時(shí)間：2023-05-30 10:09:27
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)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篇無線傳輸，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
通過對(duì)無線話筒的研究，我想到了利用無線話筒來傳輸音樂。
最簡單的方法是用無線話筒對(duì)著播放的音樂，通過話筒進(jìn)行無線傳輸，但這種方式導(dǎo)致播放的音質(zhì)很差，也很容易竄入雜音，效果很不好。因此我設(shè)計(jì)并實(shí)施了改造無線話筒方案。
一、選取領(lǐng)夾式無線話筒發(fā)射機(jī)
領(lǐng)夾式無線話筒發(fā)射機(jī)從左至右一次為信號(hào)增益調(diào)節(jié)鈕、領(lǐng)夾話筒3.5mm的單聲道香蕉插頭、電源開關(guān)。拆開后蓋，尋找天線位置。
二、拆除天線跳線
標(biāo)示英文“ANT”的為天線接點(diǎn)，該發(fā)射機(jī)利用領(lǐng)夾話筒接線作為天線，電路板后的跳線把天線接到話筒線的負(fù)端。因?yàn)樾栌眠B接線連接音樂播放設(shè)備，話筒線的負(fù)端就會(huì)接地，繼而嚴(yán)重影響天線的發(fā)射效果，所以一定要把跳線去掉，額外加裝外置天線，加強(qiáng)發(fā)射效果。
三、加裝外置天線
準(zhǔn)備一個(gè)小的拉桿天線，用電烙鐵在無線話筒發(fā)射機(jī)塑料外殼上燙開一個(gè)圓口，放入拉桿天線，將天線焊接在電路板上。
四、制作連接線
一頭用3.5mm的單聲道香蕉插頭，另一頭用3.5mm的立體聲香蕉插頭，連接線最好用屏蔽線，以防近距離的手機(jī)信號(hào)干擾。然后在連接線的中部加裝信號(hào)衰減裝置。
由于我選用的領(lǐng)夾式無線話筒發(fā)射機(jī)本身帶有信號(hào)增益調(diào)節(jié)鈕，經(jīng)過測試，當(dāng)把信號(hào)增益調(diào)節(jié)鈕調(diào)到最小，另一邊所接電腦音量在50%時(shí)，信號(hào)接收機(jī)電平顯示已經(jīng)達(dá)到最大值，所以不必在連接線的中部加裝信號(hào)衰減裝置。
五、實(shí)驗(yàn)測試
1.近距離測試
連接線的一頭（單聲道）插入無線話筒發(fā)射機(jī)，另一頭（立體聲）插入電腦耳機(jī)孔，用電腦播放音樂，測試音樂信號(hào)電平，通過調(diào)節(jié)音量，確定連接線內(nèi)置電阻的阻值，確保信號(hào)衰減在合適的程度。調(diào)試順利完成后就可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離測試了。
2.遠(yuǎn)距離測試
[關(guān)鍵詞]GPRS；無線傳輸；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；具體應(yīng)用
中圖分類號(hào)：U461.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）04-0016-01
前言：
無線技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了無線傳輸技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。無線傳輸主要分為數(shù)字微波傳輸和模擬微波傳輸兩種。起先，無線傳輸技術(shù)主要應(yīng)用GSM，在GPRS技術(shù)融入到無線傳輸技術(shù)之后，它在最高數(shù)據(jù)速率等方面的表現(xiàn)均優(yōu)于GSM，從而開啟了無線傳輸技術(shù)發(fā)展新模式，推動(dòng)著無線傳輸技術(shù)向更深層次的領(lǐng)域發(fā)展。
一、無線傳輸技術(shù)中GPRS的應(yīng)用
GPRS作為基于GSM的一種移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，是在GSM網(wǎng)絡(luò)上疊加新網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)在這個(gè)新網(wǎng)絡(luò)上再增加一些軟件升級(jí)及硬件設(shè)備，從而形成一個(gè)全新的網(wǎng)絡(luò)邏輯實(shí)體，向用戶提供廣域的、端到端的移動(dòng)無線分組IP或X.25鏈接。這種技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和電信網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行了有效連接，使其發(fā)展模式面向全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。
圖1為GPRS的系統(tǒng)原理圖，從圖中可以看出，MSC同BSC之間為電路交換方式，同外部的PLMN等網(wǎng)絡(luò)相連接。提供語音服務(wù)等。BSC和SGSN之間為分組交換方式，通常由幀中繼連接，BSC中設(shè)有PCU單元，GGSN同SGSN之間由IP網(wǎng)絡(luò)連接。GGSN由路由器負(fù)責(zé)內(nèi)、外部IP地址間的轉(zhuǎn)換，這樣MS既可以訪問GPRS內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)也可以通過APN訪問外部的Internet網(wǎng)絡(luò)。
GPRS系統(tǒng)采用高效率的方式在外部網(wǎng)絡(luò)和空中接口之間傳輸分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，這種高效率的方式是基于分組交換傳輸數(shù)據(jù)的。它最高的數(shù)據(jù)速率在115Kbps―170Kbps之間，遠(yuǎn)高于GSM網(wǎng)9.6Kbps的最高速率限制。此外，GPRS采用用動(dòng)態(tài)復(fù)用的進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸信道和無線信道的分配，而且物理信道資源僅在數(shù)據(jù)通信時(shí)才會(huì)被占用，因此在很大程度上提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸及頻率資源的利用率，推動(dòng)著移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)。
二、無線傳輸技術(shù)中GPRS網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)
GPRS網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)是在核心網(wǎng)絡(luò)GSM中引入了分組交換平臺(tái)GSN，GSN主要包括GGSN和SGSN。它的功能主要為移動(dòng)路由管理，可以連接不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，包括GPRS寄存器。GSN可以完成數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)臺(tái)之間的格式轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)傳送，既可當(dāng)作獨(dú)立設(shè)備來使用，同時(shí)也可以和MSC相結(jié)合。其中GGSN是GPRS同外部網(wǎng)絡(luò)間的分界線，主要起著網(wǎng)關(guān)的作用，可以協(xié)議轉(zhuǎn)換GPRS的分組數(shù)據(jù)包，并將這些數(shù)據(jù)包傳動(dòng)到遠(yuǎn)端的X.25或IP網(wǎng)絡(luò)。GGSN功過Gc接口可以相HLR發(fā)送用戶位置信息的請求，當(dāng)沒有Gc接口時(shí)HLR同GGSN間的信令過程可以由GSN轉(zhuǎn)發(fā)。
基于GPRS的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)同基于GSM的相比引入了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)接口，如Gn，Gs，Gr等。GPRS網(wǎng)絡(luò)邏輯的接口和結(jié)構(gòu)如圖2所示。SGSN同SMS一GMSC，MSC/VLR，SMS一IWMSC和HLR間的信令傳輸是使用7號(hào)信令的。GPRS在同一個(gè)PLMN內(nèi)通過Gn接口連接，它們之間的數(shù)據(jù)傳輸和信令都在同一平臺(tái)進(jìn)行，可以選擇的平臺(tái)包括ATM，DDN，幀中繼等，而SGSN同BSS之間常以幀中繼為傳輸平臺(tái)。
三、 GPRS無線傳輸技術(shù)的應(yīng)用
以水文自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)為例。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸是水文自動(dòng)測報(bào)工作系統(tǒng)中不可或缺的環(huán)節(jié)，GPRS無線傳輸技術(shù)的應(yīng)用任務(wù)就是將遙測的現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳送給水文工作的監(jiān)控中心，具體的應(yīng)用設(shè)計(jì)如下：
（一）GPRS無線傳輸技術(shù)的組網(wǎng)設(shè)計(jì)
首先是GPRS數(shù)據(jù)在組網(wǎng)和中心站間的接入方法。數(shù)據(jù)的傳輸特點(diǎn)決定了監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)接入選擇GPRS無線Modern的方式，它可以為用戶建立一個(gè)無線VPN專用數(shù)據(jù)網(wǎng)，提供高質(zhì)量的、各種速率的永久或半永久的數(shù)據(jù)傳輸專用通訊鏈路，在遙測端，通過GPRS無線DDN來確保水文數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)。無線DDN采用GPRS通信網(wǎng)絡(luò)來組成一個(gè)數(shù)字、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，這種接入方法很適合分散在野外的且監(jiān)測條件差的遙測系統(tǒng)。
其次，完成組網(wǎng)和中心站的接入工作之后要對(duì)GPRS寬帶進(jìn)行估算。假設(shè)水文遙測系統(tǒng)的遙測站點(diǎn)為100個(gè)，每個(gè)站點(diǎn)的遙測數(shù)據(jù)包的字節(jié)數(shù)量為20，單站的數(shù)據(jù)流為200bit，那么100個(gè)遙測站的數(shù)據(jù)流則為20kbit，若要在1s內(nèi)傳送完畢，占用寬帶約為20kbps，若要在2s內(nèi)傳送完畢，則占用寬帶約10kbps。水文遙測站GPRS的實(shí)際傳輸寬帶通常大于40k，因此通過估算，基于GPRS在野外站點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳完全可以。
最后，關(guān)于數(shù)據(jù)上傳和命令下傳。各監(jiān)測站采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換和打包以后被發(fā)送到GPRS模塊，該模塊根據(jù)已經(jīng)定義好的連接方式給數(shù)據(jù)增加校驗(yàn)碼和冗余碼，并轉(zhuǎn)換成可以在無線鏈路上自由傳送的數(shù)據(jù)包信號(hào)并最終傳送到監(jiān)控中心。由于GPRS無線傳輸為透明傳遞，因此在命令下傳時(shí)，監(jiān)控中心可以把命令及參數(shù)等傳到監(jiān)測站，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)讀取及參數(shù)設(shè)置。
（二） GPRS的實(shí)際操作
遙測站的中心配有GPRS無線GTU，中心站使用無線Modern，在有GPRS信號(hào)覆蓋的區(qū)域組網(wǎng)建站，使用GPRS無線傳輸技術(shù)對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。
GPRS的終端采用標(biāo)準(zhǔn)的無線DTU/GPRS模塊，它是專為無線數(shù)據(jù)傳輸需要而開發(fā)的協(xié)議轉(zhuǎn)換器，確保了GSM協(xié)議轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)對(duì)方主機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)也可以通過DTU/GPRS協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再以串口數(shù)據(jù)的方式傳回到中心主機(jī)，只要接口為RS―232的設(shè)備都可以通過DTU/GPRS來實(shí)現(xiàn)GSM的數(shù)據(jù)傳輸。
小結(jié)：
綜上所述，無線傳輸技術(shù)中應(yīng)用GPRS系統(tǒng)與傳統(tǒng)模式相比具有自己的優(yōu)勢，在實(shí)際應(yīng)用中也憑借著自身的特點(diǎn)有著很強(qiáng)的適用性及靈活性，因此應(yīng)該進(jìn)一步加大無線傳輸技術(shù)中應(yīng)用GPRS的研究工作，以保證無線傳輸技術(shù)可以更好的服務(wù)于各個(gè)領(lǐng)域及行業(yè)。
參考文獻(xiàn)
[1] 燕景.基于GPRS通信模塊的無線傳輸系統(tǒng)[J].信息與電腦（理論版）.2010（05）.
