時間：2022-10-25 02:15:39
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇通信系統，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
1光纖通信技術內涵
光纖通信技術主要是借助高頻光波，借助光纖的通信媒介進行信號的傳遞。在實際應用體系建立后，相關技術人員要利用光纖技術進行通信操作，也要著重了解光纖通信技術的特征。不僅能保證低損耗，也能提高整體傳導速度，確保其自身具有很強的抗電磁干擾能力，實現信息和數據傳輸項目的實際需求。而從19世紀到當下，光纖通信技術也實現了多樣化發展，不僅傳播速度有所提升，整體容量也翻了一萬倍之多，真正實現了技術和市場內行業的融合，也為新技術的推廣和應用提供了非常有效的發展背景。
2光纖通信技術要點分析
在對光纖通信技術進行綜合性分析的過程中，要對技術模型的運行要點進行統籌分析，確保技術處理效果和應用模型的有效性，也為管理體系的綜合性升級奠定堅實基礎。2.1光纖通信技術要點之光纖連接技術光纖通信技術在實際管理模型建立過程中，需要借助相關問題進行統籌處理，正是基于此，光纖通信體系中，光纖連接成為了信息高速管理和運轉的重要組成部分。光纖連接技術能一定程度上提高信息的傳播速度預計傳播方式，在滿足人們對信息需求的基礎上，保證信息處理效果符合預期。需要注意的是，在光纖通信技術中，寬帶主干線路的傳播效果是非常關鍵性的項目，對于用戶最后光纖連接方式產生影響。正是由于光纖通信技術的普遍性和有效性，人們能在借助光纖通信提高上網速度的同時，真正體會高速信息的傳播效果。由于光纖通信技術的接入口位置不同，其實際應用結構也分為FTTB模型、FTTC模型以及FTTH模型等，其中FTTH模型能實現光纖到戶，借助光纖寬帶的優勢和特征，為用戶提供更加具有實效性的管控模型，能在保證寬帶連接技術需求的基礎上，實現整體管理效果的綜合性優化。2.2光纖通信技術要點之波分復用技術光纖通信技術中，波分復用技術是現行應用較為廣泛的技術模型，主要是針對不同的光波頻率，借助單模光纖低損耗區的寬帶資源，建立健全完整的處理機制和控制措施，并且結合低損耗趨勢，將其發展為不同通道。其中，將光波作為光纖信號的傳遞媒介，實現整體信號傳輸和管理模型的綜合性升級，并且借助復用技術對不同波長承載信號的光纖結構進行分析，由于不同波長的光載波信號具有自身的獨立性，在實際應用體系建立后，能借助一根光纖實現多線路信號傳遞。
3通信系統中的光纖通信技術分析
正是基于光纖通信技術的多元化發展模型，在實際管理機制和項目應用體系建立過程中，針對具體問題要進行綜合性分析。本文以鐵路運輸項目為例，對其通信系統中應用光纖通信技術的路徑進行了集中分析和闡釋。值得一提的是，在鐵路通信系統中應用光纖通信技術，能在優化傳播速度的同時，保證傳播質量符合需求。目前。鐵路運輸通信系統中，光纖通信技術主要分為以下三個階段。第一階段是PDH階段，最開始使用的PDH技術鋪設的是短波光纖，實現了二次群系統的開啟和維持。例如，大秦鐵路通信系統中，就將八芯單模短波光纖應用在重載雙線電氣化項目中，主要使用的設備是36Mb/sPDH二芯結構，實現了車站和區域網絡通信的便捷化升級，為設備管理結構的綜合性優化奠定堅實基礎。正是基于此，也實現了鐵路通信系統的跨越式發展，從傳統的通信模式轉變為光纖通信結構。由于這一成功轉型，實現了整體技術結構和項目的綜合性升級，也為通信系統的綜合性升級奠定堅實基礎，實現管理機制和信息傳遞效果的綜合性優化。第二階段是SDH光纖通信系統運行階段，由于整體系統相對于其他系統更加的完善，在實際管理機制運行過程中，能有效彌補傳統管理機制中的不足，也實現了整體鐵路通信技術的全面升級，在實際技術應用體系中，SDH光纖通信技術能保證信號的穩定性，不僅僅能簡化網絡體系中的支路字節，也能創造不同設備互聯網的互聯。SDH光纖通信系統能實現更加系統化的自我管理，保證信息傳輸和通信的完整程度，建立健全更加系統化的完整管控模型，確保通信功能和安全得以全面提高和系統性優化。先進的SDH光纖通信技術將有效替代傳統技術模型，保證應用效果的穩定性。第三階段是DWDM光纖通信系統，在技術建立過程中，技術特性逐漸增強，能借助單模光纖寬帶分析實現損耗降低的目的，并且保證發送端光發射機同時發射不同穩定度和精度的波長光信號，在信號放大后，實現信號傳輸，借助信號分解功能，保證技術優勢得以全面升級。在實際應用體系建立過程中，DWDM技術能一定程度上提高通信傳輸速度，并且保證信息傳輸容量符合標準，為信息升級和項目管理提供便利，也為鐵路信息服務管理系統的綜合性優化奠定堅實基礎。技術最大的優勢就是能滿足網絡用戶的實際需求，并且能實現信息的更穩定化傳播和升級，保證信息管理效果和同時優化信息服務價值。
4結語
總而言之，在對光纖通信技術進行綜合性分析的過程中，要結合管理模型和控制措施進行統籌分析，保證管理體系的完整性和穩定性，也為技術結構的發展以及進步提供動力，確保技術應用效果和管理體系的綜合性升級，實現通信技術模型的綜合性優化。在光纖技術不斷發展的基礎上，克服相關問題和困難，滿足市場需求的同時，實現光纖通信技術的可持續發展。
作者:曲艷 單位:鄭州聯勤保障中心
參考文獻：
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【關鍵詞】光纖通信系統構成性能指標
一、引言
作為信息產業基礎的通信網建設，光纖通信網的建設規模與水平，已成為衡量國家綜合實力的重要方面。未來，我國的高速寬帶骨干網絡，特別是城域網、光纖用戶接入網以及有線電視分配網的建設規模將進一步發展，光纖網絡將覆蓋全國城鄉，并最終進入辦公室與家庭。
二、光纖通信的特點
（1）巨大的傳輸容量；（2）極低的傳輸衰耗；（3）抗電磁干擾；（4）信道串音小、保密性好；（5）光纜尺寸小、重量輕、可撓性好。
三、光纖通信系統的主要構成部分
3.1光纖通信系統的基本構成
光纖通信是以光波為信號載頻、光纖為傳輸介質的通信方式。光纖通信系統采用由多根光纖構成光纜作為傳輸線路。為了在光纖中以光的形式來傳送信號，分別在發送端裝有將電信號變換為光信號的光發送機，在接收端裝有將線路送來的光信號還原成電信號的光接收機。
由于光纖傳輸帶寬極大，特別適用于數字化通信網，圖1為光纖數字通信系統簡圖。
3.2光纖通信輔助系統
（1）監控告警系統。首先，通信設備的每塊機盤上都有機盤工作狀態的監測電路，監測結果一方面用本機盤上的指示燈顯示，同時又向外提供監測部位和接收本身和外來控制信號的控制。安裝在同一機架上的所有機盤的監測結果又予以匯總，并通過安裝在機架上的信號燈和鈴響顯示出本機架的工作狀態。
（2）公務聯絡系統。公務系統是供值守人員在局、站間為日常維護、管理進行聯絡使用的，分為選址呼叫、同線呼叫和分組呼叫三種通信方式。選址呼叫適用于數字段或維護段內或段間的公務聯絡，沿途各局站編為不同的號碼，維護人員可以有選擇地呼叫某個局站。同線呼叫又稱為廣播呼叫，適用于所有局站以群呼方式進行公務聯絡。分組呼叫是對部分局站進行同時呼叫的聯絡方式。
（3）主備倒換系統。為了確保光纖通信長途干線的可靠性，光纖通信系統的線路終端設備應具有利用系統本身光纖提供輔助信道的自動倒換設備。在主系統出現線路故障或者系統誤碼率超過指標時，用備用系統代替主系統。運行統計資料表明，通信中斷故障的90%～95%出自光纜線路和光電器件，5%～10%出自系統的終端設備。因此只對線路傳輸系統設有備用系統，數字終端設備出現故障時，用更換機盤的方式解決。
（4）供電系統。端局一般設在市內，市內機房有專門的電力室向所有通信設備供電。考慮到市電停電問題，端局應配有大容量蓄電池采取浮充方式供電，只有電力不足的地方，才需配備油機發電。
四、光纖通信系統的主要性能指標
（1）系統參考模型。目前廣泛采用的SDH傳輸系統，采用假設參考數字連接來分配系統的性能指標，然后直接考核復用段、再生段的性能。
（2）誤碼特性。造成誤碼的原因有系統內部噪聲及定位抖動，還有色散引起的碼間干擾等。工程上常采用平均誤碼率BER，即在一段相當長的測試時間內（>24h）出現誤碼個數與傳輸的總碼元數的比值，可表示為：
（3）抖動與漂移性能。抖動是指數字信號的有效瞬間與其理想時間位置的短時間偏離，是數字傳輸中的一種信號受到損傷的現象，嚴重時會出現誤碼和信號失真。漂移為數字信號在特定時刻相對其理想參考時間位置的長時間偏移，所謂長時間是指變化頻率低于10Hz的相位變化。漂移是一種與信號頻率無關的參數，因而亦可稱為時間間隔誤差。與抖動相比，漂移無論從產生機理、本身特性及網絡影響均有所不同。
參考文獻
【關鍵詞】：地鐵；應急通信系統；電能質量
中圖分類號：U231+.2 文獻標識碼：A 文章編號：
引言
地鐵在交通工具當中占據著非常重要的地位，每天的乘客吞吐量都是非常的大，大批的人員進進出出，是有各種潛在的威脅存在的，其中火災消防就是一個比較高發的意外在地鐵事故當中。在出現火災情況之后，消防的現場指揮和通信工作對于搶險救災是起著一個關鍵性的作用的。現如今，在我國已經建成的地鐵當中，公安的無線通信已經滲入到地鐵的消防通信網絡當中去了，為了保證在事故發生的時候，公安干警能夠及時的對事故作出快速的反應和準確動作，目前已經有各種類型的無線通信系統大約350M，將地鐵公安的無線通信系統完全的兼容。
地鐵應急通信組網的設計
1.1地鐵專用通信體系的準備工作
地鐵專用的通信系統包括了多個方面，廣播、電話、時鐘等等都包括在其中。地鐵專用通信體系當中的廣播是通過了控制中心和車站進行兩極控制的，一般情況下都是由車站控制作為主導，一旦發生緊急狀況的話，就會由控制中心進行統一的調控。事故現場的情況通過地鐵站內的工作人員由電話的形式傳遞給控制中心，讓控制中心對現場的情況能有一個具體的了解，然后再通過控制中心向外求助。非工作人員可以直接的撥打消防熱線或是公安熱線尋求幫助，讓相關的工作人員做好災情救援工作。
1.2地下信號中斷時的緊急應急措施
