發布時間：2023-04-17 17:24:59
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的信號與通信論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。
關鍵詞：文獻綜述；研究生學位論文；繼承與創新
文獻綜述是指在全面掌握、分析某一學術問題（或研究領域）相關文獻的基礎上，對該學術問題（或研究領域）在一定時期內已有研究成果、存在問題進行分析、歸納、整理和評述而形成的論文，一般要對研究現狀進行客觀的敘述和評論，以便預測發展、研究的趨勢或尋求新的研究突破點。
一、文獻綜述在研究生學位論文中的作用和意義
文獻綜述作為研究生學位論文的重要環節，其作用在于介紹研究的現狀，闡明選題設計的依據、研究的目的和意義，提出選題的創新之處。這樣，既能反映研究生學位論文選題的科學性、創新性和應用性，又可以使評審專家充分了解論文研究的價值，判斷研究生掌握知識面的深度和廣度。
（一）為學位論文的選題尋求切入點和突破點
對撰寫學位論文的研究生而言，綜述研究的直接目的在于分析掌握研究現狀的基礎上，確定學位論文的選題。研究生通過撰寫綜述，對不同研究角度、方法，不同研究設計，特別是不同觀點進行分析、比較、批判與反思，可以深入了解各種研究的思路、優點和不足，在掌握研究現狀的基礎上尋找論文選題的切入點和突破點。首先，從對現有研究缺陷的分析中尋找問題；其次，可以通過對不同甚至是矛盾觀點的比較尋找問題；再次，研究生可以結合自己的思考或實踐經驗尋找那些尚未引起研究者注意的問題；最后，可以嘗試運用其他學科的理論或方法研究問題。
（二）為課題的研究尋求新的研究方法和有力的論證依據
文獻綜述是跟蹤和吸收國內外學術思想和研究的最新成就，了解科學研究前沿動向并獲得新情報信息的有效途徑，有助于我們掌握國內外最新的理論、手段和研究方法。從已有的研究中得到的啟發，不僅可以幫助我們找到論文深入研究的新方法、新線索，使相關的概念、理論具體化，而且可以為科學地論證自己的觀點提供豐富的、有說服力的事實和數據資料，使研究結論建立在可靠的材料基礎上。
（三）避免重復研究，提高研究的意義和價值
有專家估計，我國有40%的科研項目在研究前其實在國內外已經有了相關成果。重復研究不僅浪費了大量的時間和精力，還將導致科研本身長期處于低水平的狀態。文獻綜述的作用就在于充分占有已有的研究材料，避免重提前人已經解決的問題，重做前人已有的研究，重犯前人已經犯過的錯誤。
二、文獻綜述對論文研究繼承性與創新性的體現
（一）研究生學位論文應具有繼承性與創新性
學術研究本質上是一種創新活動：創新是對現有研究不足的彌補或突破。任何研究課題的確立，都要充分考慮到現有的研究基礎、存在的問題和不足、研究的趨勢以及在現有研究的基礎上繼續深入的可能性。但創新不是空穴來風，創新是在已有的知識基礎之上產生和發展起來的，每一種創新都是在其獨有的遺產繼承基礎上的再創造。因此，學術研究的創新具有歷史繼承性。
（二）文獻綜述對論文研究繼承性與創新性的具體體現
就某項具體的研究而言，文獻綜述起碼要解決以下基本問題：一是要體現哪些人做了微觀研究，哪些人做了中觀研究，哪些人又做了宏觀研究。這三個層次的研究是齊頭并進的，還是分階段依次遞進的；彼此是相互孤立的，還是藕合關聯的。二是要體現哪些人做了原理性研究，哪些人做了原則性研究，哪些人做了制度性和政策性研究，哪些人做了技能性與技巧性研究。如果說，以往的研究只是聚焦或局限在某類研究或某些研究上，沒有完成從原理到技巧的系統探索，那么還有哪些區域的研究是缺位的，這些區域是否函待研究或值得研究。三是要體現以往的研究整體上可以劃分為哪幾個階段，不同階段之研究各自具有哪些特點，彼此之間存在怎樣的關聯性；后期研究是如何繼承、突破和超越前期研究的；繼續研究的起點或制高點在哪里，未來的研究空間如何拓展。四是要體現以往的研究有哪些優點或取得了哪些可資借鑒的成果，整體上還存在哪些不足，我們如何彌補這些不足。
（三）怎樣通過文獻綜述實現研究論文的繼承與創新
文獻綜述是為了明了過去研究的狀貌，把握或占領當下研究的制高點，最終形成創新的研究成果。在撰寫綜述前一定要全面搜集資料，充分理解已有的研究觀點，并用合理的邏輯將它們準確地表述出來，并梳理相關學科領域的研究現狀及動態，理清研究現狀進展與困境，為后續的研究提供參考。成功的文獻綜述是批判性的或解釋性的，是描述與解釋、欣賞與批判、繼承與發展創新的有機統一。
研究生應當通過對當前已取得的研究成果或研究文獻進行“再研究”，全面掌握某一研究領域的研究現狀，找出某一問題的發展趨勢，并通過文獻綜述體現某研究在該研究領域的繼承及發展，進而通過對該問題的研究，實現在某領域研究基礎之上的創新，明確研究成果的創新性。
三、結束語
研究生學位論文研究應通過文獻綜述找到研究的起點，但要力避過度依賴別人的研究成果。如果過分地依賴于以往的研究抑或某種理論與觀點，最終將難以實現突破和超越，取得更大的創新性成果。然而，不少研究者尤其是碩士研究生，撰寫文獻綜述之后，很難走出別人的思維框架，總是不自覺地重復別人已做過的研究，復述已有的學術觀點或思想。另外，還有不少研究生喜歡或習慣于在別人做過大量研究的領域選擇學位論文主題。在這些人看來，在已有相當研究基礎的研究領域選題，可借鑒的研究成果多，研究起來相對比較容易。如此種種，無疑都是對以往的研究過度依賴的表現，不利于學術創新和研究領域的拓展。
參考文獻：
[1]王琦.撰寫文獻綜述的意義、步驟與常見問題[J]，學位與研究生教育，2010.11
關鍵詞：綠色通信，LTE，Femtocell，WiGig
隨著人們對無線業務的需求越來越高，無線通信技術的發展也變得更加日新月異。未來無線通信正朝著低碳、健康、高效的綠色通信方向演進。在這種背景下，我們介紹了目前三類較為重要的綠色無線新技術，即LTE、Femtocell和WiGig，并從技術層面逐一分析了其相關的特點。
LTE技術