【關(guān)鍵詞】物料跟蹤；自動(dòng)采集；無線傳輸
引言
企業(yè)生產(chǎn)需要做好信息流的管理。原材料信息的是生產(chǎn)信息流中的重要組成部分。做好了原材料物料信息的跟蹤處理，對(duì)穩(wěn)定現(xiàn)場生產(chǎn)，控制制造成本，確保產(chǎn)品質(zhì)量均具有重要意義。
無線傳輸技術(shù)日趨成熟，在各行業(yè)均有應(yīng)用。使用無線傳輸技術(shù)可解決生產(chǎn)現(xiàn)場因空間限制不能鋪設(shè)電纜，導(dǎo)致有線信號(hào)不能傳輸?shù)膯栴}。
1.轉(zhuǎn)爐廢鋼槽裝槽工藝
某煉鋼廠150噸轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)，每爐需高爐鐵水約135噸，各類廢鋼及其他原材料約25噸。轉(zhuǎn)爐廢鋼裝槽使用廢鋼車車載式稱量系統(tǒng)稱量。空槽在轉(zhuǎn)爐渣跨、廢鋼跨使用磁盤吊或抓斗分批次將相關(guān)物料加入廢鋼槽中。當(dāng)稱量到達(dá)預(yù)計(jì)重量后，廢鋼車將廢鋼槽從渣跨、廢鋼跨向東行駛，開往加料跨。廢鋼車在加料跨停車后，由加料跨的50+50吊車將廢鋼槽吊起，將槽內(nèi)物料加入轉(zhuǎn)爐冶煉。
該煉鋼廠廢鋼及相關(guān)原材料主要依靠汽車運(yùn)輸、火車車皮倒運(yùn)等方式進(jìn)入現(xiàn)場，分區(qū)域堆放在該廠的轉(zhuǎn)爐渣跨和廢鋼跨。相關(guān)物料種類繁多，有生鐵塊、統(tǒng)廢、重廢、渣鋼、豆鋼和板廢等十余種。相關(guān)存放如下圖圖1物料存放區(qū)域示意圖所示：
圖1 物料存放區(qū)域示意圖
其他煉鋼廠廢鋼裝槽工藝與該廠有所不同。有的煉鋼廠有專門的廢鋼分類處理工序，可將零散廢鋼壓緊打包；有的煉鋼廠廢鋼槽裝槽使用天車磁盤稱量，可對(duì)每一吊的吊物料進(jìn)行稱量。以上兩種裝入方式在廢鋼種類控制、重量統(tǒng)計(jì)方面都較為規(guī)范。該廠廢鋼槽裝槽方式相比其他鋼廠，無論在廢鋼等不同物料的區(qū)分統(tǒng)計(jì)上，還是在廢鋼等物料的重量記錄上都有諸多不便。而廢鋼及相關(guān)物料相關(guān)信息的統(tǒng)計(jì)管理直接影響該煉鋼廠鋼鐵料成本的控制，需進(jìn)一步完善。
2.物料跟蹤系統(tǒng)
2.1物料信息采集
為規(guī)范每爐廢鋼實(shí)際裝槽情況，該廠設(shè)計(jì)并安裝了一套廢鋼物料跟蹤系統(tǒng)，用于自動(dòng)統(tǒng)計(jì)廢鋼裝槽實(shí)際情況。
在爐渣跨與廢鋼跨共用的吊車走臺(tái)安裝1套S7-300 PLC控制柜作為下位機(jī)，通過以太網(wǎng)與廢鋼操作室內(nèi)作為上位機(jī)的工控機(jī)進(jìn)行通訊。以廢鋼1、2號(hào)車為中心線，分別在其每跨的吊車走臺(tái)上分別向南、北兩側(cè)安裝光電感應(yīng)開關(guān)。一個(gè)光電開關(guān)代表一個(gè)物料區(qū)域。相關(guān)代表物料區(qū)域的光電開關(guān)信號(hào)被接入S7-300PLC。
因吊車吊運(yùn)物料是由廢鋼車位置為起點(diǎn)，分別往南、北方向去各物料堆放地進(jìn)行物料吊運(yùn)。故廢鋼車軌道往南安裝的光電開關(guān)應(yīng)靠物料區(qū)域北側(cè)安裝；廢鋼車軌道往北安裝的光電開關(guān)應(yīng)靠物料區(qū)域南側(cè)安裝。
參見下圖圖2光電開關(guān)安裝示意圖所示（表示光電開關(guān)）：
圖2 光電開關(guān)安裝示意圖
以上圖圖2為例，吊車從廢鋼車軌道向南行走，經(jīng)過①物料區(qū)時(shí)，其①物料區(qū)北側(cè)的光電開關(guān)感應(yīng)到信號(hào)傳給PLC，該信號(hào)激活并在程序中置位，自動(dòng)認(rèn)定為①物料；當(dāng)?shù)踯嚴(yán)^續(xù)行走到②物料區(qū)時(shí)，其②物料區(qū)北側(cè)的光電開關(guān)感應(yīng)到信號(hào)傳給PLC，該信號(hào)激活并在程序中置位，自動(dòng)認(rèn)定為②物料，同時(shí)將①物料置位信號(hào)清零。即依次類推。
以廢鋼車軌道上方為起點(diǎn)，向南行駛，其越靠南邊的光電開關(guān)優(yōu)先級(jí)越高。當(dāng)越靠南邊的光電開關(guān)感應(yīng)信號(hào)后，其臨近的靠北側(cè)光電開關(guān)信號(hào)被清零。同理，以廢鋼車軌道上方為起點(diǎn)，向北行駛，其越靠北邊的物料優(yōu)先級(jí)越高，當(dāng)越靠北邊的光電開關(guān)來了后，其臨近的靠南側(cè)光電開關(guān)信號(hào)被清零。
該功能只有以廢鋼車軌道上方為起點(diǎn)，分別向南、向北開時(shí)才起作用。當(dāng)最終的光電開關(guān)信號(hào)到來后30秒，未被更高級(jí)別光電開關(guān)清零，則該物料信息被記錄。
為方便物料調(diào)整，物料信息統(tǒng)一按代碼設(shè)定。如101代表生鐵，102代表統(tǒng)廢，依次類推。各光電開關(guān)對(duì)應(yīng)的物料代碼可通過工程師站/或HMI管理員權(quán)限在PLC程序中設(shè)定。
2.2重量信息采集
當(dāng)廢鋼車在渣跨或廢鋼跨開始裝槽時(shí)，其初始（或上一次）重量能被PLC記錄，并存儲(chǔ)到PLC的DB塊中。
在1號(hào)廢鋼車、2號(hào)廢鋼車對(duì)應(yīng)中心線的吊車走臺(tái)各裝一個(gè)光電開關(guān)，代表裝槽位。相關(guān)代表槽位的光電開關(guān)信號(hào)被接入PLC300下位機(jī)。當(dāng)物料被磁盤吸吊后，磁盤吊將其吊運(yùn)至對(duì)應(yīng)廢鋼車的廢鋼槽上方。此時(shí)裝槽位信號(hào)感應(yīng)到信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)持續(xù)保持5秒，則裝槽位信號(hào)被激活。
當(dāng)裝槽位信號(hào)被激活，且對(duì)應(yīng)廢鋼車稱量信號(hào)發(fā)生變化時(shí)（≥200KG），延遲3秒后，PLC記錄新物料加入后的總重量。將新采集的重量數(shù)據(jù)減去之前存儲(chǔ)的初始（或上次）重量數(shù)據(jù)得出新加入的物料單重。單次裝槽的單重信息被保存下來
當(dāng)有一槽已裝好的廢鋼槽被吊走，廢鋼車車載稱重?cái)?shù)據(jù)將減少15噸以上。當(dāng)廢鋼稱重突然遞減15噸，則認(rèn)為廢鋼槽已調(diào)走，相關(guān)物料信息、各單重信息、總重?cái)?shù)據(jù)等信息被上傳至二級(jí)數(shù)據(jù)庫，同時(shí)將總重量清零。
2.3無線傳輸技術(shù)運(yùn)用
此物料跟蹤系統(tǒng)有個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)需解決：如從廢鋼車上方開始出發(fā)，先往北開，激活了一個(gè)物料信號(hào)，但尚未吊物料。此后再往回向南開回來一個(gè)物料區(qū)進(jìn)行吊物料作業(yè)，則物料跟蹤系統(tǒng)不能正確判別，系統(tǒng)依舊會(huì)認(rèn)定為吊車此次吊運(yùn)的是剛才經(jīng)過的最北頭的物料代碼。同一跨的吊車因物料裝入的比例不同，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)讓車作業(yè)，故導(dǎo)致物料信息判別錯(cuò)誤。
為此，如何區(qū)分吊車是進(jìn)行讓車作業(yè)，還是物料倒運(yùn)作業(yè)至關(guān)重要，將直接影響物料系統(tǒng)跟蹤的準(zhǔn)確性。而吊車本身是一套獨(dú)立、完整的機(jī)電一體品。吊車與地面的聯(lián)系只有供電吊車電源的低壓滑觸線。為解決信號(hào)傳輸問題，該廠增設(shè)一套無線傳輸設(shè)備來解決同一跨兩臺(tái)吊車位置和作業(yè)的判斷問題。
選用某品牌無線開關(guān)量信號(hào)傳輸模塊。在PLC柜內(nèi)安裝一個(gè)8點(diǎn)數(shù)字量DO輸出點(diǎn)的無線接收站，在爐渣跨與廢鋼跨4臺(tái)（每跨2臺(tái)）吊車上各安裝一個(gè)4點(diǎn)數(shù)字量DI輸入點(diǎn)無線發(fā)射站。無線信號(hào)傳輸系統(tǒng)設(shè)備配置如下圖圖3所示
圖3 無線信號(hào)傳輸系統(tǒng)配置圖
通過各子站的無線信號(hào)傳輸DI模塊分別采集磁盤吊主接觸器吸合信號(hào)和磁盤主卷揚(yáng)上升信號(hào)。各子站信號(hào)通過無線傳輸方式，發(fā)送給無線信號(hào)傳輸?shù)紻O模塊主站。無線信號(hào)傳輸DO模塊接收到信號(hào)后，再將接收到的各吊車信號(hào)通過硬接線方式發(fā)送給S7-300PLC。當(dāng)以上兩個(gè)信號(hào)激活時(shí)，可以認(rèn)定吊車在此物料區(qū)間進(jìn)行物料吊運(yùn)作業(yè)；反之，可判斷為天車在進(jìn)行讓車作業(yè)或其他作業(yè)，不需對(duì)其物料信息進(jìn)行記錄。另外，還可采集天車大車走行正反轉(zhuǎn)信號(hào)作為向南、向北方向行走的判別信號(hào)，可協(xié)助物料吊運(yùn)區(qū)域的正確判別。
將以上信號(hào)的組合使用，分別作為吊車吊運(yùn)物料的連鎖信號(hào)，可準(zhǔn)確區(qū)分同一跨的兩臺(tái)吊車是在進(jìn)行讓車作業(yè)，還是在進(jìn)行吊運(yùn)物料作業(yè)，有效解決了因吊車讓車導(dǎo)致的物料信息紊亂的問題。
3.實(shí)施效果
項(xiàng)目通過無線傳輸信號(hào)的使用，成功解決了吊車作業(yè)情況的判別問題，經(jīng)實(shí)際使用測試，使用情況良好。經(jīng)過一系列改進(jìn)完善措施的實(shí)施，該廠建立了廢鋼槽裝槽物料跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，一方面可對(duì)轉(zhuǎn)爐渣跨、廢鋼跨天車每一吊吊物的物料種類、物料重量進(jìn)行自動(dòng)記錄，準(zhǔn)確掌握每槽廢鋼槽的裝槽信息，為轉(zhuǎn)爐冶煉提供依據(jù)；另一方面，可將轉(zhuǎn)爐渣跨、廢鋼跨的各類物料的消耗情況按每日、每周、每月為周期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，便于及時(shí)掌握各類物料的消耗情況，完善了該煉鋼廠鋼鐵料消耗信息流的管理。