地鐵的構成主要是上下通道。在平時的通信系統主要是吸頂式天線，也就是用在地鐵內部的無線信號的發射和接收的工作；漏纜，指的是用在隧道范圍內和上下通道的信號發射及接收。一旦發生事故，現場的通道、隧道等地的無線信號發射裝置都可能會受到各種程度的破壞。這種時候，應急輸入輸出接口的設備為事故現場的信號通信設備的恢復提供了非常大的支持。
1.3事故現場的應急組網分析
地鐵站內一旦發生大型的事故，情況都會比較的嚴峻。比如說在上下班的高峰時段，這個時候的人員比較密集，救災工作和人員的疏散工作都離不開中心有序的調度。這種時候，一般兩種情況會讓已經建立的應急救災網絡出現問題：
A 通道、隧道等多處的信號收發裝置出現損壞的情況，這和上文當中提到的個別的裝置出現破損的情況不一樣，個別的裝置出現問題可以啟用備用的裝置，多處損壞的情況就要嚴重的多。
B 發生火災的話，因為各種物質的燃燒，使得各種通信線路上的裝置發生性質的變化，造成整個的運行系統癱瘓，沒有辦法做出正常的工作反應。這個時候，相關的應急工作部門就需要布設臨時的網絡點，以保證各方面的工作能夠正常有序進行。
布網的方案可以參考以下的模式。利用集群同播的形式，外部的救援團隊攜帶移動便攜式的鏈路基站，在車間的各個通道入口設置一個主發站和多個次發站，并由專門的工作人員進行監控。外部的救援人員通過移動通信設備和內部的工作人員進行溝通，內部的工作人員及時的將事故情況告之外部的救援人員。同時，臨時組網的無線同步播報系統和公安的350M無線集群通信體系進行聯網通信，可以將事故的情況和救援的情況及時的通知到內外的工作人員。
1.4將公安無線通信導入到系統當中去
每個城市的公安建網情況都是不一樣的，把公安無線通信網導入到地鐵的通信網絡當中，是為了充分的滿足公安的350M警用的自動極體系的建設要求，以保證能夠和公安的多種通信能力與多樣化的警種相互配合，整個通信體系依靠350M的公安電臺從地表將信號傳遞到地下，從一個地鐵站傳遞到另外一個地鐵站，實現全網內的自動漫游，在明確了何種的組網體系之后，將公安系統已經建立的350M的警用通信系統作為基礎條件，能夠充分的體現整個通信系統的先進性、實用性、經濟性和可擴展性，將能夠和本地的公安體系相協調的模式導入到預設方案當中去。
另外，結合本地的公安系統和消防系統的通信手段的不同標準，也可以建立起和地鐵同播的350M同播模式，當成是城市當中已經建立好的地面無線通信網到地鐵每個不同的地下車站的一個擴展，以達到在整個地鐵區間之內無線通訊的擴充，也可以降低成本。在深圳市采取的就是這種模式，同播系統就是結合了各種不同的傳播模式的組網體系，通過地面網。地鐵內部網和交換控制中心與已經建立起的鏈路部分進行整合。
2.組網方案的分析和探究
一個好的無線通信體系，一定有一個好的組網方案。組網方案的好壞對于地鐵的開通過程當中設備的維護和通信系統的擴容都有著非常大的影響。只有選擇優良的整體操作辦法才可以將當前的建設工作和以后的發展工作之間的關系良好的平衡。在我國的城市地體通信體系當中，專門的無線調控通信系統作為運行中的列車上的工作人員和車下的運營管理人員之間唯一的一個溝通方式，擔負的責任也是非常的大的，運營的效率、列車的行車安全和乘客的生命安全等等都是依靠在這個無線通信方式的暢通上的。同時，無線通信的暢通也是保障列車的整體宏觀調度、列車的維修調度和防災救災的調度工作的有序進行的。
消防無線通信導入到整個體系當中去
結合每個不同的城市的組織和管理方式的不同，有的模式就可以和本地的公安模式進行共用，有的則是和本地的消防模式建立一個獨立的350M普通無線通信模式。應該結合用戶對于通信模式的需求，使用和本地的消防無線模式相對應的體系。
3.1應急通信接口
救援車隊的車上應該要配置移動無線設備，每個地下車站都應該為這些救援體系的車隊提供相應的應急接口，用來滿足救援組在緊急環境下的通信系統進行緊急的救援工作的需求。公安無線體系和消防無線通信體系應該進行結合，在出現救援工作的時候兩者才能夠有良好的合作，在出現緊急狀況的時候無線通信系統才能夠有準確的信號接入和輸出。
3.2獨立性要求
地鐵的無線通信專用網其自身本來就有不同于其他網絡的特點，所以在安全性和獨立性上會有更高的要求，伴隨著我國的經濟發展和社會需求的增加，結合發展的預見性和漸進性，將地鐵的無線通信專網引入到將來的數字集群共網平臺，一方面能夠滿足社會效益，另一方面也可以獲得更好的經濟效益。
結語
人口數量的不斷增多，土地面積的利用出現了前所未有的緊張狀態，為了應對這種人多地少的尷尬局面，地下空間的利用迅速的發展起來。在近些年，地鐵的通信工程覆蓋的范圍是越來越廣，在功能上和需求上也得到了擴大和增加，將公共安全、地鐵的運行進行結合，不但能夠促使城市地鐵不斷發展，還能夠為人們的出行增添一份保障。各種應急通信系統的建立也是防患于未然，做到有備無患，才能夠在事故發生的時候將損失降到最低。
參考文獻
[1]:宋峰.淺析地鐵火災現場消防應急通信系統[J].城市建設理論研究.2011（17）
[關鍵詞]通信 系統 需求
中圖分類號：E965 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）46-0139-01
1 系統概述
通信系統是一套可運營、可管理、可運維、高可靠性和具備開放性、標準化的電信級視頻監控業務解決方案。本系統重點關注電信級平臺軟硬件架構、新業務功能支持、大容量組網、綜合網管、電信級存儲、系統和運營安全等方面的內容。系統基于NGN體系，采用模塊化結構設計，提供電信級的可運營系統，可滿足不同應用業務類型的各種需求。
荊州電信遠程圖像監控系統總體架構為“一個平臺，一個監控中心”。一個平臺是指建設一套視頻監控平臺，一個監控中心指在公安局建設監控中心。
監控中心：在市公安局建設監控中心，建設一套電視墻。監控中心主要設備有DVR服務器（含存儲）、視頻矩陣、監控墻、監控客戶端、平臺、網絡交換機等設備組成。
視頻監控點：對于視頻監控點，在前端具體監控點布放攝像頭、云臺、箱體、防雷和接地等設備。
傳輸方式：采用點對點光纖和視頻光端機方式，將視頻信號全部接入市公安局監控中心。實現整個轄區監控圖像的實時傳輸和管理，從網絡和系統的安全性上能得到充分的保障。
存儲方式：前端接入的視頻監控點，全部采用本地存儲策略。即在DVR服務器中加存儲硬盤，實現對監控點的圖像存儲。在充分考慮平安城市有關技術要求上的基礎上，力求做到經濟實用易擴展。
中心平臺：中心平臺設計在功能上實現平安城市監控中心和各監控點分級控制、顯示點位圖像、圖像分發并發訪問等功能，各模塊各司其職。
系統可以根據將來的擴展需求和系統規模的要求進行平滑的系統擴容，實現資源共享、整體授權、分級管理的模式。
2 系統設計原則
本方案設計遵循技術先進、功能齊全、性能穩定、節約成本的原則。并綜合考慮施工、維護及操作因素，并將為今后的發展、擴建、改造等因素留有擴充的余地。本系統設計內容是系統的、完整的、全面的；設計方案具有科學性、合理性、可操作性。其具有以下原則：
2.1 先進性與適用性
采用科學的、主流的、符合發展方向的技術、設備和理念，系統集成化、模塊化程度高。設計合理，架構簡潔，功能完備，切合實際，能有效控制和提高工作效率，滿足動態監控和業務工作的實際需求。系統的技術性能和質量指標達到國際領先水平；同時，系統的安裝調試、軟件操作使用又應簡便易行，容易掌握，適合中國國情和本項目的特點。該系統集國際上眾多先進技術于一身，體現了當前計算機控制技術與計算機網絡技術的最新發展水平，適應時展的要求。
2.2 經濟性與實用性
在先進、可靠和充分滿足系統功能的前提下，體現高性價比。采用經濟實用的技術和設備，充分利用現有資源，綜合考慮系統的設計、建設、升級和維護。充分考慮用戶實際需要和信息技術發展趨勢，根據用戶現場環境，設計選用功能和適合現場情況、符合用戶要求的系統配置方案，通過嚴密、有機的組合，實現最佳的性能價格比，以便節約工程投資，同時保證系統功能實施的需求，經濟實用。
2.3 可靠性與安全性
系統采用成熟的、穩定的、完善技術設備，系統具有一致性、升級能力，能夠保證全天候長期穩定運行。在系統故障或事故造成中斷后，能確保數據的準確性、完整性和一致性，并具備迅速恢復的功能，同時系統具有一整套完成的系統管理策略，可以保證系統的運行安全。
2.4 開放性
以現有成熟的產品為對象設計，同時還考慮到周邊信息通信環境的現狀和技術的發展趨勢，可以與消防、防盜、聚光系統實現聯動，具有RJ-45網絡通訊口，可實現遠程控制。
2.5 可擴充性
系統設計中考慮到今后技術的發展和使用的需要，具有更新、擴充和升級的可能，系統規模和功能易于擴充，系統配套軟件具有升級能力。同時，本方案在設計中留有冗余，以滿足今后的發展要求。方案中設備的控制容量上保留一定的余地，以便在系統中改造新的控制點；系統中還保留與其他計算機或自動化系統連接的接口；也盡量考慮未來科學的發展和新技術的應用。
2.6 追求最優化的系統設備配置
在滿足用戶對功能、質量、性能、價格和服務等各方面要求的前提下，追求最優化的系統設備配置，以盡量降低系統造價。
2.7 提高監管力度與綜合管理水平
本項目系統設備控制需要高效率、準確及可靠。本系統通過中央控制系統對各子系統運行情況進行綜合監控，時時動態撐握監視及報警情況。閉路電視監控大大減少勞動強度，減少設備運行維護人員；另外，系統的綜合統籌管理可使設備按最優組合運行，在最佳情況下運行，既可節能，又可大大減少設備損耗，減少設備維修費用，從而提高監管力度與綜合管理水平。
3 通信系統平臺功能需求
通信系統在網絡技術和性能方面的需求主要體現在以下幾個方面：
3.1、整個系統可以實現遠程實時監控、歷史記錄存儲查詢、遠程控制管理等功能，通過遠程監管系統都一一記錄在案，即：具備傳統監控系統的所有功能，使監督突破了時間和空間的限制，真正實現全程的有效監管；
3.2、視頻圖像的長時間存儲，管理人員可隨時調看；
3.3、系統能提供現場最直觀、最精確、最有效、最及時7*24小時不間斷和不可更改的實時圖像和信息，并通過系統提醒、糾正和指揮一線人員，節省大量人力，提高出警的準確性，提高工作效率提高監管質量；
3.4、系統可以連接大量報警設備，配合當地的安防系統；
參考文獻：
[1] 魯宏偉，汪厚祥，多媒體計算機技術（第2版）[M]，電子工業出版社.