LTE (Long Term Evolution)是3GPP長期演進技術，代表著未來移動通信技術的發展方向，通常被看作未來的準4G技術。在3GPP技術規范中，LTE系統的主要性能目標包括[1-2]：在20MHz頻譜帶寬能夠提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率，改善小區邊緣用戶的性能，小區容量的提高以及系統延遲的降低，用戶平面內部單向傳輸時延低于5ms，控制平面從睡眠狀態到激活狀態遷移時間低于50ms，小區從駐留狀態到激活狀態的遷移時間小于100ms，可滿足100Km半徑的小區覆蓋，并為350Km/h高速移動用戶提供大于100kbps的接入服務。在頻譜利用率上，支持成對或非成對頻譜，可自適應配置1.25 MHz到20MHz的多種帶寬。碩士論文，Femtocell。
從傳輸技術上看，LTE系統在空中接口方面采用了正交頻分多址（OFDMA）技術，這一技術可將寬帶信號轉換成多路在平坦信道中傳輸的窄帶信號，有效適應未來的多媒體業務。為了降低實際系統的復雜程度，LTE在下行鏈路采用多載波的OFDMA技術，而在上行鏈路則采用單載波的頻分多址（SC-FDMA）接入技術[3]。
此外，多輸入多輸出（MIMO）技術和自適應技術也被LTE系統廣泛采用，以提高數據率和系統性能。LTE系統在下行鏈路通常采用多址MIMO技術，以擴大小區覆蓋，增大小區容量。與此同時，LTE系統還支持波束賦形技術，使得信號可進行空間復用，進一步提高傳輸效率。
在網絡架構上，LTE系統采用了扁平化的網絡架構，摒棄了3G網絡中的無線控制器RNC節點，這樣不僅簡化了整個網絡的結構，而且降低了傳輸的延遲，使得用戶可在盡可能短的時間內入核心網，極大地提高了傳輸速率。碩士論文，Femtocell。
目前LTE正朝著增強型的方向不斷演進，出現了LTE-Advanced技術，在網絡架構，傳輸效率方面提出了更高的要求。
Femtocell技術
為了實現室內的無縫覆蓋，業界推出了Femtocell的技術概念。Femtocell也稱為毫微微蜂窩基站或家庭基站，具有即插即用、功耗低、有限覆蓋、靈活方便等優點，并且可與宏蜂窩基站兼容，改善邊緣用戶信號質量，是未來有效解決室內熱點覆蓋的有效技術之一。Femtocell在實際應用中所面臨的主要問題主要有以下幾方面[4-6]：
首先是Femtocell與宏蜂窩之間的干擾問題。由于Femtocell與宏蜂窩在覆蓋的區域上存在一定程度上的重疊，使得相互間同頻干擾受到廣泛的關注。碩士論文，Femtocell。就技術而言，可通過規劃宏蜂窩基站的位置，對Femtocell的功率進行控制，以及將同頻信號的傳輸時隙相互錯開等策略有效解決Femtocell的干擾問題。
其次當用戶在Femtocell與宏蜂窩基站間進行切換時，如何保證無縫切換，最大限度的降低切換延遲也是一個亟待解決的問題。Femtocell設備因制式的差異以及分布的不確定性，使得其在宏蜂窩基站鄰小區列表中難以配置，進而造成用戶在Femtocell和宏蜂窩基站間越區切換較困難，具體表現為切換時延和目標基站搜索時間的增大、業務質量QoS指標的下降等。碩士論文，Femtocell。
WiGig技術
為了推動在全球范圍內采用和使用60GHz無線技術，近來國際上成立了吉比特聯盟(WiGig, Wireless Gigabit)。WiGig聯盟主要任務是負責制定并統一的60GHz無線規范，開發和提供Multi-Gigabit傳輸速率的無線產品。很多國際知名的ICT制造商紛紛加入WiGig聯盟，如思科、三星等公司。WiGig的三個重要技術目標包括：
①融合（Convergence）：快捷的文件傳輸，降低無線延遲，高質量流媒體業務。
②普適（Universal）：引領眾多廠商共同創造滿足無線設備應用的60Ghz傳輸規范。
③速度（Speed）：下一代的娛樂，計算以及通信設備傳輸速率高于當前的WLAN 技術10倍以上。
WiGig技術要求支持高達7Gbps的數據傳輸速率，該目標速率高于802.11n的最高傳輸速率十倍之多，并且WiGig技術向后兼容IEEE802.11標準，在一定程度上可視作為802.11系列標準（如Wi-Fi）介質訪問控制層的補充和延伸[7]。WiGig技術為了實現低功耗高品質的綠色通信要求，對物理層的技術參數更加苛刻，以確保實現吉比特的傳輸速率。在WiGig的網絡層，增加了協議適應層技術以支持各類多媒體業務的系統接口，如投影儀、HDTV等外圍設備。碩士論文，Femtocell。與此同時，為了擴大服務的領域，WiGig技術可采用波束賦形技術，并可在中短距離上提供較高品質的業務。WiGig通過與Wi-Fi的互補以及多吉比特傳輸速率的實現，將娛樂、計算和通信設備無縫的連結在一起，成為未來無線局域網的重要發展方向。碩士論文，Femtocell。
結束語
在未來的無線通信新技術中，LTE、Femtocell以及WiGig代表了最新的發展方向。從設計理念、技術規范以及市場需求都體現了綠色通信的內涵。隨著通信技術的不斷推陳出新，上述系統將會在人們的生活中扮演著更加重要的角色。
參考文獻
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[2]沈嘉.3GPP長期演進(LTE)技術原理與系統設計, 人民郵電出版社, 2008.
[3]沈嘉.OFDM系統的小區間干擾抑制技術研究, 電信科學, 2006(7): 10-13.
[4]V. Chandrasekhar, J. Andrews and A. Gatherer.Femtocell Networks: A Survey, IEEE Communications Magazine, 2008, 46(9): 59-67.
[5]徐霞艷.3GPP 3G家庭基站標準化進展. 電信科學, 2009(4): 1-5.
[6]Douglas N.Knisely, Takahito Yoshizawa,Frank Fevichia. Standardization of Femtocells in 3GPP. IEEE CommunicationsMagazine, 2009(9): 68-75.