所謂“精細(xì)農(nóng)業(yè)”，實(shí)際上就是通過對(duì)田間農(nóng)作物各項(xiàng)要素的實(shí)際信息進(jìn)行分析，從而達(dá)到“最小投入、最大收益”的目的以及農(nóng)業(yè)生態(tài)的可持續(xù)性發(fā)展。對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行信息獲取與傳輸技術(shù)與“精細(xì)農(nóng)業(yè)”研發(fā)體系中的其他項(xiàng)目相比是屬于研究比較少的領(lǐng)域。但是利用傳感期以及單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與測量的方式，在國防以及工農(nóng)業(yè)中都有著廣泛的應(yīng)用，而GPRS的迅猛發(fā)展也為數(shù)據(jù)的采集傳輸開辟了新的研究方向。本文將對(duì)田間信息的遠(yuǎn)程獲取與無線傳輸系統(tǒng)進(jìn)行研究討論。
【關(guān)鍵詞】精細(xì)農(nóng)業(yè) 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 無線傳輸 GPRS
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式也在逐漸向科學(xué)化的方向過渡。傳統(tǒng)農(nóng)作物的培育主要是依靠生物育種的方式，在這種生產(chǎn)模式中，是通過投入大量的農(nóng)藥以及化肥來達(dá)到提升農(nóng)作物生產(chǎn)產(chǎn)量的目的。但是過度的使用化肥農(nóng)藥勢必會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成不良影響，同時(shí)農(nóng)藥化肥在農(nóng)作物中的殘留物質(zhì)也會(huì)嚴(yán)重影響人的身體健康。于是“精細(xì)農(nóng)業(yè)”應(yīng)運(yùn)而生，并開始逐漸在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中普及。它主要是依靠現(xiàn)代通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物的生產(chǎn)管理。在很多農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的國家，“精細(xì)農(nóng)業(yè)”已經(jīng)被認(rèn)定為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必要途徑之一。
1 系統(tǒng)的基本原理以及性能需求
1.1 系統(tǒng)的基本原理
田間信息的遠(yuǎn)程獲取與無線傳輸系統(tǒng)主要由以下5個(gè)部分組成：用來采集土壤墑情的模塊、自動(dòng)氣象站、無線數(shù)據(jù)傳輸、供電系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的具體工作原理如下文所述：
采集土壤墑情主要是利用土壤的溫濕傳感器來感測信號(hào)，將信號(hào)經(jīng)過放大電路以及適當(dāng)?shù)恼{(diào)整之后存儲(chǔ)到單片機(jī)當(dāng)中，然后與單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)串口進(jìn)行連接的收發(fā)無線數(shù)據(jù)的模塊將會(huì)把轉(zhuǎn)換后的信號(hào)通過無線傳輸?shù)姆绞剿偷阶詣?dòng)氣象站的數(shù)據(jù)采集器中。接下來就是氣象站內(nèi)的各類傳感器把采集到的信號(hào)送至數(shù)據(jù)采集器中進(jìn)行存儲(chǔ)以及進(jìn)一步的傳輸。數(shù)據(jù)采集器會(huì)將存儲(chǔ)的所有數(shù)據(jù)傳送到GPRS DTU也就是內(nèi)置存儲(chǔ)卡中，然后GPRS DTU會(huì)把數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的封裝，與此同時(shí)，通過系統(tǒng)內(nèi)置的TCP/IP協(xié)議將GPRS網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無縫接入，最終通過各類網(wǎng)關(guān)和路由將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心中，由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)來對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)實(shí)施總體的監(jiān)控。
1.2 系統(tǒng)的性能要求
田間信息的遠(yuǎn)程獲取與無線傳輸系統(tǒng)的建立最初，是為了對(duì)農(nóng)田的需水情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，通過各種類型的傳感器來對(duì)農(nóng)田的作物信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集，并將數(shù)據(jù)及時(shí)的傳送到計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心當(dāng)中，以確保農(nóng)田的監(jiān)管人員可以對(duì)農(nóng)田中出現(xiàn)的各類問題進(jìn)行及時(shí)的處理。將這個(gè)系統(tǒng)安裝到設(shè)定好的農(nóng)田環(huán)境當(dāng)中，可以實(shí)現(xiàn)無人值守的工作方式。另外因?yàn)樵撓到y(tǒng)具有拆裝以及操作比較簡便、對(duì)于農(nóng)田中各類信息的采集比較準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)的傳輸速度快、對(duì)其維護(hù)的成本不高等特點(diǎn)。所以對(duì)該系統(tǒng)也提出了幾點(diǎn)性能上的要求：
第一就是要有高度的可靠性。因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)是運(yùn)行在長期無人堅(jiān)守的環(huán)境當(dāng)中，因此在運(yùn)行過程當(dāng)中系統(tǒng)不能出現(xiàn)無法響應(yīng)、數(shù)據(jù)連接中斷以及硬件故障或者是系統(tǒng)崩潰的情況。
第二保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。在系統(tǒng)正常運(yùn)行的過程當(dāng)中，要確保數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性以及信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。以此來保證農(nóng)田管理人員可以對(duì)農(nóng)田的各類信息作出及時(shí)的了解、對(duì)農(nóng)田中出現(xiàn)的各類問題進(jìn)行及時(shí)的解決，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)田生產(chǎn)管理上的優(yōu)化。
2 與系統(tǒng)相關(guān)的各項(xiàng)技術(shù)
2.1 單片機(jī)
單片機(jī)的工作實(shí)際上就是為完成各項(xiàng)任務(wù)而編制程序，也就是對(duì)各項(xiàng)任務(wù)指令進(jìn)行逐條的編譯。單片機(jī)執(zhí)行的每項(xiàng)任務(wù)都可以將其分成三個(gè)階段（取出指令、分析指令、執(zhí)行指令）。單片機(jī)的神經(jīng)中樞就是CPU。它的主要作用就是對(duì)通過單片機(jī)的各項(xiàng)數(shù)值進(jìn)行運(yùn)算以及控制。單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器主要分為程序存儲(chǔ)器以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩大類。程序程序存儲(chǔ)器（ROM）在具體的操作過程當(dāng)中主要的作用就是對(duì)各類指令代碼以及表格等數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。而隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）的主要作用則是對(duì)單片機(jī)在運(yùn)行過程中各項(xiàng)工作變量以及數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，故此也有很多人會(huì)將它稱作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。
2.2 GPRS技術(shù)
該技術(shù)可以在移動(dòng)用戶與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種無形的連接，從而為用戶提供高速的無線服務(wù)業(yè)務(wù)。將該技術(shù)應(yīng)用到田間信息的遠(yuǎn)程獲取與無線傳輸系統(tǒng)當(dāng)中是因?yàn)镚PRS只要激活之后就可以保持永遠(yuǎn)在線的狀態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)掉線的問題，這個(gè)特點(diǎn)從很大程度上保證了田間信息的遠(yuǎn)程獲取與無線傳輸系統(tǒng)信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性以及實(shí)時(shí)性。同時(shí)GPRS也可以實(shí)現(xiàn)與Internet的無縫連接，這為數(shù)據(jù)向計(jì)算機(jī)控制中心的傳輸提供了必要的保障。除此之外，GPRS覆蓋范圍廣泛以及資源利用率高也是將其用于田間信息的遠(yuǎn)程獲取與無線傳輸系統(tǒng)的原因之一。