如今,3G 無線網絡和手持終端設備已經開始大規模部署,下一代無線通信協議標準,俗稱4G,也已經基本制定完成。3GPP 的長期演進(LTE) 被大多數國家接受為4G 標準。LTE 的支持者宣稱只需對現有的網絡基礎設施更新部分關鍵部件就可以完成升級,因此LTE 得到了業界的廣泛認同。2008 年12 月11 日,3GPP 批準并凍結了LTE Release 8,這一里程碑式的事件開啟了研發兼容新協議的產品的大幕。移動WiMAX(802.16) 作為4G 的另一個候選方案,與LTE 在物理層應用上有許多相同的概念,只是實現細節上存在不同。這也為開發同時支持WiMAX 和LTE 方案的產品提供了可能。在物理層設計上,LTE 和WiMAX 的復雜度相差不多。對LTE 的研究為我們重提調制解調算法設計和驗證過程的重要性提供了機會。在算法設計階段犯下的錯誤很難在硬件設計或者嵌入式軟件開發階段彌補回來。對算法的驗證是為了檢測設計能否滿足協議標準的要求。例如,需要檢測不同信道環境下的最大誤包率。協議標準的很大一部分內容都被用來定義測試環境。當選擇某種工具或者方法來進行有效的算法設計時,工程設計者需要從整個設計流程的角度來考慮算法復雜度的要求。針對一些簡單設計的解決方案對更大更復雜的系統來說可能完全不適用。而如果每一個項目都采用獨特的工具和方法,項目的維護就會成為噩夢。一些表面上看成本很小的解決方案,后續可能需要購買其他昂貴的工具。而如果工具某些基礎功能缺失,也會耗費工程師更多的時間和精力。本文主要探討從3G 轉向4G 的物理層設計過程中的仿真工具效率問題。這些關于效率的準則也可以用于其他信號處理領域。
2LTE 和WiMAX:物理層關鍵技術
LTE 和WiMAX 都是基于正交頻分復用(OFDM) 的多載波調制方案,通過多輸入輸出天線(MIMO) 進行信號傳輸。這與3G基于碼分復用(CDMA) 的概念有很大不同。3G 與4G 系統的物理層基帶處理算法有著本質區別。
物理層概念的不同直接導致了仿真復雜度的增加。相比3G而言,4G系統的物理層仿真復雜度大概有100倍的增長。部分原因在于4G系統中,每個數據采樣點都需要更多的操作:更復雜的編碼/解碼算法,需要同時在平行的多個信道上傳輸,采用了更復雜的信道均衡技術。針對不同頻帶上的不同信道模型,還有多輸入多輸出(MIMO)的不同配置(見圖1),需要增加大量的測試方案。在此基礎上,還需要考慮不同量化精度對系統性能的影響。因此算法的驗證工作越來越艱巨也就不足為奇了。
下文的例子都會以LTE為基礎。所有的結論也適用于WiMAX和其他需要大規模仿真的信號處理系統。
3設計和驗證流程
制定一個新的通信協議標準的目的,是以最小的成本實現用戶和網絡運營商對高速信號傳輸的要求,同時也要符合市場化的預期。一個LTE調制解調系統往往同時包含了ASIC和DSP或者微控制器,整個工程需要實現復雜的硬件設計和軟件算法。因此,制定一個覆蓋算法設計、軟硬件實現、以及系統驗證的高效流程顯得尤為重要。
算法設計的初始階段,一般都需要首先為算法創建一個浮點模型。一旦這個浮點模型驗證通過,下一步就會開始對算法的定點轉換,最后再移植到硬件及軟件平臺上進行驗證。
3.1 算法的浮點模型
在設計目標確定以后,系統工程師就需要針對幾種備選算法進行測試和優化,然后在蒙特卡洛仿真結果的基礎上確定最優的算法。圖2給出了以誤比特率(BER)或者誤塊率(BLER)為指標,進行性能仿真的蒙特卡洛仿真平臺框圖(蒙特卡洛仿真是指激勵信號由隨機或者偽隨機數據源產生的一類仿真)。此時仿真模型并不需要考慮最后的實現細節,所有的算法都可以用浮點模型來表示。
建模效率是反映創建仿真平臺難易程度的一個概念。決定建模效率的一個關鍵因素就是可重用的模型數量。這些可重用的模型可能來自廠商提供的庫,也可能是從以前的項目繼承得來(也稱為重用效率)。當然并不是所有的模型都能從庫里面找到,有些模型也需要用戶自己開發。開發的模式有多種,比如可以由一些基本的模型組合成一個復雜的模型(分層設計),或者從零開始,根據新的功能需求創建新的模型。
仿真時還需要考慮的一個因素是仿真效率。以前面提到的LTE和WiMAX為例,由于涉及到許多設計參數,因此為了得到最優的算法,就需要仿真大量的參數組合。仿真效率成為制約整個過程的關鍵。
3.2 從浮點算法到定點算法的轉換
考慮到成本的因素,算法的主要部分最后都需要以定點而不是浮點來實現,除非選擇浮點DSP。因此,當算法從設計到應用的轉換過程中,需要分析量化精度的影響。字長的選擇直接關系到實現的性能,字長太短會使系統質量有很大損失。算法本身可能很好理解,但是量化噪聲對算法的影響可能很難評估,因此需要小心對待。
一般來說,對算法進行定點轉換是一個遞歸的過程。首先需要創建一個浮點模型,然后將變量逐個進行轉換。每個變量定點化后,都需要將仿真結果與浮點模型進行比較。仿真工具應該僅僅通過修改模型參數就實現這一過程,而不需要每次都重寫模型。另外,工具對常用的定點數據類型的支持也很重要。因為如果僅僅依靠以整型位移來實現定點,調試的時候會非常麻煩。仿真工具的選擇應該在項目的初期就考慮好。如果在項目開始幾個月后才意識到問題,此時要更換工具幾乎是不可能的。
人們往往會低估定點化過程需要的時間。定點轉換其實非常繁瑣,花費的時間可能并不比算法設計來得短。因此選擇合適的仿真工具顯得尤其重要。
3.3 軟硬件實現和驗證
當算法的定點轉換完成以后,定點模型就是系統實現的參考模型,因為它定義了系統的算法性能。一般來說,從算法模型到硬件實現的過程會出現很多錯誤。這是因為算法開發和硬件實現所遵循的設計原則是不同的,使用的工具也做不到緊密結合。算法工程師往往需要給硬件工程師提供激勵信號,作為HDL仿真的輸入,然后將HDL仿真的結果與算法仿真做比較。這種方法實現起來會有許多困難:
針對每一組參數配置和測試方案都會有一個仿真結果,為了比較所有的這些參數組合,需要保存大量的激勵信號和參考結果文件,既費時又費力
每一個新創建的HDL測試案例都需要算法工程師和硬件工程師一起進行驗證,工作量很大
當HDL仿真和參考仿真結果不同時,很難確定錯誤發生的位置和原因
這種方法已經逐漸被淘汰。現在流行的方法是不同部門之間通過一個可執行平臺來傳遞設計定義。算法部門、RTL硬件部門、以及采用虛擬平臺做軟件開發的部門可以共享一個仿真平臺。算法部門創建的浮點或定點模型作為一個可執行的參考模型文件,可以直接用到HDL代碼和軟件驗證中去。
實現這種設計共享存在兩種途徑。第一,在算法設計工具中直接導入RTL代碼,實現RTL和算法模型的聯合仿真。第二,由算法設計工具導出算法模型,以標準庫的形式集成到硬件驗證工具中去。硬件驗證工程師往往更愿意采用熟悉的工作環境,所以第二種途徑更為常用。SystemC是大多數HDL仿真工具都能識別的一種標準接口,因此算法設計工具導出的模型一般會采用SystemC的格式。這些SystemC模型也可以直接在虛擬平臺中表示一個硬件模型或者激勵信號源,對開發的軟件進行驗證。SystemC模型是在軟硬件開發中實現算法模型重用的關鍵。
圖3給出了利用算法設計工具導出的模型來驗證接收機實現模塊的一個例子。信號源與傳輸信道模型封裝了SystemC接口,產生的激勵信號作為定點算法參考模型和實現模型(也采用SystemC封裝)的輸入。
4算法設計效率
上述的例子表明,從算法設計的角度來看,工具效率是由多個方面組成的。從算法構思到最后的軟硬件實現,效率的提升需要工具的各個方面緊密結合,共同完成。
效率包括多個方面:
建模效率
仿真效率
重用效率
驗證效率
在設計的開始階段,選擇工具時常犯的錯誤是只注重某一個方面的影響,而忽視了其他。這并不奇怪。首先,面對復雜的應用環境,傳統的思維方式往往只考慮設計環節,即創建浮點模型。其次,項目的壓力使得人們急于看到成果,迫使工程師們追求盡快獲得一個初步的模型。這些因素導致了大家更傾向于選擇浮點優化能力強的工具,因為只有這樣才能更快的完成一個設計雛形。而當項目逐漸深入,實現變得越來越重要的時候,這種工具選擇的短視才會顯現出來。
4.1 建模效率
建模效率是反映創建模型難易程度的一個概念,這其中既包含了創建浮點算法模型,也包含從浮點到定點的轉換。算法的最初形式是一些數學表達式,把這些抽象的表達式轉換成仿真模型的過程應該是越簡單越好。利用標準接口以及遵循一定的代碼規則可以提高模型的互操作性。如果工具有好的調試和分析能力,也能改善建模的效率。
建模效率是衡量浮點到定點轉換過程的一個關鍵因素。浮點到定點的轉換要求盡可能的保留設計的關鍵部分,不對代碼做大的改動。因此,工具需要支持一些特殊的數據類型、常用運算符、模板、以及運算符重載等。
4.2 仿真效率
工具的仿真效率主要體現在仿真速度上。仿真平臺的運行速度對項目周期的每一個階段都有很大影響。比如在算法設計階段,需要反復測試算法的有效性,而在定點轉換過程中,需要不斷調整量化字長。這些都需要很高的仿真速度支持,否則整個項目周期會拉長。
在諸如LTE之類的通信系統接收機設計中,利用接收機算法模型得到衰落信道下的一個誤比特率值可能需要好幾個小時,有時甚至是幾天的仿真時間。而不同的仿真工具之間也可能存在100x的速度差異。如今,通信標準越來越多的采用復雜算法模塊,比如多天線發送接收,turbo編解碼等等,需要做的一致性測試也大量增加。為了避免項目延遲,保證設計符合預期,我們應該在設計和驗證的每一個階段都仔細考慮工具的仿真效率問題。
仿真效率的提高還體現在工具的批處理能力和平行仿真能力上。雖然工具仿真效率的重要性不言而喻,但是由于在設計開始階段往往只有一些簡單的測試案例,工具效率的差別無法充分體現,從而導致選擇工具時不夠慎重。隨著項目深入,設計越來越復雜,效率的瓶頸會變得日益明顯。所以我們需要在一開始就仔細考慮仿真效率的問題。
4.3 重用效率
在通信系統的開發過程中,我們可以重用一些以前的設計。這些設計可能來自其他設計部門。為了能有效的將它們整合到現有的系統中,工具需要提供版本控制、標準接口、以及自動管理設計文檔的特性。
4.4 驗證效率
從算法設計的角度來講,驗證效率是指算法模型能否直接集成進軟硬件架構的驗證流程中。理想情況下,算法設計工具應該是從系統到芯片的驗證流程中的一個組成部分。這要求設計工具能將算法模型導出為SystemC模型,在HDL仿真器和虛擬平臺中重用。
5仿真技術
如今市面上存在很多設計工具,但是所使用的仿真技術可以歸為以下三類:
時間驅動的仿真
事件驅動的仿真
數據流驅動的仿真
這些仿真技術的主要差別在于頂層模塊是如何調用子模塊與子函數的。在數字通信和信號處理系統中,不同的仿真技術將導致仿真速度的巨大差異。
在數字通信和信號處理系統中,信號可以分為數據信號和控制信號,也稱為數據流和控制流。
數字通信接收機利用數據信號來檢測和解調發送的符號。這些數據信號承載著有用信息,數值在每個采樣時間點是變化的。數據信號既可以用無限精度(實數)的離散時間信號來表示,也可以看作有限精度的數字信號。任何一種表示方法都可以附帶離散時間索引作為參量。這個參量也可以忽略,因為它僅僅表示信號在時間軸上的位置關系。位置關系要么是已知的,要么可以隨時重建。因此離散時間數據信號可以看作是由采樣點組成的數據流。
