多通道传输（共7篇）
多通道传输 篇1
0 引言
近年来,RoF(光载无线电)中的半导体激光器非线性问题得到了较深入的研究,这些研究大体上可概括成两类。一类是设法克服激光器的非线性影响,如采用预失真技术、前向反馈技术或二者结合的技术。预失真技术需要准确预测激光器非线性失真模型,而且处理射频信号给电路设计也会增加一定的困难。前向反馈技术需增加较多的光学处理元件,不仅成本上升、光信号的插损增大,而且也会引入新的非线性。另一类是利用激光器固有的非线性输出特性来改善其本身的非线性特性。工作中的半导体激光器存在自相位调制和弛豫振荡,对外部微扰十分敏感,易产生非线性动力学动态输出。因此,有人[1,2,3]研究利用外部光注入扰动方法提高半导体激光器的调制带宽,具有一定效果。归纳起来,后者用不复杂的光学技术实现了前者需复杂电路处理和模型设计才能完成的目标,值得深入研究。然而,目前针对第二类方法的研究大多集中在讨论激光器外部光注入理论模型和改善单通道性能方面,对于改善多通道传输特性的研究还较少。
因此,本文关注光外注入方法改善激光器多通道传输特性问题。首先阐述光外注入基本原理,然后根据光外注入激光器的调制特性设计基于Optiwave System仿真工具的RoF仿真模型,接着讨论分析仿真结果,最后总结全文。
1 光外注入原理
光外注入基本原理如图1所示。通信用途的光学外注入一般至少需要3个关键器件来完成,
即两个激光器和一个单向传输光束的器件。两只激光器中,被注入的一只激光器称为从激光器,另一只施予注入光的激光器则称为主激光器。激光器可以选择任意类型单模激光器,比如分布式反馈激光器、分布式布拉格反射激光器或法布里-珀罗激光器。主从激光器工作波长之间应保证一定的失谐量,从激光器处于注入锁定状态,这是光外注入发挥作用的必要条件。主激光器发出的激光Pi通过单向传输光束的器件,如光环行器或光隔离器,注入到从激光器。A点是已调制电流信号。从激光器输出受注入作用的光信号,再由单向传输光束的器件C从B点导出,馈送至系统光纤进入传输环节。
关键器件一旦确定,光外注入系统的传输特性即由从激光器决定。从激光器的特性可以用半导体激光器的速率方程来描述,据文献[4]、[5],其瞬时光场S(t)和瞬时相位ϕ(t)可以通过求解微分方程(1)、(2)和(3)获得。
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式中,Γ为光束缚因子;g0是微分增益因子;N(t)为从激光器的瞬时载流子浓度;Nom为透明载流子密度;τp为光子寿命;β为自发辐射因子;τn为载流子寿命;Kc为外部注入的耦合系数;Sinj为外部注入的光子密度;α为线宽增强因子;Δω=ωm-ωs为两只激光器的频率失谐量;I(t)为注入电流;e为电子电荷;V为有源区的体积。
由于A点调制电流信号相对于从激光器的偏置电流而言属于小信号,因此本文考虑采用文献[4]提供的小信号分析模型来讨论光外注入系统的调制特性。
假设调制信号电流为ΔI,偏置电流为I0,且ΔI≪I0,则从激光器的注入电流可以写为
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与此相对应,从激光器的瞬时光场、相位和载流子浓度可以分别写为
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式中,S0、ϕ0和N0分别是微分方程(1)～(3)解的稳态项;ΔS、Δϕ和ΔN分别是微分方程(1)～(3)解的交变项。如果忽略稳态和高阶的因素,由方程式(4)～(7)可以产生一组有关ΔS、Δϕ和ΔN的线性方程组[2,3,4,5]
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式中,
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通过求解方程组(8)可获得ΔS/ΔI关于角频率ω的表达式,见式(9),该式表征了外注入系统的调制响应特性。
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2 仿真模型
为了评估光外注入方法对激光器多通道传输特性的改善,本文采用如图2所示的直接调制多通道RoF系统仿真模型。仿真使用3个载波,
即S0、S1和S2,频率分别是1.2 GHz、30和60 MHz 。S0分别与S1和S2的载波混频,产生5路射频信号(图中C点),频率分别为1.14、1.17 、1.20、1.23和1.26 GHz。10 Mbit/s伪序列M基带信号被调制到这5路射频载波上。已调射频信号在A点(与图1中A点相同)再调制外注入激光光源,然后从B点(与图1中B点相同)送出已调光信号。光信号经过10 km单模光纤传输后,由光电探测器将其下变频到电信号(D点)。外注入激光光源是一种自定制的Matlab元件。该元件是根据方程组(8)获得ΔS/ΔI关于角频率ω的表达式设计而来,它被嵌入到仿真软件Optiwave System环境用以模拟外注入激光光源。解方程(9)所采用的相关参数如表1所示。
3 结果讨论
仿真执行后D点的频谱和E点的眼图分别如图3和图4所示。从图3(a)可以看出,在没有外注入的情况下,入的情况下,以1.2GHz为中心的5通道传输系统会由于交调失真引起边带效应,导致图4(a)所示较模糊的眼图,此时误码率为6.167e-10。而图3(b)在有光外注入的情况下,互调失真现象明显减少,使得对应的图4(b)的眼图质量较好,此时误码率为2.249e-12。可见光外注入方法有利于改善系统传输性能。
为进一步了解光外注入方法对更高频率信号的多通道传输性能的影响,本文考查了载波S0的频率为10 GHz(>普通半导体激光器驰豫振荡频率)的情况下的误码率,其他参数保持不变。我们发现,无外注入时的系统误码率为0.98,而有外注入时的系统误码率为4.282e-11。由此可见,光外注入方法对高频信号的多通道传输性能有更好的改善效果。
4 结束语
本文采用仿真方法围绕光外注入方法能否改善激光器直接调制多通道传输性能问题展开了研究。鉴于仿真工具Optiwave System环境缺少外注入光源器件,本文通过求解半导体激光器速率方程的稳态解,借助小信号分析模型获得了光外注入激光器的调制特性表达式。然后在此调制特性表达式的基础上,用Matlab编码实现了外注入光源器件,并将其嵌入Optiwave System仿真环境。系统仿真的最终结果表明,光外注入方法有利于改善激光器直接调制多通道传输性能,且对高于普通半导体激光器驰豫振荡频率的多通道微波信号传输性能有更好的改善效果。