除了上述兩個(gè)在田間信息的遠(yuǎn)程獲取與無線傳輸系統(tǒng)中較為重要的技術(shù)之外，該系統(tǒng)中也應(yīng)用到了傳感器技術(shù)、自動(dòng)氣象站等等。正是通過這些高科技技術(shù)的有機(jī)融合，才使得田間信息的遠(yuǎn)程獲取與無線傳輸系統(tǒng)發(fā)揮了最大作用。
3 總結(jié)
隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在許多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用與長足的發(fā)展。把無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)與田間農(nóng)作物的信息采集系統(tǒng)相結(jié)合，并應(yīng)用到農(nóng)作物的生產(chǎn)監(jiān)管當(dāng)中，形成具有農(nóng)業(yè)特色的田間信息遠(yuǎn)程獲取與無線傳輸系統(tǒng)將成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理在未來的重要發(fā)展方向。另外，如何提高土壤墑情信息以及氣象信息的準(zhǔn)確性也將成為農(nóng)田信息采集方向上亟待解決的問題。
參考文獻(xiàn)
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著科學(xué)信息技術(shù)水平的不斷提高，移動(dòng)無線通信技術(shù)又迎來了 4G 時(shí)代。本文首先分析了第一代和第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，然后探討了第三代移動(dòng)通信無線傳輸技術(shù)的應(yīng)用，最后詳細(xì)闡述了新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)無線傳輸技術(shù)。
關(guān)鍵詞：移動(dòng)通信；無線傳輸；第四代；4G；IP
中圖分類號(hào)：E271 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
一、第一代和第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)
第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)（如 AMPS 和 TACS 等）是采用 FD-MA 制式的模擬蜂窩系統(tǒng)，不僅頻譜利用率低，而且系統(tǒng)容量小， 業(yè)務(wù)種類也很有限。 第二代移動(dòng)通信系統(tǒng) （如 GSM、D-AMPS 及 IS-95 等）則是數(shù)字蜂窩系統(tǒng)，雖然其容量和功能與第一代相比有很大的提高， 但是其業(yè)務(wù)主要限于話音和低速率數(shù)據(jù)（小于 9.6kbit/s），仍然不能滿足新業(yè)務(wù)種類和高傳輸速率的要求。 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)能夠與固定網(wǎng)絡(luò)相兼容，還能提供多種類型的高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)， 同時(shí)能實(shí)現(xiàn)全球無縫覆蓋，具有全球漫游能力，其小型便攜終端在任何時(shí)候、任何地方都能進(jìn)行通信的，這些優(yōu)勢具有巨大的吸引力。
二、第三代移動(dòng)通信無線傳輸技術(shù)的應(yīng)用
（一）MIMO-GMC 無線傳輸技術(shù)方案
MIMO-GMC 無線傳輸技術(shù)方案的描述如下：
1、無論是在基本模式還是在擴(kuò)展模式下，系統(tǒng)均運(yùn)轉(zhuǎn)良好。在基本模式下，總帶寬為 BW 的信道可以被該系統(tǒng)分解成一組平行的3dB 的子信道，帶寬為1.28MHz。通過多載波濾波器組，可以完成多載波合路和分路，其特征在于，通過 DFT，多載波濾波器組可以實(shí)現(xiàn)快速。在擴(kuò)展模式下，相鄰的基本子載波可以被系統(tǒng)合成帶寬為3.84MHz 的擴(kuò)展子載波， 并可以基于不同的國家在未來的頻譜分布，彈性分配不同的擴(kuò)展子載波，從而可以實(shí)現(xiàn)與3G 系統(tǒng)的向后兼容性。
2、在各子載波中，系統(tǒng)將使用雙環(huán)自適應(yīng)時(shí)隙結(jié)構(gòu)，通過高效率的編碼和調(diào)制，組與空分復(fù)用的空間-時(shí)間的時(shí)隙結(jié)構(gòu)，迭代空時(shí)解碼，如聯(lián)合檢測技術(shù)，來支持高效的分組數(shù)據(jù)傳輸，滿足傳輸速率、系統(tǒng)容量，頻譜效率及功率效率的要求，以滿足 B3G 系統(tǒng)。
3、采用 FDD 或TDD 雙工方式，適用于廣域覆蓋和熱點(diǎn)覆蓋蜂窩通信環(huán)境。
4、采用 FDMA、TDMA 和 CDMA 混合多址方式，進(jìn)行無線資源的共享，其中 CDMA 為輔選，每個(gè)移動(dòng)用戶都可以動(dòng)態(tài)地占用一個(gè)或多個(gè)基本子載波或擴(kuò)展子載波，另外，占用一個(gè)子載波的一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙、碼道等也是允許的，這樣便可以滿足在大動(dòng)態(tài)范圍空間傳輸?shù)囊蟆?/p>
（二）GRTT 算法結(jié)構(gòu)
MAC 層向上層提供了以數(shù)據(jù)類型為區(qū)分的邏輯信道，并將邏輯信道映射到傳輸信道，其后又以物理層完成傳輸信道的處理。傳輸信道是由 L1 層提供給上層的服務(wù)，當(dāng)上層的數(shù)據(jù)發(fā)送到物理信道上之后，L1 層將對(duì)其進(jìn)行添加 CRC 校驗(yàn)，信道前向糾錯(cuò)編碼、交織，碼率匹配、交織和傳輸信道到物理信道映射等操作后，將數(shù)據(jù)送到擴(kuò)頻調(diào)制模塊進(jìn)行正交擴(kuò)頻，經(jīng)長碼調(diào)制后送到發(fā)送部分。
三、新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)無線傳輸技術(shù)
（一）概述
第四代移動(dòng)通信技術(shù)，簡稱 4G。該系統(tǒng)可以稱為寬帶接入和分布網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)具有非對(duì)稱的超過 2Mb/s 的數(shù)據(jù)傳輸能力。同時(shí)，第四代移動(dòng)通信技術(shù)是集 3G 與WLAN 于一體，且能夠有效地傳輸高質(zhì)量視頻圖像的技術(shù)產(chǎn)品，從而為人們提供多種多樣的業(yè)務(wù)，滿足人們獲得信息的需要。相對(duì)于第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有更多的應(yīng)用功能，能夠在不同的固定網(wǎng)絡(luò)和跨越不同的頻帶網(wǎng)絡(luò)提供無線服務(wù)。
4G 是集成多種功能于一身的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，已經(jīng)成為移動(dòng)通信領(lǐng)域中研究的熱點(diǎn)。目前，西方發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始研制第四代移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品。我國對(duì)第四代移動(dòng)通信技術(shù)的研究還處于初級(jí)階段。
（二）基本特征
相對(duì)于 3G 時(shí)代，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)具有以下特征 ：
首先，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量更高，擁有更快的下載速度，最高能夠達(dá)到 100Mb/s。該系統(tǒng)能夠承載大量的多媒體信息。同時(shí)，該系統(tǒng)的通信更為靈活。目前，市場上盛行的 4G 手機(jī)，其功能已經(jīng)完全突破了傳統(tǒng)的電話機(jī)范疇。除了語音資料的傳輸之外，4G 手機(jī)可以算得上是一臺(tái)小型的電腦。人們可以通過它，隨時(shí)隨地通信，下載影像、文字、圖片等資料。
其次，4G 移動(dòng)通信技術(shù)的顯著特點(diǎn)是智能化多模式終端平臺(tái)。通過各種接入技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的協(xié)作與無縫連接。同時(shí)，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)各個(gè)接入系統(tǒng)還能夠以最優(yōu)化的方式滿足不同用戶的需求。也就是說，當(dāng)不同的模式終端接入系統(tǒng)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)根據(jù)實(shí)際情況，自動(dòng)地分配頻帶，從而給出最優(yōu)化的路由，達(dá)到理想的通信效果。為了能夠提高移動(dòng)通信的速度，通信運(yùn)營商必須在原有通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，進(jìn)行不斷改造，以更好地適應(yīng) 4G 時(shí)代的到來。第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)擁有更寬的網(wǎng)絡(luò)頻譜。
最后，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率使用效率更高。相對(duì)于 3G 移動(dòng)通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)支持用戶在相同數(shù)量的無線頻譜情況下，完成更多的操作。該網(wǎng)絡(luò)的直觀化和可視化特點(diǎn)，便于人們在不同的地點(diǎn)進(jìn)行通話視頻，同時(shí)，在面臨自然災(zāi)害的情況下，該系統(tǒng)還能夠快速地修復(fù)。
