3 MSK调制与解调系统的仿真电路图及其仿真结果。
（1）MSK调制与解调系统的仿真电路图。
（2）仿真结果:
9.结论。
通过这段时间的努力，基本成功设计出了2ASK、2FSK、2PSK及2DPSK及解有MSK调制解调系统，并且除部分失真和延时外，调制解调信号都和调制解调原理相符。
通过本次课程设计，我收获颇多,对二进制数字调制和解调系统有了更深入的了解，对2ASK调制及解调、2FSK调制及解、调2PSK调制及解调还有2DPSK调制及解调还有MSK调制解调都有了更是深入的理解。把书本上的理论知识和实际动手联系起来让我懂得了在学习的过程中要带着问题去学习，这样才能提高学习的效率。我们必须要联系实际去解决问题，因为我们的知识水平有限，在学习与实践的过程中难免会出现一些问题。这次课程设计使我把以往所学的很多基础知识都联系了起来，在这期间我深刻的体会到了以前所学的每一样知识都是有用的。只有把基础知识一样样地学扎实了才能在现代技术的基础上不断拓展，不
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断创新。才能在专业领域上赢得自己的一席之地。也学会了对matlab和Simulink的基础使用方法，能成功对数字调制系统的进行仿真设计。
当然在做课程设计的过程中总会出现各种问题，通过不断对各种通信系统的调整改进、改变某些参数比较系统性能的变化，最后基本可以设计出正确的调制解调电路，可以得到较理想的调制解调结果。
无形间提高了我们的动手、动脑能力，并且同学相互探讨问题，研究解决方案，增进大家的团队意识。同时我也充分认识到了理论与实践相结合的重要性，平时我们只是一味地学习理论知识，很少有自己动手设计的时候，但这次课程设计为我们提供了一个好的机会，不仅锻炼了我的动手能力，还使我对通信系统有了感性的认识。
参考文献
数字通信系统中同步技术的研究 篇3
数字通信系统中同步技术的基本概念研究
开展数字通信系统中同步技术的研究，首先应当明确数字通信系统中同步技术的基本概念。同步技术的良好应用，是保障数字通信系统正常运行的关键性因素之一。根据实际情况可知，信息的发送方和接收方的地理位置一般存在着一定的距离，因此为了保障数字通信系统的运作协调性和秩序陛，需要将同步技术应用于数字信息的发送和接收的过程中，才能够有效的保障信息传递工作的正常运行，因此如果数字通信系统中同步技术不能够良好的应用于通信系统的运作过程中，会直接影响整体数字通信系统的工作的实效性和时效陛，甚至会导致数字通信系统的结构和功能的紊乱现象的发生。
数字通信系统中同步技术的种类研究
在明确了数字通信系统中同步技术的基本概念后，开展数字通信系统中同步技术的种类研究，按照同步技术的应用功能进行划分。可以将数字通信系统中同步技术的种类分为以下几点：
数字信息系统中的载波同步技术的应用。数字信息技术中的载波同步技术，是数字信息系统中常见的基本同步技术之一。由于开展数字信息传播工作的过程中，进行数字信息传输的距离都相对较高，因此在开展数字通讯工作之前需要在信息的发送端调节信息的传送频带，同时在信息的接收地点也要开展相应的接收方式调节工作。开展数字信息的发送端调节工作，最为常用的调节方式为：相干调节方式。而在相干调节方式的应用过程中，相干载波的应用为其关键性的环节。因此数字信息系统中的载波同步技术的应用，可以有效实现数字信息系统的相干调节的顺利开展，进而提升数字信息系统中的同步技术的应用的实效性和时效性。
数字信息系统中的元同步技术的应用。数字信息系统中的元同步技术，也可以被称为位同步技术，是数字信息系统所独有的一种同步技术，在数字信息常用的两种信息传输方式，基带传输方式和频带传输方式的运用过程中，元同步技术的应用都占有着不可或缺的位置。开展数字信息系统的运行工作，任何数字信息都需要通过串码元序的形式表现出来，进而保障数字信息的接收者能够明确信息发出和接收的具体时间，此时便需要开展数字信息系统中的元同步技术的应用。数字信息系统中的元同步技术的应用可以为数字信息的接收人员提供一个专门的位定时脉冲系列，由于位定时脉冲系列的重复频率与串码元序的运输速率具有一致陛，因此数字信息的接收人员可以根据位定时脉冲系列的重复频率，判断信息发出和接收的具体时间。因而数字信息系统中的元同步技术也可以被称为位同步技术。数字信息系统中的元同步技术，在数字通信系统中的良好运用，可以增强数字信息接收者判断所接受的串码反映出的信息的精确程度，进而实现数字通信系统的精确性的有效提升。
数字信息系统中的群同步技术的应用。数字信息系统中的群同步技术的应用，也是提升数字信息系统的系统性和秩序性所应用的主要技术之一。由于数字信息系统所传递的信息流的“字”的表达，是由若干个元码组合而成的，因此数字信息系统信号的时分多路状况相对较为复杂，容易产生发送端各路上的秩序性的错误。进行数字信息系统中的群同步技术的应用，数字信息系统所传递的信息流的首段和尾端，应用特殊的讯号加以标注，并且向接收端明确的显示这一标注流程，可以有效的实现数字信息系统的秩序性的保障和秩序水平的全面提升。
数字信息系统中的网同步技术的应用。随着社会的不断发展和科技的不断进步，我国的网络技术也迎来了更加广泛的发展空间以及更加优良的发展前景，开展数字信息系统中的网同步技术的应用.在数字信息系统中建立完善的网络通信系统，则可以有效的保障数字信息系统中的数据的安全性和完整性，数字信息系统中的网同步技术在数字信息系统中的应用，也可以有效的提升数字信息系统的稳定性。
开展数字通信系统中同步技术的种类研究，可以将数字通信系统中同步技术的种类分为：数字信息系统中的载波同步技术的应用，数字信息系统中的元同步技术的应用和数字信息系统中的群同步技术的应用以及数字信息系统中的网同步技术的应用。将数字通信系统中同步技术应用于通讯工程的开展进程中，可以有效的提升数字信息系统运行的精确性、实效性和秩序性，进而获得更加理想的数字信息系统运行效果。
开展数字通信系统中同步技术的研究，首先应当明确数字通信系统中同步技术的基本概念。在明确了数字通信系统中同步技术的基本概念后，开展数字通信系统中同步技术的种类研究。同步技术的应用是开展数字通信系统的运行的重要环节，因此同步技术的应用状况直接决定了数字通信工作的开展的通信质量。开展数字通信系统中同步技术的研究探讨，完善同步技术在数字通信系统中的运作模式，實现同步技术的高效化、精确化应用，可以为我国的信息通讯工程的发展奠定稳定的基础和提供巨大的推动力。
矿井数字程控通信系统 篇4
关键词：通讯,七号信令,DDK-6调度机,C&,C08行政机
淮南矿业集团是国家13个亿吨级煤炭基地, 顾桥煤矿是淮南矿业集团新一轮发展的标志性矿井, 地质储量18.7亿吨, 可采储量9.68亿吨, 设计能力500万吨, 主要生产系统留有1000万吨条件, 在生产和安全的各个环节的设计上, 均体现了世界煤矿建设最先进的技术;经过几年开采, 井下战线长, 生产环节多, 调度通讯工作在矿井安全生产中的作用非常突出, 为了保证矿井调度生产的畅通、稳定性, 让行政通讯和调度通讯发挥专网专用的特性, 2005年12月对矿井通讯系统进行了改造:将行政通讯和调度通讯使用不同的程控机进行通讯, 中央区原行政、调度通讯系统共用的华为C&C08型程控机改造为只作行政通讯用, 具备长话、市话和局话等功能, 调度通讯系统使用联创公司的DDK-6多媒体数字调度机, 只做矿井调度、生产指挥专用;南区使用联创DDK-6多媒体数字调度机, 由于生产范围小, 将调度、行政系统合二为一, 通讯系统的重新构建, 使我矿的行政、调度通讯工作迈上了一个新台阶, 有力促进了矿井的安全生产。
1 通讯系统架构的设计
顾桥矿通讯系统由中央区行政交换机、调度交换机、南区调度行政交换机、光传输设备、线路等组成。
中央区行政交换机使用华为C&C08型交换机, 线路覆盖中央区地面范围, 容量960门 (配线架960路) , 号码资源1000门;系统采用数字中继方式 (60路) 通过2.5GSDH光传输设备与局中心通讯站连接, 为矿井话务唯一出局方式, 各通讯分站点连接成环, 某一分站出故障能保证矿井通讯继续正常运行;中央区行政交换采用数字中继方式 (30路) 与南区调度行政交换机连接, 实现行政通讯系统等位拨号, 采用模拟中继方式 (8路) 与中央区调度交换机连接, 采用模拟中继方式 (2路) 与中央区选煤厂调度交换机 (型号:浙江大华DH2000) 连接, 采用模拟中继方式 (2路) 与中央区仓储配送中心调度交换机 (型号:华为C&C08-S) 连接, 系统具备记费系统, 具备4个话务等级:矿内 (中央区、南区) 、集团公司内、市话、长话, 完成中央区、南区行政电话计费;系统后备电源系统, 当市电断电后能满足整机运行时间大于4小时。