参考文献
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多通道传输 篇2
随着信息技术的发展,以智能化小区为代表的一批计算机及网络领域的新技术得到了充分的应用,让人们的生活更加便捷舒适。而这些技术的核心内容就是远程通信控制。目前,人们采用的通信方式不外乎以下几种:RS-232异步串行通信标准、RS-485异步串行通信标准、光纤、远红外线、USB等。其中,RS-485接口标准采用平衡发送和差分接收,具有抑制共模干扰的能力,而且灵敏度高,所以传输信号能在千米以外得以准确恢复;并且以此标准只用一根双绞线就可以实现多站联网,构成分布式系统的设备简单、价格低廉,故在工程项目中得到广泛的应用。但是,当通信距离较近时,系统的站间通信大多采用异步串行通信方式的RS-232C接口标准。通常在实际中,一个远程通信系统往往采用多种通信方式,信号经常要在几个不同的接口标准间切换。这样,如何解决信号在不同的接口标准间的问题就凸现出来了。
传统的通信接口转换器的功能只是单一地将2个不同的标准进行转换,缺乏灵活性。例如进行RS-232/485的切换,就只能固定地将RS-232标准的信号转换成RS-485标准的信号,或反之将RS-485标准转换成RS-232标准的信号。一旦实际中需要直接传输RS-232或RS-485或是其他标准的信号时,就不得不另行增加器件。不仅增加了成本开销,而且给用户的使用增添了许多不便。基于这样的考虑,本文设计了一种智能转换器,其特点是只要加入一些简单的控制信息,即可选择不同的接口标准。同时,该转换器的扩展性较强,可根据个人用户的不同需求自行添加与其他接口的转换功能。
1 总体设计
在远程数传系统中,转换器主要用于连接下位机与上位机的数据交换,本方案采用了一块AT89C51作为转换器的控制器。当收到自定义的协议命令时,就打开不同的接口,从而实现信息的自动转换。
该转换器功能框图如图1所示。
信号进入转换器后,先由控制器AT89C51读取控制信息。根据自定义的协议信息,AT89C51将判断出该信号打算从哪种接口传输出去。如果是以RS-232标准传输的话,就打开RS-232的开关,同时让RS-485接口关闭;如果打算以RS-485的标准传输,则关上RS-232开关,将RS-485接口置于接通状态。
2 电路设计
2.1 RS-232接口电路
由于IBM-PC的串行口配置为RS-232C标准接口,输入、输出均采用TTL电平的MCS-51系列单片机,从电气特性上讲是很不一致的,所以,要想实现两者之间的通信,必须先解决微型机与单片机接口问题,通常采用如图2所示的最简单的电路,此时只需要采用接口芯片即可。
2.2 RS-485接口电路
RS-485驱动部分主要由MAX485完成,该芯片是具有静电放电(ESD)保护功能的RS-485收发器。收发器的主要特性为半双工通信方式,波特率可高达2.5 Mbit/s,通信总线可挂接32个收发器,±15 kV静电放电保护。驱动部分的电路如图3所示。
2.3 AT89C51驱动电路
AT89C51是Atmel公司生产的一款完全兼容MCS51系列产品的8位微处理器,引脚如图4所示。
其主要性能如下:4 kB的在系统可重复编程闪存;内部128字节RAM;32个可供编程的I/O线;2个16位的定时器/计数器;可编程的串行通信口;低功耗与省电模式。其工作电路如图5所示。
2.4 RS-232开关电路
此处采用2输入4与门的74LS08作为RS-232接口的开关电路,该器件价格低廉、引脚简单。其引脚定义为:3=1*2、6=4*5、8=9*10、11=12*13、7=GND、14=VCC。
2.5 总体电路
给出转换器总体电路图,如图6所示。
3 软件设计
3.1 AT89C51控制程序
在本接口转换器中,AT89C51主要负责侦听数据传输线上的信号。一旦发现有效信号,就分析其控制字,从而决定该开启哪个通道。在复位初始态时,P0.0至P0.3都置于0(其中P0.0、P0.1控制74LS08;P0.2、P0.3控制MAX485),即RS-232接口与RS-485接口开始都关闭。AT89C51接收外部数据,当收到00H时,置位P0.0,P0.1打开RS-232通道;当收到的数据是01H时,置位P0.2,P0.3打开RS-485通道;当收到0FFH时,则复位关闭通道。注意:每当接收到00H或01H,即要求打开某通道的请求时,AT89C51都要返回数据以指明已接受请求。
此外,AT89C51还有较多空闲I/O线,故还可以有较大余地进行扩展,相应扩展其对应的控制字。
以下为单片机控制主程序:
3.2 主机程序界面设计
为了能够较好地观测本接口转换器的结果,用Visual Basic6.0设计主机程序,如图7所示。
首先在下拉选择框内选择想要的通道接口;接着点击“连接”按钮,与AT89C51进行通信。当收到成功返回的信号后,就在“输入数据”栏中输入想要发送的数据,然后点击“发送”按钮即可。
4 系统测试
为了能够更好、更方便地观察测试结果,特添加了显示子系统。主要由AT89C2051和一些7段数码管组成,其详细结构在此不赘述。
4.1 RS-232通道测试
首先将主机测试程序打开,在下拉选择框选择“RS-232接口”,然后单击“连接”按钮,可看到图8所示画面。这表明与AT89C51的通信已建立。这时再在“输入数据”框内输入想要在子机显示的字符。再点击“发送”按钮,然后可看到7段发光数码管的显示。
4.2 RS-485通道测试
当打开程序后,选择“RS-485接口”,单击“连接”按钮。其他与RS-232通道测试相同。
5 结束语
经过上述的系列测试,可知本转换器是一种智能接口,可在几个不同的接口标准间切换,它的扩展性较强,能根据个人用户的不同需求自行添加与其他接口的转换功能,灵活地在各种接口间传输数据信息。
参考文献
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多通道传输 篇3