（三）關(guān)鍵技術(shù)分析
1、正交頻分復(fù)用技術(shù)
正交頻分復(fù)用使用技術(shù)是第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，能夠最大程度對(duì)抗頻率和窄帶干擾，且提高頻譜的利用效率，適合高速率的數(shù)據(jù)傳輸。該技術(shù)突破了傳統(tǒng)的頻分復(fù)用方法的缺陷，每一個(gè)子載波的產(chǎn)生和接收都能夠通過數(shù)字信號(hào)的處理來完成，因而極大地簡化了系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。當(dāng)傳輸信道中出現(xiàn)了多種路徑傳播時(shí)，OFDM 傳輸信號(hào)在其前面插入了一個(gè)相對(duì)應(yīng)的保護(hù)間隔，能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行周期性擴(kuò)展，以免于子載波間的正交性遭受破壞。
同時(shí)，正交頻分復(fù)用技術(shù)中的每一個(gè)子載波使用的調(diào)制方法都具有差別。每一個(gè)子載波都能夠根據(jù)不同信道的實(shí)際情況，選擇不同的調(diào)制方式，以更好地保持頻譜利用效率和誤碼率之間的平衡關(guān)系。一般而言，無線多徑道的頻率時(shí)常會(huì)達(dá)到 35dB，使信噪比大幅度地下降。OFDM 技術(shù)還使用了自適應(yīng)調(diào)制，以便于
系統(tǒng)根據(jù)信道的條件選擇調(diào)制方式，擴(kuò)大系統(tǒng)的容量。
2、多輸入多輸出技術(shù)
多輸入多輸出技術(shù)，簡稱 MIMO，是第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。作為一項(xiàng)由多種無線射頻技術(shù)所組成的技術(shù)，多輸入多輸出技術(shù)在運(yùn)作過程中能夠與現(xiàn)時(shí)的 WLAN相兼容，從而擴(kuò)充其傳輸范圍。該技術(shù)能夠在不增加寬帶的條件下，有機(jī)地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用效率。
由于在通信系統(tǒng)中，多徑通常會(huì)引起衰落現(xiàn)象，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)極為不利。然而，在多輸入多輸出技術(shù)的應(yīng)用中，能夠?qū)⒍鄰阶鳛橐粋€(gè)有利因素加以利用，從而促進(jìn)移動(dòng)通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行。MIMO 技術(shù)在其發(fā)射端和接收端配備多根天線，各種串行數(shù)據(jù)符號(hào)在經(jīng)過必要的空時(shí)處理后，會(huì)自動(dòng)地送到天線進(jìn)行發(fā)射。為能夠有效地促進(jìn)每一個(gè)子數(shù)據(jù)符號(hào)流的分離，每一根天線之間能夠保持加大的距離，以避免信號(hào)之間發(fā)生相互關(guān)聯(lián)。當(dāng)各個(gè)子數(shù)據(jù)符號(hào)流同時(shí)進(jìn)入信道，所有的數(shù)據(jù)符號(hào)流會(huì)共同應(yīng)用一條頻帶，且不會(huì)增加帶寬。各個(gè)發(fā)射接收天線之間的通道之間相互獨(dú)立，并且可以創(chuàng)造不同的并行空間信道，以提高數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性。
3、基于 IP 的核心網(wǎng)
第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的核心網(wǎng)是一個(gè)基于全 IP 的網(wǎng)絡(luò)，以更好地實(shí)現(xiàn)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的無縫連接。簡單說來，我們可以把移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)劃分為三個(gè)部分，即基站子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)以及系統(tǒng)支撐部分。核心網(wǎng)部分則位于網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)中，能
夠根據(jù)不同的呼叫請求，將系統(tǒng)連接到不同的網(wǎng)絡(luò)上。
核心網(wǎng)的主要功能是提供用戶連接、完成業(yè)務(wù)承載以及對(duì)用戶進(jìn)行有機(jī)管理等。由于采用不同的面向連接工作方式，基于 IP 的核心網(wǎng)將成為未來移動(dòng)網(wǎng)的核心網(wǎng)發(fā)展方向。同時(shí)，光纖通信技術(shù)的發(fā)展以及大量 DWDM 設(shè)備的大量應(yīng)用，使得 IP 技術(shù)與傳送網(wǎng)技術(shù)形成了匹配發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
[1]靳麗君. 基于方向性天線的中繼蜂窩網(wǎng)絡(luò)資源復(fù)用方案[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù). 2011（15）
關(guān)鍵詞：光纖；無線傳輸技術(shù)；傳輸系統(tǒng)
Abstract: in the science and technology and rapid economic development today, in the wireless communication network rail, has been widely applied to optical fiber/wireless transmission technology. This paper introduces the optical fiber/wireless transmission technology railway the characteristics, analyzed the railway optical fiber/wireless transmission system the working principle and system structure.
Keywords: fiber; Wireless transmission technology; Transmission system
中圖分類號(hào)：F530.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
一、鐵路光纖/無線傳輸技術(shù)的特點(diǎn)
鐵路沿線一般都經(jīng)過山區(qū)、隧道以及市區(qū)等地區(qū)，通信的環(huán)境非常復(fù)雜，采用通常的大區(qū)制的基站來覆蓋整個(gè)地區(qū)，常常會(huì)出現(xiàn)通信的盲區(qū)，尤其是對(duì)于手持機(jī)用戶進(jìn)行通信就更加困難了。而采用最新引進(jìn)的鐵路光纖/無線傳輸技術(shù)，基站覆蓋的范圍將會(huì)被延伸和擴(kuò)大，同時(shí)還可以使基站信道的利用率得到提高和通信盲區(qū)的減少。以下介紹一下鐵路光纖/無線傳輸技術(shù)的特點(diǎn)：第一，端站射頻信號(hào)，主要由電/光轉(zhuǎn)換器、光/電轉(zhuǎn)換器和低噪音放大器組成，不能對(duì)接收到的功率進(jìn)行監(jiān)測，也沒有調(diào)制解調(diào)的功能，其它功能的實(shí)現(xiàn)都是在基站中進(jìn)行的，所以，光纖/無線傳輸系統(tǒng)是很簡單的，但是非常的可靠，可以實(shí)現(xiàn)低成本化以及小型化；第二，在光纖/無線中進(jìn)行傳輸時(shí)，信號(hào)不會(huì)被放大或是中繼，所以對(duì)信號(hào)的損耗也是非常小的，信號(hào)能夠傳輸?shù)木嚯x將很遠(yuǎn)；第三，光纖/無線傳輸?shù)念l帶比較寬，利用光的波分復(fù)用技術(shù)以及電的頻分復(fù)用技術(shù), 一條光纖同時(shí)可以將不同頻段的無線信號(hào)進(jìn)行傳輸。[1]
二、鐵路光纖/無線傳輸系統(tǒng)的原理
在傳統(tǒng)方式下的無線蜂窩系統(tǒng)中，中心的控制站和許多基站相連接。而且每個(gè)基站都有對(duì)無線信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)的功能，還能對(duì)接收的電頻進(jìn)行監(jiān)測。所以，每個(gè)基站的成本很高，而且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。然而，新引進(jìn)的光纖/無線傳輸技術(shù)方式下的蜂窩系統(tǒng)，中心基站和各個(gè)端站是通過光纖進(jìn)行連接的。端站并不能對(duì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)的功能，而無線信號(hào)所進(jìn)行的傳輸是一種透明式的信號(hào)傳輸，相當(dāng)于是延伸和擴(kuò)大了基站的覆蓋范圍。[2]
光纖/無線技術(shù)傳輸方式的蜂窩系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。射頻信號(hào)是由下行方位的基站發(fā)出的，通過E/O將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，然后傳輸?shù)焦饫w中。而在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)將被傳輸?shù)浇K端站中，并再次轉(zhuǎn)化為射頻信號(hào)，接著在濾波放大以及輻射的作用下，將其傳輸?shù)蕉苏痉?wù)小區(qū)，最后移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行射頻信號(hào)的接收。