[7]WiGig Specifications, v1.0. wirelessgigabitalliance.org/specifications/
關鍵詞：搶答器,中央控制單元USB通信
傳統的搶答器一般利用數字邏輯電路做成，功能單一，已不適應社會發展需要。隨著科學技術的進步，單片機與串口通信的結合已廣泛應用到各個電子系統。本文是基于單片機為核心的搶答系統設計，通過串口通信動態傳輸數據，使搶答系統具有電路簡單、操作方便、功能強大等特點。特別是搶答系統與PC通信相聯系，使整個搶答系統功能更完善。
1、系統總體方案設計
傳統搶答器功能過于單一，因此，可將其功能進行擴展，設計出以單片機為核心的搶答器系統，總體框圖如圖1所示。
搶答系統由控制開關、搶答開關、加/減分電路、計時電路、顯示電路、報警電路、PC通信等幾部分構成，如圖1所示。
圖1、總體方案電路圖
完成功能如下：
a、搶答開始時，在規定的時間內，最先按動搶答按鈕的選手應具優先權，搶答系統應能準確迅速地判斷出第一搶答者并將其信號鎖存，同時將輸入端關閉而使其它搶答信號無效。選手編號/得分情況能夠在顯示屏上顯示。此功能由中央控制單元,譯碼、顯示電路完成。
b、問題回答完畢，主持人應根據回答的準確性給予不同分值的加/減。此功能由加/減分電路完成。
c、在規定的時間內若有人搶答，搶答有效，終止定時，若無人搶答，此次無效。此功能由計時，中央控制單元完成。
d、每次問題回答結束，主持人應通過復位按鈕進行復位，各種程序又回到初始狀態。為進行下一輪的搶答工作做準備。
搶答開始之前，賦予選手一定的初始分，若選手違例搶答，報警電路工作，提醒有人違例搶答，同時編號牌顯示違例選手號碼，該違例選手會被自動扣分。搶答開始時，記分牌顯示選手初始值，此時，主持人根據需要，選定不同分值的題目讓選手回答。當主持人宣布搶答開始，同時按下開始鍵的時候，選手搶答，編號牌顯示選手編號。這時只能有第一位選手優先搶答成功，其他搶答無效。與此同時，倒計時就開始計時，在剩下最后幾秒的時候，報警電路工作，提醒選手。搶答時間結束，本題搶答無效。選手回答問題完畢，主持人應根據回答問題的情況，對選手成績做出相應的處理。每一題搶答結束后，主持人進行電路復位功能，為下一題做準備。而每一題的搶答過程中，編號顯示牌和各選手的得分情況會自動的送到PC機上進行動態顯示。科技論文。
1.1 硬件電路設計
1.1.1、中央控制單元
中央控制單元是控制系統的中樞，是系統的信息處理部分，鍵盤開關，控制開關等發出信號，中央控制單元收到信號后做出分析、響應，完成電路功能的執行。科技論文。
系統選用ISP-Flash系列單片機AT89S8252，它是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k bytes的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數據存儲器，兼容標準MCS-51指令系統，功能強大，它可向輸出單元輸出控制信號。
1.1.2、鍵盤輸入及加/減分電路
選手通過按鍵進行搶答，單片機識別到有按鍵按下時，轉到相應的程序，控制譯碼顯示器顯示選手的編號或分數。而開始鍵，加/減分鍵也是通過鍵盤轉到相應的程序實現功能。
鍵盤作為輸入設備，結構簡單，通過程序可實現很多功能。搶答器按如圖2所示的矩陣結構連接，可有效減少單片機的I/O口。用單片機位處理指令來判斷是否有鍵按下，若有鍵按下，則有電平輸入。轉到相應程序，顯示有效選手的號碼，而其他選手再按“搶答鍵”也無效。若無人搶答，報警電路工作，表示本次搶答無效。若選手違例提前搶答，報警電路提醒選手注意，顯示牌顯示違例選手號碼，單片機通過程序指令讓該違例選手減去一定分值。
加/減分電路與搶答鍵工作原理一樣，當按下加/減分按鍵，單片機控制程序指令，給選手加/減相應的分值，每一題只能給與搶答選手一次的加減分機會，若有特殊情況，主持人可在控制臺進行操作。
若搶答鍵太少，可通過增加I/O口數量或者在中央處理單元外再外擴一片可編程I/O接口芯片。
圖2、鍵盤結構圖
1.1.3、選手編號/分數顯示電路
譯碼顯示：利用單片機串行口加外圍芯片74LS164，構成多個并行輸出口，用于串－并轉換，驅動CD4511鎖存-譯碼器進行LED數碼管顯示。科技論文。數據從單片機輸出經74LS04反相器進入74LS164的輸入端，而時鐘脈沖經74LS04反相器連接到74LS164的CLK脈沖信號端，在LED顯示相應的十進制數字，從而完成選手編號的顯示。
選手得分顯示電路與編號顯示電路原理一樣，可將多片74LS164芯片相連，增加其顯示位數。
1.1.4計時、報警等電路
倒計時器電路中，選用四位十進制減法定時/計數專用集成電路EC9410和7448TTLBCD--7段譯碼器組成可預置數的十進制減法器。在時鐘脈沖的作用下，倒計時開始。若某組搶答有效，計時停止并顯示倒計時時刻。若一直無人搶答.則倒計時到“00”自然停止。
報警輸出單元如圖3所示，數據輸入端與單片機相連，電路由三極管外加揚聲器等外圍電路構成，當中央控制單元通過分析確定存在違例搶答或是倒計時停止，便通過指令給報警電路數據輸入端一個高電平，三極管就導通，產生信號驅動揚聲器發出警報，從而形成一個報警電路，可通過調節報警聲長短來判斷是倒計時停止報警還是違例搶答報警。
圖3、報警電路
1.2單片機與PC機的通信
搶答過程中，顯示數據需要傳入PC機內。單片機與PC機間的通信選用USB串口通
信，將單片機采集的信息傳送到PC機中，由PC機進行處理。該系統使用Phillps公司的PDIUSBD12芯片作為USB接口芯片。PDIUSBD12通常用于微控制器系統并與微控制器通過高速通用接口進行通信，也支持本地DMA傳輸。該器件采用模塊化的方法實現一個USB接口，允許在眾多可用的微控制器中選擇最合適的作為系統微控制器，性能較好。
USB接口芯片PDIUSD12的八位I/O口線DATA0至DATA7具有可控的三態門電路，故而PDIUSBD12芯片可以直接與AT89S8252的數據總線相連，掛在系統總線上。當系統將采樣得到的信息通過USB總線上傳給PC時，AT89S8252選通PDIUSBD12芯片，將單片機內的采樣信息通過系統總線傳給USB接口芯片，繼而傳給上位機，完成數據的傳輸。
USB串口通信可采用控制傳輸模式，塊傳輸模式，同步傳輸模式，中斷傳輸模式等4種傳輸模式，根據本設計電路特點，采用中斷傳輸模式。其傳輸模式圖如圖4、圖5所示。
圖4、中斷輸入事務
圖5、中斷輸出事務