光进铜退是中国固网运营商中国电信和中国网通为逐步实现光纤接入 (FTTx) , 用光纤代替铜缆所提出的一项工程。中国固网运营商现在所采用的ADSL接入网一般都是局端集中方式, 即用户家ADSLMODEM需要同电信分局的ADSL局端设备同步信号, 这段距离一般超过3公里。这样, 距离成为了国内ADSL技术提速的最大问题。所以, “光进铜退”的策略就是将FTTx技术同ADSL技术相结合, 尽可能缩短ADSL局端设备 (DSLAM) 同用户家这段铜线的距离, 以提供高带宽接入。
传统电信业务与商业模式衰落之势已无法扭转, 转型成为必然的抉择;随着铜缆价格大幅上涨, 继续使用铜原料增加带宽成本太高, 而光纤光缆和光收发模块的价格却逐步降低;普通的上网业务, 包括未来的IPTV对带宽都提出了新的要求, 因此带宽的提速成为迫切的要求。同时, 业务的融合, 包括宽带上网、VOIP等业务促使光纤逐渐成为解决用户需求的必然之选。
EPON (以太无源光网络) 是一种新型的光纤接入网技术, 它采用点到多点结构、无源光纤传输, 在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了PON技术, 在链路层使用以太网协议, 利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。因此, 它综合了PON技术和以太网技术的优点:低成本;高带宽;扩展性强, 灵活快速的服务重组;与现有以太网的兼容性;方便的管理等等。
FTTC (Fibretothecurb) +xDSL模式:光纤到路边, 将宽带接入设备下移到“路边”或“小区机房”, 即从“干线段”移到“馈线段”, 保证D S L A M到用户端距离小于2公里, 这一段可以使用A D S L、ADSL2+、VDSL技术。
FTTB (FibretotheBuilding) +LAN模式:需要宽带接入设备同用户端距离小于100m (以太网技术限制) , 可以提供10M/100M/1000M的双向对称带宽。
FTTH (FibretotheHome) 模式:光纤到家庭 (办公室) , 可以为用供从数十兆到千兆的带宽, 这种模式是接入网部分问题的一劳永益的解决方式。 (如图1)
“三网融合”又叫“三网合一”, 意指电信网、有线电视网和计算机通信网的相互渗透、互相兼容、并逐步整合成为全世界统一的信息通信网络。
三网融合打破了此前广电在内容输送、电信在宽带运营领域各自的垄断, 明确了互相进入的准则——在符合条件的情况下, 广电企业可经营增值电信业务、比照增值电信业务管理的基础电信业务、基于有线电网络提供的互联网接入业务等;而国有电信企业在有关部门的监管下, 可从事除时政类节目之外的广播电视节目生产制作、互联网视听节目信号传输、转播时政类新闻视听节目服务, IPTV传输服务、手机电视分发服务等。
(1) 语音承载方案。
1) FTTB场景下 (MDU_AG组网) 的楼内语音设备/模块由中国电信统一建设、运营, 是电信可信任的设备, 因此可参考可信任的AG/TG/SG等设备的建设, 不使用BAC设备, 采用IP城域网进行承载, 楼内语音设备通过OLT二层汇总后, 终结到城域网PE设备 (SR/BRAS) , 通过三层MPLS VPN跨域进入软交换网络;2) FTTH场景下 (BAC组网) 的终端语音业务, 家庭内语音接入设备应视为非可信节点, 通过OLT二层汇总后, 终结到城域网PE设备 (SR/BRAS) , 通过城域网内MPLS VPN使用BAC接入软交换网络。
(2) VLAN规划。
EPON主要承载的业务:PPPoE拨号上网、ITV、家庭网关管理、语音业务 (BAC组网) 、语音业务 (MDU_AG组网) 、专线上网业务、VPN专线、E1专线业务。
采用PUPSPV+PUPV的方式。每用户分配4个VLAN, 一个独立的上网VLAN、两个共享的ITV/VoIP VLAN和一个共享的ITMS VLAN;组播复制点下移OLT/ONU/DSLAM后增加一个共享VLAN承载ITV组播数据流。上网业务VLAN不同用户间相互独立, ITV/VoIP/ITMS VLAN分别由不同的VLAN承载, 但在不同用户间共享。
(3) VLAN配置。
OLT的VLAN配置:在FTTB/N模式下启用Selective QinQ功能, 以每个PON口为接入点, 对PPPoE上网、专线上网、ITV业务、语音业务、WLAN业务标记外层SVLAN;对于语音业务采用单层VLAN时对语音业务的VLAN透传给上游设备。
FTTH模式下, OLT对PPPoE拨号上网业务、ITMS、iTV业务、语音业务标记外层SVLAN。
在F T T B (P O N) +LAN场景下:接入PPPoE上网业务时, untagged的业务流标记为用户的上网VLAN (范围为51~1050) , 并对VLAN ID为43、45、42的业务流配置为VLAN透传模式;
接入专线业务时, untagged的业务流根据VLAN规划在ONU的用户侧端口上标记VLAN, 在OLT中MDU的用户侧端口均按照PPPoE上网业务的VLAN规划预先配置好, 如果有专线业务的需求时, 通过BSS派发工单, 修改相应端口的VLAN配置。
在FTTB/N (PON) +DSL场景下:将PVC映射到规划好的业务VLAN。接入PPPoE上网业务时, 将ITMS PVC (8/46) 映射到ITMS VLAN, VoIP PVC (8/83) 映射到VoIP VLAN, iTV PVC (8/85) 映射到ITV VLAN, 上网PVC映射到上网VLAN。
在FTTH场景下:将每个端口配置为VLAN标记模式, OLT标记外层SVLAN。
QOS策略:OLT启用分布式的QoS, 在EPON接口板和主交换板上分别启用QoS策略。在EPON接口板上启用业务流分类、调度功能, 根据VLAN和端口, 将ITV、VoIP、各种上网业务映射到不同的优先级队列, 对多个队列进行SP或者SP+WRR算法调度:PPPoE上网业务标记为0, 映射到队列0;专线上网业务根据用户申请SLA进行标记和映射;ITV点播业务标记为5, 映射到队列5;语音业务标记为6, 映射到队列6。ITMS消息标记为7, 映射到队列7。在主交换板上根据IEEE802.1D User Priority将业务流映射到不同的优先级队列, 对不同优先级队列进行SP算法调度。
参考文献
[1]胡保民, 刘德明.黄德修.EPON:下一代宽带光接入网[J].光通信研究, 2002, (4) .