中央区调度交换机使用江西联创DDK-6交换机, 线路覆盖中央区井下及地面范围, 容量384门 (配线架500路) , 系统采用数字中继方式 (30路) 通过PDH光传输设备与南区调度行政交换机连接, 实现调度通讯系统等位拨号;南区调度行政交换机也使用联创DDK-6交换机, 由于生产范围小, 将调度、行政系统合二为一, 容量576门 (配线架800路) , 安全栅200路, 实现行政和调度电话的共用, 具备记费系统, 具备4个话务等级:矿内 (中央区、南区) 、集团公司内、市话、长话;可以完成南区行政电话计费;中央区和南区分别从矿主、副井各设置一根HUYVA-100X2X0.8井筒电缆以覆盖井下各采场地点的电话安装, 调度机后备电源市电断电后满足整机运行时间大于4小时。
2 DDK-6数字调度机技术参数
2.1 系统的控制结构
系统采用集中控制、分级管理, 即集中与分散相结合的控制方式, 保证了用户接入方式灵活, 功能易扩充, 二次开发方便。系统由五个相对独立的部分组成:主控层、子系统层 (远端驱动单元、信令转接单元、用户模块部份) 、后台维护计费管理系统、调度台部分以及安全栅。
主控层是系统的核心, 它接受各子系统、维护管理系统送来的各种信息, 并进行分析、处理;完成系统二级交换、呼叫链接的控制;子系统层分为用户模块层、信令转换单元、远端驱动单元三种, 完成各种接口电路的控制, 全机控制系统采用分级管理、集中控制的控制方式, 构成主机强大的处理能力。
2.2 系统交换网络
系统采用两级交换网络, 二级交换为双网双平面结构。模块层采用8条PCM入、8条PCM出的256X256时隙的一级交换网络, 每个模块出两条PCM分别到主控的两个交换平面, 主控二级交换网络采用单T1024X1024交换平面, 共交换32条PCM, 其中4条用于语音提示、会议等, 剩下28条PCM用于与子模块相连。
2.3 安全栅
井下本安型话机在井上装有安全栅, 为系统的防爆安全提供了可靠的保障。安全栅的安全电路单元不仅对地面雷击等感应电流起到隔离、抗干扰作用, 而且在井下的用户线路发生短路时, 能迅速消耗电路中短路电流的能量, 使线路在故障状态下产生的电火花能量相当小, 不足点燃爆炸性混合物, 具有电气防爆性能, 确保了煤矿井下使用的安全性, 自应用以来, 未出现任何安全事故。
2.4 调度台部分
调度控制机采用2B+D接口和主机相连, B信道传送语音, D信道传送数据。操作台为大型双座席触摸式键盘, 调度员的每个操作可在操作台上进行也可在计算机键盘或鼠标上进行, 录音方式改变传统的录音机录音方式, 直接将PCM信号进行数字录音, 音质优良, 放音直接在计算机上查找, 直观方便;控制机和主机采用一对普通市话电缆相连, 距离可达4.5公里;操作台键盘可实现对每个用户的呼叫, 能完成录音、扬声、会议、主讲、听众、夜服、转接、强拆、重拨等功能。
2.5 后台维护管理系统
后台维护管理系统硬件是一标准配置的586以上PC系统, 软件采用WIN95, 后台管理系统界面直观, 操作简单, 功能齐全;采用界面友好的中文视窗设计, 实时状态显示, 使得维护管理人员可以及时了解系统状态, 直观简明地完成所有系统维护管理操作。
2.6 智能调度网的组成
集团公司通过数字中继七号信令完成各矿 (各分公司及各车间) 话音调度网汇接。通过话音网组织全局电话会议 (单呼、组呼、群呼) , 实现全矿务局任一网上有权多媒体计算机通过智能调度网调用、查看任意矿 (任意分公司及车间) 、任何时间的监测监控数据、表格、曲线和动态图形, 实现矿务局任一网上有权多媒体计算机通过智能调度网调用、播放任意矿 (分公司或车间) 、任何时间的录音文件。实现矿务局任一网上有权多媒体计算机通过智能调度网观看任意矿 (任意分公司或车间) 的电视监控图像。
顾桥矿中央区和南区调度机通过数字中继七号信令与集团公司总调度联网, 实现了光缆信号传输, 组成了智能调度专用网, 实现了与地面程控电话对接, 加强了集团公司总调度室与各矿井之间的通信联系, 做到了调度命令的快速传达。对于全局、各矿的通信系统的稳定、畅通是很重要的。
参考文献
数字通信系统 篇5
作 者：山东省兖州煤业股份有限公司 楼向东 吕秀海
兖矿集团位于山东省兖州市、邹城市和济宁市的交界处。矿区自营铁路机关设置在邹城市境内，以铁运处机关为中心，东西长约50公里，南北宽约40公里，呈伞面状分布，有近200公里的铁路线和15个车站，年运量达2600万吨。
自营铁路专用通信系统包括行车调度、货运调度、专用电话、车站电话集中机等设备，同铁路运输行车安全息息相关，为超额完成运输任务和构建和谐铁路做出了应有贡献。
自营铁路调度通信系统数字化改造包括引进铁路数字调度通信系统，以数字化的设备替代原有音频调度系统、专用电话系统、集中机和区转机等多种模拟设备，实现铁路专用数字通信调度的所有基本功能，解决设备老化及技术落后问题；实现铜芯双绞线E1数字信号的透明传输，解决矿区铁路专用数字传输通道网络建设滞后问题。
系统设计
自营铁路现有专用通信传输网主要由层绞式长途通信电缆线路及少量光缆线路组成。在自营铁路既有通信设施的基础上进行的数字化改造，本着节省设备投资及少占用通道的原则，尽量不增加光、电缆线路。
采用高比特设备（HDSL）对模拟传输通道铜芯双绞线进行数字化改造，达到不用光纤就能迅速成网的目的。同时，发挥铁路数字调度通信系统集中监控、远程维护、故障诊断、环境动力监测等维护管理功能。依据自营铁路实际，充分挖掘和发挥数字化设备功能，实现行车调度、货运调度、站间闭塞、站场广播、站场行车电话、各站生产自动电话等专用通信业务的数字接入。
自营铁路调度通信系统数字化改造采用国内先进的铁路数字调度通信系统，该系统以现代数字通信技术和计算机控制技术为基础，将调度通信、站场通信、站段会议电话、区间通话、专用电话、数据传输、图像传输、远端监控、数字录音、扩音转接等多种服务功能集于一体，用户可以根据需要方便地选择各种服务功能。该系统可替代现有铁路专用通信设备的调度机、电话集中机、区间电话转接机、扩音机、语音记录仪、扩音转接机等模拟设备。
设备配置和主要功能
中心主系统
处调度通信机械室安装了铁路中心主系统，为机厂站、北渐站、邹县站等不具备安装车站数调分系统的车站提供24个专用通信用户，共计3块用户板；设计生产自动电话插槽容量128门，实装容量64门，共计8块自动用户板。各公共板采用热备份，配置交直流电源柜和保证主系统正常运行24小时的蓄电池组。
处调度通信机械室安装设置数调维护网管终端，能够实施全程全网监控了解各站场设备运用状态，对整个系统进行维护和测试，具有故障自动告警及诊断功能。行、货调回线实现全呼、组呼、单呼，行、货调操作具有话务优先权，具有强拆强插等功能。
调度台具有良好的防尘、防潮、防振、防磁性能，操作台设置机械锁，配有交流停电告警声光显示，以便调度员发现问题通知电务维修人员及时处理。同时，各接插件具有热插拔功能，并配有录音设备接口，可安装主系统录音设备。各站数调分系统
数调分系统设置在大东站、东滩站、鲍店站、兴隆庄站、常营站、济二站、济三站、南屯站、北宿站、电厂站、孟楼站等十一个车站。大东站、南屯站安装32个站场通信用户，生产自动用户16个；其它车站安装16个站场通信用户，生产自动用户8个。各公共部分采用双备份，配置交直流电源柜和保证分系统停电时正常运行不低于24小时的蓄电池组。
操作台也具有良好的防尘、防潮、防振、防磁性能，操作台设置机械锁，配有交流停电告警声光显示，以便车站值班员通知电务维修人员及时处理。同时，各接插件具有热插拔功能，并配有录音设备接口，可安装主系统录音设备。
生产自动电话
数调主系统设计生产自动电话插槽容量128门，实装容量64门；大东站、南屯站数调分系统设计生产自动电话插槽容量32门，实装容量16门；其余9个数调分系统设计生产自动电话插槽容量16门，实装容量8门。
模拟通道数字化技术
高比特设备的主要特点有：开发已有铜线资源，不需要对基础设施再投资，就可增加通带，传输2Mb/s信号，通信质量高；既可与已有光纤干线配套，又可独立应用；投资少、安装快、维护管理方便。
高比特设备成对使用，分局端设备和远端设备。光传输设备提供的2.048Mb/s送到HDSL局端设备的G.703数据接口，经过分接器，将数据流分成两个1.040Mb/s的数据流，经过线路端口，分别送到两对铜芯对绞线上，传输到HDSL远端设备，并将两个数据流合并还原成2.048Mb/s数字信号，再通过G.703数据接口将信号传输到远端用户设备，完成2Mb/s信息的透明传输。
高比特设备采用超大规模集成电路（VLSI）的高速处理器，用高速信息处理技术建立铜线的数学模型，精确地补偿接收器上可以预料的失真，实现同时发送和接收1.040Mb/s全双工传输方式，采用2B1Q码，所占用频率低于260kHz，从而降低线路衰耗，大大增加无中继的传输距离。
高比特系统设备具有较强的维护管理功能，维护终端通过设备端口，可对设备运行状态进行连续和实时监测。通过操作菜单，可方便设置门限值，测量和显示各种参数。
应用效果
自铁路数字调度通信系统正式投入运行以来，实现了对整个调度区间内所有设备的集中监控、远程维护、故障诊断、环境动力监测等维护管理，方便了维护检修工作，使维修方式由预防修模式转变为状态修方式，通信联络保持高效畅通。