中斷服務子程序處理由PDIUSBD12產生，在中斷服務子程序中把數據從PDIUSBD12芯片的緩沖區中轉移到單片機環形緩沖區中，并清除該芯片內部緩沖區的使能，以便PDIUSBD12芯片接受新的數據包。而后建立正確的時間標志，通知主程序進行正確的處理。
2、結束語
文章創新點在于（1）以ISP-Flash系列單片機AT89S8252為核心的搶答器功能強大，（2）采用USB串口通信，使功能進一步得以完善。整個方案較好地完成了搶答器系統的設計，此外，還需考慮需報警，增加語音報警等情況，功能強大的AT89S8252中央控制單元配合USB串口通信，使整個搶答器反映快，功能齊全，使用性強，可靠運行。
參 考 文 獻
[1] 楊文顯，現代微型計算機原理與接口技術教程.清華大學出版社[M]，2006。
[2] 尹羅生；吉吟東；孫新亞等， 一種USB外設的實現方法[J]，計算機工程，2002，7-28：207-209。
關鍵詞：鐵路信號；微機監測網絡系統；構建
信號微機監測系統是鐵路上非常關鍵的設備，他能夠維護車廂運行安全、對鐵路信號設備的運行情況進行檢測與監督，提高信號管理質量，信號微機監測網絡系統的形成體現出鐵路信號技術的進步、完善與發展。這一系統的優勢體現為：通過微機系統來迅速處理信息，加強對信號設備的實時檢測與監督，加強故障問題的判斷、分析和處理，憑借微機系統信息高容量、高速處理能力來加強對數據的存儲、記錄、分析與總結，這一信號監測系統實現了同網絡世界的鏈接，利用網絡的先進功能來提高管理效率。
一、鐵路信號微機監測網絡系統簡介
作為鐵路系統運行過程中最關鍵的交通安全設施，能夠有效支持信號設備的狀態檢修，利用這一網絡系統能夠有效確保信號設備的安全度，提高接合部管理水平，積極維護鐵路系統運行現場的修理。鐵路信號微機監測網絡系統能夠對鐵路系統的整個運行過程進行跟蹤、記錄與管理，實現對安全問題的監測、對事故故障的事后分析，達到維護系統安全運行的良好效果。
以往的信號微機監測系統單純局限于通過微機技術來對信息進行處理、監督與監測等等，從中判斷、診治故障問題，對相關信息自動加以儲存、分析、總結與反饋等等。
隨著信息技術的發展，鐵路信號微機監測系統也實現了同網絡世界的鏈接，朝著網絡化方向發展，在已有的監測系統上利用廣域網數據傳輸系統，把來自于火車站、電力等等同上層網絡系統相鏈接，打造出一個健全完善的網絡監測系統。
這個廣域網數據傳輸體系發揮著數據傳輸的功能和作用，他能夠支持信息在不同計算機系統之間的傳播與輸送，例如：路由器、集線器等等，達到對整個信號系統的統一監督和控制，無需過多的人員監控，有效節省了人力成本，能夠更加高速、快捷地找到各項設備故障問題，從而確保了鐵路交通系統的工作效率。
二、信號微機監測系統組網分析
因為鐵路交通系統的特點就是路線長、站點多、站與站距離較遠，因此，要想確保整個鐵路交通系統的各個站點、線路有效聯系起來，實現相互之間的信息傳輸與交流，達到整個鐵路系統的網絡鏈接就要引入計算機信息技術。
1、微機監測網絡的結構模型
信號微機監測系統主要發揮著遠程監測與控制功能，通常是對鐵路線路上各個站點間、信息裝置以及鐵路交通線路間信息傳播與傳遞情況的監控，能夠對整個鐵路系統中的故障、問題等進行及時捕捉、提前預測、發出警報等等，從而確保火車安全運行。
根據相關的法律法規中的規定，信號微機監測系統通常包括三個層面，具體如下圖所示：
在這三個監測層中，電務段層發揮著同上級部門網絡鏈接的作用，整個系統的結構呈現為樹形。
2、廣域網
廣域網通常的覆蓋范圍較廣，最短距離在幾十千米，最長能夠達到幾千千米，線路通常選擇公共交換的形式。因為鐵路交通系統線路長、站點多，基于這樣的特點，在電務段層通常選擇廣域網的網絡模式，通過這一網絡來實現不同站點、不同方位的數據鏈接與信息聯系。
在空間結構上，廣域網需要選擇星形網絡拓撲結構，同時選擇環網的鏈接方式，從而確保網絡運行的安全、穩定。通過這種方式即使網絡通道發生了切斷，也依然能夠維持不同網點間正常通信，實際工作過程中，也能夠有效確保通信效率，帶來良好的通信效果。在環網鏈接模式下，需要在各個車站中配置一個路由器，并在網絡中心處設置一個多口路由器，這樣就實現了不同站點共享網絡流量，達到了彼此間信息有效溝通、交流的功效。
3、信號微機監測網絡系統的管理
這一網絡系統能夠發揮網絡管理的作用，在各個端口，都能夠憑借形狀、符號、線路圖等方式來呈現不同網絡節點之間的鏈接情況，也能夠呈現出監測程序的鏈接情況。
其中選擇曲折、迂回的網絡通道來構成回路，因為這樣能夠有效克服由于各別站點出現故障或其他意外問題時，整個網絡系統被切斷的風險。
在這一網絡系統內部設置一個監控服務器，在路由器這一網絡系統媒介的幫助下，服務器實現了同各個站機的鏈接，具體鏈接方式為：迂回通道串行，這樣就能夠打造一個良好的廣域網，而且這個網絡系統中的任何一個站機、信息處理器等都配置了一套屬于自己的站碼、IP地址、電報碼等等，這些配置具體的作用如下表：
（1）站機
主要包括微機主機、電源、數據采集設備、廣域網路由器、CAN網等等。整個系統承擔著采集信息、歸類數據、分析與處理信息等等，同時會把所搜集到的信息里有網絡設備來輸送至服務器。
（2）服務器
服務器是整個微機監測系統的核心，發揮著信息管理中心的職能和功效，負責監測信號數據，實現信息通訊。
具體的功能和作用體現為：對站機的信息和數據進行接收與儲存，向站機輸送命令，并負責執行相關操作，向終端機輸送信息數據并供其查詢等等。
（3）監測終端
監測終端主要由人工進行運行，負責對管理范圍內車站相關數據信息的查詢與管理，形成報表數據進行匯報并總結。具體的數據累計、模型以及圖形等都能夠被真實、清晰地打印出來，而且監測終端也可以將通訊網絡結構拓撲圖、實際的通信狀況等信息明顯地呈現出來，從而開展科學網絡規劃、分析與管理，為大眾用戶帶來一個便捷、自由又易于觀察和操作的交互環境。
4、TCP/IP
鐵路信號微機監測網絡系統采用TCP/IP協議，形成一種約束，其中對通信規律做出了詳細規定，在這一協議的規定與約束下，鐵路信號微機監測網絡系統能夠發揮良好的通信功能，確保通信安全、穩定，而且這一協議具有廣泛的適用性，能夠適應不同類型的網絡通道和現實的物理通道，同時能夠隨著通道的優化來不斷提高自身性能。■
總結：
鐵路信號微機監測網絡系統的構建與形成是鐵路信號監測系統優化升級與發展的體現，必須加強對網絡系統的優化管理，提高系統運行效率，發揮網絡信息技術的優勢功能，確保其有力支持鐵路信號微機監測系統的運行與發展，維護期功能與作用的積極發揮。■
參考文獻
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[3]尹春雷.關于鐵路信號微機監測未來發展的探索[期刊論文]-鐵路通信信號工程技術2009，6（5）