而反方向的傳輸是，移動(dòng)臺(tái)將上行信號(hào)發(fā)出，終端站接收該信號(hào)，將進(jìn)行低噪、濾波以及放大處理之后，射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)。在光纖/無線的傳輸作用下，光信號(hào)被傳輸?shù)街行恼荆庑盘?hào)被轉(zhuǎn)化為射頻信號(hào)，到達(dá)基站，由其進(jìn)行處理。
光纖/無線傳輸式的蜂窩系統(tǒng)，還可以采用壁掛式的端站，在路燈、墻壁上進(jìn)行安裝，這種方式與高架式的天線塔相比，系統(tǒng)的控制更加精準(zhǔn)，緊密；對(duì)發(fā)射功率降低的射頻信號(hào)的傳輸將會(huì)更加安全；同時(shí)基站的數(shù)量減少，可以實(shí)現(xiàn)成本的降低。
圖1光纖/無線技術(shù)傳輸方式的蜂窩系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
三、鐵路光纖/無線傳輸系統(tǒng)
3.1鐵路無線通信的特點(diǎn)
目前，在鐵路無線通信系統(tǒng)中，應(yīng)用比較廣泛的是450MHz無線式列車調(diào)度和800MHz車務(wù)、公務(wù)以及公安等鐵路部門獨(dú)立于一體的通信系統(tǒng)。但是只有450MHz無線式列車調(diào)度系統(tǒng)，能夠在不受到業(yè)務(wù)量以及建筑成本的限制下，保證鐵路沿線通信的連續(xù)性，其它系統(tǒng)則難以實(shí)現(xiàn)。【3】鐵路無線通信有其自身的特點(diǎn)：第一，鐵路無線通信網(wǎng)成鏈狀，覆蓋鐵路的范圍比較大。以調(diào)度區(qū)間為標(biāo)準(zhǔn)，將無線調(diào)度的指揮系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)域的劃分，但是傳統(tǒng)方式下的大區(qū)制的調(diào)度指揮系統(tǒng)并不能對(duì)過網(wǎng)越區(qū)進(jìn)行切換，當(dāng)列車經(jīng)過該區(qū)域時(shí)，很可能導(dǎo)致通信信號(hào)的中斷。如果采用的是基站式的覆蓋方式的話，架設(shè)的基站是很多的，投資將非常大；第二，鐵路無線通信主要是調(diào)度方式的通信，服務(wù)對(duì)象主要是在鐵路沿線范圍內(nèi)，各部門中的移動(dòng)用戶。由于各個(gè)基站在覆蓋的區(qū)域內(nèi)，所服務(wù)的對(duì)象比較少，如果采用多信道基站的方式進(jìn)行覆蓋，會(huì)對(duì)頻率資源造成很大程度的浪費(fèi)。在樞紐地區(qū)、工程的搶險(xiǎn)救援等特殊地區(qū)，建設(shè)的話務(wù)量將很大，這樣就會(huì)出現(xiàn)頻率資源不足的情況；第三，鐵路無線通信的環(huán)境非常復(fù)雜。鐵路沿線一般都是經(jīng)過山區(qū)、隧道以及市區(qū)等地區(qū)的，采用通常的大區(qū)制的基站來覆蓋整個(gè)地區(qū)，常常會(huì)出現(xiàn)很多通信的盲區(qū)，尤其是對(duì)于手持機(jī)用戶進(jìn)行通信就更加困難了；第四，在鐵路無線通信服務(wù)和運(yùn)輸?shù)男枨笙拢F路多個(gè)不同部門的通信系統(tǒng)常常在同一個(gè)基站的覆蓋區(qū)內(nèi)進(jìn)行工作，但這些部門建設(shè)自己獨(dú)立的基站又是不實(shí)際的。
3.2鐵路光纖/無線傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成
鐵路采用光纖/無線傳輸系統(tǒng)，可保留鐵路無線通信自身的特點(diǎn)并對(duì)存在的問題進(jìn)行處理，同時(shí)使鐵路無線的覆蓋率得到提高，實(shí)現(xiàn)鐵路沿線多個(gè)部門的多個(gè)通信系統(tǒng)在同一個(gè)覆蓋區(qū)同時(shí)進(jìn)行工作，最終使鐵路無線通信改變了單一式的通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了綜合式的通信網(wǎng)。
鐵路光纖/無線傳輸系統(tǒng)構(gòu)成圖，如圖2。鐵路通信的系統(tǒng)采用多信道移動(dòng)的通信系統(tǒng)或者是集群式的通信系統(tǒng)，在鐵路的調(diào)度中心建設(shè)光纖/無線的中心站，光纖/無線的終端站要沿著鐵路線進(jìn)行設(shè)置。中心站的設(shè)立，可采用CDMA或者是GSM式的基站，也可以采用集群式的基站。鐵路光纖/無線傳輸系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)是鏈狀網(wǎng)，上下行通過光纖與N個(gè)終端站進(jìn)行連接，利用N個(gè)終端站來完成基站的覆蓋。BS1、BS2表示無線通信系統(tǒng)的基站，該基站可以采用800MHz的集群基站，也可以采用450 MHz的集群基站，或者是將450MHz的列調(diào)電臺(tái)和其它的頻段接入作為基站使用。
CCU表示：中心控制單元 ONU表示：光網(wǎng)絡(luò)單元
NMU表示：網(wǎng)管單元TS表示：終端站
圖2鐵路光纖/無線傳輸系統(tǒng)構(gòu)成圖
在調(diào)度所中，設(shè)置網(wǎng)管單元和中心站，各個(gè)頻段基站發(fā)出的射頻信號(hào)通過調(diào)度所傳輸?shù)街行恼荆俳?jīng)過光調(diào)制的作用之后，信號(hào)被傳輸?shù)絽^(qū)間光纖。而對(duì)于終端站的設(shè)置，一般設(shè)在無線電場覆蓋比較廣的弱場區(qū)或者是車站，鐵路沿線范圍內(nèi)的移動(dòng)用戶經(jīng)過電磁波可以接入到終端站。
在鐵路中采用光纖/無線傳輸系統(tǒng)，集群式通信中大區(qū)制的特點(diǎn)被充分的體現(xiàn)出來。一個(gè)調(diào)度區(qū)作為傳輸?shù)囊粋€(gè)大區(qū)，在該大區(qū)的任何一個(gè)地方列車或者是其它的移動(dòng)臺(tái)都不需要進(jìn)行過網(wǎng)頻率的切換，充分保證了連續(xù)地進(jìn)行調(diào)度和指揮。鐵路光纖/無線傳輸系統(tǒng)，不光使得司機(jī)和調(diào)度之間的通信問題得到了解決，同時(shí)在鐵路的通信系統(tǒng)中心設(shè)置鐵路各個(gè)部門的獨(dú)立基站，再利用光纖/無線傳輸技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的連續(xù)傳輸。采用大區(qū)制的基站進(jìn)行小區(qū)的覆蓋是鐵路光纖/無線傳輸?shù)南到y(tǒng)最主要的特征，這種覆蓋方式避免了盲區(qū)，而且鐵路沿線的移動(dòng)用戶進(jìn)入系統(tǒng)更加的可靠。所以，在鐵路無線通信中，采用光纖/無線傳輸系統(tǒng)在改善目前鐵路通信中存在問題的同時(shí)，為鐵路無線通信未來的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
四、結(jié)語
鐵路無線通信中，光纖/無線傳輸技術(shù)不僅能夠應(yīng)用到高速鐵路的無線通信中，而且能夠應(yīng)用到有線路的通信之中。它的應(yīng)用非常廣泛，尤其是在山區(qū)、市區(qū)、隧道中的應(yīng)用更是顯得尤為重要，不僅解決了山區(qū)、隧道等復(fù)雜地區(qū)無線通信的問題，而且展示出其自身的優(yōu)勢。在光纖/無線傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展下，在鐵路中應(yīng)該光纖/無線傳輸技術(shù)的情景將非常廣泛。
參考文獻(xiàn)：
[1]袁惠清,董天臨.鐵路光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化和改進(jìn)的設(shè)想[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化,2003,(03)
Research on Power Transmission Mode and Development Trend of Wireless Delivery
朱先清 ZHU Xian-qing；牛華慶 NIU Hua-qing
（山東電力集團(tuán)公司臨沂供電公司，臨沂276003）
（Linyi Power Supply Company，Shandong Electric Power Corporation，Linyi 276003，China）
摘要：對(duì)常規(guī)電力輸送和無線電力輸送從傳輸原理上進(jìn)行介紹，主要描述了常規(guī)電力輸送架空線路傳輸?shù)木唧w組成結(jié)構(gòu)和無線輸電因傳輸距離不同而使用的傳輸原理。并從傳輸?shù)撵`活性、安全性和經(jīng)濟(jì)性三個(gè)方面比較了兩種電力傳輸各自的優(yōu)缺點(diǎn)，突出了無線電力傳輸在輸電過程中具有良好的發(fā)展前景。以無線輸電的三種原理，分別闡述了今后主要的發(fā)展方向。
Abstract: The conventional power transmission and wireless power delivery in the transmission principle are introduced, this paper mainly describes the specific structure of conventional power transmission especially overhead line transmission and wireless transmission with different transmission distance by using transmission principle. And from the three aspects of transmission that are flexibility, safety and economy，through comparing the advantages and disadvantages with two kinds of power transmission, the wireless power transmission in the transmission process shows good prospects for development. The three principles of the wireless transmission respectivelydescribe the main development directions.