铁路数字调度通信系统以显示直观、操作简便、音质清晰、联络迅速、运行稳定、维护简易等特点受到车务、电务及调度等用户的一致好评，大大提高了列车调度指挥效率，尤其在月运量超250万吨煤炭的高峰期中发挥了巨大作用，使铁路安全运输生产上了一个新台阶。
数字通信系统 篇6
【关键词】数字通信系统；故障；判断和处理；方法
将数字通信与微波通信结合发展，便得到了一种新的信息传输手段，即数字微波通信技术。比起其他几种传输技术，数字微波通信技术的可靠性更高，抗噪更强，信息传输质量以及保密性能也越好，因此跃升成为了现代通信技术发展的主要方向。基于该种通信技术下产生的数字微波通信系统在运行时可能会发生各种各样的故障，为了确保其正常运行，必须及时对故障原因进行诊断，并采取措施加以故障处理，防止通信再次发生异常。下面笔者对数字微波通信系统的故障诊断、故障处理方法作详细论述。
一、数字微波通信的特点
数字微波通信其实是在数字通信和微波通信两种技术基础上，综合发展并创新出来的一种新技术，既具有数字通信的特点，又具有微波通信的特点。该技术应用于实践时，具有极好的抗干扰性和保密性，并且容易集成化，能处理多种不同的数字信号，是实现综合业务数字网构建的重要因素。除此之外，数字微波通信还具有较高的抗噪性，运行可靠、稳定，信息传输质量相对较高，再加上其不易被轻易泄密，因此被人们视为现代通信的主流发展方向。基于数字微波通信理念与技术下产生的数字微波通信系统构成并不复杂，只包括两个终端、若干个中间站，下图1为数字微波通信系统的构成图。
（图1数字微波通信系统构成图）
二、数字微波通信系统运行故障的诊断与处理
数字微波通信传输虽然会受到宽带的限制，但无法受到气候、地理的干扰，尽管传输容量会在宽带限制下受到影响，但是该传输媒介能在地震、洪水、台风等恶劣天气下正常运行，保持通信的随时畅通。从这一点来看，数字微波通信的作用是极大的，应用时必须做好通信系统的运行保护，尽量减少系统故障，确保数字微波通信系统的正常运行以及通信技术的有效使用。结合以往的数字微波通信系统故障处理经验，笔者建议在诊断和处理系统故障时，务必要做到“先粗后细、先外后内、先简单后复杂”。
1、使用监控系统对数字微波通信系统的运行状况进行监测
为了进一步确保数字微波通信系统的运行安全，建议在该系统中设计并安装相应的监控系统，利用监控系统来对其运行状况进行动态监测，及时、充分的掌握通信系统的状态。当系统发生故障时，维修人员可以利用监控系统快速找出故障原因和故障位置，并及时处理。一般情况下，监控系统所产生的监控信息都是双向传输的，包括内部工作电话安排也是如此，系统运作时一旦其中一个系统意外发生了故障，将自动倒换到备用系统中继续运作，不会影响到监控工作，更不会对数字微波通信系统的运行造成干扰。
2、借助预警信息进行故障判断
数字微波通信系统及其产品在出售时都会附送产品说明书，应用时可参照产品说明书，对系统机盘上的指示灯、系统功能、系统维护等知识进行了解，弄清楚指示灯的功用。正常情况下，如果产品的指示灯在使用过程中亮了，即代表系统内相关仪器仪表超出了正常使用范围。指示灯在此处的作用即是信息预警，通过观察指示灯情况，可准确判断出通信系统的故障位置。
3、组成环路自愈网
判断系统的故障，通常也会用到环路自愈网的方法。组成环路自愈网就是由多个微波站组成一个环路，其中任一微波站使用的信号都来自两个不同的方向，当其中一个方向的信号由于衰落而中断时，该微波站就自动使用另一个方向的信号，从而避免信号的全部中断。此种方法主要是利用电磁波在不同的通路中传输时，不可能同时中断的特点来确定系统故障所在的位置，即故障的段落、站别，有时甚至能够判断出故障所在的机盘或者是机架。
4、换盘试验
确定系统故障的最简捷、最有效的方法就是换盘试验法。在处理系统故障时，通常定位到某一块机盘及其相关连线后，就需要通过换盘试验来判定是属于机盘的故障还是连线的故障，然后再做相应的处理。对于每次的换盘都必然会引起电路的中断，如果带电插拔，对机盘背板插针会有机械损伤，在很大程度上影响了机盘的使用寿命。应该注意的是，在换盘过程中，有可能由于操作不当而损坏机盘。所以在换盘前就应当结合告警系统和监控系统，全面的了解通信系统过程中各站的情况，运用环回手段来确定故障的位置，避免盲目换盘导致机器的损伤。
5、备用波道倒换
微波通信的運行中出现的故障其实就是一种频率选择性现象，并且在传播实验中已观测到在不同的射频载波上，影响数字微波通信的因素有很多。所以为了更好的保证通信的正常运行，通常采用n+1(n个主用波道+1个备用波道)波道备用制式。当主用波道中任一波道由于设备故障或者电波传播发生通信障碍时，系统都会在信号中断前，将其倒换到备用波道，这样有可能完全避免中断。
6、对于倒换不成功的处理方式
在数字微波通信设备中经常会有波道备份，这是为了能够充分保证通信系统的可靠性，保持微波通信系统的正常运行。也就是说，当主用波道发生故障或误码率超过一定门限时，就可以通过波道倒换机将它倒换到备用的波道。如果主用波道恢复正常后系统就能够自动的倒换回主用波道。如果备用波道正常而且没被其他主用波道占用时，出现故障的主要波道就倒换不到备用波道上。
三、结束语
综上所述，数字微波通信现已发展成为了一种主要的现代通信方式，比其他几种通信方式更具保密性和可靠性，受到了人们的广泛关注。在本篇文章中，笔者着重对数字微波通信系统故障诊断、处理方法进行了分析，指出使用监控系统、借助预警信息、组建环路自愈网等多种方式均可准确判断出故障位置，为系统故障处理提供方便。由此看来，数字微波通信系统故障并不是大问题，均能得到良好的解决，为用户创造一个可靠、安全的通信环境。
参考文献
[1]刘畅,宋海涛.数字微波通信系统故障的判断及处理[J].黑龙江通信技术,2004(01)
[2]陈健,樊光辉,阔永红.认知无线电中继协助网络资源分层优化算法[J].吉林大学学报(工学版).
车载无线数字通信系统设计 篇7
1 系统设计
根据车载无线数字通信系统所要实现的功能, 本设计以STM32F103微处理器作为系统核心, 并且扩充液晶显示器、触摸屏、键盘、无线对讲模块、RDA5820电台模块、GPS模块、GSM模块等接口电路。系统具体实现功能有车载对讲、FM电台、车载电话、短信收发、全球定位。车载通信系统通过液晶触摸屏以及键盘进行简单的人机交互, 键盘或触摸屏用于选择工作模式, 而液晶屏则可以显示车载通信的内容和实时定位的数据信息。整个系统具有功耗低、集成度高、稳定性好等特点。因此, 在硬件的选型上要以高效、稳定、性价比高为出发点。系统组成框图1所示, 车载无线数字通信系统节点硬件结构框图2所示。
2 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S R-F R S-1W350。该模块性价比极高, 内置高性能射频收发芯片BK4811、微控制器及射频功放。BK4811是一个时分双工的FM无线收发器, 工作频率为127MHz~525MHz。该收发器单片集成了高性能的频率综合器、模数转换器、数模转换器, 并具备先进的数字信号处理能力。该模块提供AT指令接口, 通过这些指令可以对模块进行通讯和控制。外控制器STM32F103可以通过标准的异步串行接口 (RS232) 通讯来设置模块工作参数并控制整个模块的收发。
2.1 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, 不仅完美地完成电台功能, 而且还可以接收FM广播, 集成度高, 低功耗, 尺寸小。该部分采用以STM32F103为核心的控制器, 通过自带的IIC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) 。结合外围电路按键以及显示, 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。
2.2 GSM模块与GPS模块
为了提高GS M模块的品质, 本系统采用了S IMC OM公司SIM900A模块方案。SIM900A模块支持TTL标准的串口通讯标准, 非常方便地使用STM32F103微处理器来控制, 通过串口向模块发送AT指令就可以实现。AT指令包括一般性AT指令、SIM卡相关指令、网络注册指令、语音功能指令、短信操作应用指令、TCP/IP应用指令、ppp拨号指令、MMS指令、FTP&HTTP等指令。
2.3 软件设计
按照本系统的总体设计方案, 软件设计主要分为两大部分:车载通信系统各子模块软件设计和系统总体软件设计。各子模块的软件功能分别是无线对讲、FM电台、车载电话、短信以及实时定位。车载系统的总体软件应该具备车辆行进过程中的即时通信以及实时定位功能。
3 结语
本文从无线数字通信特点出发, 结合工程实际中环境对通信系统硬件电路设计和软件设计的影响, 介绍了一种车载数字通信系统的设计方法。实际测试结果表明:该系统性能稳定、工作可靠、功能强大, 基本可以解决车载通信的问题。
参考文献
[1]王琪, 李茂富, 等.通信原理[M].电子工业出版社, 2011.