【關鍵詞】 射頻指標 儀器通信 自動化測試
一、引言
隨著通信產業的發展，產品系列的多樣化，組網的復雜性，以及用戶對產品質量的高標準要求，設備測試的重要性愈發凸顯。
傳統射頻指標測試，質檢和測試人員對系統（設備）的測試只能使用頻譜儀、信號源及輔助工具進行手動測試，對測試結果的判斷完全憑借肉眼讀取儀表上的顯示結果，對設備參數的調整往往是使用設備軟件工具手動調整。在設備量產時需要進行大量的重復性工作，測試結果也僅憑借手工記錄，工作壓力陡增。
測試速度慢、精度差、效率低，而且對于儀表的占用率非常高，在一定程度上造成儀表資源的相對缺乏，人力投入的增加。
射頻指標自動化測試系統對通信覆蓋系統（產品）和模塊射頻指標進行全面的測試，提高測試效率、節約測試設備和人力資源的投入、規范了測試流程、提高測試效率和測試結果準確性，從而提高產品的質量。
該系統將測試過程中大量重復、復雜性高的人工操作集合提取出來由程序模擬，在PC端使用VISA儀器控制驅動及SCPI命令控制儀器，來實現對信號源、頻譜儀的遠程控制以及對被測系統的監控。
二、通信設備現狀
2.1 系統結構復雜
現代移動通信運營商為了實現對不同應用場景靈活組網，往往采用多級網絡架構。比較常見的移動通信覆蓋網絡架構包括信號接入單元、組網交換單元及覆蓋單元。在人工測試的時，需要手動調節測試每個網絡節點的各種射頻參數，操作復雜，工序繁瑣且準確性差。
2.2 產品質量控制難
通常，為了保證設備能夠正常入網，通信設備生產商在交付產品之前，都必須經過嚴格的質量檢測。
通信系統射頻指標項目繁多，一般涉及系統輸出功率、增益、衰減、ALC、帶內波動、帶外抑制、雜散等幾十種測試項目。每個射頻指標參數的優劣會影響整個通信系統運行質量，往往需要多次調節參數信息來保證產品在系統應用中達到最佳狀態。
在質量檢測過程中，如此龐大的工作量，精細的調節工作倘若只依靠人工來完成將很難保證產品的質量。
三、系統設計方案
3.1 系統架構
本文結合通信覆蓋類產品射頻指標測試的實際需求，搭建自動化測試系統，其物理結構如下圖1所示。射頻自動化測試系統由計算機、頻譜儀、信號源、設備（被測系統）、路由器（或交換機）、網線、射頻線纜組成。
通過LAN口、串口以及RF接口將PC、儀器（頻譜儀和信號源被測設備（或模塊）組成三維一體的物理結構。其中，信號源實現被測設備對應信源信號的輸入；頻譜儀完成進由被測設備輸出信號的測量工作，并將測量數據交由PC機處理，PC機提供用戶操作平臺，完成測試數據分析判斷和被測設備的參數調整、結果保存等工作。
3.2 系統功能實現
射頻指標自動化測試系統設計架構圖如下圖2所示。系統由表示層、控制層、數據層、及通信層四部分組成。表示層實現與用戶的交互，控制層進行具體運算、數據處理和命令打包，數據層完成數據存儲，通信層則實現PC機（自動化測試軟件運行平臺）與儀器設備之間的信息傳輸。
自動化測試應用軟件是唯一人機交互接口，考慮到界面的可操作性，信息顯示的直觀性，設計時運用了JavaFX客戶端開發技術進行開發。自動化測試軟件主要包括設備參數自動化測試系統和執行測試模塊兩部分組成。其中設備參數自動化測試系統主要包括測試指標顯示與定制，結果顯示和數據導出，設備校正，系統設置及PF先衰減補償等功能；執行測試模塊主要包括數據獲取和分析、設備參數校準，儀器命令組包、設備參數組包等功能。
數據庫的主要功能是存儲數據信息，供應用程序調用。由于產品調試過程中系統參數修改頻繁，為實現數據存儲調用的便捷，數據庫采用XML數據庫技術實現，便于數據信息查詢和修改，以及承載用例標準數據源、測試結果、SCPI指令集、系統配置參數等應用數據。
通信層主要由路由器（或者交換機）及各種線纜為系統與儀表設備之間通信提供物理鏈路， VISA（Virtual Instrument System Architecture，虛擬儀器系統框架）驅動函數庫也屬于通信層，它是基于可編程儀器設備的I/o接口庫，實現了儀器控制命令開發，使得測試設備可與PC機可通過SCPI控制指令實現實時通信。
3.3 系統執行流程
1、系統功能
射頻指標自動化測試系統為用戶提供了友好操作界面。操作界面實現功能有：配置管理、儀器校準、上下行指標自動化測試、測試結果處理、設備出廠參數的導出備份。配置信息主要包括串口波特率的選擇、頻譜儀和信號源的IP地址、被測系統（設備）的測試項目配置。RF線校準完成信號源信號輸出射頻線衰減補償和頻譜儀信號輸入射頻線衰減補償。
2、操作流程
自動化測試系統在本地計算機上運行，可實現儀器的遠程自動化控制、測試結果的自動化分析、設備參數的自動化調整。具體實現步驟如圖3所示。
在PC機啟動自動化測試系統，用戶在窗口界面中設置串口、波特率、儀器及設備IP后，選擇待測試設備所屬通信制式并加載該制式的測試用例。PC機根據用戶設置參數發出SCPI指令來設置信號源，信號源將相應信號傳送到待測設備。待信號源加載射頻信號完成后，頻譜儀截取待測設備輸出信號并將數據回傳給PC機，PC機對回傳數據進行分析，判斷測試值是否滿足相應指標要求，若不滿足，則通過與產品對應的系統和模塊通信協議進行調整，并循環進行判斷、調整，直到符合相應要求。若待測項目在可控范圍內不能調整到正確的值，說明是非軟件設置導致射頻指標參數錯誤，需要檢查該產品的硬件模塊或電路元器件。
3.4 系統優勢
射頻指標自動化測試系通過簡化設備測試操作工序，用智能化的檢測系統代替傳統的工作測試，有效地縮短人工勞作時長，降低設備制造成本。此外，自動測試系統具有友好的人機交互界面，質檢和測試人員容易上手，且自動化測試軟件提供統一標準指標參數，能夠有效的減少人為誤差，能夠保證測試準確度、效率及產品質量。
四、結束語
射頻指標自動測試系統的引入大大提高了測試效率，測試時間大幅度縮短，并減少了人為引入的誤差。該系統的設計思路具有一定的代表性，同樣適用于其它通信設備自動測試系統的開發與實現，具有很高的實用價值和應用前景。
參 考 文 獻
關鍵字：試驗平臺；OFDM；耦合器；放大器
中圖分類號：TN914.4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2009）01-0112-03
已有的研究表明，電力線是一種復雜的通信媒體――無處不在的噪聲、負荷變化及一些不可預測的干擾都會嚴重影響信號傳輸的質量。要保證通信質量，提高通信速率，選擇合適的調制方式是一個關鍵問題。傳統的單載波調制系統不適用于高速數據傳輸，因為需要對信道進行多級均衡，設備復雜且收斂性差。多載波頻分復用（OFDM―Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技術，以其抗干擾能力強、帶寬利用率高、結構簡單、成本低等優點，為實現高速低壓電力線載波通信提供了一個有效的解決方案。