關(guān)鍵詞 ：電力輸送；架空線路；無線；磁耦合共振
Key words: power transmission；overhead line；wireless；magnetic coupling resonance
中圖分類號(hào)：F407.61文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2015）20-0193-03
0引言
電能從被探索、研究，到全面應(yīng)用，在人類歷史上不到300年歷史，卻已極大地推動(dòng)了人類社會(huì)的進(jìn)步；現(xiàn)今，人們的日常生活以及社會(huì)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，工廠的生產(chǎn)作業(yè)都離不開電能，它與人類息息相關(guān)，是最重要的能源之一。而輸電，即電能的傳輸在該過程中是極其重要的環(huán)節(jié)，是電力整體系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，它與變電、配電和用電一起構(gòu)成整個(gè)電力系統(tǒng)[1]。通常，人類所能支配的電能由發(fā)電廠產(chǎn)生，經(jīng)由負(fù)荷中心調(diào)控，分配到下級(jí)用電單位；這個(gè)過程中，輸電將相距幾十至數(shù)千千米不等的發(fā)電廠與負(fù)荷中心聯(lián)系起來，使電能的利用超越地域的限制，更加靈活、方便，相較于其他能源的輸送具備效率更高、損耗更低、環(huán)境污染程度小等優(yōu)點(diǎn)。
目前，大規(guī)模建設(shè)的電網(wǎng)電力傳輸，因鋪設(shè)方式與結(jié)構(gòu)形式的不同，可簡單劃分為架空輸電線路輸送和地下輸送線路輸送；架空輸電由線路桿塔、導(dǎo)線、絕緣子等構(gòu)成，架設(shè)在地面之上。地下線路主要是使用電纜，鋪設(shè)在地下或水域下。架空線路以其架設(shè)及維修相對(duì)方便，成本也較低優(yōu)勢相對(duì)于地下線路造價(jià)高、鋪設(shè)難度大、發(fā)現(xiàn)故障及檢修維護(hù)等均不方便的缺點(diǎn)，使得采用架空線路輸電是最主要的方式。而地下線路主要用于架空線路架設(shè)困難的地區(qū)，如城市或其他特殊地區(qū)輸電。架空線路輸電是有線電力傳輸主要作業(yè)方式，大部分電力傳輸都涉及該種形式，一般遠(yuǎn)距離輸電，需要提高電力電壓進(jìn)行輸送，如傳輸距離超過50km，輸送電壓要求達(dá)到110kV，為高壓輸電，配套的設(shè)備（如變壓器等）設(shè)備要求高，相應(yīng)的使用和維修成大，同時(shí)輸電過程存在的較大危險(xiǎn)隱患以及維修困難等缺點(diǎn)；容易受到氣象和環(huán)境（如大風(fēng)、雷擊等）的影響而引起故障，電網(wǎng)的形成需要占用大量土地，超高壓或特高壓交流輸電還會(huì)造成電磁干擾等，在如今科技高度發(fā)展，電網(wǎng)覆蓋程度不斷壯大的今天，以出現(xiàn)諸多不便與困擾。
無線電力傳輸是近十年來得到極大重視和不斷研究、發(fā)展的電能傳輸手段，該項(xiàng)技術(shù)早在19世紀(jì)中后期就被特斯拉提出，認(rèn)為可以借用地球本身與大氣來進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，后來雖然由于資金等原因未能實(shí)現(xiàn)[2]，但這一理論研究為無線輸電提供了研究的基石。目前，無線電力傳輸還不是很成熟，在一些領(lǐng)域，尤其是手機(jī)、家用電器等用電設(shè)備的供電與充電已研發(fā)出相應(yīng)的產(chǎn)品；但是，如常規(guī)的電力輸送（以架空輸電為例），實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的基站與基站的電力傳輸還停留在實(shí)驗(yàn)階段或因傳輸效率等問題未能實(shí)現(xiàn)大面積使用推廣。在今后的不斷研究中將突破技術(shù)障礙，實(shí)現(xiàn)無線輸電電網(wǎng)的改革。目前，最遠(yuǎn)的無線傳輸是2015年3月12日，日本三菱重工也宣布，科研人員將10千瓦電力轉(zhuǎn)換成微波后輸送，其中的部分電能成功點(diǎn)亮了500m外接收裝置上的LED燈，說明無線傳輸在取代和應(yīng)用是可能的。
1常規(guī)電力傳輸
常規(guī)電力傳輸是現(xiàn)今電力傳輸?shù)闹饕獙?shí)現(xiàn)方式，基于電流在導(dǎo)體中傳導(dǎo)，進(jìn)而傳送電能的基本原理來完成整個(gè)過程。其中最主要的架空線路傳輸一般由導(dǎo)線，傳導(dǎo)電流的核心部分；避雷針，置于桿塔頂，減少雷擊的可能，保證輸電線的安全；桿塔，支撐線與避雷針，保證線與線、線與地面之間的距離；絕緣子，使線之間、線與地面之間絕緣；金具，支撐、固定和連續(xù)線與絕緣子；桿塔基礎(chǔ)，確保桿塔不會(huì)因?yàn)橥饬蛲话l(fā)事件（如大風(fēng)、地陷等）而上拔、下沉或傾倒；拉線，用來平衡導(dǎo)線橫向載荷，減少導(dǎo)線之間張力，降低使用成本；接地裝置，通過基桿塔的接地線或接地體與大地相連，防止雷擊時(shí)線路損壞。針對(duì)特殊地域（跨河、跨海等）和城市電路輸送，常采用地下輸送線路輸送，可基本消除雷擊影響的可能，不占用可使用土地，但鋪設(shè)和維護(hù)成本過高，不適用遠(yuǎn)距離輸送，使用范圍窄；除卻與桿塔相關(guān)的構(gòu)建，其余組成與架空線基本相同，增大了絕緣性能，防止電流泄露。
2無線電力傳輸
無線電力傳輸根據(jù)輸電距離可分為三類，即短程無線供電、中短程無線輸電和遠(yuǎn)程（超遠(yuǎn)程）無線電力傳輸[3-4]。不同的無線輸電方式所采用的原理存在差異，但其基本構(gòu)成基本由五部分組成，分別為電源（發(fā)電設(shè)備）、整流器、逆變器、線圈（可為變壓器或發(fā)射電波線圈）、負(fù)載（用電設(shè)備）組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1。短程無線供電是基于電磁感應(yīng)原理運(yùn)作的，最典型的電磁感應(yīng)在輸電中的應(yīng)用是變壓器使用。變壓器由一個(gè)磁芯和二個(gè)線圈（初級(jí)線圈、次級(jí)線圈）組成；當(dāng)初級(jí)線圈兩端加上一個(gè)交變電壓時(shí)，磁芯中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場，從而在次級(jí)線圈上感應(yīng)一個(gè)相同頻率的交流電壓，電能就從輸入電路傳輸至輸出電路，實(shí)現(xiàn)短距離或超短距離電能的傳輸[5]。電磁感應(yīng)突出的特點(diǎn)是帶點(diǎn)端與用電端可為非接觸式連接，其電能發(fā)射端的線圈（連接電源）與接收端的線圈（用電產(chǎn)品），處于兩個(gè)分離的裝置中，電能通過感應(yīng)線圈傳送，這類似一個(gè)線圈間耦合不緊密的變壓器。
這種變壓器原理適用于供電的防水設(shè)計(jì)、不能直接接觸的供電設(shè)計(jì)（如人造器官的電池充電）等新型技術(shù)的需求。
中短程無線電力傳輸是基于電磁共振耦合或電磁波射頻的原理實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)供電與用電設(shè)備之間的距離大于感應(yīng)線圈直徑的8倍時(shí)，此時(shí)穿過電磁感應(yīng)線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度大幅削弱，使電能傳輸?shù)男式档投鴩?yán)重影響電能的傳輸。而電磁共振耦合可實(shí)現(xiàn)超過該距離的電能傳輸，具體而言，整個(gè)傳輸系統(tǒng)由兩個(gè)主要的線圈構(gòu)成[6]；一個(gè)線圈與電源相連向外發(fā)射電磁波，為非輻射型磁場，另一個(gè)線圈的固有頻率設(shè)計(jì)為磁場頻率相同，振蕩電流最強(qiáng)，而“接收”電磁波，實(shí)現(xiàn)電—磁—電的轉(zhuǎn)化，即一個(gè)無線的電能傳輸。借用電磁共振耦合的原理完成的無線輸電距離已完全覆蓋了常規(guī)工廠或家庭電器設(shè)施用電和手機(jī)等電子設(shè)備充電的需求，使充電和用電變得更加便捷是重要的應(yīng)用方向。
遠(yuǎn)程或超遠(yuǎn)程無線電力傳輸使用的技術(shù)手段是微波和激光[7]。一般認(rèn)為以無線電磁波的形式進(jìn)行遠(yuǎn)距離的電力傳輸不太合適，因?yàn)槔碚撜J(rèn)為，電波波長越長其定向性越差、彌散性越高。而微波波長在300MHz~300GHz是介于無線電波與紅外線之間，兼具無線電波傳遞方向性好與紅外線衍射（穿透性）的特點(diǎn)，可用于遠(yuǎn)距離能量的傳輸；激光具備定向性、高亮度性和高能量性，在忽略阻礙物的條件下，很適合電能的遠(yuǎn)距離無線輸送，但穿透性差且由于激光的高能量性可能帶來安全隱患。因而，目前兩種方式以其各自的優(yōu)點(diǎn)在遠(yuǎn)程無線電力輸送中都作為研究的方向。