[2]宋宇飞, 沈卫康, 宋红梅.数字信号处理[M].清华大学出版社, 2011.
[3]曹雪虹, 张宗橙.信息论与编码[M].清华大学出版社, 2009.
[4]谭浩强.C语言程序设计 (第四版) [M].清华大学出版社, 2012.
机场数字无线集群通信系统设计 篇8
智慧机场是目前一个很热门的话题, 无论智慧机场如何定义, 均离不开机场范围内各种信息的采集及传递。而目前在航站楼及附属建筑物内, 信息的采集及传递主要是通过有线的方式进行, 如机场内部网络系统、有线通信系统、内部通信调度系统等, 但在机坪及更大范围内还没有一种很好的信息采集及发布渠道。如何搭建一个覆盖全区域、高速、无线的通信系统是目前机场实现信息化、数字化, 并建造智慧机场所面临的主要且非常迫切的问题。
在传统模式下, 机坪的通信主要是采用数字800M集群通信系统, 通过手持对讲机与机场管理部门进行通话联系, 而语音信号所占的带宽比较窄, 大约在300Hz~3400k Hz, 而机场数据信号的传递则需要比较宽的带宽, 数字800M系统已无法承载数据信号的传递。目前我国在无线通信技术上从2G过渡到3G, 局部地区已经采用了4G进行通信, 但在企业级专网上建设, 目前还是3G技术为主流。根据原国家信息产业部《信部无[2003]408号文》, 1785~1805MHz共20M带宽内可以为本地无线专用使用。因此选择工作在1785~1805MHz频段内的无线通信系统是解决机场无线接入最合理也最有效的方法。
2 设计思路
机场范围内采用1800M制式的无线通信系统, 其主要实现的功能包括用以替代传统的数字800M实现基本的集群通信调度功能, 同时搭建一个机场无线宽带的网络平台, 实现各种业务数据的采集和传递。数字机场的各项业务系统, 特别是面向机坪运行服务的系统, 可以通过该平台, 使其安全、可靠的运行。
考虑到网络通信的安全性, 系统必须是企业专网性质的, 与公共隔离, 防止内部信息的泄露, 同时也可以提高本系统的安全性。系统还需要与机场内部通信调度系统之间建立标准的通信接口, 以实现与内部通信系统的对讲通信及内外部语音通信的统一融合。
3 系统组成
3.1 网络拓扑结构
宽带无线通信系统的网络拓扑结构如图1所示, 包括核心层、无线接入层及终端应用层。
3.2 核心层
核心层为1800M无线集群通信系统的核心, 包括运行维护平台、集群调度通信系统、应用系统、接口以及基础网络系统。
3.2.1 系统运维平台
运行维护平台包括EMS服务器、Radius服务器、DHCP服务器等, 系统运行平台通过IP网络与系统内各个网络单元设备进行互通。其中EMS服务器完成对系统网络单元的管理与维护功能, Radius服务器提供加密、鉴权、认证等功能, DHCP服务器提供动态IP地址分配的功能。
3.2.2 集群通信调度系统
集群通信调度系统包括集群调度服务器、调度台、录音服务器等主要设备。
1) 集群调度服务器
实现对各种调度终端进行语音、指令以及可视化调度, 完成终端的集群调度功能, 实现群呼、组呼、强插、强拆等服务。
2) 多媒体调度台
多媒体调度台可以实现音、视频一体化调度, 极大提高了调度操作的易用性和便利性;可视化图形调度界面, 使调度用户的状态一目了然;一键式语音呼叫和视频调度, 为用户提供高效率的调度操作;多渠道配置资源, 提高了使用灵活性并丰富了调度手段。
3) 录音服务器
录音服务器不仅可以为多台设备同时提供高质量的录音服务, 还可将记录的录音文件进行集中管理;为用户提供可视化的管理平台, 如提供多种图形化报表信息, 可随时查询、下载、播放录音文件, 极大地满足了用户对录音管理的需求。
3.2.3 应用系统
包括其他业务应用服务器、数据库等, 该部分可以根据工程的实际进展以及业务的需要, 灵活增加或暂时缓建;暂时缓建也不影响系统最基本的支持语音调度的功能实现。
3.2.4 接口
通过语音网关与内部通信系统最多可同时实现支持8路连接, 这样航站楼内安装有内部通信系统终端的岗位也可以通过内通话机拨叫移动的对讲终端。
3.2.5 IP网络
IP网络包括企业业务网络、传输网络及相关路由交换设备, 可完成IP数据包的路由交换, 将不同类型数据业务路由至对应的应用服务器, 提供相应的服务。
3.3 接入层
无线接入层设备主要为基站设备, 提供无线终端的接入、空中资源分配、IP业务的透明承载、数据安全、Qo S保证等服务。将终端的业务通过无线空中接口接入到有线网络中, 承载集群调度语音、视频、上网等业务。
3.3.1 室外基站
机场区域主要包括三种类型的地形或地貌:一是面积较大的机坪区域;二是体量达几十万平方米、高度在四五十米的航站楼;三是机场周边配套的货运区及其他业务办公楼。其中航站楼由于体量巨大, 因此采用室内分布系统进行信号的覆盖, 其他区域可以根据空间三维测算, 安装室外基站进行覆盖。
室外基站包括基站单元及室外天线。室外天线高度结合建筑物的情况或单独立杆安装或建在建筑物屋面, 通过调节天线的倾角及发射功率调整其覆盖范围。天线的安装高度一般要求在25~30m之间, 如果覆盖区域较大, 则天线的安装高度也将增高。
3.3.2 室内分布系统
由于航站楼体积大, 其中的钢筋混凝土结构、玻璃幕墙、钢结构支撑网架对无线信号会造成极大的衰减, 因此, 室外基站的信号基本不能覆盖到航站楼内, 所以必须单独在航站楼内建设无线信号室内分布系统, 以达到楼内信号的全覆盖。目前, 国内机场航站楼内均由无线运行商进行楼内无线公网的室内覆盖, 如中国移动、中国联通、中国电信均在楼内设有室内无线覆盖系统, 航站楼管理部门可以通过商务租赁或其他商务谈判的方式, 采用与运营商合路的技术, 实现航站楼内的无线信号覆盖, 这样从建设成本、建设周期、建设难度上都有很大程度的降低。无线室内覆盖原理如图2所示。
3.4 应用层
应用层包括各种应用终端, 例如CPE、手持调度终端、摄像头、传感器等。终端应用层将数据、语音、视频等媒体流经由无线基站接入用户业务网络。
4 系统建设
4.1 频率申请
机场建设无线专网, 需先到本地无线电管理委员会进行申请, 申请批复后方可在本区域使用该无线频率。1800M国家批复的频率在1785~1805MHz, 系统的带宽是5M, 因此, 需要批复至少5M的带宽。对于大型机场, 其覆盖面积大、用户数量多, 应尽量申请3个频段15M的带宽, 同时考虑到中国移动DCS通信制式的下行频率是1805~1820MHz, 如果双方的射频器件存在带外泄露, 则易造成频率重叠, 相互影响通信, 因此, 1800M专网申请的频率范围最好是1785~1800MHz。
4.2 站址选择
站址的初步选择应结合机场需要覆盖的范围、覆盖区内建筑的高度以及基本的空间链路衰减进行规划, 规划好后需进行现场复核。现场复核是采用测试仪进行测量, 测量点包括所有覆盖区域, 对于使用终端比较密集的区域、无线覆盖阴影区、跨基站的切换区等地点则需要增多采样数据。结合测试结果以及安装基站的实际条件, 确定基站安装的位置、天线的安装高度及安装形式。机场范围内天线基本上可以考虑安装在机坪高杆灯、高大建筑物的屋顶、航站楼的屋面等处。由于机场的特殊环境, 基站的选择及天线安装必须以不影响空管通信、空防安全为前提。
4.3 IP规划
在对用户IP的分配管理中, 需要配置DHCP Server, 在DHCP Server为每个BS分配一个IP Pool, 用户接入时, 从中分配对应的IP地址。用户在接入期间将一直使用此IP地址, 即使用户切换到其他BS上去。
为便于管理, 每个BS对应一个子网, 用户从哪个BS初始接入, 就从此子网中为用户分配IP地址。
系统还具备DHCP Relay的功能, 以实现用户能通过标准的DHCP协议获取IP地址。
为提高系统的可靠性, 整个系统可配置多个DHCP Server, 满足备份功能。
5 系统功能
1800M数字无线集群通信系统可以提供基本语音、集群调度、多媒体集群、上网数传、定位业务、即时通信等多种业务功能, 满足机场地面营运管理对语音、数据、图像和定位等方面的综合需求, 提供可靠的语音对讲通话、航班信息及调度指令发布、车辆定位、无线图像及视频传输等多种功能, 从而提升机场在多业务运作模式下的保障能力和监管水平。
5.1 集群调度业务功能
系统具备完善的集群调度业务功能, 满足机场各部门对集群调度业务功能的需求。系统具有通信接续功能、调度管理功能、视频管理功能、语音管理功能、出局呼叫连接功能。其中的调度管理功能主要包括组呼、广播、多优先级呼叫、强插强拆、动态重组、呼叫限制、录音等功能。