一、OFDM定義
正交頻分復用是一種正交多載波調制技術。傳統的數字通信系統中，符號序列被調制到一個載波上進行串行傳輸，每個符號的頻率可以占有信道的全部可用帶寬。OFDM調制方式是將可用的頻譜分成N個頻帶較窄、相對低速率傳輸的子載波，子載波的幅頻響應相互重疊和正交。串行傳輸的符號序列也被分成長度為N的段，每段內的N個符號分別調制到N個子載波上一起發送。也就是說，OFDM是把一組高速傳輸的串行數據流化為低速的并行數據流，再將這些并行數據調制在相互正交的子載波上，實現并行數據傳輸。雖然每個子載波的傳輸速率并不高，但是所有的子信道加在一起可以獲得很高的傳輸速率。
二、OFDM系統的技術優勢
采用OFDM實現高速低壓電力線載波通信主要有以下的技術優勢:
（一）OFDM的結構簡單，成本低
與一般均衡器相比，利用離散傅立葉變換（DFT）對并行數據進行調制、解調，大大降低了系統實現的復雜程度。隨著超大規模集成電路（VLSI）和數字信號處理（DSP）技術的不斷進步，用DFT實現OFDM已付諸實用。
（二）能夠有效地消除ISI及子載波間的串擾
正交頻分復用OFDM本質上是一種通過延長傳輸符號的周期來克服多徑干擾的并行數字調制技術。它將高速串行數據分解為多個并行的低速數據，這樣每路數據碼元寬度加長，從而減少了ISI的影響。例如，一個10Mbps的BPSK碼元的長度只有100ns，而一般電力線中的時延擴展為1μs，這樣接收到碼元會受到10個延時碼元的干擾；OFDM將信道頻帶劃分為100個子載波，每個子載波的單位碼元的長度為10μs，從而大大提高了抗ISI的能力。
（三）有效地降低電力線的衰減特性對載波通信的影響
作為一種信息傳輸媒介，低壓電力線亦具有射頻信道的多徑效應，從而帶來信號的頻率選擇性衰減。OFDM將頻率選擇性衰減引起的突發性誤碼分散到不相關的子信道上，從而變為隨機性誤碼。這樣可利用一般的前向糾錯(ECE)有效地恢復所傳信息。然而，OFDM本身并不能抑制衰減，各子載波在頻域內的位置不同，受到不同程度的衰減影響。OFDM可以根據信道特性進行子信道分配，這樣就能夠保證信號只在誤碼率能夠滿足通信要求的頻帶范圍內傳輸。
（四）頻譜利用率高
OFDM使用正交函數系列作為子載波，子載波的頻譜正交且相互重疊，可使載波間隔達到最小，從而提高了頻帶的利用率。如圖1所示，OFDM信號的頻譜非常接近矩形，因此頻帶利用率可接近香農信息論的極限。在低壓電力線載波通信中，單載波系統的頻帶利用率很少超過80%，而OFDM系統的效率則可接近100%。
三、低壓電力線OFDM 通信系統平臺總體設計
在低壓電力線載波通信中，將OFDM 技術與信道編碼、均衡、同步、解碼等技術相結合，可以組建一個比較穩定可靠的高速通信系統。為了建成一個基于OFDM 的低壓電力線載波通信實驗平臺，考慮軟件模塊和硬件模塊相結合的總體方案。采用軟件模塊在PC 機上實現發送信息的編碼、調制、解調、解碼過程，由硬件模塊實現信號的數模和模數轉換、信號的放大耦合以及信號的上下變頻。發送信號經過寬頻帶功率放大器后由耦合器耦合到低壓電力線中進行傳遞。本文中設計的低壓電力線OFDM 系統平臺如圖2所示，主要由兩大模塊組成，軟件模塊實現信號的處理，硬件模塊實現信號的轉換和傳遞。
（一）OFDM系統設計
從信源發出的信號首先經過級聯編碼，在本系統中，級聯編碼由卷積碼和RS碼級聯而成。經過編碼的信號進入映射模塊，采用DQPSK將信號調制成復信號。將這些復信號送入串并轉換模塊后變成N個子數據流進入到IFFT模塊進入OFDM調制，得到OFDM碼元。為了進一步抑制由信道的多徑性引起的ISI，我們在得到OFDM碼元之后在OFDM碼元中插入保護間隔，實際的做法通常是將OFDM碼元中最后的數據復制到OFDM碼元前，然后形成一個新的OFDM碼元濾波成形，最后發送到模擬前端。
將接收到的信號變成為數字信號，然后經過同步模塊，得到整個系統的時間同步和頻率同步后得到正確的OFDM碼元組，將這些OFDM碼元組中的循環前綴去除，然后送入FFT模塊進行OFDM解調。然后將通過發射端插入的已知的導頻符號進行信道估計和均衡，然后進行解映射和解碼的步驟，得到相應的數據流。
為了達到高速數字通信的要求，系統的數據為2M，電力線信道的延時為2μs，則一般考慮取整個OFDM碼元符號的保護間隔為6μs，取整個OFDM符號的時間為30μs，則每個OFDM符號所攜帶的bit數為數據速率和符號的有效時間之積，即2M*24μs =48bit。由于采用的卷積碼的編碼效率為1/2，則經過編碼之后每個符號對應了96bit，而系統采用QPSK的調制方式，也就是2bit調制成一個復數信號，則每個OFDM符號必須攜帶48路復數信號，也就是在進行OFDM調制時需要將信號串并轉換為48路并行的子數據流分別加載到48個子載波上，子載波的間隔為1/（30-6）μs =41.7kHz。系統除使用48個子載波加載數據之外，還使用8個子載波插入導頻符號，作為信道估計和頻率跟蹤用，同時在兩端流出8個子載波，一共使用64個子載波，則所使用的帶寬為41.7k*64，約為2.67M的帶寬。
（二）高頻寬帶功率放大器的設計
由于低壓電力線網絡是為了傳送50Hz 工頻電功率而設計的，它對于1MHz 以上的信號的輸入阻抗很小。這意味著發送器需要提高發送功率，或者設計輸出阻抗很小的放大器，才能達到將一定功率水平的信號發送到電力網絡中去的目的。已有的試驗結果表明，低壓電力線網絡的輸入阻抗在幾歐至幾十歐之間。因此設計的放大器輸出阻抗必須盡可能的小。
為了實現阻抗匹配，設計輸入匹配變壓器；使用耦合電容來傳輸高頻信號，阻隔工頻電流；采用MOSFET 管芯片 BLF177 實現寬帶功率放大，通過直流電源電路來驅動 BLF177，同時采用去耦阻隔器阻隔來自電源的高頻信號干擾，由于是高頻信號，因此在設計中除了排除外來頻率信號干擾外，還要考慮電路本身各個元件的高頻特性的影響。
（三）低壓電力線OFDM 系統的耦合電路設計
設計一個有效的低壓電力線高速通信耦合電路，主要應該解決以下幾個問題：
1.能夠適應低壓電力網開放式的網絡結構及其動態多變的網絡特性，保證以較低的介入損耗傳輸高頻信號，同時阻止電力線50Hz 的工頻電流進入通信終端。
2.提供足夠寬的帶寬，以及良好的阻抗特性和較小的工作衰減。
3.應考慮到實際應用，裝置應盡量簡易、經濟，便于現場的安裝使用。
低壓電力線載波通信系統中，載波信號耦合方式主要有電容耦合和電感耦合。本文選用電容耦合，屬于直接耦合，電路簡單，傳輸特性較電感耦合更理想，工作衰減小。電容耦合采用耦合電容器為主要元件，其電路圖如圖4所示。該耦合電路將高頻載波信號直接注入到電網，同時從電力線上接收高頻載波信號。