多通道传输 篇4
1 系统总体设计
数据采集控制系统用于高频压力信号参数的采集量化,并将采编的数据传送到数据记录器记录存储,上电随即实现采集与发送功能,无需等待命令字,具备对模拟信号的调理、采集、编帧、转发等功能。系统自带EMI模块进行滤波保护,自带DC/DC电源模块实现隔离、变压,通过放大、滤波、模拟开关及模数转换器等环节,在中心控制逻辑模块的时序控制下,将模拟信号转换为数字信号,写入FIFO存储器缓冲后传输至数据记录器,再通过上位机软件实现对数据的分析与解包,监测其可靠性。系统原理如图1所示。
中心控制电路可以由单片机或FPGA/CPLD为核心组成。由于本系统对采样控制速度要求比较高,故选取FPGA为核心设计中心控制电路。考虑到控制程序占用逻辑资源较多,FPGA采用XC2S100以满足设计要求。并采用具有高速采集时序和2.5 V基准电压源的AD7667完成模数转换,其1 Mbps的采样率、16位的采样精度符合系统设计要求,而且AD7667为单通道模数转换器,比较容易控制。
从提高系统的可靠性出发,在满足功能要求的前提下,以电路最简化设计为原则,采用标准化、模块化和通用化的设计思想,充分考虑各种环境条件的影响,以及电磁兼容、容差、抗震和降额设计,确保系统能够可靠启动、采集、转发和显示[3]。
2 系统硬件模块实现
2.1 多通道选择电路
由于模数转换器为单通道,所以转换之前应使用模拟开关进行通道的选择与切换。高频压力信号进入系统后,首先要经过信号调理模块完成对信号的滤波、放大,低通滤波放大调理电路如图2所示,截止频率为undefined,把输入信号的频率范围调理成适合系统采集的频率范围,同时进行阻抗变换,然后进入高速切换模拟开关[4],高速切换模拟开关在FPGA的控制下,通过使能端选择某片模拟开关,进而在此模拟开关内进行16个通道的切换,从而将输入信号依次送入A/D转换模块进行模数转换。
2.2 采集控制电路
输入信号经AD7667转换为16位数字信号,在FPGA的控制下依次取其高8位与低8位进行编帧,然后以字节为单位写入FIFO存储器,这样,整个系统就实现了高频压力信号的采集工作。本系统以0～5 V模拟信号为例实现模拟量的采集,此范围外的信号通过调理后稳压在0～5 V范围内再进行采集。由于AD7667内部具有2.5 V的基准电压源,因此进入AD7667前设计了调理电路,如图3所示。R49、R51将模拟开关输出的信号进行分压,使得这些信号符合AD7667的模拟信号采集范围。
输入的电压范围经过调理电路后输入AD7667的幅值范围为:(0～5 V)×10 kΩ/12 kΩ=(0～2.25 V),采样位数为16位,则FFFF对应AD7667的满量程2.5 V,采集回的原始数据可根据此对应关系反推算为输入模拟量的幅值。C49为去耦电容,用以减小噪声等干扰。
2.3 数据传输与显示模块
此系统设计的关键技术是能否将多路高频压力信号实时采集并完全送入数据记录器中存储。本系统采用的传输接口为标准差分RS-422信号接口,接口芯片选用DS26C31来完成数据的发送,传输方式如图4所示。中心控制模块在FPGA的时序控制下,将AD7667输出的数据写入静态存储器FIFO中,同时将写入FIFO的数据以一定的码率、字节数从RS-422接口发送给数据记录器。发送数据的时间应比数据写入FIFO的时间短,以满足读取数据快于数据写入FIFO的速度,避免发生数据丢失和接收数据错误的情况[5]。最后通过上位机软件读取存储在数据记录器中的数据并进行解包与分析,得到采集的原始数据和解包后模拟信号的波形。
3 系统软件设计
系统软件用硬件描述语言VHDL编写[6]。
3.1 系统采集时序实现部分
首先要根据所需采样频率计算所需晶振的频点,需采集的信号频率为 0～5 kHz,采样频率按所采集信号频率的8倍进行采样,所以每一路采样频率是0～40 kHz。以采集8路为例,总体所需采样频率为40 kHz×8路=320 kHz,则晶振的频点选用320 kHz的倍数即可(如采用64 MHz晶振),每一路的采集时序平均占用的时钟数是64 MHz/320 kHz=200个时钟周期,采样时间是200×1/64 MHz=3.125 μs。利用Modelsim 6.2软件仿真的采集时序如图5所示。
首先,将AD的模数转换信号CNVST置低,让其进行数据转换。转换完成后,byte信号置高,输出高8位的数据,然后接收数据进行写FIFO操作;接着将byte信号置低输出低8位的数据,继续接收数据将低8位数据写入FIFO,同时将帧计数及帧标志写入FIFO。在时序刚开始时选择通道,时序结束时完成行列的切换。为了实现输入信号的均匀采样,应根据每个通道所需的采样频率来确定各通道在一定时钟周期内轮循的次数。
3.2 系统数据传输实现部分
系统以4.5 Mbps的码率通过RS-422接口进行传输,传输流程如图6所示。
在中心控制逻辑模块FPGA检测到FIFO的“半满”信号为低电平时,将FIFO中的数据读取出来,然后按规定格式以异步串行方式发送。通信接口的数据格式是1位起始位、32位数据位、1位停止位,低位在前,高位在后。此外,为了保证数据传输的可靠性,需在满足技术指标的条件下尽可能多地增加空闲位,以增加空闲时间[7]。