5.2 视频业务功能
1800M数字无线集群通信系统提供与监控摄像头、视频编码器对接的通信终端设备, 以实现无线、移动视频监控的业务功能, 视频带宽可达到1Mbps以上, 并能够根据实际情况进行调整;支持视频会议、视频对话、视频监控以及多媒体调度等相关业务。
5.3 数据接入业务功能
5.3.1 固定上网
为未解决数据接入的区域提供上网服务, 最大下行数据速率应达到18.7Mbps。
5.3.2 移动上网
满足移动人员 (包括工作人员、巡检人员) 的移动上网需求。
5.3.3 数据采集控制
对行业相关的各种数据采集和自动控制设备提供双向的数据传输服务。
5.4 人员/车辆定位业务功能
在系统终端上配置GPS模块, 通过与GIS平台相结合, 可以实现对工作人员、现场车辆等实时定位管理的功能。系统通过无线宽带网络, 将位置信息传送到网络中去, 并且及时在调度台界面上进行显示;也可以将历史位置信息保存起来, 通过轨迹回放, 获得形象准确的位置信息。根据位置信息保存的时间, 即可清楚地知道在某个具体位置点的具体时间。
5.5 移动信息发布业务功能
系统利用业务应用平台, 同机场航班信息发布与管理系统互联, 实时发布航班信息给机场工作人员、机场周边物流及其他服务行业人员。
5.6 终端与调度系统集成
系统支持机场关键业务信息系统应用、终端和多种传感器相连, 能够进行数据采集和视频监控, 解决一线工作人员的数据采集问题。
5.7 管理功能
系统具备完善的设备管理功能, 能检测整个系统的工作状况, 能对设备出现的故障进行定位和告警, 方便系统维护人员的管理与维护工作。
摘要：智慧机场的一个主要基础平台就是通信的统一平台, 如何在机场范围内搭建一个无线宽带的通信网络是此文所论述的重点。此文通过对1800M数字无线集群通信的规划、设计, 为机场无线宽带通信提供一种解决思路和方法。
数字通信系统 篇9
关键词：数据链,无线通信系统
1数据链系统的基本特征
1.1信息格式化
数据链一般具有一套相对完备的消息标准, 对包括指挥控制、侦察监视、平台协调、联合行动等静态和动态信息的参数规定进行描述。信息内容格式化是指固定长度或可变长度的信息编码, 数据链网络成员对编码的语义具有相同的理解和解释, 达到信息共享。
1.2传输组网综合化
数据链主要采用无线传输信道, 针对一些应用平台具有高机动性高灵活性的特点, 综合数字化技术进行处理, 具备跳频、扩频、猝发等通信方式以及加密手段, 使其具有抗干扰和保密功能。传输信息资源按照需求进行共享是数据链在组网过程中关注的重点, 每个网络节点既能接收也能共享网络中其他成员节点发送出的信息, 也能根据实时信息的缓急程度分配总的信息发送带宽和发送时间。
1.3传输介质多样化
数据链一般可以采用多种传输介质和方式, 能够适应各种应用平台的不同信息交换需求, 既有点到点的单链路传输, 也有点到多点和多点到多点的网络传输, 而且网络结构和通信协议都可以具有多种形式。数据链可采用短波通信、超短波通信、微波通信、卫星通信以及有线信道, 或者是组合信道传输信息以适应应用环境和应用需求的不同。
1.4链路对象智能化
数据链链接具有较强的数字化能力和智能化水平, 链接对象担负信息的采集、加工、传递等重要功能, 它们之间通过数据链形成紧密的关系, 实现信息的自动化流转和处理从而较好完成任务。紧密链接主要体现在两个层面:一是数据链的各个链接对象之间形成信息资源共享关系;二是各个链接对象内部功能单元信息的综合。
1.5信息交换实时化
数据链实时传输信息采用多种技术设计:一是设计始终把握传输可靠性稳定性要服从于实时性原则;二是采用相对固定的网络结构和快捷的信息传输路径, 而不采用繁杂的路由选择方案;三是选用高效实用的交换协议, 将有限的无线信道资源优先分配传输等级高的信息;四是综合考虑信道传输特性, 进行整体优化设计信号波形、通信控制协议、组网方式和消息标准等环节。
2 数据链系统与无线数字通信系统的关系
数据链的重要技术基础包括无线数字通信技术, 两者不是完全相等的。数据链一般要完成数据传送功能, 同时还要对数据进行处理, 提取出信息。并且, 数据链的组网方式与应用密切相关, 根据情况变化应用系统可以适时地调整网络配置和模式与之匹配。无线数字通信的主要功能仅仅是按一定的要求将数据从发端送到收端的透明传输, 通常只完成承载任务, 不关心所传输数据表征的信息。
2.1 与应用需求的关联程度不同
数据链网络设计是根据特定的任务, 决定每个具体终端可以访问的数据、传输的消息, 什么数据被中继。数据链的网络设计方案是根据任务确定的, 从预先规划的网络库中挑选一种设计配置, 在初始化时加载到终端上。数据链的组网配置直接取决于当前面临的任务、参与单元和使用区域。数据链的实际应用直接受指挥控制关系、平台系统控制要求、信息提供方式等因素的制约, 与应用的需要有着高度关联。而无线数字通信系统的配置和应用与这些因素的关联度相对较低, 相对于应用需求关系不紧。
2.2 实际使用中的目的不同
数据链用于提高指挥控制、态势感知及平台协同能力, 从而实现对平台的同步控制和提高平台应用的实时性。而无线数字通信系统则是用于提高数据传输能力, 达到实现传输数据的目的, 无线数字通信技术是数据链的主要技术基础之一。
2.3 信息传输要求不同
数据链传输的是应用单元所需要的实时信息, 要对数据进行合理的整合、处理, 提取出具有价值的信息;而无线数字通信一般是比较透明的传输, 总体上是为了保证数据传输质量, 对数据所包含的信息内容不作识别和处理。另外, 无线通信系统一般不考虑用户的绝对时间基准与空间位置的关系, 其相对时间同步解决传输的准确性问题。
2.4 具体使用的方式方法不同
数据链直接与指挥控制系统、传感器、平台链接, 可以实现“机一机”方式交换信息, 而无线数字通信系统一般以“人一机一人”方式传送信息。无线数字通信终端通常为即插即用方式, 在通信网络一次性配置好后一般不作变动。但是, 数据链设备的使用针对性很强, 在每次参加行动前都要根据当前的任务需求, 进行比较复杂的数据链网络规划, 必须使数据链网络结构和资源的规划与该次任务达到最佳匹配。
3 结束语
无线数字通信系统是解决各种用户和信息传输的普遍性问题, 而数据链是有针对性地完成用户使用时的实时信息交换任务。无线数字通信系统涉及传输信道、传输规程和信息交换, 但不关心信息内容等, 可形象地比喻成商品流通中的集装箱运输环节。数据链要求严格得多, 除了涉及这些内容以外, 还涉及到信息格式、信息内容、链接对象和实时性等。
参考文献
数字通信系统 篇10
近年来,通信事业发展迅速,各种新技术相继出现,使人们对通信质量的要求更为苛刻,以致频谱资源越来越紧张。在保证良好通信质量的情况下,如何提高频谱利用率,已经成为一个难题[1]。通信系统中,语音编码技术是移动通信数字化的基础,语音编码决定了接收的语音质量和系统容量。低比特率语音编码提供了解决该问题的一种方法,在编码器能够传送高质量语音的前提下,语音编解码比特率越低,就可以在一定的带宽内容纳更多的语音通道[2]。因此,人们不断地寻求新的编码方法,以求在低比特率的前提下,提供较高的语音质量。
英国CML公司推出的语音编解码芯片CMX618,能够以较低的比特率进行编解码处理,并保证很高的语音质量。在此基于CMX618设计实现了一个数字语音通信系统,该系统结构简单,但功能强大,而且它的工作电压很低,功耗很小,非常适合通信领域开发使用。
1 CMX618功能与特点
1.1 RALCWI算法
CMX618是接近长话级的半双工语音编解码芯片,通过一种新的数据速率算法技术——RALCWI技术,对语音进行编解码处理。RALCWI是一种鲁棒的先进的复杂性波形插入技术,与其他语音编解码技术不同[3],它使用独有的信号分解和参数编码方法,可确保在较高的压缩率下有很好的语音质量。在声码器中,采用RALCWI技术实现的语音质量与编码位速率在4 Kb/s以上的标准声码器话音质量基本相符。它的MOS(平均意见得分)处于3.5~3.6之间,而且表现相当优秀。
RALCWI声码器以帧-帧为基础进行传输。在8 kHz的采样速率下,对语音信号进行分帧处理,每帧语音包含160个采样点,形成20 ms的元语音帧。语音编码器以较高的计时分辨率(8次/帧)进行语音分析,对每一个语音段都会生成一系列的评估参数。然后,使用不同的矢量量化(VQ)方法,这些估算参数被量化生成41 b,48 b或55 b的帧。值得一提的是,这些向量量化值是以多语言语音为基础进行混合编排的,包含了东西方多种语言的语音采样值[4]。