控制信號則是一些邏輯值或者標志,用來對通信或者信號處理系統中的數據鏈路進行控制和配置。例如,控制信號可以指示信道解碼器采用什么樣的碼表。控制信號的值一般很少改變。因此控制信號可以看作是低速數據流或者離散的事件。在算法設計的開始階段,控制信號可以首先以參數的形式存在。在后續過程中,比如架構設計階段,再重新以信號的形式建模(參看圖5的例子)。
數據流和控制流在系統的設計驗證中發揮了重要作用,系統設計工具需要提供對其建模的要求。下文將對三種建模技術做一個比較。
5.1 時間驅動的仿真
固定步長的時間驅動仿真技術最簡單。全局仿真時鐘在固定的時間間隔更新,仿真器跟蹤全局時鐘,在每一次時鐘更新后調用模塊,讀取輸入,更新內部狀態,計算輸出信號。這種方法對所有的模塊使用了相同的采樣速率。然而,即使在同一個通信系統中,不同信號的帶寬也有可能是不同的,擴頻系統就是一個例子。此時仿真器需要對低速信號做過采樣,這將帶來極大的開銷,仿真效率也很低。所以固定采用率的仿真方法不適合對通信系統的仿真。
也有一些改進的措施,比如可以對每個模塊都標注采樣時間,當全局仿真時鐘等于采樣時間的某個倍數時,才調用該模塊。但是這種方法存在很大的局限性,例如當模塊的幾個輸入或者輸出信號采樣時間不一致時,就無法實現。因此,利用該方法不能建模既有數據輸入又有控制輸入的模型。
其他的改進方法包括以幀為單位來處理信號,這也稱為向量化的處理,就是將順序的采樣值用向量來表示。但是這種方法提高了對內存的要求,也不能用于反饋環路。向量化操作是導致仿真死鎖的主要原因,而且一旦發生很難定位錯誤。總之,時間驅動的仿真方法通常很慢,對通信系統中的數據流和控制流建模效率不高。
5.2 事件驅動的仿真
事件驅動的仿真是指調度算法根據事件序列的發生順序來指示狀態更新的一種仿真技術。當事件發生時,只有那些與事件相關的模塊會被調用。對一個事件的處理可能會觸發其他的事件,因此事件序列在仿真過程中需要不斷調整。當事件的發生在時間軸上分布不均勻時,比如像網絡之類的異步系統或者邏輯系統,事件驅動的仿真效率優勢才能體現出來。因此這種方法主要用于針對控制流的仿真。
如果是同步系統,比如基于數據流的通信或者信號處理系統,每產生一個采樣點都對應發生一個事件,需要更新事件隊列,這在運行時的開銷就非常大。因此,基于事件驅動的仿真技術不適用于針對數字通信系統之類的系統級設計工具。
5.3 數據流驅動的仿真
模塊的調度由輸入端口的采樣數據數量決定,這就是數據流驅動的仿真技術特性。模塊被調用時,會從輸入端口讀取一定數量的采樣數據,同時將一定數量的數據輸出。消耗和產生的采樣點個數分別對應輸入輸出端口的速率。當輸入端口累積的數據量超過端口速率時,模塊就會被調用。
模塊的各個端口速率不要求一致,因此建模多速率系統和模塊都很方便。
模塊調度的順序又稱為調度算法。如果端口速率恒定,或者說端口速率在仿真時間內不變,調度算法就可以在仿真開始之前確定。這稱為靜態調度,也叫同步數據流。如果模塊的端口速率不是常數,而是在每一次調用時都不相同,調度算法就無法預先確定,需要在仿真運行時動態的調整。這稱為動態調度或者動態數據流。動態調度會增加額外的運行時開銷,但是比起靜態調度更靈活。而且在某些數字信號接收機算法中,比如定時恢復或者不固定的采樣速率轉換模塊,只能采用動態數據流來建模。信號的傳輸可以用帶方向的線網來表示。模塊的輸出端口會與其他模塊的輸入端口相連。有些端口連接需要特別關注,因為如果端口速率不匹配,可能會造成調度算法的內存問題。另外,反饋環路中需要包含延遲模塊。需要特別說明的是,這些問題并不是數據流驅動的仿真造成的,而是離散信號系統本身不可避免的。比如兩個離散信號的加法或者乘法操作需要信號有相同的采樣速率,而離散信號系統中的反饋環路必須包含延遲。只有遵循了特定的規則,對離散信號系統的仿真才能保證內存不會溢出。而仿真工具應該提供幫助用戶定位速率不匹配和死鎖的功能。
由于離散時間數字信號可以用數據流和多速率模塊來表示,因此采用數據流驅動的仿真器對數據信號和控制信號流建模就有很高的效率。圖5給出了數據流驅動的仿真模型的例子。圖的上半部分是動態多速率模型,帶有高速端口的模塊主要用來處理數據鏈路。圖的下半部分是低速的控制模塊,用來指示每一幀的符號數或者比特數。由此可見,數據流驅動的仿真是數字通信系統中最常用,也是最有效的仿真方法。
6優化的系統級設計解決方案
對于物理層算法的仿真,我們有多種方案可以選擇。包括直接利用C/C++編譯信號處理函數庫,以及采用商業化工具提供的建模和仿真模式。本節以Synopsys System Studio為例,說明在無線設計領域,商業化工具相比C/C++在各方面的優勢。
6.1 仿真模式
上文提及,Synopsys System Studio采用了數據流驅動的仿真模式,能夠自動處理靜態和動態數據流,特別適合針對復雜通信系統的設計需求。
時間驅動的仿真技術需要在仿真性能(使用向量處理)和仿真靈活性(反饋回路,時域和頻域切換)之間取得折中,而且對動態系統模型仿真的支持不夠。
C/C++沒有專門的仿真模式,開發者需要自己設計調度算法。因此在C/C++中可以使用數據流驅動的概念。SystemC仿真器采用事件驅動的方式,考慮到對仿真性能的影響,應該盡量避免使用。
6.2 建模效率
System Studio對模型接口有嚴格的定義,支持基于模塊的設計方法(見圖6),對模型的使用簡單明了,文檔管理也很清晰。System Studio支持SystemC定點數據類型,允許數據類型重載,從而大大簡化了浮點到定點的轉換過程。對于商業化的工具,我們需要了解它們的發展歷程。一般來說,每種工具及其建模方式都有各自的應用范圍。比如針對控制信號的建模方式并不適合通信系統中常見的數據流模型。在浮點到定點的轉換過程中,應該避免重復建模,而應采用支持參數的模型,通過參數修改來逐步轉換。
C/C++的建模效率很低,因為除了需要設計功能模塊,還需要同時開發專門的調度算法來管理這些模塊。一旦修改了設計,調度算法也需要做相應的調整。這不但要求所有的研發人員都遵循嚴格的代碼風格,也加大了項目維護的難度。SystemC建模也存在同樣的問題,僅有的改進包括增加了對定點數據類型的支持,模型間可以利用FIFO完成數據交換。
6.3 仿真效率
System Studio采用了優化的數據流驅動概念,支持自動分析和產生靜態調度算法,必要的時候又保持了動態調度的靈活性,因此仿真效率很高。System Studio針對定點仿真還采用了特殊的優化技術,使得包含SystemC定點數據類型的仿真平臺有接近浮點平臺的運算速度。
對定點算法的建模與仿真有兩種常用的模式。一種是高建模效率(使用一些通用的定點數據類型)加低仿真速度,另一種是低建模效率(使用整型數據類型、移位及與或操作)加高仿真速度。如果選擇了適當的調度算法,使用固有的數據類型,C/C++的仿真效率是很高的。從設計復雜度的角度來講,C/C++仿真的主要工作是設計一個有效的調度算法。商業化的工具由于內置了優化的調度算法,在仿真效率上的優勢明顯。SystemC仿真內核采用了基于事件驅動的仿真技術,不適用于通信系統的仿真。采用C/C++仿真還需要額外開發的分布式仿真模式和增加數據管理功能,這本身也是一項艱巨的任務。
6.4 重用效率
System Studio極高的重用效率得益于其嚴格定義的接口規范,這保證了不同來源的模型可以有效整合在一起。而基于模塊的設計輸入和自動生成HTML格式文檔的能力也使得模型重用效率極大提高。C/C++模型接口沒有嚴格的規范,接口定義有很大的自由度,不支持圖形設計界面,也不支持文檔生成和管理,因此重用效率很低。
6.5 驗證效率
System Studio的驗證效率很高,內置的HDL導入特性支持所有主流的HDL仿真器。同時System Studio可以導出SystemC模型,因此System Studio開發的模型可以在SystemC仿真環境中使用。
其他的商業化的解決方案多數不提供硬件仿真的接口,或者需要額外購買昂貴的工具。C/C++的驗證效率很不錯,因為C/C++函數可以與HDL仿真平臺或虛擬平臺進行集成。SystemC的驗證效率也很高,SystemC 模型可以直接在HDL仿真器以及SystemC兼容的虛擬平臺中使用。SystemC模型還可以利用時鐘和并發的概念來創建適配器,這一點與C/C++不同。
7總結
對于現代通信系統的開發,比如LTE和WiMAX,算法設計驗證工具的選擇對設計質量和能否早日實現商用都有著非常重要的影響。LTE和WiMAX系統都需要支持極高的數據速率,同時也要滿足頻譜效率的要求,這些都會導致非常復雜的信號處理算法。4G標準定義了很多應用場景,要求系統在這些場景中都能很好的工作,因此在算法設計階段需要仿真大量的測試案例。復雜度和項目周期的壓力要求算法與結構設計能與軟硬件實現工作完全整合在一起。因此,系統設計變成了一項更寬泛的工程,不止需要工程師之間橫向的合作,也需要按照項目進展的情況縱向的管理。
設計流程或者方法的選擇對設計效率有很大的影響。對于算法工程師來講,效率體現在使用的工具上,具體包括四個方面的因素:建模效率,仿真效率,重用效率和驗證效率。當選擇某種工具或者方法來進行有效的算法設計時,工程設計者需要從整個設計流程的角度來考慮算法復雜度的要求。針對一些簡單設計的解決方案對更大更復雜的系統來說可能完全不適用。而如果每一個項目都采用獨特的工具和方法,項目的維護就會成為噩夢。一些表面上看成本很小的解決方案,后續可能需要購買其他昂貴的工具。而如果工具某些基礎功能缺失,也會耗費工程師更多的時間和精力。
Synopsys的 System Studio作為業界領先的仿真工具,針對通信系統設計者面臨的挑戰給出了完善的解決方案。System Studio的特點包括:
支持算法設計的標準化流程:標準模型接口、自動生成和管理文檔、代碼檢查、版本控制系統接口。
【關鍵詞】 高速公路 通信系統 IP通信網
一、前言
在設計高速公路的時候，可以將工程設施分成通信系統、監控系統以及收費系統。通常情況下，我們將高速公路中著三個系統都叫做公路機電系統。在快速發展的網絡信息技術下，收費系統以及監控系統都是根據它的基礎去運行的，但是在通信系統中，主要就是業務電話網系統以及緊急電話系統。目前，在快速發展的信息技術下，高速公路通信系統也在不斷地進行提升，其業務包括辦辦公數據傳輸業務、監控圖像傳出業務、語音傳輸業務以及數據傳輸業務等。
二、通信系統目前的設計
高速公路通信系統的主要傳輸平臺有：辦公自動化、會議電視、監控系統、收費系統以及業務聯絡等。其通信系統通常是由緊急電話系統、數據傳輸通路、光纖數字傳輸系統等組成的。一般通信系統被分成三級管理體制：通信站、通信分中心以及省通信總中心。在高速公路的通信系統中，在每一個路段設立有人和無人的通信站，都是其通信中心進行管理的。