4 上位机结果显示
上位机软件用VB 6.0实现对采集系统的测试与分析,测试过程简单、可靠和实用性强。启动上位机软件,开启远程测试部分,进入实时监测界面,软件界面便可实时显示采集系统发送到记录器的数据的实时状态。
软件的数据分析部分是在对数据存储器远程读数后,通过对数据进行分析解包,最后获得采集信号的波形,也可以查看原始数据,对系统的各个采集通道用稳定的直流源做输入信号进行标定,标定后测试系统的采集偏差在0.02 V左右。测试时为了能够明显地监测通道是否串扰,单、双采集通道分别接正弦波和方波。
图7是对电平幅值0～5 V、信号频率0～5 kHz的模拟量输入信号进行采集的波形。图中横纵坐标均为采集的点数,根据波形的纵坐标可计算出采集回的信号的幅值u,对应关系为:
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根据波形的横坐标可计算出采集回信号的频率f,对应关系为:
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式中 Δx——一个周期内采样的点数。
将计算所得的幅值和频率与输入模拟量信号的幅值和频率进行比较,所采集的数据与输入值一一对应,因此整个系统是相对稳定和准确的。
5 结束语
笔者设计和实现了数据采集模块,并将数据发送给数据记录器,同时可通过上位机进行实时监测与数据分析,此系统可根据实际需要只对通道数和帧结构做相应的修改,便可实现多通道多频率的信号采集。帧结构的编写由采样率确定,整体不需变动;上位机软件功能明确、监测方便和读数分析准确,因而具有较好的扩展性和适应性。
摘要：设计了一种数据采集控制系统,对现场数据进行实时采集、调理、存储、传输及显示分析。该系统将FPGA作为主控单元,通过模拟选择开关及模数转化器实现数据的高可靠性和高精度采集。此采集系统已配合数据记录器应用于某弹载装置存储测试系统中,成功地完成了对其压力信号的采集、记录及监测。
关键词：数据采集,高精度,实时监测
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太原市微波传输通道保护思考 篇5
关键词：微波传输通道,保护,城市建设,高层建筑
城市微波传输通道保护的重要性是近年来我国随着城市化进程的加快,城市建设高速发展而带来的新问题。城市的高层建筑如雨后春笋拔地而起。对城市基础设施和对外信息交流的要求越来越高。微波传输作为一种快捷的信息交流,为人们的生活提供了方便。在城市的长途通信、有线电视、上网信息等多方面的占有比重也越来越大。同时,城市建设中高层建筑物的大量建设也给微波传输带来诸多困难。因高层建筑物的阻挡而造成信息传输失真、降低使用质量,甚至几乎不能使用。现状微波传输通道与城市建设速度的矛盾日益突出。
1 太原市微波站点的位置与微波通道现状路径
太原市微波站点由4部分组成:电信微波站点、广播电视微波站点、电力微波站点与引黄工程微波站点。电信、电力及引黄工程微波站点均位于城市主城区的外围(市域郊县)。广播电视微波站点有两处位于城市主城区内,其余的也位于城市边缘(外围)。
1.1 电信微波站点与微波通道现状路径
太原市电信微波站点共有5处。太原电信大楼为枢纽站,负责微波通信的接(收)发(射)。其余的位于东山的刘家河微波站、太谷微波站、清徐微波站、榆次微波站。
太原市电信微波通道路径共有5条。太原→徐沟;太原→北京……;忻州→刘家河→太原→榆次……;石→太→西→刘家沟→太原→太谷……;忻州→刘家河→太原……。
1.2 广播电视微波站点与微波通道现状路径
太原市广播电视微波站点共有5处。山西省电视台是枢纽站,地球站与晋中新闻中心为接收站,老军营发射塔为中转站,庙前山为中继站。
太原地区广播电视微波电路共有4条。由地球站接收卫星节目后经老军营电视塔传输给山西省电视台,再由省电视台发送到全省各地。
电视台→老军营发射塔→地球站;电视台→晋中新闻中心;电视台→老军营发射塔528台;电视台→庙前山。
1.3 电力微波通道现状路径
山西省电力公司现运行的微波电路共有3条。
山西省电力公司→东山→忻州→大同→北京;山西省电力公司→晋中→临汾→运城;太原→东山→阳泉→晋城→临汾。
1.4 太原引黄工程微波通道现状路径
引黄工程数字微波系统主要为引黄工程泵站区域到太原调度中心提供语音、调度、自动化数据传输。现运行的微波电路共有3条。
引黄太原调度中心→庙前山→水泉沟;引黄太原调度中心→庙前山;引黄太原调度中心→引黄连接段7号洞。
2 太原市微波传输现状与存在问题
山西省微波通道从1964年建设发展至今,微波站由原来的9个发展到40个;微波电路由过去的1条发展到10多条;长途电路由过去的60条发展到15 400条。长途电路的比重由过去的0.4%发展到今天的60%,同时微波电路还担负着传递电视、广播、电报传真、自动化数据传输等多种业务,在国民经济建设中起着举足轻重的作用。