1.2 芯片主要功能及特点
CMX618语音编解码芯片体积小,性能高,功耗低,其具体特点如下:
(1) 编码时,有三种位速率可供选择(2 050 b/s,2 400 b/s或者2 750 b/s)。在选择前向纠错编码(FEC)的情况下,可通过信道编码和交织处理形成3 600 b/s的位数据流(60 ms/216 b的数据包或80 ms/288 b数据包)。
(2) 解码时,可选择前向纠错(FEC)解码器对输入编码后的语音位流(216 b/60 ms或者288 b/ 80 ms的数据包)进行解交织和信道解码,生成纠错后的编码语音位速率为2 050 b/s,2 400 b/s或者2 750 b/s,速率依据所选的模块而定。当使用FEC解码器时,可利用“软决策”方法增强解码功能,减小误码的产生。
(3) 内部含有一个集成的语音压缩/解压器(CODEC),实现模拟语音到低位速率编码的压缩/解压过程。
(4) 芯片大部分功能,均可通过软件编程的方式,配置内部的寄存器来实现,简单方便。
(5) 具有非连续发送检测(DTX)、舒适噪声生成器(CNG)、语音激活检测(VAD)和双音多频信号检测(DTMF)的检测和产生等辅助功能,使语音性能达到最佳[4]。
1.3 CMX618工作原理
CMX618内部结构图如图1所示。
由结构图可以看出,CMX618主要由音频压缩/解压器(CODEC)、RALCWI编解码器、前向纠错编解码器和其他特殊功能模块几部分组成。
编码时,输入的模拟语音首先要经过音频压缩/解压器(CODEC)模块,进行调节增益、A/D转换、滤波和压缩处理,然后进入编码器中开始编码。编码后,如果选择使用前向纠错(FEC)功能,则会对编码进行纠错处理,尽量消除误码。这样,编码后的语音数据,按选择的位速率和帧的结构生成数据包,利用C-BUS串行总线,传输到微控制器LPC2138中。
解码是编码的逆处理过程。经C-BUS串行总线传输的数字语音,进入解码器(可选择FEC功能)开始解码,然后经过解压、滤波、D/A转换、调节增益等处理后,就成为可以听到的模拟语音。
另外,在编码和解码期间,如果选择一些辅助功能,例如非连续发送检测(DTX)、语音激活检测(VAD)或双音多频信号检测(DTMF)时则需另行处理。
2 系统设计实现
2.1 微控制器
ARM微控制器具有内核耗电少,功能强,成本低等优点,现在多应用于无线通信、GPS、智能手机开发等诸多领域。这里选用PHILIPS公司的LPC2138作为数字语音通信模块的主控制器。LPC2138是一个基于支持实时仿真和嵌入式跟踪的32位ARM7TDMI-S CPU 的微控制器芯片,较小的封装和很低的功耗使LPC2138特别适用于小型系统中[5]。此外,由于LPC2138片内集成了ROM,RAM,A/D和多个外设模块,如通用I/O口、定时器、串行口等,因此非常适合于通信网关、协议转换器、软件modem、语音识别、低端成像等场合,为这些应用提供大规模的缓冲区和强大的处理功能[6]。
2.2 系统的硬件设计与实现
基于CMX618的语音通信模块主要由语音编解码器CMX618和LPC2138组成,如图2所示。
该语音通信系统使用CMX618内置的CODEC模块,其内部集成了A/D和D/A转换、通道滤波、增益调节等功能,足以满足对模拟语音的抽样、量化等操作的指标要求。因此,无需再外接芯片,也节省了大量的物理空间,这在实际的开发设计中是十分重要的。
微控制器LPC2138通过C-BUS串行总线与CMX618连接。C-BUS是一个四线中断-驱动串行系统,可在主控制器和CMX618内部寄存器间进行数据传输、控制或状态信息的发送[7]。
2.3 系统的软件设计与实现
系统的软件设计主要是编写CMX618的驱动程序,以及对主控制器LPC2138进行编程实现对CMX618的控制。在上电后,首先应初始化CMX618和LPC2138。对语音编解码芯片,要配置其中的一些功能寄存器,这包括设置编解码位速率、组帧结构、增益大小、辅助功能选用以及开启中断标志位等;对主控制芯片,则要配置接口方式、中断条件和传输速率等。
实际应用中,为使编解码过程中的纠错能力达到最佳,在使用前向纠错(FEC)编码器处理语音编码时。可选择声码器帧以3×20 ms或4×20 ms的形式进行数据包传输。这种把多帧数据进行封装、打包传输的形式,更有效地抑制了误码的产生[8,9]。
这里,要注意CMX618语音编解码芯片的状态(state)寄存器(地址为MYM40)。编码和解码操作在状态寄存器中都有对应的标志位,当采用中断方式编解码时,每次要先读出状态寄存器中对应标志位的值,只有当对应标志位的值为“1”时,才会产生中断,执行相应的操作,如图3所示。
其中,在状态(state)寄存器(地址为MYM40)中对应的状态标志有VDA,VDW,RDY。其中,VDA为编码标志位;VDW为解码标志位;RDY为等待配置标志位。
2.4 关键问题
(1) 采用RALCWI算法时,由于存在算法抖动,会使编码每一帧时花费的时间不同,这使微处理器对输出数据的时间不好掌握。为解决此问题,在编码时,会给微处理器一条指令,只要编码可行,就会进行数据传输;在解码时,则会增加一个初始延迟时间,避免CODEC因无采样数据而产生时间空隙。
(2) 为了提高微控制器LPC2138与CMX618间的传输速率,使用C-BUS串行总线读/写寄存器时,可采用“数据流”的方法传输数据,即只需要一个地址/指令,就可以传输多个数据字节。具体实例如图4和图5所示。
利用C-BUS串行总线,写入CMX618内部寄存器的过程中,从主控制器传过来的数据,首个字节为CMX618寄存器的地址,然后,数据就会源源不断地传入此寄存器中;同样,从CMX618内部寄存器读出数据时,首先也要写入寄存器的地址,确定位置,然后就可以从此寄存器中读出数据了,直到传输完为止[10]。
3 应 用
该语音通信模块已经成功应用于900 MHz数字无中心对讲机中,图6为900 MHz数字无中心对讲机各功能模块的结构简图,图中的语音模块与微控制器部分即为涉及的内容。如今,民用对讲机逐步数字化已是大势所趋,国内外众多机构已经投入了大量的人力、物力进行研究和开发[11],故此系统有着广阔的发展空间。
4 结 语
研究了CMX618在语音通信系统中的应用,虽然CMX618刚刚研发出来,很多人还不了解,但它的诸多优越性能已足以受到广大设计者的青睐。基于该芯片设计的数字语音通信系统,有很好的清晰度和稳定性,在通信产业迅猛发展的今天,必将有着广阔的应用前景。
参考文献
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数字通信系统 篇11
基于TD-LTE的4G无线宽带多媒体数字集群系统，采用OFDM、MIMO等多种无线通信先进技术以及定制的专业宽带集群技术，具有专业集群通信性能、高可靠性和高实时性数据传输以及多媒体调度的能力，同时在网络的安全性、可靠性、可扩展性等方面具有强大的技术优势。因此，该系统对各种宽带多媒体业务提供了很好的支撑，能够满足应急通信的应用需求，可以显著提高应急现场信息采集和分发能力、数据的交互处理能力和紧急事件的应对能力。
一、4G宽带多媒体数字集群系统的特点及功能
高速数据传输能力。在20MHz带宽配置时，支持下行100Mbps、上行50Mbps的高速宽带数据业务。支持上下行业务带宽的灵活配比及移动终端高速运动场景。
快速接入能力。用户面的时延小于10ms，控制面的时延小于100ms。提供专业语音集群的所有功能，组呼建立时延小于300ms，话权抢占时延小于150ms，能实现快速的指挥调度。
灵活的组网方式。支持多种无线频率1.4GHz/1.8GHz/800MHz/300MHz组网，支持多种频宽5M/10M/20MHz组网，提供从单站、中小规模和大规模的系列化组网方案，满足不同行业用户的需求。
高清视频调度。采用基于4G通信专网的专业集群调度系统，具有高精度定位功能，实现群呼组呼、强插强拆、存储转发等完备的高清视频集群调度功能。
多业务并发。提供语音、视频、短信、彩信、数据接入以及定位等多种业务的并发功能，调度指挥员可以通过网络同时进行语音集群，视频调度和图文指令传递。
业务分级QoS保障。提供端到端的QoS保障机制，可以根据用户业务需求定义相应的QoS等级，在保证系统整体性能和吞吐量的同时，保障不同业务不同用户的信号传输质量。