在現如今的高速公路中，已經建好的通信系統都是烽火、中興以及華為等設備，按照實際的情況，選擇不同的產品當做干線網，用通道保護自愈環或者是兩纖雙向復用環等形式去將數據的傳輸平臺進行實現。
在高速公路中所有路段的低速錄數據傳輸以及語音通訊都是在語音通話系統的幫助下完成的。所以，這個系統在建設高速公路上被大家開始廣泛的使用，而且這個系統是中興以及華為等公司制造出來的數字交換機。
三、高速公路通信系統全IP通信設計
1、設計方案。這個設計是對現如今高速公路在成本上和網絡的發展上提出的方案，這個方案是將其通信系統發展成網絡而提出來的，它會使高速公路的收費項目以及通信管理提供一個比較好的系統那個。這樣會在一定的條件下，將通信系統網絡化。
2、以太網傳輸設計。高速公路需要傳輸的信息有：電話系統、會議電視系統、辦公自動化、監控數據以及收費數據等。現如今除了電話系統，別的都是通過光纖數字傳輸網的方式進行傳輸的，這個設計會使其變得更加合理，并對系統的穩定性以及傳輸的可靠性作出一定的保證。
以太網的幀結構：
3、交換機配置方案。在每個通信站中交換機都是用來承載業務的應用的，每個交換機都應該有一個自己的VLAN，網管業務有一個自己的VLAN，利用ACL設置區隊每個VLAN的訪問權限進行限制，其中收費網絡和辦公網應該通過流量的形式去進行限制，將電話業務的QOS設為最高。在分中心建立一個路由器去聯通省中心和別的分中心。
4、軟件換系統方案。在現如今的電信系統核心網中，軟件換網絡屬于一種主流系統。他通過控制和承載的分離，在各個承載網絡上建立一個以這種方案作為核心的網絡，這將使其不會再去依賴傳統網絡。并且它還能夠按照目前的實際情況去分階段的進行實現。在電信核心網絡中，這種網絡是首選的系統，利用分離控制和承載，采取不同的承載網絡建立一個通過軟件化技術為中心的網絡，根據實際情況將其進行分階段、有選擇的實施，而不是依靠一種交換技術。它不同于傳統交換網絡的結構，軟交換網絡技術的控制核心比較集中，通過通用協議以及開放接口的方式，建立以低成本的網絡，大大提升業務的部署能力。軟交換技術讓網絡互連變得簡單，并且可以更加容易的對網絡進行管理，還使得軟交換設備的處理能力得到了一定的優化，使其降低了對供電的要求。
四、結語
在高速公路中，通信系統是非常重要的一個傳輸平臺，這是傳輸各種數據信息的心臟，所以，要嚴格對其進行把關。通過優化其通信系統的設計方案，使得數據傳輸的穩定性以及可靠性得到了有效的提升。現如今在通信系統的基礎上做出的優化就是全IP通信系統，這使得投資的成本在一定程度上得到了降低，并且將網絡的穩定性以及數據傳輸的可靠性進行了大大的提升。這個設計方案實施在各種高速公路的通信系統當中，其效果非常的可靠穩定，并且大大減少了投資的成本。將高速公路原來的通信系統以及新建的通信系統都進行了優化。實踐證明，這種方案得出的結果可靠且穩定，對將來高速公路的發展非常有利的幫助。
參 考 文 獻
【關鍵詞】無線通信；消防通信；應用；發展
【中圖分類號】TN914【文獻標識碼】A【文章編號】1006-4222（2016）01-0053-01
在我國的消防通信系統中應用無線通信技術對于通信系統的發展與建設來說是一項重要的變革與創新，通過無線技術的應用，可以更加快捷的接收到相關的信息，大大縮短了信息通訊的時間。在無線通信技術中，主要包含了兩項主要的內容：①微波通信；②衛星通信，這兩項通信技術都為消防系統的發展提供了重要的保障。
1消防通信系統的現狀和存在問題
在通信消防系統中，消防人員主要通過這一系統接收信息，完成信號的傳輸，開展指揮調度以及實施消防的救援工作，可以說，消防系統的建立貫穿著消防救援工作的始終，為城市的發展與建設提供了重要的保障，由此可見，要想進一步實現更加快捷的救援工作，首先應該以通信系統的建立為前提，從當前的形勢來看，關于這方面的工作依然存在較多的不足之處。
（1）在經濟建設與發展的今天，消防安全就更加重要了，如果不能實現通信的全覆蓋，就無法有效的開展消防工作的建設，這是當前工作中主要存在的問題，消防盲區的居高不下不僅會影響到人們的生命財產安全，更重要的是會對現代化事業的發展產生嚴重的影響，因此，要想降低消防盲區，就要在無線通信技術上多下功夫。
（2）在過去的消防通信過程中，手段比較單一，因為無線通信技術是在近幾年才應用在消防通信系統中的，因此適用范圍上還沒有得到大面積的推廣應用，僅僅在局部地區進行試點。此外，消防部門對這一技術應用的積極性不高也是主要的問題，不具備相應的應用意識就不能將其應用在實踐之中，更不會獲得相應的成果，因此這是限制消防通信系統得到發展的限制性因素，要想實現這一目標，就需要在意識管理上加強對無線通信技術的推廣，以實現消防通信的現代化建設。
（3）傳統的消防通信系統在救援的工作中作用不大，因為在實施救援工作的過程中，經常處在一種高溫的狀態之下，這時消防通信系統就無法發揮其功能，電子信號不能進行傳輸，在一定程度上影響到救援工作的實施，但是無線通信技術就不會具有這樣的問題，這也是無線通信技術的優勢所在，為了保證在消防救援工作中第一線的人員的安全，更加有必要開展無線通信技術的應用，實時了解救援的實際情況，為保障消防人員的安全性提供重要的基礎。
2無線通信技術在消防通信系統中的應用
在現代化發展的今天，無線通信技術的應用在我國已經具有了悠久的歷史，但是在實際使用方面卻沒有較大的成效，在近幾年間，相關的研究人員對這一問題開展了深刻的研究，最終發現其所具有的真正價值，并且應用在的各個領域中，其中消防領域就是其中之一，在消防通信系統中應用無線通信技術具有重要的作用，其應用性的價值主要體現在如下幾個方面：
（1）在消防現場中的應用。眾所周知，無線通信技術具有較多的優點，在這方面的應用中，主要利用了無線通信技術具有高傳播性的特點，通過高頻率的傳播速度而與消防現場達到了契合的效果，通過消防人員在救援現象進行實時信息的傳播，有助于總指揮處在第一時間作出決定，從而為消防工作的順利實施節省大量的時間，并且無線通信技術在火災現場的實際覆蓋面上具有較高的要求，不得低于95%的覆蓋面，最大化的保證了該技術在現場中的應用。根據我國對消防救援的相關規定，在5min之內要完成初步的救援措施，而傳統的消防通信系統由于具有滯后性是無法有效的完成的，因此無線通信技術的作用是十分重要的。
（2）在消防信號的反饋方面上，無線通信技術可以做到及時、高效，這在現代化的消防通信系統的建設中具有重要的實踐價值，能夠有效的促進預警水平的提高。反應機制的建立可以降低火災造成的損失，減少人身傷亡的風險，反饋系統作為消防通信系統中重要的組成部分之一，采用無線通信技術可以提高反饋的效率，從而實現消防現場與消防控制室的聯系，在短時間內就能實現信號的通信。除此之外，消防通信信號的反饋系統大多有自身專用的通信線路，現場消防人員可以通過現場設置的無線通信裝置和消防控制室進行聯絡與溝通，這對于火災的及時預防有著重要的影響。除此之外消防系統通過建立無線中繼站和無線基站發射功率提升等手段的合理應用可以有效減少在消防通信信號反饋過程中信號衰弱、信號不穩定等現象的發生并能有效減少干擾因素對消防通信信號及時反饋的影響，從而更好地促進我國消防工作的高效進行。
3結語
綜上所述，無線通信技術在消防通信系統中的應用具有重要的影響力，是現代化發展的成果，通過本文的論述可以得知在消防火災的現場以及在信號的反饋方面，無線通信技術均具有良好的效果，因此在今后的工作中需要人們的進一步推廣。
參考文獻
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關鍵詞：光纖通信技術；鐵路通信系統；應用
中圖分類號：TN913文獻標識碼： A
一、光纖通信技術的特點
(一)通信容量較大
光纖通信在使用的過程中傳輸速度及質量遠遠高于一般的銅線或電纜，具有非常高的特殊性及有效性。光纖通信技術借助光源調制的特殊性、調制的方式及光纖的色散特性，有效提升了光纖通信的質量。除此之外，在光纖通信技術應用的過程中，單波長光纖通信系統能夠最大限度地發揮光纖寬帶的新效果，大大提升了傳輸容量，已經從根本上提升了密集波分復用效果及傳輸質量。
(二)損耗較低
傳統石英光纖損耗可低于0~20dB/km，這種傳輸損耗遠遠低于其他介質，是一種高效的低消耗材料。在對上述光纖進行研究應用的過程中，光纖通信系統可以跨越更大的無中繼距離，降低損耗可下降的程度。隨著當前中繼站數目的逐漸減少，系統的成本及復雜性可以大幅降低，能夠在長途傳輸線路中發揮最大效益，減少經濟成本的損失。
(三)保密性較高
光波在光纖中傳輸，可以明顯提升光波導結構的各項效果。光纖通信技術能夠將信號完整地限制在光波導結構中，將任何泄漏的射線都通過環繞光纖的不透明包皮吸收。該種方法基本不會漏出光波。上述光纖在傳輸的過程中相鄰的通道不會出現串音干擾，根本無法竊聽到當前的光纖信息傳輸內容。
(四)抗電磁干擾能力較高
光纖通信技術中光纖原材料是由石英制成的絕緣體材料，不易被腐蝕，而且絕緣性好。通過上述材料可以明顯提升光波導對電磁干擾的免疫力，降低自然界中雷電干擾、電離層等變化的效果。光纖傳輸的過程中可以明顯降低釋放的電磁干擾，對強電領域的通信具有非常好的促進作用。
二、目前光纖技術的分析
(一)波分復用的技術使用
光纖通信最新加入波分復用，能夠充分將單模光纖中低損耗區域的帶寬資源進行利用，每一道光波在傳輸過程中，波長也會出現各有不同的情況，在此過程中，如若能夠將低損耗區域劃分成多個通信通道，并且將其中光波作為載波進行通信傳輸，在發送端采用波分復用的方式，將不同波段載送的信號合入一條光纖之中。在接收之時，再用波分復用，將不同波段的信息進行區分。以這樣的技術，可以將每一個波段看做是單獨個體，實現一條光纖中的多路信號傳輸。
(二)光纖接入
光纖通信技術的發展，領航國際通信的發展渠道，而光纖接入是信息高速之中最后一段里程碑。將光纖接入投入真正的使用，能夠將信息傳輸進入高速化通道，滿足大眾在信息時代傳輸需求。在此過程中，寬帶主干線很重要，用戶在接入寬帶之時，也占據技術關鍵。將光纖接入真正投入正常運營之中，那么千家萬戶都可以使用高速信息，寬帶進入高速時代。寬帶接入之時，光纖所需要達到的地方有差距，因此，FTTU、TTB、FTTC 在應用過程上，差距也是相當大。在FTTX之中，FTTH是在整個寬帶技術中的終端環節，提供全光接入模式，光纖寬帶特性在此技術中被充分利用起來，讓用戶在寬帶使用過程中，可以感受暢通無阻的寬帶運行。
三、光纖通信技術在鐵路通信系統中的應用
(一)PDH 光纖通信
光纖通信技術，其之所以能夠對鐵路通信系統產生一定的影響，主要原因是，當前對光纖通信技術的劃分已經相當的詳細了，對于不同的光纖技術可以被應用于不同的鐵路通信系統。其中，非常重要的一方面就是PDH光纖通信，PDH光纖通信能將鐵路通信系統中存在的漏洞以及隱患能夠有效的進行清除，并且協助鐵路通信系統能夠運作正常。但是，PDH復用結構復雜、標準不統一以及缺乏強大的網絡管理功能的固有缺陷，使其越來越不能使用光纖通信系統的飛速發展，在這樣的狀況下，SDH應運而生。