太原市20世纪80年代末的城市总体规划调整,对微波通道的保护还未提到议事日程。因太原市区的地形为两山夹一河,微波站点建在东、西山上。位于两山之间的城市建筑物(住宅大多为4层～5层的多层、公建超过10层的也很少)不会影响到微波的传输,也就无需通道的保护。微波传输由城市上空不受任何阻挡而顺利通过。
如今的太原市城市建设日新月异,80年代初新建的山西省广播电视大楼是当时的华北第一高楼,90年代落成的太原电信大楼,这些当时的标志性建筑早已淹没在众多大厦中不见踪影。因高层建筑的阻挡造成的反射而对电路质量产生影响的事故,给人们的生活带来了难以估计的损失。
3 微波传输通道保护与提高土地利用率的矛盾
微波传输是视距传输,遇到阻挡就被反射或被阻断。因此微波传输通道的保护与提高城市土地利用率的矛盾日益突出。近年来,太原市控制性规划和详细规划因微波传输路由的原因而降低土地容积率与建筑物高度,使微波传输通道保护与提高土地利用率的矛盾突出。
4 太原市微波传输通道保护与事故教训
4.1 高层建筑阻挡微波通道日趋严重
目前太原城区上空各种微波通道(电信、电视、电力、引黄工程)大概有10多条微波电路。它们有不同的高度、不同的路由、不同的用途,彼此避让,互相协调,是一张看不见的空中交通网。这些通信微波站(点)的微波电路分布在电信、电力、广播电视、引黄工程等各类部门。20世纪90年代以来,城市发展速度加快,高层建筑高楼纷纷拔地而起,微波通信与城市建设的矛盾突起。
4.2 高层建筑阻挡微波通道的事故教训
微波传输是视距传输。微波传输的通道在空中,人眼看不到线路,摸不着位置。微波传输系统是点对点的直线传输,发射天线和接收天线要在可视范围内,中间不能有建筑物阻挡。因而在没有城市准确定位保护的情况下,很难提前控制建筑物阻挡的事故。2001年3月位于双塔西街中段正在建设的“迎泽家园”高层住宅楼阻挡了省广播电视大楼——榆次电视信号停传一个月的重大事故。2001年11月,微波通道太原—榆次,因省人民医院正在建设的28层宿舍楼位于该通道中间,直接阻挡了信息的传输。使广大用户的通话质量、上网数据严重错误失真,以至于几乎不能使用,经济损失难以估计。这些例子的发生,使得微波通道保护和高层建筑之间协调的问题明显地摆在我们面前。因此微波传输通道的保护已迫在眉睫。
5 解决太原市微波传输通道保护的想法
5.1 合理利用城市新建的高层建筑物
充分利用城市新建的高层建筑物完善已建立的空中保护通道。太原电信大楼是通向北京、石家庄等地的电信微波枢纽站。山西省电视台是通向卫星地球站、榆次、太谷及全省各地的电视微波枢纽站。因此对几个固定方向的微波传输通道路由的保护就显得格外重要,遇到阻挡现象时,可考虑在新建大楼顶上设立微波中转站(点),尽量保留和改善原有的微波传输通道。同时必须详细了解现状通道的准确位置并把它在城市坐标系统中定位。在现状微波站点,升高天线的安装点。在城市小区规划与单体建筑物的审批中给予位置与高度的保护。这个方法在经济不很发达的内陆城市相对适用。
5.2 在城市中心区周围建设新的微波枢纽站
可以在城市中心区周围建设新的微波枢纽站(点),通过光缆连接各枢纽站(点)。由于中心城区的不断扩大,微波通信的需求也在不断扩大,各个通信部门要共享东、西山的微波中转站。也可在市内选址合建新的微波枢纽站(城市的标志性建筑物,最高的电视塔或电信大楼),各种微波电路都有合适的传输通道位置,使得微波传输通道在众多的高楼大厦上空毫无阻挡地顺利通过。
5.3 严格管理城市微波传输通道
太原市城市总体规划的微波通道保护专项规划中规划预留微波站点位置与微波传输通道位置,为城市建设发展提供依据。
城市微波站(点)的地址、数量,微波传输通道的路由、高度不得任意更改。《太原市微波传输通道保护专项规划》批复后,要严格执行。太原市微波传输通道保护专项规划为太原市城市管理的实际情况提供了较为可靠的依据。规划部门根据业务单位提供的城市微波传输电路的路由图,由JPS实测后纳入城市管理系统。
城市微波站(点)的建设应有城市规划管理部门参与选址、审批建设。微波通道的保护需由城市规划管理部门把关。当微波传输电路、路由与高层建筑发生冲突时,须由无线电管理部门提供技术咨询,应执行城市规划管理部门的协调。
今天太原市微波传输通道的保护已被列入新一轮总体规划的项目中,大家开始重视微波传输通道的保护,并为此而不断努力,使微波传输通道保护规划落实到具体的城市规划与城市建设当中。
参考文献
多通道传输 篇6
1 微波通道保护现状
微波信号传输的过程中, 必须要确保通道的畅通无阻, 倘若同道中存在着非常多的阻碍, 这样就会使得微波无法顺利的传输, 这也会在极大的程度上影响到微波传输的质量。 信号会逐渐的减弱。在当今城市化发展水平不断提高的大形势下, 高层建筑数量也呈现出了明显的增加趋势, 这也会对微波信号传输的质量产生非常明显的负面影响。 在以往的传输系统设计工作中只是考虑到了当时的建筑情况, 而当时并没有大量的高层建筑, 因此, 在高层建筑数量不断增多的情况下, 广播电视微波传输的稳定性和安全性也会受到极大的威胁。 广播电视微波出阿叔通道的安全运行存在着非常重大的意义, 在信息传输中, 其所发挥的作用是不容忽视的, 无论是在政府部门公共信息传播的过程中还是人们日常的生产和生活当中, 我们都需要将广播电视作为非常重要的一项媒介, 微波护自身的抵御能力很强, 所以在应急事件处理的过程中, 其也占据了不容忽视的位置, 因此, 我们必须要采取有效的措施对微波传输通道进行全面的保护, 不断的提升微波传输的效率, 确保信号传输的质量和水平。