高安全性和保密性。与公众网络实现物理隔离，提供终端双向无线鉴权。支持空口加密和端到端加密，可分别对语音、视频和数据实时加密。同时开放了加密接口，能够满足不同行业定制化的加密要求。
网络的高可靠性。具有强故障弱化、单站集群以及抗毁能力，具备应对各种自然灾害或突发事件的应急指挥通信的能力。当出现火灾、地震等不可抗力造成系统不同程度损毁时，提供包括脱网直通在内的三级防护措施。
二、4G宽带多媒体数字集群系统在应急通信中的应用
整个系统由一体化基站、各种终端（支持单兵系统、手持终端、车载终端等）及后台服务器共同组成。该系统可以通过多个终端，把现场的高清视频、高速数据、语音集群、GPS追踪定位、短消息等信息实时地上传到指挥中心，支持双向语音和视频的集群调度功能。
在无网络覆盖区域、发生大规模自然灾害、公众突发事件等限制通信或公网通信中断应急维稳救灾场景，为保障政府、安全部门应急活动能够顺利实施，必须快速建立临时指挥调度网络。可以使用应急通信车满足应对紧急事件时所需的多媒体应急通信。
---快速响应，灵活部署：应急通信车支持动中通、静中通的业务覆盖模式，可快速赶赴事发现场，临时搭建TD-LTE 4G无线应急通信网络。在该网络覆盖下可快速建立集群小组，实现抢险指挥调度、语音视频联动。同时在地面道路遭到破坏，应急通信车无法深入的极端恶劣交通条件下，可使用便携式单站集群，由应急小组携带深入事发地段，紧急搭建宽带集群网络，将现场图像和数据实时传输到应急现场的指挥调度中心。
---应急现场的指挥调度中心：提供集语音、视频、宽带接入一体化的现场综合指挥调度平台，指挥人员可以在车内进行现场指挥。
---远程视频回传：通过中继、卫星、3G网络等形式，应急通信车与远方指挥中心连接，把现场情况传回远程指挥中心。
---多级联合调度：车载指挥调度中心与远程指挥中心对现场形成两级指挥调度。
结束语
虽然TD-LTE在集群通信领域的应用目前尚处于起步阶段，但可以预见的是，随着行业无线专网的用户对多媒体调度、多任务并发、实时数据处理等业务需求愈加强烈，基于TD-LTE的4G宽带多媒体数字集群系统，将在移动办公、多媒体集群调度、视频监控、城市应急联动等方面得到更为广泛的应用。
参考文献
[1]李新.TD—LTE无线网络覆盖特性浅析[J].电信科学，2009（1）.
[2]沈嘉.3GPP技术原理与系统设计[M].北京：人民邮电出版社，2008（11）.
（作者单位：南宁市人防指挥信息保障中心）
作者簡介
数字专用无线通信系统的新进展 篇12
Motorola于1993年推出摩托罗拉记成无线系统(MIRS),并在MIRS基础上推出集成化数字增值网络(iDEN)。iDEN是世界上最早的数字集群系统。在此之前,集群通信系统都是模拟的。与模拟集群相比,数字集群功能更强,既可以提供话音、短数据业务,还可以提供文字、数据、图像等业务;采用话音插空以及数字信号处理技术和多址技术,数字集群具有频谱利用率高、系统容量大、抗干扰能力强、话音质量好、数字加密容易可靠、保密性好等优点。
我国原信息产业部于2000年12月28日发布了《数字集群通信系统体制》电子行业推荐性标准,确定了两种数字集群移动通信体制,即iDEN标准和TETRA标准。2004年,我国自主研发的数字集群移动通信标准GoTa和GT800也通过了专家鉴定委员会的审核,成为我国推荐的数字集群移动通信标准。如此,目前我国现有数字集群标准有4个:欧洲的Tetra,美国的iDEN,以及我国中兴和华为公司的GOTA和GT800。
1 DMR标准
DMR(Digital Mobile Radio)数字集群通信标准是ETSI(欧洲通信标准协会)为满足欧洲各国的中低端专业及商业用户对移动通信的需要而制订的开放性标准。DMR标准于2004年推出,在2007年得到完善。ETSI发布的DMR标准包含了4个协议文件ETSI TS 102 361 1~4,分别规定了DMR标准3个层次的应用。DMR标准规定的是一个可以升级的系统:其第一阶段实现是为没有获得许可证的对讲机业务;第二层实现为专业应用市场提供直通或转发模式的通信;第三阶段应用是数字集群系统。DMR标准发布后,一些国际领先的无线设备生产商联合签署了DMR开发备忘录(MOU,Memorandum of Understanding),后又成立了DMR协会(DMR Association)。该协会成立后致力于将DMR标准应用提升至新的水平。2011年3月,DMR协会宣布在米兰进行的高级DMR兼容性测试获得成功。目前,已经有无线设备生产商宣布成功的开发DMR系统,并在世界各地有成功的实用案例。
1.1 技术特点
DMR标准为已经获得频率使用许可的用户在现有频率上替换掉已有的模拟无线电系统提供了方便可行的数字系统升级。它保证了用户原有的模拟无线电的各种功能,同时又给用户带来了数字系统的好处:更大的通信范围,更好的通话质量以及对数据业务的支持。
DMR系统的高阶段应用支持单呼、全呼、组呼、选呼,并有多级优先级别,集群网还可与电话网、数据网互联,可进行数据、传真、保密电话等多种业务。同时,它也支持无基站的直通模式通信。其主要技术指标如下[1]:(1)信道间隔:12.5 kHz;(2)调制方式:4FSK;(3)多址方式:双时隙TDMA;(4)用户数据速率:9 600 bit·s-1;(5)语音编码:AMBE。
1.2 DMR集群协议
DMR集群协议即DMR标准的第3阶段应用。DMR集群系统中由中继站(TS,Trunked Station)管理MS的通信。系统中有专门的中继站控制信道(TSCC[2],Trunk Station Control Channel),TSCC可以是专用(Dedicated Control Channel)或是复合式的(Composite Control Channel),它用来管理MS的信道接入。一个MS要接入信道,必须与先TSCC通信。DMR标准的Part 4[2]详细介绍了DMR集群协议。
一个中继站由一个或多个物理无线信道(BS)[2]组成,每个物理信道可以承载两个TDMA逻辑信道。其中一个或多个信道用来做控制信道(TSCC)。一个或多个TS组成的子网可以依靠其TSCC管理在此范围之内的MS的信道接入。TS为呼叫动态分配载荷信道,这样同样多的物理信道可以承载比非集群系统更多的业务量。
在DMR集群系统中引入MS注册机制[2],一方面避免了系统在整个网络内寻找某MS,降低了呼叫建立时间和控制信道的负荷;另一方面也能保证MS的功率节省模式参数在该MS和网络之间的传递。
当MS要传输数据时,首先搜索可用的TSCC,接入TSCC后,TSCC会为其分配信道。图1示出了一次单呼的建立过程。A点表示MS(A)首先向TSCC发送服务请求,TSCC收到后在B点向目的节点MS(B)发送AHOY信号测试是否在通信范围内并且可以接入。MS(B)在C点向TSCC回复ACK确认,TSCC在收到后在D点向MS(A,B)发送信道分配确认,并选择信道1作为载荷信道供MS通信。为确保MS收到信道分配确认消息,TSCC在E点对该消息进行了重发。
DMR系统会为MS分配一个单呼地址和一个或多个组呼地址。进行单呼时,MS以其单呼地址进行发送或检测该呼叫是否以自己为目标;进行组呼时,MS以其组呼地址发送或检测自己是否是该呼叫的接收端之一。DMR系统还引入了呼叫转移机制,以平衡网络内的话务负荷。
DMR系统可以采用的中继方法按载荷信道的分配方法分有3种:消息中继、传输中继和准传输中继[2]。消息中继是为一次呼叫分配相同的载荷信道;传输中继是为每次发射分配不同的载荷信道;准传输中继是指在每次放开PTT后还保持一定的等待时间,等这段时间结束再释放载荷信道的策略。
1.3 DMR系统的兼容性
现有的各种数字无线电标准存在的一个重要问题就是兼容性。有鉴于此,为给用户和生产商提供了一个真正开放的DMR市场,DMR协会推动了DMR标准的兼容性测试进程。一个真正开放的市场将保证用户在设备选择、生产商选择上保有丰富的选择,并能形成新产品的连续发展,而获得更好的性价比;同时用户也不必担心前期投资在系统升级时的浪费。对于设备生产商,这将保证一个不断扩大的市场,并消除DMR标准不能兼容的产品。
DMR的兼容性测试由DMR协会的技术工作组(TWG)推动和管理。根据DMR标准,TWG发布了应用于DMR第二、三层的强制性的和可选的兼容性测试标准。目前TWG推进兼容性测试的方法是两家厂商进行产品兼容性测试。TWG规定了详细的测试程序以保证要求的兼容性标准得到满足。测试时要求必须采集存储空中接口数据,同时要对空中接口接入有可视化的观察保证与测试结果不相悖。如果两家厂商都认为兼容性得到满足,他们将测试报告和记录文件送至TWG进行确认。