(二)SDH 光纖通信
在現階段的發展中。SDH光纖通信的應用較為廣泛，同時得到了很高的認可。
在鐵路通信系統當中的應用，過去PDH光纖通信的不足不僅彌補了，而且還獲得了一定的突破，使得鐵路通信系統運行的更加流暢，為人們帶來了很大的方便。SDH光纖通信具有非常明顯的有點，比方說:統一的接口標準，統一的比特率，為不同廠家設備間的互聯提供了可能。附圖是SDH和PDH在復用等級及標準上的比較。網絡管理能力大大加強。提出了自愈網的新概念。用SDH設備組成的帶有自愈保護能力的環網形式，可以在傳輸媒體主信號被切斷時，通過自愈網自動恢復正常通信。對鐵路通信系統這些都產生了較大的積極意義，在將來的發展中，相信還會有一個更大的突破。
(三)DWDM 光纖通信
寬帶有單模光纖、損耗極低等主要特性，將這些特性進行利用，致力于得到最高的使用效果，采用不同波段進行信息傳輸，并且將這些不同波段的載波合并在一條光纖中進行傳輸。在同樣的信息傳輸之下，可以節省光纖數量，也不耽誤使用效果，切實符合現今對光纖通信要求。鐵路通信之中，這項改善，對通信質量的提升可想而知。DWDM技術的使用，能夠將光纖傳輸所產生的數據流量上升至500GB/S。在如此龐大的信息傳輸容量之下，對傳輸質量的使用也是在安全安裝狀態中進行，切實滿足用戶對網絡運行需求。
這個技術有一個特有的優勢，那就是協議與實際傳輸不相關，以這樣的形式，最大化滿足大家在使用過程中所對速度形成的需求。DWDM使用IP、ATM 、SENT 進行數據傳輸，傳輸數據速度可以達到110Mb/s到2.4Gb/s，在此基礎上完成數據傳輸。在一個激光軌跡里，可以采用不同速度對數據進行傳遞，這也是DWDM的特性之一。這項光纖技術最大化實現數字傳輸制定的國際標準，在一條管線之中，承載諸多信息，并且具有良好的兼容性，這點非一般技術可以與之媲美。形成最為靈活的網絡運行方式，形成組網，可以在面對外界各種故障發生之前，進行自我防御，也可以自我修復。在降低成本的同時，將網絡容量最大化，滿足各種全新業務拓展需要，為整個通信行業都帶來全新的跨越。
四、光纖通信技術的前景
隨著當前光纖通信技術的逐漸完善和當前電信市場的逐漸改革，相關人員要對各項光纖通信發展進行深入研究和應用，依照數字化及網絡化要求，從根本上改善主體的通信網絡建設，當前光纖通信逐漸朝著以下幾方面發展：
(1)通信信道容量不斷增加。光纖通信技術在應用的過程中各項技術及系統設備已經得到了非常明顯的轉變，尤其是在系統核心技術方面。當前光纖通信技術lOGbps 系統已開始大批量裝備網絡，該系統對光纜極化模色散的敏感性較高，已經明顯提升了光纖通信的傳輸效果。但是當前的光纖電纜與10Gbps 系統還存在較多不匹配的地方，當對上述內容進行優化后可以進一步提升光纖通信的速度及容量。除此之外，在上述發展的過程中光通信系統從PDH 發展到SDH，光纖速度已經由155Mb/s發展10Gb/s。在今后系統中通過波分復用信息通道技術能夠明顯提升閣下紀念館商用現象，對骨干網的傳輸具有至關重要的作用。
(2)信號傳輸距離不斷延伸。光纖通信技術在傳輸的過程中傳輸距離越遠，傳輸效果越好。因此，在對上述傳輸進行提升的過程中，相關人員要對光纖通信技術機構進行轉變，對各項跨距進行提升。要最大限度對拉曼光纖放大器進行使用，對上述光纖放大器應用質量進行提升，從根本上提升光纖通信的傳輸質量。與此同時，相關人員還要對有利于長距離傳送的線路編碼進行合理應用，采用FEC、EFEC或SFEC等技術提高接收靈敏度，使用補償技術提升光纖及光器件使用的效益。
(3)實現光聯網的發展。隨著通信逐漸由骨干網轉移到城域網，光纖也逐漸開始接近業務點。在上述光纖發展的過程中，人們開始將其作為一種業務手段，希望對傳輸業務進行提升，將傳輸功能效果及接入功能作用結合在一起。當前SDH已經得到了非常明顯的提升，實現了對各項TDM 及ATM 的傳輸及傳送。美國、日本等國家已經實現了光聯網項目，完成了對骨干網的轉移，但是國內現在發展水平較低，還需要不斷進行完善。
結語
在鐵路通信之中，光纖技術是信息傳遞系統核心，在鐵路通信的發展中扮演著重要角色。從最開始的光纖技術，不斷轉換，克服原本存在的諸多難題，一點點進行改善，力求最大化促進通信時代的前進步伐。市場需求不斷增加，也將是推動光纖技術發展的最大力量。
參考文獻
[1]李. 淺談光纖通信技術在鐵路通信系統中的應用[J]. 科技信息，2011，05:500-501.
關鍵詞：微機保護；通信系統；串行通信；以太網
1 引言
變電站自動化技術經過10多年的發展已經達到很高的水平，在我國城鄉電網改造與建設中不僅中低壓變電站采用了自動化技術實現無人值班，而且在220 kV及以上的超高壓變電站建設中也大量采用自動化新技術，從而大大提高了電網建設的現代化水平，增強了輸配電和電網調度的可能性，降低了變電站建設的總造價。隨著計算機技術、網絡技術的迅猛發展，以太網技術在工業領域得到了廣泛應用[1，2]。以太網具有良好的開發性、穩定性、易維護性、傳輸速度快、價格低廉、易于實現與上層管理信息網絡的無縫連接，而且為不同廠商的產品提供了一個統一的接口，便于實現互聯和互操作[3，4]。因而，在微機保護中可采用以太網構建通信系統，同時，為了兼顧傳統的通信模式，設計中仍然保留了串行通信接口。本文以串行通信與以太網通信相結合的通信系統為出發點，就相關問題進行闡述。
2 硬件構成
2.1 串行通信接口
裝置中，考慮到需要處理的數據較多，數字算法的計算量大，因此在保護CPU的選擇上采用的是TI公司的新一代高性能32位浮點DSP芯片TMS320VC33。由于在VC33的內部結構中沒有集成通用異步接收發送器（UART），所以當保護系統與廠站局域網、遠方調度進行數據通信，并要求有較高的實時性時，就必須擴展異步通用芯片，以求得到較高的通信速度。本裝置采用的通用異步接收發送器芯片是TI公司的TL16C752，它具有低功耗、高速度的特點，最大數據傳輸速率可達1.5Mb/s，且接收器與發送器相互獨立，可進行DMA操作，控制靈活方便。同時還具有回讀功能，可以在線診斷，它提供了兩組增強型的獨立UART接口，具有16字節的發送和接收FIFO、MODEM控制接口和通信狀態寄存器。它與DSP芯片的結構示意圖如圖1所示。
在裝置中設置了兩個串行通信口，其中串口1固定為RS-232，在實際應用中用來實現串口打印實時數據和各種參數，串口2可以通過跳線選擇為RS-232或RS-485模式，用來組網通信。裝置中的CPLD芯片主要是用來產生片選、讀寫等控制邏輯，它采用的是XILINX公司生產的XC95144；加入光隔則提高了通信的抗干擾能力；電平轉換芯片MAX232ACSE與MAX490ESA的作用是使信號電平（TTL電平）轉換為RS-232或RS-485電平，或進行二者之間的逆轉換。
2.2 以太網接口
在裝置中選擇RTL8019AS作為以太網控制芯片。選擇好DSP芯片和網絡芯片之后，要以TMS320VC33和RTL8019AS構建以太網，關鍵在于DSP 處理器與網卡控制芯片之間的接口設計。下面就討論TMS320VC33芯片與RTL8019AS芯片之間如何進行連接，從而實現有效的數據通信。
在TMS320VC33和RTL8019AS之間通過XILINX公司生產的CPLD芯片XC95144進行連接，硬件結構的示意圖如圖2所示，其中XC95144在接口電路中起邏輯轉換的作用，存儲芯片AM29F400B75EC用來存儲網卡芯片初始化等信息。
基于DSP與RTL8019AS組成的以太網，DSP主處理器與網卡之間的接口主要實現的功能有[5-7]：
(1) 主處理器通過接口電路對網卡芯片進行控制，包括對網卡的邏輯控制、讀寫控制、復位等;
(2) 主處理器與網卡之間的數據交換，DSP通過接口電路對網卡接收數據進行讀取，將需要發送的數據寫入網卡緩存。
3 通信功能的軟件實現
3.1 串行通信的軟件設計
3.1.1 UART的驅動程序設計
對于通用異步接收發送器（UART）TL16C752的驅動程序設計，就是對與DSP芯片通信相關的內部寄存器進行操作，下面就簡要介紹一下相關的寄存器的情況與設置。
3.1.1.1 線路控制寄存器（LCR）
線路控制寄存器(LCR) 存放串口傳送的二進制位串數據格式，LCR 是一個8位的寄存器，各位的定義如下：d0d1是字長選擇位，若d0d1=00，傳送的字長為5 位; d0d1=1 時字長為6；d0d1=0時字長為7；d0d1=11 時字長為8。d2位是停止位選擇，d2=0 時停止位為1位；d2=1時停止位為1.5位。d3=0 時校驗有效；d3=1 時檢驗無效。d4是校驗類型位， d4=0 時進行奇校驗；d4=1 時進行偶校驗。d7位(DLAB) 是鎖定波特率發生器位， d7=1 時訪問波特率因子寄存器; d7=0 時訪問其他寄存器。
在本系統中，使d0d1=11，選擇的8位字長；d2=0，選擇1位停止位；d3=0，校驗有效；d4=1，選擇進行偶校驗。
3.1.1.2 波特率因子寄存器（DLL&DLH）
兩個8位的波特率因子寄存器構成一個16位的波特率因子寄存器。在TL16C752的內部具有波特率發生器， 產生發送數據的時鐘信號。波特率因子可以通過下列算式求出:
波特率因子=基準時鐘頻率/ (16×波特率)
在本系統中，我們采用的基準時鐘頻率為1.8432MHZ，先將LCR中的d7置1以便訪問波特率因子寄存器，再將波特率因子寄存器寫為16，將波特率設為9600。接著將LCR中的d7寫回0，以便訪問其它寄存器。
3.1.1.3 FIFO控制寄存器（FCR）
這個寄存器用來設置FIFO的允許/禁止、清除FIFO、設置接收FIFO的觸發級別和選擇DMA模式。先將FIFO的d0寫1，以使能接收與發送FIFO；將它的d0d1全寫1，用于復位接收與發送FIFO；將d6d7兩位寫1，設置接收器FIFO中斷的觸發標準為60characters。
3.1.2 通信的軟件設計
除了發送接收程序段在定時器中斷中執行以保證穩定的通訊速率外，保護軟件通訊模塊的大部分工作在主程序初始化后的死循環中進行。使用了串口芯片的FIFO功能以提高通訊的速度。
在約定的監控系統與保護系統之間采用主從方式進行通訊，因而保護系統總是被動接收指令，即始終為從動站。保護系統的通訊模塊在完成初始化工作后隨即進入接收狀態。當通訊接口收到完整的鏈路規約數據單元（LPDU）時將對其進行校錯，出錯丟棄這個數據單元。保護系統收到的LPDU有3種類型：第一種是2級數據請求幀，保護系統將以測量值LPDU作為回答；第二種是1級數據請求幀，此時先判斷FCB是否變化，有變化則以新的ASDU形成LPDU并填充發送緩沖區，否則重發上一個LPDU；第三種是命令幀或下傳數據幀。在這里我們將2級數據與1級數據同時召喚，使用戶進程得以簡化。當保護系統完成監控命令或準備好應答數據時，將形成發送數據包的若干個ASDU等待傳送，然后發送規定格式的命令確認幀以通知監控系統接收命令執行結果或反饋數據。另外，有啟動事件或故障事件發生時，保護系統會將上傳LPDU的ACD位置位，以通知監控系統建立啟動/故障數據傳輸過程。保護系統的程序流程圖如圖3所示。