高頻電容C00一端接入低壓電力線，另一端與耦合變壓器相連。C00采用高壓電容，其耐壓值大于275 V。C00一方面用來耦合高頻載波信號，另一方面起到高壓工頻隔離的作用，這里建議耦合電容C00選用0.0047F。
耦合變壓器T00不僅具有隔離作用，同時也實現了信號線平衡D不平衡的變換及其阻抗的變換作用。T00的初級線圈與C00組成高通濾波電路，阻止了50 Hz的工頻電流，并盡可能削弱低頻的電力線電壓信號，減少衰減低頻噪聲及干擾信號；同時保證高頻信號的通過，并為其提供盡可能小的衰減及線性幅頻、相頻特性。
四、結語
本章給出了低壓電力線OFDM 載波通信系統的結構框圖，分別描述了試驗平臺中各個環節的算法以及具體實現方法；具體闡述了模塊中寬頻帶功率放大器、耦合器的設計，給出了詳細的原理說明、實現方法等。論文對基于 OFDM 技術的低壓電力線載波通信實驗平臺整體設計方案給予了說明。整套實驗平臺的成功研制表明將OFDM 技術應用于低壓電力線載波通信，以實現高速數據通信是可行的。
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結合鐵路基礎設施健康監測的特點，從硬件和軟件兩個方面設計數據采集子系統；首先，分析振動傳感器的選用原則和輸出信號的特點，在此基礎上進行數據采集系統的硬件設計；然后，提出利用軟件進行數據采集的模擬，詳細論述各個模擬模塊的建立過程；最后利用所屬方法建立用于鐵路基礎設施檢測的數據采集子系統，系統的建立為鐵路基礎設施監測理論研究提供了方法，為同類型數據采集系統設計提供參考。
關鍵詞：
鐵路基礎設施；監測；振動傳感器；數據采集
0.引言
進入21世紀以來，我國鐵路建設發展迅猛，取得了良好的經濟與社會效益。隨著鐵路運輸速度的迅速提升，再加上其相對方便舒適的環境和價格上的優勢，勢必能吸引越來越多的人選擇鐵路作為他們旅行的交通工具，然而，伴隨著鐵路運輸的飛速發展給人們帶來的交通上的快捷與方便，車體與鐵軌的振動故障對公共財產及人身安全構成了前所未有的威脅。伴隨著我國鐵路立體跨越式的迅猛發展，輪軌間激擾力與激擾頻率隨著車輛行駛速度的不斷提高，逐漸增大，變寬，結果會造成電機等吊掛設備和車內設備的高頻高幅振動，引起車體設備振動能量的急速加劇。如果超過了鐵路各設備所允許的振動強度范圍，未來的工作性能指標及使用壽命將會受到過大的動態載荷和噪聲的嚴重影響，情況越發嚴重會導致零部件的早期失效。當前大量事實表明，在長期作用的情況下，鐵路振動故障可能會導致貨物破損，軌道破壞，列車脫軌等危險情況。為確保鐵路“安全、經濟、快捷、舒適”的特點和優勢，鐵路建設要不斷發展完善其各項功能，才能在越發激烈的市場競爭中取得優勢，因此，各國都加強了對鐵路振動的檢測及分析，也增加了對其的投入力度。今年我國對鐵路振動檢測領域的人力物力投入有明顯增加，并且研究范圍擴展到眾多方面。以往鐵路振動檢測系統只配備在一些重要單位或者要害部門，而在2000年以后，各個鐵路站段及各個振動檢測站點基本都已經涉及發展應用到。鐵路振動檢測系統的重要性越來越被人們所認可，近些年又不斷完善各項相應的標準和規范。為了保證鐵路的運輸安全、高效舒適的科學發展及以人為本的發展要求，確保鐵路的優勢和特點，如何準確檢測高速鐵路的振動并判斷故障是擺在鐵路工作者面前不容緩的實際問題。
1.數據采集系統設計方案
本論文用于鐵路基礎設施監測的振動傳感器數據采集系統主要由下位機系統和上位機節點兩個大的部分組成。系統設計方案的結構框圖下位機系統里包含了振動傳感器數據采集模塊、IIC實時數據傳輸模塊、微處理器模塊和電源模塊五個單元。振動傳感器把接收到的振動信號數字化，通過IIC數字傳輸方式，將數據發送給微處理器STM32F103ZET6。微處理器作為控制單元，用于接收振動傳感器數據并進行數據處理分析計算，通過RS-232串口通信，運用MAX3232電平轉換芯片及CH340RS-232串口轉USB芯片，實現了XYZ三軸振動數值發送到上位機進行控制顯示。因為目前個人電腦上已很少有串口，所以我們使用RS-232串口轉USB口芯片CH340G，數據可以從USB口進入PC上位機。由于每一個節點的檢測范圍有限，使用多個這樣的節點共同檢測則可以擴大系統的監測范圍，提高系統的整體工作性能。整個鐵路振動檢測系統是由多個下位機節點互相協作共同完成系統功能的。
2.系統硬件設計
2.1系統硬件設計思想
本論文的鐵路振動檢測系統是由振動傳感器數據采集模塊，IIC實時數據傳輸模塊，微處理器模塊以及RS-232有線通信模塊和電源模塊組成。振動傳感器數據采集模塊對鐵路振動的振動數據信號進行實時采集，將采集到的數據數字化，并通過IIC實時數據傳輸方式與單片機處理器通信，接著單片機處理器模塊將采集的數據進行數據處理分析，通過有線通信模塊上傳到上位機進行實時顯示及存儲，為鐵路振動故障的判斷提供合理依據。微處理器中有數據處理分析算法的設計，完成對采集到的實時振動信號進行數據處理分析，判斷當前得到的振動數據是否在鐵路設備所能產生的振動范圍之內并對數據進行干擾點剔除，去直流及多項式趨勢項和平滑處理，計算出與自然坐標系夾角的角度，使整個鐵路振動檢測系統的性能與數據準確性得到大幅度提高，很大程度上降低了系統的錯誤上報率。
2.2系統介紹
系統硬件部分可以分為五個部分：振動傳感器數據采集模塊、IIC實時數據傳輸模塊、微處理器模塊、RS-232有線通信模塊和電源模塊。數據采集模塊：由單片機處理器模塊發出相應的控制指令配置振動傳感器的控制寄存器，內部控制寄存器來決定信號的采集速度、通信方式、數據輸出格式與帶寬，振動傳感器根據內部控制寄存器的值按要求采集振動信號。實時數據傳輸模塊：振動傳感器采集的實時數據通過IIC傳輸方式，將數據發送給處理器，為之后的數據處理分析奠定了基礎。微處理器模塊：主要工作是通過系統軟件控制數據采集模塊完成振動數據信號的采集，并對數據進行處理分析，然后控制RS-232有線通信模塊將處理完成的數據上傳至PC上位機進行顯示及存儲。該模塊是振動傳感器數據采集模塊和RS-232有線通信模塊進行聯系的核心部分。RS-232有線通信模塊：將微處理器模塊處理完畢的數據，通過RS-232串口通信的方式傳遞給上位機，上位機會自動顯示及存儲數據，供振動故障的判斷使用。電源模塊：通過該模塊，將5V外部直流電源轉換成系統所使用的3.3V電源。
結論
本論文設計了一套鐵路振動檢測系統，該系統采用下位機整體檢測模塊PC上位機整體控制數據流向，并對上傳的檢測數據進行顯示保存。從與傳統檢測方法的比較來看，它能夠更加高效、深入、細致的對鐵路振動信號進行檢測、處理分析及顯示存儲，并為鐵路振動故障的判斷提供可靠依據。