DMR协会推动的产品兼容性测试是一件对DMR标准意义很大的事情,如果该兼容性测试能真正得到推广,相信会对DMR标准的应用有很大的促进作用。
2 dPMR标准
dPMR(digital Private Mobile Radio)也是ETSI组织公开的数字对讲机标准。这个标准的提出晚于DMR标准。不同于DMR标准,dPMR标准采用6.25 kHz带宽信道的FDMA技术。ETSI于2004年发布此标准的初始版本,最初的应用是单纯的端对端数字专用移动通信,后来又提出更高阶段的应用,目前此标准的集群系统标准文件还在制定中。标准提出后不断进行改进,到2010年dPMR已完成标准有ETSI TS 102 490(Peer-to-Peer Digital Private Mobile Radio using FDMA with a channel spacing of 6,25 kHz with e.r.p.of up to 500 mW)、ETSI TS 102 658(Digital Private Mobile Radio (dPMR) using FDMA with a channel spacing of 6,25 kHz)等。类似于DMR标准,ETSI也为dPMR标准设计了3层不同阶段的应用:无基站的直通通信、单基站的常规通信以及集群通信系统。dPMR标准的核心是以真正低成本方式,为用户提供最佳的通信需求解决方案。
2.1 技术指标
技术指标包括[3,4]:(1)信道间隔:6.25 kHz;(2)调制方式:4FSK;(3)多址方式:FDMA;(4)编码速率:3 600 bit·s-1(话音2 450 bit·s-1+纠错1 150 bit·s-1);(5)传输速率:4 800 bit·s-1;(6)语音编码:AMBE。
2.2 技术优势分析
(1)频率利用率高,频率分配灵活。
dPMR标准采用真正的6.25 kHz信道,相比于当前窄带标准普遍的12.5 kHz信道,它提供了翻倍的信道利用率,并且由于信道带宽的减小,使得在同样频带内进行信道分布变得更加灵活。
(2)覆盖范围大。
从理论上说,在相同条件下,在发送功率相同的情况下,FDMA系统中的窄频信道比TDMA系统的12.5 kHz带宽的信道有更好的覆盖范围。这是因为任何接收机的底噪与过滤器带宽成正比,所以带宽越小能接收的信号越小。
(3)电池寿命延长。
正如在上一段中所解释的,在FDMA系统里,噪声分量的降低以及信道带宽的更窄提高了接收机的灵敏度。因此,有可能使发信机以更低的功率进行传输,从而节省电池寿命,延长无线设备的使用时间。
2.3 与DMR标准的比较
在推出DMR标准后,ETSI又紧接着推出dPMR标准。其原因是,根据ETSI的官方介绍,开始ETSI的计划是基于双时隙TDMA技术的,因为当时几家重要的专用无线通信厂商坚持6.25 kHz信道的FDMA系统是不可行的。然而,随后艾可幕公司和建伍公司却证实了这是可行的。随后ETSI就提出了新的6.25 kHz FDMA系统,并被推广为欧洲的开放性数字无线电标准。
相比较DMR标准采用的12.5 kHz双时隙时分多址,dPMR标准的系统更为灵活,设备简单,成本更低。在频率利用率方面,DMR标准和dPMR标准通过不同的方法都达到了相同的6.25 kHz窄带容量。不同在于:后者是直接的6.25 kHz信道,而前者是通过在12.5 kHz带宽里的时隙分配提供等价的6.25 kHz信道。12.5 kHz被认为是当前窄带标准的信道间隔,从这个角度看,这两个系统都达到了所谓的“容量翻倍”。不同之处在于,无论是在有或是没有基础设施的情况下使用,后者总是翻倍的容量。而对于前者,翻倍的容量仅在中继器对时隙进行同步、并且两个用户在相同的地理区域内同时接入相同的中继器时才能达到。
3 与其他数字无线电标准的比较
2000年,我国原信息产业部将TETRA系统和iDEN系统作为我国的行业推荐性数字集群移动通信系统标准。iDEN系统由于其不开放性,仅有摩托罗拉公司可以生产,建网和终端费用较高,在我国的发展远不如TETRA系统,在此不再赘述。2004年,我国推出自主研发的数字集群移动通信标准GoTa系统和GT800系统[5]。
3.1 TETRA标准与DMR标准
TETRA数字集群通信标准是ETSI为满足欧洲各国的专业部门对移动通信的需要而设计、制订的开放性标准。它是较早的数字集群移动通信标准,如今已成为欧洲标准。
TETRA标准分为两个阶段,第一阶段Tetra I以语音业务为主,技术成熟;第二阶段Tetra II(TEDS)增加了高速数据业务。Tetra I标准采用4时隙TDMA技术,信道间隔25 kHz,最大数据传输速率36 kbit·s-1,业务功能丰富。Tetra系统采用小区制,适合于终端密集、调度复杂、数据业务要求较高的用户[6]。
作为ETSI推出的两代数字无线标准,DMR标准可以看做是Tetra标准的升级版,两者都采用TDMA多址方式,但DMR标准规定信道间隔为更小的12.5 kHz,调制方式改为4FSK,使得DMR标准的系统更易向后兼容模拟系统,建网更为简单,成本更低。但Tetra系统在欧洲以及我国都有了很多的开发案例,积累下的经验和前期用户是DMR系统所无法比拟的。
对于Tetra数字集群系统来说,其标准的开放性不高,Tetra数字集群系统的空中接口虽然可以做到兼容,但各厂商系统之间不能实现互联互通,影响了Tetra 数字集群系统的发展。所以,DMR标准的真正发展,还需要DMR协会将其兼容性测试有效地推广,营造一个真正开放的市场。
dPMR标准与DMR标准的对比前面已经分析过,作为一个发展中的数字无线电标准,dPMR应该着眼于未来,这样才能将其频带间隔小的技术优势充分发挥。目前,dPMR更适合于个人对讲机业务,在集群通信系统上还不能与其他标准竞争。
3.2 国内标准
GT800系统是由华为公司研制开发的基于GSM技术的数字集群系统。它以TDMA技术为基础,结合了蜂窝技术并创造性地对TDMA 和TD-SCDMA 进行了融合和创新。它的载波带宽是200 kHz,双工间隔为45 MHz,采用RPE-LTP语音编码方式,GMSK调制方式[7]。
GoTa标准是由中兴通讯公司独家提出、具有自主知识产权的创新技术,是为满足数字集群通信专网和共网用户的需要而开发的。GoTa 系统采用CDMA多址方式,调制方式为16QAM和QPSK,语音编码技术为QCELP,频分双工,上下行载波带宽为1.25 MHz带宽,双工间隔为45 MHz[8]。
上述两种标准都是我国自主研发、拥有一定知识产权的数字集群通信标准,为保护和发展民族工业,我国必定会大力推动这两种标准的应用。同时,GoTa标准和GT800标准都是依托国内成功的公网技术而架构的,能够带给运营商更大的组网灵活性和盈利空间,具有DMR标准等国外的标准无法比拟的先天优势。
GoTa标准和GT800标准都侧重于公网的建设,在公网内部通过虚拟专网技术提专网业务。这对于某些行业或集团用户并不是非常理想。2010年,公安部牵头,联合海能达等企业,研发制定了警用数字集群标准,体现了特殊行业对专用无线网络的需求。PDT标准采用TDMA多址方式,12.5 kHz信道间隔、4FSK调制方式、数据传输速率为9.6 kbit·s-1。在满足基本业务的同时,增加了同播、动态频率资源管理等创新功能。PDT标准制定者还声称其具有从MPT1327模拟集群系统平滑过渡的特点。PDT标准向下兼容DMR系统,也在申报成为我国的数字集群移动通信标准。
4 结束语
上世纪末,我国开始重视数字集群通信系统的发展,短短十余年,已取得重大的进展。目前,我国国内数字集群通信行业存在多个标准,相比而言,DMR标准几乎跟Tetra一脉相承,更适合作为专网小区制的系统,只要DMR标准的系统兼容性得到有效发展,真正建立一个开放而充满竞争的市场,DMR系统就能体现出其成本较低的优势,在国内集群通信市场占得一席之地。同时,发展中的PDT标准也会在一定程度上推动DMR标准在我国的应用。
而dPMR标准,作为目前惟一的信道间隔为物理的6.25 kHz的标准,它的发展更决定于正在制定的集群标准,以及生产商对于该标准的资金投入;目前,该标准更适合于个人对讲机业务。
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