3.2 以太網通信的軟件設計
通過對DSP編程， 來實現RTL8019AS初始化、發送數據、接受數據，嵌入式TCP/IP協議等功能，在處理數據步驟之前，還需要對網絡控制器進行必要的檢測、復位和初始化。網絡接口通過2個DMA操作來完成數據的接收和發送。本地DMA完成RTL8019A S與其內部FIFO隊列之間的數據傳送，遠程DMA 完成RTL8019AS與CPU之間的數據傳送。
3.2.1 RTL8019AS的初始化
要進行網絡通信就必須對網絡控制芯片初始化，初始化比較煩瑣，但是它有著非常重要的地位，往往決定著網絡通信的一些重要參數。為了使RTL8019AS啟動并處于準備接收或準備發送數據的狀態，必須對相關的寄存器進行初始化。這些寄存器主要包括指令寄存器CR，數據結構寄存器DCR，遠程字節數寄存器RBCR，頁面開始寄存器PSTART，頁面停止寄存器PSTOP，中斷狀態寄存器ISR，中斷屏蔽寄存器IMR，實際地址寄存器PAR0-5，多點地址寄存器MAR0-7，當前頁面寄存器CURR，傳輸配置寄存器TCR，接收結構寄存器RCR等。
3.2.2 數據的收發
通過對地址及數據口的讀寫來完成以太網幀的接收與發送。要接收或發送數據包就必須讀寫網絡控制卡RTL8019AS內部的16KB的RAM，必須通過DMA進行讀和寫，網絡接口通過2個DMA操作來完成數據的接收和發送。即本地DMA完成RTL8019A S與其內部FIFO隊列之間的數據傳送，遠程DMA 完成RTL8019AS與CPU之間的數據傳送。
3.2.2.1 數據包的發送
數據包的接收大體包括三個步驟：數據包的封裝，通過遠程DMA將數據包送到數據發送緩存區，通過RTL8019AS的本地DMA將數據送入FIFO進行發送。下面講述發送的具體操作：
(1)數據包在發送前按規定的格式封裝好，在封裝時我們采用的是一個標準的IEEE802.3以太網物理傳輸幀格式，它的基本封裝格式如表1所示。
(2)把按以太網幀格式封裝好的數據包通過遠程DMA寫入RTL8019AS的數據發送緩存區。具體操作是首先主機設置好遠端DMA開始地址(RSAR0，1)和遠端DMA數據字節數(RBCR0，1)，并在CR中設置為“寫數據”，就可以從遠端DMA口寄存器里把數據寫入芯片RAM。
(3)啟動本地DMA將緩存區內的數據發送出去。即待發送的數據包存入芯片RAM后，給出發送緩沖區首地址和數據包長度(寫入TPSR、TBCR0，1)，然后啟動發送命令(CR=0x3E)即可實現8019AS發送功能。8019AS芯片會自動按以太網協議完成發送并將結果寫入狀態寄存器。
3.2.2.2 數據包的接收
以太網數據包的接收過程和數據包的發送過程剛好相反。首先是將網絡上的電信號變成數據存入芯片的接收緩存中，然后主機設置好遠端DMA開始地址(RSAR0，1)和遠端DMA數據字節數(RBCR0，1)，并在CR中設置“寫數據”，從遠端DMA口寄存器里把數據從芯片RAM讀到系統RAM中。接收緩沖區構成一個循環FIFO隊列，PSTART、PSTOP兩個寄存器限定了循環隊列的開始和結束頁，這兩個寄存器的設置是在以太網控制芯片的初始化中完成的。CURR為寫入指針，受芯片控制，BNRY為讀出指針，由主機程序控制，根據表達式“CURR=BNRY+1?”可以判斷是否收到新的數據包，新收到的數據包按表2的格式存于以CURR指出的地址為首址的RAM中。當CURR=BNRY時芯片停止接收數據包。
3.2.3 嵌入式TCP/IP協議選擇
TCP/IP協議實質上是一系列協議的總稱，TCP/IP協議是一組不同層次上的多個協議的組合，包含十幾個協議標準[8]。本文介紹的以太網接口是專門為繼電保護而設計的，不要求實現所有的TCP/IP協議，所以選擇的嵌入式TCP/IP是對TCP/IP協議族進行選擇并簡化而形成的協議集合。本設計實現的協議如圖4所示，通常分為四層（物理層除外）。
(1)鏈路層中實現了ARP（地址解析）協議。它主要是將32位的IP地址動態地映射為48位的以太網地址，從而保證網絡的正確傳輸。另外，在設計中把IP地址存儲于本地存儲器中，不必從其他服務器得到IP地址，這樣就無需實現RARP（逆地址解析）協議。
(2)在網絡層中主要實現了IP（網際）協議和ICMP（網絡控制報文）協議。IP協議是TCP/IP 協議簇中最核心的協議，它提供無連接的數據報傳送服務，所有上層協議都要以IP數據包格式傳輸。ICMP協議負責傳遞差錯報文以及其它需要注意的信息，在設計中只實現了對回顯請求（類型代碼為0）報文的處理，從IP層收到ICMP包后，判斷其類型代碼段是否為0，如果是，將類型字段與代碼字段設置為00（回顯應答），計算檢驗和，再交給IP層發送；如果不是，則予以丟棄。從而實現了對ping功能的支持。
(3)在運輸層實現了UDP（用戶數據報）協議。運輸層中包括兩種不同的協議：TCP（傳輸控制協議）和UDP（用戶數據報協議）。TCP是一種面向連接的、可靠的傳輸層協議，但其時延難以把握，不利于實時數據的傳輸；UDP協議是一種不面向連接的協議，它只是簡單地把數據報從一臺主機發送到另一臺主機，但并不保證該數據報能到達另一端，可靠性必須由應用層來提供，但其有實時性強的特點，能在同一時間將信息傳遞給所有節點。因此，在微機保護裝置中考慮快速性的要求，選擇了UDP協議。
(4)應用層主要指用戶進程，在保護裝置中采用的是國際電工委員會新制定的IEC61850標準，它可以用來實現面向對象和設備的無縫聯接通信。
4 結束語
本文介紹了微機保護的一種通信系統，該通信系統采用以太網通信與串行通信相結合的方式構成。文章設計了通信系統的硬件結構、編寫了驅動程序與功能軟件。設計的通信系統不僅可以滿足以太網組網的要求，也可以兼容傳統的串行通信要求，將大大地促進電廠和變電站綜合自動化的進程。
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關鍵詞：配網自動化；通訊方式
中圖分類號：F416文獻標識碼： A
配網自動化是集計算機技術、自動控制技術、數據通信技術、數據庫技術以及相關電力系統技術于一身的信息管理系統。通常把從變電到用戶用電全程的監視、控制和管理綜合自動化系統稱為配電管理系統，其內容包括：配電網絡數據采集和監控（SCADA）、地理信息系統、網絡分析和優化、工作管理系統、負荷管理和遠方抄表以及計費自動化和調度員培訓模擬系統。配電自動化是通過自動化系統，全面掌握、了解配電網的運行情況，如接線方式、開關狀態、負荷電流等，可以快速切斷故障恢復供電，改善供電服務質量，縮短事故搶修時間，減少工作量。配電自動化的目的在于提高供電的可靠性，提高供電服務質量，提高企業的經濟效益并提高配電網絡的管理水平。
在城市供電網絡中，我們習慣于把35KV及以下的電壓等級稱為配電網絡。隨著農、城網改造的進一步深入，110KV及35KV電壓等級的建設已十分完備，自動化水平也較高，調度管理、運行管理也比較規范。目前在城市供電網絡中主要是以10KV供電為主，占整個供電用戶數量的90%以上。但是10KV供電網絡由于歷史的原因，自動化水平基本上還很低，處于長期被忽視狀態，且線路復雜線損率高，供電可靠性差，故障率高。為了適應市場經濟的發展，加大力度進行電網建設的同時，加強10KV配電網絡的配電自動化工作，也是當前的一項重要任務。
1、配電自動化中的幾種通信方式
通信系統是建設配電自動化系統的關鍵技術，通信系統的好壞從很大程度上決定了自動化系統的優劣，配電自動化要借助可靠的通信手段，將控制中心的控制命令下發到各執行機構或遠方終端，同時將各遠方監控單元（RTU）所采集的各種信息上傳至控制中心。
隨著通信手段的不斷出新，目前可供使用、選擇的通信方式有多種多樣。按照傳統的分類方法，可簡單地分為有線方式和無線方式，其中有線方式包括：架空明線或電纜、配電線載波、郵電本地網、租用電話線、光纖、有線電視網（CATV）、現場總線和RS-485、專線等；無線方式包括：一點多址微波、傳統無線電通信（AM、FM、PM等）、無線擴頻、衛星通信、無線尋呼、數控電臺等。配電自動化對通信系統的要求，取決于配電網的規模和要求實現的具體希望水平，總體比較各種通信方式的優劣應綜合考慮如下幾點：（1）通信的可靠性，（2）通信技術的先進性，（3）可行性和使用維護的方便性，（4）配電通信的實時性，（5）通信系統的可擴充性。
2、配電自動化使用的通信方式及比較
（1）架空明線或電纜。其特點是建設簡單，線路衰耗大，頻帶窄，容易受到干擾，電力系統自動化中只能做近距離傳輸信道。
（2）配電載波。從目前的技術水平上看，典型的配電載波機的傳輸率可達到150-300bit/s，可滿足雙向通信的要求，對遠方抄表和監測線路數據比較經濟。但對于停電區數據如何用配電載波上傳仍然是一個技術難題，有待進一步研究。配電載波系統數據傳輸速率較低，容易受到干擾，由于反射使得配電載波在饋線的某些部分存在盲
點，其優點是技術相對簡單。配電載波有兩種變形即脈動控制技術和工頻控制技術，它們都是利用電力線路作為信號的傳輸途徑，在國外這兩種技術都有很好的應用實例。此外，擴頻載波機也在電力系統開始應用，它根據山農信息理論，用加大帶寬來換取傳輸的可靠性，將話音帶寬擴展到整個輸電線路頻譜，提高了傳輸率。
（3）光纖通信。光纖通信與其他通信比較有以下優點：光纖傳輸頻帶寬、通信容量大，傳輸損耗小，光電隔離，不受電磁干擾，組網方便、靈活。在配電自動化中，可以利用已建成的變電站到主控中心的光纖電話網絡進行數據傳輸，此時，光纖通過MODEM將數字脈沖轉換成話音頻帶占用一路或幾路話音通道進行傳輸。也可以架設專門
的光纖網絡進行數據傳輸，比如，可以光纖以太網或光纖自愈環網來進行傳輸，這在許多地區都有成功的經驗。
（4）現場總線和RS-485。現場總線（FIELD BUS）是近二十年發展起來的新技術，它是連接智能化的現場設備
和自動化系統的雙向傳輸、多分支結構的通信網絡，它適合于FTU和附近區域工作站的通信，以及變電站內部各個智能模塊之間的內部通信，現場總線可分為CANBUS(Controller Area Network)、LON WORKS(Local Operating Networks)和PROFI BUS(process Field Bus)等，對于一些實時性要求不高的場合，可以利用RS-485代替現場總線進行數據信號的傳輸。
（5）微波通道。電力系統微波在電力通信中發揮著重要的作用，對于調度自動化和變電站綜合自動化數據的傳輸有重要意義，微波頻率為1GHz以上，屬視距傳輸，傳輸容量大，穩定性能好，同時由于微波通信在電力系統運行多年，運行維護人員積累了豐富的經驗。但是，微波為點對點傳輸，而配電系統點多面廣，顯然不適合應用。但
值得一提的是一點多址小微波系統，它應用多址技術和統計復用技術，信道利用率高，穩定性好，適合于多點傳輸，其缺點是路由選擇比較困難。