作者：魯楠 唐嵐 廖若冰 朱加豪 單位：西華大學汽車與交通學院 西華大學西華學院
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關鍵詞：天線對準 微波通信 Bootloader 嵌入式系統
中圖分類號：TM929.5 文獻標識碼：B 文章編號：1007-9416（2013）06-0150-02
微波通信作為重要的現代化通信方式，因其傳輸速率高、信息容量大、保密性好和抗干擾性強的特點，被廣泛的應用于通信領域。目前。國際上的微波通信裝備為了提高通信距離和傳輸保密性能。常設計出較窄波束的天線，這些天線具有較強的方向性，只有在波束以一定的精度相互對準時，雙方才能實現通信鏈路的閉合。因此，通信雙方往往需要經過較長時間的搜索調整才能將兩天線對準，實現正常通訊。顯然，單憑操作人員的感官手動操作會使得天線指向調整時間長。難以實現精確對準。為了保證通信鏈路建立的快速性與可靠性，研究自動化程度高、對準速度快、精度高的微波天線自動對準系統具有非常重要的意義。
1 系統設計
微波天線自動對準系統包括低頻設備、高頻設備、定向天線、全向天線和全方位直流變速云臺等。其中全向天線、云臺用于輔助自動天線對準，定向天線在天線對準完成后系統正常工作時使用。
天線對準軟件分為低頻控制軟件和高頻控制軟件兩個部分，分別工作在低頻設備硬件平臺和高頻設備硬件平臺上。低頻控制軟件主要完成對信道及系統內設備的工作參數和工作狀態進行設置和監控，以及天線自動對準過程控制。高頻控制軟件主要完成對高頻設備工作狀態的采集和設置、天線控制、云臺控制和對準信號采樣。
通過低頻設備發出指令控制其它設備及接收其它設備數據，協同完成天線對準功能。
1.1 處理器選擇
低頻設備內部控制單元選用的是ATMEL公司的一款基于ARM7TDMI內核的ARM微控制器，具有高性能32位RISC架構與高密度的16位指令集和優良的性能功耗比，是實時控制應用的理想選擇處理能力強，滿足系統需求。
ARM微控制器提供2個串口，一個用于低頻設備和高頻設備間的信息交互，另一個用于與對端通信設備傳遞對控信息。
高頻設備內部控制單元采用WINBOND公司的單片機W77E058為核心，W77E058內置8位中央處理器單元、256字節內部數據存儲器、32K片內程序存儲器、1KRAM、2個全雙工串行通信口。其中串口0采用直接方式與室內監控相連，串口1使用Maxim 公司生產的MAX3082完成電平轉換與云臺相連。
1.2 天線的設計
在微波點對點通信中通常使用的都是高增益的定向天線，這種天線發出的微波信號波束窄，副瓣低，必須在兩束波的主瓣基本重合時才能穩定通信。微波天線對準非常困難。若發射端采用固定安裝的全向天線，則可先調節接收端的定向通信天線找到發射端的大概位置。這種設計可以使對準難度大大降低。微波天線自動對準系統配置了全向天線和定向天線，通過云臺一起轉動。全向天線只能用于發射，不能用于接收，定向天線可同時發射與接收。
1.3 對準信號的設計
粗對準時采用全向天線發射，定向天線接收。因為定向天線的增益高，而全向天線的天線增益低，為了滿足接收端的接收門限，如果保持系統的發射功率不變，就必須采用降低傳輸速率，以彌補天線增益的不足，即使用專用的對準信號。對準信號不同于正常的通信信號，它的主要作用是導引對站天線和進行簡單通信。由于相同的發射功率下傳輸速率越低，信號傳輸損耗越小，傳輸距離越長，顯然采用滿足對準所需的最低傳輸速率最好。
精對準時改用定向天線發射，定向天線接收。傳輸速率改為正常工作速率。
2 Bootloader設計
啟動程序（BootLoader）就是在操作系統內核運行之前運行的一段程序，相當于PC機的BIOS。對于PC機，其開機后的初始化處理器配置、硬件初始化等操作是由BIOS完成的，但對于嵌入式系統來說，出于經濟性、價格方面的考慮一般不配置BIOS，因此我們必須自行編寫完成這些工作的程序，這就是所需要的開機程序。啟動時用于完成初始化操作的這段代碼被稱為BootLoader 程序，簡單地說，通過這段程序，可以初始化硬件設備、建立內存空間的映射圖，從而將系統的軟硬件環境設定在一個合適的狀態，以便為最終調用操作系統內核、運行用戶應用程序準備好正確的環境。
這里設計的BootLoader初始化程序，它主要完成以下的一些功能：
（1）設置入口指針：啟動程序首先必須定義入口指針，而且整個應用程序只有一個入口指針。
（2）設置中斷和異常向量：ARM7要求中斷向量表必須設置在從0 地址開始，連續8×4字節的空間，分別是復位、未定義指令、軟件中斷、預取指令錯誤、數據存取錯誤、IRQ、FIQ和一個保留的中斷向量。
（4）初始化堆棧和寄存器：堆棧設置在AT91R40807的片內RAM中，可以提高運行速度。系統堆棧初始化取決于用戶使用了哪些中斷，以及系統需要處理哪些錯誤類型。一般來說管理者堆棧必須設置，如果使用了IRQ中斷，則IRQ堆棧也必須設置。進入相應的處理器模式，直接設置堆棧指針即可。
（5）改變處理器模式、狀態：對于不帶操作系統的用戶程序，系統可以處在USER模式下；對于帶操作系統的用戶程序，系統應當工作在SVC模式下，否則無法完成任務的切換。
3 天線自動對準過程設計
3.1 粗對準過程
粗對準階段采用全向天線發射信號定向天線接收信號的方式，采用這種方式對準雙方可以同時進行對準。因為采用全向天線發射信號需要降低傳輸速率，獲得低門限以彌補全向天線增益的降低。定向天線在水平和垂直方向進行全范圍的掃描，尋找接收電平超過門限值的峰值點，將找到的峰值點的位置和接收電平值記錄下來。分析記錄下來的峰值點的信號強度，并將峰值點的位置按信號強度的大小進行排序。排序完成后，按照順序先將天線轉動到獲得峰值點的位置，通過對控信道進行對準雙方的握手，握手成功則開始進行精對準，如果粗對準不成功則返回等待開始自動對準界面。
3.2 精對準過程
關閉全向天線轉為定向天線收發，傳輸速率改為為正常通信速率，此時因雙方均采用定向天線收發，如果兩端天線同時轉動進行搜索，必然會導致雙方接收信號電平的雜亂無章而無法進行分析找到正確方位，所以采用通信雙方交替進行搜索的控制算法，接收信號電平和誤碼率都滿足后，天線對準完成。
4 結語
提出了一種適用于機動微波通信的、完全擺脫其他通信輔助設備的全自動天線對準方案，通過試驗驗證了該方案的有效性和可行性。此設計方法操作簡單、性能穩定、工作可靠，對其它類似的天線對準設計有一定的參考作用。
參考文獻
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