2 微波传输通道的保护
在对微波传输通道予以保护的过程中, 一定要注意措施的多样化, 在对其加以保护之前, 我们一定要对系统的实际状况进行全面的了解和掌握, 之后还要制定出一个可行性非常强的方案与措施, 从而更好的确保微波安全运行的质量和水平。 在对微波传输通道进行保护的过程中, 规划部门扮演着非常重要的角色, 一定要对微波站的频率和地址做好备案工作, 同时还要重视故障检测工作。 在微波传输的过程中, 如果发现了故障, 一定要对其进行全面的定位处理, 检测出发生故障的真实原因, 同时还要采取有效的措施加以处理。 在未必传输的时候, 中间不能出现阻滞, 这主要是因为传输通道本身不具备可视性, 同时其覆盖的区域也比较大, 这样也就使得监视工作无法顺利的开展, 因此, 我们在实际的工作中, 一定要充分的借助一些比较先进的科学技术对传输通道的监视工作加以控制, 从而确保传输的质量和水平。
3 微波传输通道故障排除分析
为了能够更加科学有效的掌握广播电视微波传输通道故障排除的具体方法, 我们借助实例地对其加以分析和阐述。
最近发现A和B微波站所接受的电平指数出现了明显的下降趋势, 在适当的对发射功率进行了调整之后, 对两地的气相情况进行了全面的分析, 两地的天气状况很好, 所以也排除了天气因素的不利影响。 其次, 技术人员一定要对传播设备进行全面的检查, 如果没有出现异常, 下面就应该对天馈系统进行检查, 主要是对充气机当中的干燥剂颜色变化进行观察和判断, 如果干燥剂的颜色为蓝色, 我们基本上就可以判定是天馈系统的故障。 然后使用专业的检测仪器对其进行全面的检查, 判断故障是不是和试馈线有一定的关联, 如果是试馈线的问题, 就应该对其进行干燥处理, 或者是直接更换。 最后就是排除故障, 在故障排除中, 我们可以在天线后端的位置安装频谱仪, 这样就可以接收到电平参数, 将其和正常的数值进行比较, 如果偏差较大, 需要进行适当的调整, 如果这些原因都被排除, 则证明是微波传输受阻产生了接收电平下降的问题。
采用微波传输路由图, 我们能够非常清晰的看到微波通道所经地区的地质和地貌状况, 但是在检查的时候, 我们也必须要注意通常、田野、城市当中的信号传输是不会存在障碍物的, 所以在实际的工作中, 我们一定要充分的重视微波通道附近的高层建筑物。 为了能够更好的保证后期的计算和分析, 我们一定要对建筑物所在经度、纬度和高度加以记录, 这样就可以更好的测算出建筑的面积, 同时还能够按照计算的具体结果将建筑物展现在图纸当中。
4 微波衰落和解决方法
4.1 微波衰落的影响分析
广播电视微波传输的工作中会受到很多因素的影响, 比如地形、建筑物和气候环境等, 这样也就使得传输信号的质量受到非常重大的影响, 在传输的时候, 如果产生了非常严重的阻碍, 就可能会使得信号的终端无法稳定运行, 因此, 我们必须要采取有效的解决措施。
4.1.1 地面传输环境的影响
在地面环境建设的过程中, 影响微波传输的主导因素就是断面的反射波, 在城市、丘陵和水面等很多区域当中, 其对微波的影响存在着差异, 因此, 在微波传输当中, 我们一定要充分的对地面的传输环境加以考虑, 这样也就可以十分有效的减少其对微波产生的不利影响。
4.1.2 气象因素的影响
气相因素是影响微波传输距离的一个主要因素, 微波传播会受到一些极端天气因素的影响, 这样也就会产生非常大的能量消耗, 特别是在气相条件具有复杂性的山区, 在大雨过后还是比较容易出现微波信号多次反射的问题, 这样也就使得微波减弱的程度大大的提升, 接收信号的电平会在这一过程中受到非常重大的影响, 这样也就使得信道的误码率大大提升, 甚至还出现了中断的情况。
4.2 抗衰落采取的措施分析
采用自适应均衡技术, 利用TDAE均衡器来有效的控制微波传播时信道和时间的选择, 这样就可以对相位失真的现象得到有效的控制。 使用交叉计划干扰抵消技术, 对接受的信号进行垂直和水平处理, 这样就可以使得信号质量达到原始水平, 大大的减少了信号间的干扰, 此外采用环网自愈网, 微波电路当中如果某一个站点无法正常的运行, 就会对之后所有站点的正常运行构成不利的影响, 这也会使得电路系统无法正常的发挥其作用和功能, 所以, 我们一定要建立环网自愈网, 这样就可以确保当某个方向出现了信号减弱或者是中断的时候, 环网自愈网可以采用另外一个方向上的信号, 避免了信号中断的问题。
5 结论
广播电视在人们的生活中依然是不可或缺的, 而广播电视的信号播出质量要求也越来越高, 在微波传输的过程中会受到多种因素的影响, 因为微波传输的故障抑或是在传输通道中信号不是很强都会对信号传输的质量构成不利的影响, 我们必须要采取科学的方案对其加以处理。
参考文献
[1]苑曦.数字微波传输技术的应用[J].信息技术与信息化, 2015 (06) .