（6）無線電通信。傳統的無線通信方式有：AM、FM、PM、無線尋呼等也可以應用到配電系統自動化的數據傳輸，但它們只能進行單向發送，如果需要進行雙向數據傳輸，它們就無能為力了，如果進行改造，使用雙向信道，該設備還是具有很大的應用價值。800MHz通信為無線數據通信頻段，對于配電系統通信是比較合適的一種方式。
關鍵詞；通信網絡 可靠性 拓撲結構算法分析
中圖分類號：TN914 獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2012)01(c)-0028-01
神經系統可以看作大量神經細胞通過神經纖維相互連接形成的通信系統，從大型電力通信系統到壘球交通通信系統，幾乎所有的復雜系統都可以抽象成通信通信系統模型，從生物體中的大腦到各種新陳代謝通信系統，這些通信系統往往有著大量的節點，從科研合作通信系統到各種經濟、政治、社會關系通信系統等，節點之間的連接關系可以通過通信系統部件的相互作用描述，人們已經生活在一個充滿著各種各樣通信系統的世界中。
通信系統化給人類社會生產和生活帶來了極大的便利，人類社會的日益通信系統化需要人類對各種人工和自然的復雜通信系統的行為有更好的認識，提高了人類生產效率和生活質量，對通信網可靠性研究的重大理論意義和應用價值也日益凸顯出來。但也給人類社會生活帶來了一定的負面沖擊，人們需要關注，如傳染病和計算機病毒的快速傳播以及大面積的停電事故等。
可靠性是通信系統最直接的影響因素。從實際情況來看，而運營部門在具體實施方面卻又缺乏綜合考慮。通信系統技術的發展為提高通信網可靠性提供了條件和可能，通信網可靠性的研究還有待作進一步深入。
1 通信系統系統可靠性度量參數
1.1基本可靠性
在隨機性破壞作用下，基于統計物理的抗毀性參數通過觀察節點或邊移除過程中通信系統性能的變化，能夠保持通信系統連通的概率。基于統計物理的通信系統抗毀性參數，用通信系統狀態發生相變時的臨界節點(邊)移除比例來刻畫通信系統的抗毀性，生存性參數是概率性的。近年來通信系統抗毀性研究的焦點出現了一個重要的新變遷，它不僅和通信系統的拓撲結構有關，常用的通信系統性能指標，也和通信系統部件的故障概率、外部故障以及維修策略等有關。從研究小規模簡單通信系統的精確性質轉變為研究大規模復雜通信系統的統計屬性，常用的度量參數包括端端可靠度、K端可靠度和全端可靠度。統計物理的很多方法開始被廣泛應用到復雜通信系統研究中，描述了隨機性破壞以及通信系統拓撲結構對通信系統可靠性的影響。
1.2任務可靠性
對于承載一定任務的通信系統系統來說，基于連通性能的基本可靠性是通信系統可靠性的一個基本要求，是決定通信系統系統發攛其性能的決定性要素，也是檢驗通信系統系統在任務執行過程中可靠性水平的準繩。但通信系統系統一旦投入使用，從而不能完成預定任務，與通信系統所承載的任務相結合，就要承載一定的業務負荷，通信系統系統任務可靠性作為一個綜合反映通信系統系統可靠性的參數更加具有實際意義。輸電通信系統的電傳送量，通信系統部件發生故障時會引起通信系統性能下降甚至癱瘓，交通通信系統的運輸量與流量等，在這種情況下通信系統實際上是不可靠的。
2 解析分析方法
2.1精確解析方法
狀態空間法是計算通信系統可靠性最簡單的方法，一個路集對應著通信系統的一個工作狀態，通過枚舉出通信系統正常工作的所有互斥的狀態而計算相應的可靠度。容斥原理法是按照組合數學的容斥原理公式求通信系統的可靠度，通信系統系統環境的復雜性和任務的不確定性等因素，一個割集對應著通信系統的一個故障狀態，使得利用數學模型和方法來分析求解通信系統任務可靠性很難，因此該方法將通信系統可靠度表示為全部最小路集的并。不交積和法是運用不交積和定理來計算通信系統可靠度，然后采用容斥原理去掉相容事件相交的部分，狀態空間法就成為了評估通信系統任務可靠性的有效方法之一，進而計算相應的可靠度。
2.2近似解析方法
圖變換法是一種犧牲精度而降低計算難度的方法，由于通信系統規模的增大，結構的復雜化、部件隨機性的增強等因素，先按照某種規則簡化通信系統，精確算法都具有指數復雜性，定界法是通過組合數學方法研究通信系統可靠性問題的代數結構，因此研究者對高效率的近似算法進行了大量的研究，再進行可靠度計算。在串并聯通信系統中可以完壘解決通信系統的可靠性計算問題，計算出絕對的邊界值來近似通信系統可靠度的精確值，而對一般的非串并聯通信系統可以起到充分簡化的作用。
2.3仿真分析方法
此計算機仿真成為了分析通信系統可靠性的重要方法。利用它的自適應機制和學習能力，通過計算機對通信系統進行模擬，不斷逼近可靠性與通信系統結構等參數之間復雜的映射關系，并獲取抽樣信息。進而對通信系統可靠性作出近似估計。不同的抽樣方式對通信系統可靠性的估計精度有很大的影響，通信系統可靠性是關于通信系統結構以及通信系統部件可靠度的高度非線性映射，神經通信系統法受通信系統結構復雜度和樣本精確度的影響較大，而神經通信系統可以實現輸入空間到輸出空間的非線性映射，而確定通信系統結構和精確的樣本存在困難，因此，需要大量的訓練樣本才能保證得到好的結果。神經通信系統技術在通信系統可靠性研究中得到了廣泛的應用，在通信系統可靠性分析和建模方面有很大的潛力。
關鍵詞 OFDMA技術；電力應急；通信系統
中圖分類號TN915 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）84-0178-02
0 引言
近年來，我國突發性災害發生較為頻繁，為了保證電力應急通信系統的安全運行，提高我國抗災能力，國家電網部門明確提出了改善電力應急通信系統的要求。隨著通信技術的不斷發展和進步，無線通信技術慢慢取代了原有的有線通信技術，具有布局靈活、成本較低、穩定性好等優點，并在電力應急通信系統中得到廣泛的運用。OFDMA技術作為無線通信技術最新研究成果，具有易操作、抗衰落性強等優點，受到了人們的高度關注。如何在OFDMA技術的基礎上，完善我國的電力應急通信系統成為當今急需解決的重要課題。
1 OFDMA技術的運用優點
1.1 頻譜可用率較高
OFDMA技術中具有特殊的OFDM信號，能夠將兩個相鄰的子載波重疊在一起，因此OFDMA技術的頻譜可用率是非常高的，甚至與奈奎斯特極限非常接近。在缺乏頻譜資源的無線通信環境下，頻譜可用率就顯得尤為重要。一方面提高了通信系統的覆蓋率，另一方面提高了寬帶運作的效率和安全性。
1.2 抗衰落性比較強
OFDMA技術可以把寬帶傳輸模式轉變成為多個子載波形式的窄帶傳輸模式，電力應急通信操作人員可以從每條子載波通信管道中觀察到電力應急通信系統的衰落通信管道，并在循環前綴的輔助下，利用較為簡單的均衡或者單相抽頭來糾正其已經扭曲的通信管道，以提高通信接收機的效率[1]。
1.3 系統運行效率高
單一的OFDMA系統能夠利用每個子載波的通信管道，每個符號中的比特值和每個子載波通信管道內功率，讓電力應急通信系統總比特率達到最大值。每個子載波的通信管道功率都是平均分配的，通過不同系統用戶衰落通信管道，為系統用戶提供最佳的子載波，使得系統得到分集增益，大大提高了系統的運行效率。
1.4 頻寬擴展能力強
系統子載波的使用數量是由OFDMA系統中的信號頻寬決定的，所以OFDMA系統頻寬具有較強的擴展能力，其擴展范圍從幾百Hz至幾百MHz。隨著移動通信寬帶技術的不斷發展和進步，OFDMA系統為大頻寬的發展提供了重要的技術支持，實現了單載波的功能。
2 OFDMA技術在電力應急通信系統中的運用
隨著OFDMA技術的不斷完善，為電力應急通信系統提供了重要的技術保障，滿足了電力應急通信系統的要求，提高了電力應急通信系統的運行效率。以下是在OFDMA技術基礎上的電力應急通信系統設計和完善。
2.1 電力應急通信基站、衛星定位
在OFDMA技術的支持下建立的系統基站，不僅能夠實現從有線寬帶轉變成無線寬帶的功能，同時可以形成無線寬帶的接收通信系統，大大提高了電力應急通信系統的工作效率。當出現電力安全經濟事故的時候，能夠把系統基站立即部署于存在寬帶條件的變電站或者通信站中，與通信站中的通信網相連接，為電力系統故障維護人員提供重要依據。系統中的衛星定位功能，為電力故障維護人員提供立體化的地圖，使得電力應急通信車能夠及時趕到事故現場，進行相應的維修工作。
2.2 電力應急通信車載系統
當電力事故發展時，車載系統能夠特殊的情況下，快速趕到事故現場，并實行應急通信系統，把事故現場的信息傳輸到電力指揮中心，保證電力指揮中心在第一時間獲取事故現象信息，及時制定應急措施，降低事故危害性。車載系統功能主要包括以下三個部分：
1）視頻采集功能
車載系統中的視頻采集功能具有低成本、易建設、穩定性好、靈活性高的優點，成為電力應急視頻監視的重要手段。它既可以采用單兵系統進行視頻采集，也可以采用通信車進行視頻采集[2]。單兵系統適用于各種環境，采集信息圖像較為詳細，并利用OFDMA系統將采集到的信息傳到通信車。通信車再通過無線網絡傳輸的方式，將其傳輸至應急指揮中心。
2）數據傳輸功能
OFDMA技術的支持上，車載系統能夠實現無線數據傳輸的功能，并通過無線網絡、光纖鏈路或者衛星定位系統，與電力應急指揮中心相連接，滿足不同環境下寬帶IP數據傳輸的要求。手機、計算機等設備終端可以利用無線網絡與電力應急通信車所需數據傳輸相連接，以滿足系統的需求。由于OFDMA 具有較高的抗衰落能力，可以依據子載波信號情況來判斷和分配通信管道，防止通信渠受到干擾，提高了數據傳輸的質量。
3）視頻會議功能
車載系統中的視頻會議功能為電力應急措施的決策提供一個會議空間，系統用戶可以通過視頻會議設備進行現場會議，并進行現場決策及輔助辦公。但是視頻信息的數據量較大、穩定性較弱、算法較為復雜。在OFDMA 技術支持下的WiMAX 系統有效的提高視頻信息的清晰度、流暢度及傳輸速率。
2.3 電力應急通信指揮系統
所謂的電力應急通信指揮系統主要是當電力系統出現重要安全事故時，通過收集和分析數據，對電力應急指揮提供重要的決策依據，并按照應急方案進行一系列的應急控制措施，以形成預警、預防、處理及善后的應急體系。而在OFDMA 技術支持上形成的無線電力應急通信指揮系統，可以實現人控制車，車控制應急指揮中心的運行程序[3]。當然也可以在電力控制部門成立總的電力應急指揮中心，并在各個部門成立分支指揮中心，構成一個電力應急無線網。事故救援隊伍可利用電力應急通信系統采集事故現場的畫面和數據，并通過衛星、通信車等設備，將采集的信息傳輸至電力應急指揮中心。救援專家可以利用電力應急通信系統為救援小組提供解決對策，以保證電力故障的有效處理。
3 結論
隨著OFDMA技術在電力通信的應用，其易操作、頻譜可用率高、抗衰落性強等優點，大大提高了電力應急通信系統運行效率和安全性，為我國無線電力應急通信系統的實現提供重要的技術支持，促進我國電力應急通信系統的發展。
參考文獻
[1]付重，肖行詮.電力應急通信系統應用研究[J].電力系統通信，2011，8（5）：67-68.