多通道传输 篇7
输电线路纵联保护采用光纤通道后系统的通信容量较大, 较好地提高保护系统的通信性能, 目前投入运行的光纤保护中, 按交换信息类别可分为:光纤电流差动保护和光纤允许式、闭锁式纵联保护两类。
1 信息传输格式
光纤通道传输继电保护信息, 通常釆用HDLC同步通信, 按固定间隔Ts发送报文。报文头、报文内容、CRC校验值和报文尾构成完整的一顿通信报文。其中报文头和报文尾的值都是固定的, 为“01111110”的8比特序列。发送端报文的内容将自动地插入一个“0”到连续5个“1”之后, 用于区别报文头及报文尾;同样, 接收端收到连续五个“1”后将自动地去掉插入的“0”。发送端将报文内容除以一个多项式, 把余数当作CRC校验值的内容并作为报文发送;相应地, 接收端也将报文内容除以同样多项式, 将余数与接收到的CRC校验值进行比较, 若两者相等, 则表明报文没有错误, 否则认为报文未通过CRC校验或发生误码。
其中, 线路纵联距离 (方向) 保护装置传送的具体内容包括线路故障方向和地址码;线路纵联差动保护装置传送的具体内容包括三相电流采样值或电流向量值、地址码及通信时标。
2 继电保护对通道时延的要求
2.1 对时延长短的要求
线路纵联距离 (方向) 保护对时延的要求, 虽然故障方向的判别仅仅依赖于本侧的电气量, 判别时间也与通道时延没有关系, 但是, 因故障范围的判别由两个因素决定:一是, 利用本侧的电气量确定与本侧装置相关的故障方向;二是, 由通道确定的与对侧装置相关的故障方向, 只有当与两侧保护装置相关的故障方向都确定为正方向时, 装置才能断定此次故障是发生在区内的, 因此, 通道时延给装置动作的速度带来的影响是可以累加的。
线路纵联差动保护对时延的要求, 因工作原理的关系, 通道时延给装置动作的速度带来的影响需要从两个因素考虑。第一, 需结合两侧的电气量来计算差动电流, 差动电流为当前收到的对侧的电气量加上对应的本侧的电气量, 而不是本侧的当前的电气量加对侧的当前的电气量, 即要求当前所以进行的差动判据的电气量提前一段时间 (至少包括通道时延+报文长度) ;第二, 为防止因TA断线而造成的差动保护误动, 常用方法为:若本侧装置想进行保护动作, 则设定差动方程, 只有当本侧与对侧装置都同时满足差动方程, 才能发生差动保护动作。一般情况下, 保护装置只有在启动且满足设定的差动方程条件下才能向对侧发送允许发生保护动作的请求。可通过两种方法启动保护动作:一是, 对侧装置也有发生保护动作的请求;二是, 对侧装置满足差动方程且发回差动允许标志。本侧对侧两个方向都需要考虑通道时延, 因此通道时延对线路纵联差动保护动作速度将产生双倍的影响。
2.2 线路纵联差动保护要求通道双向路由需一致
线路纵联差动保护要求通道双向路由必须一致, 这是差动计算、保护动作正确与否的关键因素。目前常用的线路纵联差动保护的同步方法主要有采样时刻调整法、采样数据修正法和时钟校正法。由于需要借助通道完成, 所以统称为基于数据通道的同步方法, 具有要求通道收、发时延都相等特点。采样时刻调整法通常可分为两步:先测算通道延时, 然后结合通道延时, 由从站测定本对两侧装置釆样的误差, 并根据结果改变从站采样脉冲的大小来实现采样的同步。
3 误码对继电保护影响的分析
3.1 误码对报文的影响
主要体现在以下三方面:
1) 误码造成报文内容或者CRC校验值中的某一位的值出现错误, 致使报文不能通过CRC校验;
2) 误码造成报文头或报文尾中的某一位的值错误, 致使报文的完整性不全, 通信控制芯片报的报文出现错误;
3) 报文的比特数是8的整数倍, 但通道滑码有可能使比特数增加或减少, 致使报文比特数不为8的整数倍, 从而使通信控制芯片报变成不完整报文。
3.2 误码对两侧装置采样同步的影响
通信业务在通信路由的切换过程中将中断数毫秒, 将会出现非完整的报文。但线路纵联差动保护只要检测到有非完整报文出现, 就立即检测通道时延, 调整两侧装置采样的时刻实现再同步。报文的完整性也会受单个随机误码的影响, 使线路纵联差动保护在通道路由未发生变化就重新开启一个新的同步操作, 将会使线路纵联差动保护闭锁数十毫秒。因线路纵联距离或纵联方向保护只需要允许信号, 不要求通道时延也相同, 不需要使两侧装置的采样时间进行同步, 通道误码只影响当前通信报文的正确性, 不影响之后的报文。
3.3 误码对保护判据的关联性影响
线路纵联差动保护判据只利用线路两侧的电气量, 因通道问题造成当前的数据信息丢失, 将会对保护判据接下来的动作产生影响。线路纵联差动保护通常采用异步抗饱和法来防止因区外故障TA饱和而导致保护误动情况发生。故障开始时刻TA不会达到饱和, 保护判据不需要采用抗饱和措施, 但若故障在初始阶段出现误中贞, 保护动作启动较慢, 则要求启动抗饱和判据, 经过连续几顿判别后保护动作将变慢。如果保护设置保护动作在连续多次达到差动判据要求后才启动, 差动保护将因中间出现一个误帧而延迟几顿时间后才动作。
考虑到纵联距离 (方向) 保护对于故障方向的判别只依赖于本侧电气量, 在充分考虑采取有效措施防止功率倒向的问题后, 为更好的提升保护动作的可靠性, 即使装置连续收到多个误顿, 最后收到对侧的信号也一直保持为动作允许标识。利用载波通道当为线路纵联保护的信息传输通道时, 通常采用闭锁式保护来防止因线路的多相故障而引起的通信中断。但光纤通信中的误码及信号中断同线路故障之间没有必然的联系;并且通过光纤通道传输的数据信息, 有误码并且通过CRC校验的概率趋向于零, 收到通过CRC校验的报文是可靠安全的;综合光纤通信的高可靠性和纵联保护的逻辑判别特点, 采用光纤通道的线路纵联距离 (方向) 保护作为线路主保护时, 宜采用允许式。
3.4 误码对继电保护日闭锁时间的影响
通信系统在正常运行情况下, 通道随机误码是唯一影响通信可靠性的因素, 为监测通道误码对继电保护正常运行影响程度, 可定义“日闭锁时间”如下式所示:
式中:Pe, km为每公里的通道误码率;Br为通道波特率;L为通道长度;Tf为每顿报文的长度 (有效时间) ;Ts为报文发送的时间间隔;Tb为每一误顿引起的保护闭锁时间。
对于特定的通道, Pe, km、L、Br为常数, 为了保证正常情况下继电保护的动作速度, Ts通常尽可能取较小的值, 因此从继电保护本身出发, 减小误码影响的有效途径是使得Tb、Tf值尽可能小。对于64kb/s通道, 可以得到在G.821规定的通道性能要求下, 线路纵联保护日闭锁时间。
4 结束语
总之, 光纤通道己经成为继电保护传输通道的首选, 为保证光纤保护信号的正常传输, 继电保护对传输通道的抗干扰能力提出了更高的要求, 而如何有效解决光纤通道干扰问题成为光纤保护正确动作的关键。
参考文献
[1]许西平, 王鹏.光纤通道应用于继电保护中的若干问题探讨[J].继电器, 2007, 35 (4) :75-86.
[2]宋国宏, 刘川青.光纤差动保护及通道传输信号应注意的问题[J].江西电力, 2008, 32 (4) :37-39.