3優(yōu)缺點(diǎn)比較
3.1 靈活性
靈活性即電力輸送距離可靈活變化，對(duì)于某一需求電路可直接使用或變化輸電距離時(shí)添減材料和設(shè)施可以達(dá)到。對(duì)于有線電力傳輸，是通過電流在導(dǎo)體內(nèi)傳遞來傳輸電能的，在不考慮超高電壓輸送情形下，一定范圍內(nèi)改變輸送距離，只需設(shè)置對(duì)應(yīng)的架空線即可；即便改變距離超過對(duì)應(yīng)電壓可輸送的距離，為了降低輸送過程中電能的損耗，提高輸送線路電壓及其安全配到設(shè)施、升高線路距地高度就能滿足輸送要求。具體的各級(jí)電壓電力線路合理的輸送功率和輸送距離如表1[8]。
無線電力傳輸根據(jù)傳輸距離的不同所選擇的傳輸工作原理也有差異，短距離——電磁感應(yīng)，中距離——電磁共振耦合，長距離——微波或激光[9]；對(duì)于不同距離的電力輸送和供電需求設(shè)計(jì)的電力傳輸裝置，其工作原理是預(yù)先設(shè)計(jì)并固定使用的，用途和適用范圍（距離）不容易改變，針對(duì)性強(qiáng)，但使用靈活性較差。同時(shí)，由于無線電力傳輸原理多，使用面更廣，對(duì)于有線輸電不易或不可能完成的傳輸作業(yè)均可實(shí)現(xiàn)，如“免電池”無線鼠標(biāo)、植入式醫(yī)學(xué)器件充技術(shù)、“無尾”電視、外太空能量向地面的輸送等均是無線輸電廣泛應(yīng)用表現(xiàn)形式[10]。
3.2 安全性
常規(guī)電網(wǎng)或家庭、工廠布線都離不開電線與連接元件，防止電線直接裸露在空氣中造成觸電或線與線之間的短路，通常在電線周圍裹上絕緣子等絕緣體。但是用電與輸電時(shí)刻發(fā)生在人們的周圍，大量的電線與插座等在絕緣子老化后，很可能造成觸電或短路的危險(xiǎn)，嚴(yán)重影響使用安全。而無線電力傳輸?shù)闹饕N均是以電——磁（電磁波或磁場）——電的形式傳遞，讓“電流”通過空氣或其他介質(zhì)傳播，不會(huì)使使用者或處于介質(zhì)的人員有觸電的感覺，且無線電力傳輸技術(shù)不產(chǎn)生輻射，部分已無線電力傳輸研發(fā)的產(chǎn)品其安全性已經(jīng)通過FCC、IEEE和CCC等標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)，避免了帶電插拔、電源線短路等等可能的安全隱患。如2008年8月英特爾信息峰會(huì)上演示了采用電磁共振耦合的原理隔空1m為60W等泡供電，雖然效率只有75%，但基本滿足日常燈泡供電的距離需求，不會(huì)因?yàn)椴贾秒娋€而存在任何隱藏的危險(xiǎn)。在確保安全性的前提下，中短程無線供電方式將可以徹底解決家庭、工廠布線凌亂、電器位置固定、插座破壞建筑布置美觀等等問題，具備可靠地安全保障[11]。
3.3 經(jīng)濟(jì)性
短程電磁感應(yīng)中的磁場，中程或遠(yuǎn)程的電磁波（微波和激光可視為電磁波）傳播過程中不需要介質(zhì)，甚至在真空中的速度接近光速。電力傳輸只需鋪設(shè)發(fā)射端和接收端，兩端主要部件均由調(diào)理電路和線圈組成，檢查兩端是否能正常工作即可維護(hù)整個(gè)輸電線路，成本較低。而常規(guī)的有線電力傳輸過程需要借助介質(zhì)，一般為金屬介質(zhì)，雖然在傳播速度同樣接近光速，但傳播距離和傳播效率受介質(zhì)影響。電網(wǎng)中使用較多的為架空線路，其使用的介質(zhì)導(dǎo)線材質(zhì)常使用的有三種材料——銅、鋼和鋁。以傳遞過程中的電壓、傳輸距離及最大負(fù)載作為使用材質(zhì)選擇條件，使用最多的銅芯鋁絞線，電壓越高，導(dǎo)線截面越大。傳輸線路的鋪設(shè)成本隨距離的增加而增加，隨電壓的增加而增加。以銅芯鋁絞線為例，由于傳輸距離的改變，承載功率由10kW增長到35kW，線截面積對(duì)應(yīng)的由1mm2增加到6mm2。不僅如此，對(duì)于架空線路而言，配套的配電、桿塔和其他安全設(shè)施也極大提高了成本。電壓提高時(shí)，相應(yīng)的設(shè)備，尤其是與安全與傳遞效率相關(guān)的設(shè)備，成本呈幾何線增漲。架空線大部分鋪設(shè)在野外，而且高壓輸電桿塔較高，對(duì)于維護(hù)和修理的難度很大、成本較高。
4無線輸電的發(fā)展前景與方向
無線輸電作為一種新型的技術(shù)還不太成熟，在傳輸效率與功率上還需進(jìn)一步的高[12]。以磁感應(yīng)原理的無線電力傳輸由于距離的限制，目前只應(yīng)用于供電、用電部分距離很近的情形，如變壓器和芯片信息識(shí)別等。中程的“磁耦合共振”是最可能替代目前架空線路的無線傳輸技術(shù)，其傳輸?shù)木嚯x和效率與兩端線圈大小直接相關(guān)，實(shí)現(xiàn)兩端線圈完美共振，并研發(fā)能提高傳輸距離與傳輸功率的線圈結(jié)構(gòu)，將會(huì)對(duì)無線電力傳輸有著極大地推廣作用；其次，工廠用電機(jī)械、家用電器、手機(jī)等用電設(shè)備的充電與電源之間的距離在“磁耦合共振”輸電的距離之內(nèi)，借用“磁耦合共振”代替?zhèn)鬏攲?dǎo)線、簡化傳輸結(jié)構(gòu)、提高使用安全為當(dāng)前及今后無線輸電的主要研究路線。隨著科技的發(fā)展，對(duì)能源的需求與日俱增，地球能源有限，從太空獲取額外的能源并輸送到地面是將來發(fā)展的必然趨勢，而遠(yuǎn)程的無線輸電成了必要的基礎(chǔ)，對(duì)微波與激光輸電效率以及輸電環(huán)境適應(yīng)性成為今后的研究方向。
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隨著時(shí)代的發(fā)展，高壓電纜逐漸被大量使用，這就對(duì)其運(yùn)行和維護(hù)提出了較高要求。但是傳統(tǒng)的監(jiān)測手段存在著一定的局限性，為了保證電纜線路的正常運(yùn)行，就要采取無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)電纜的金屬環(huán)流和表面溫度進(jìn)行監(jiān)測，保證檢測的有效性和準(zhǔn)確性。
【關(guān)鍵詞】電纜線路 無線傳輸監(jiān)測 應(yīng)用
隨著城市的建設(shè)和電力事業(yè)的發(fā)展，高壓電纜的使用范圍越來越廣，逐漸成為城市電網(wǎng)的重要組成部分，為了保證電纜的安全運(yùn)行，就必須對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和控制。但是傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)存在著許多局限性，因此就必須采用無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測，這樣才能保證電纜的正常運(yùn)行。
1 傳統(tǒng)電纜線路監(jiān)測方法的弊端
傳統(tǒng)的電纜線路監(jiān)測主要是采用人工定期巡視、檢測的方法對(duì)電纜線路進(jìn)行安全檢查。這種方法技術(shù)手段較為單一，檢測的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不高，說服力不強(qiáng)；同時(shí)由于受到人力和技術(shù)水平的限制，不能對(duì)整條線路進(jìn)行全面監(jiān)控，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除事故隱患，工作效率不高；對(duì)于事故的判斷和維修方法的選擇主要還是依靠人的主觀判斷，這就需要工作人員具有極高的專業(yè)素質(zhì)和解決問題的能力，否則就會(huì)對(duì)電纜線路的正常運(yùn)行造成影響。
鑒于上述幾點(diǎn)，就必須改變傳統(tǒng)的電纜線路監(jiān)測模式，逐步實(shí)現(xiàn)無線傳輸監(jiān)測的普及，不斷獲取有價(jià)值的技術(shù)數(shù)據(jù)，不斷提升電纜線路監(jiān)測的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，推動(dòng)電力事業(yè)的發(fā)展。
2 無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng)的組成
2.1 信號(hào)采集單元
信號(hào)采集單元主要由4個(gè)溫度傳感器和6個(gè)電流互感器組成。溫度傳感器可以對(duì)電纜表面溫度和周圍環(huán)境的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將得到的數(shù)據(jù)通過線路傳輸至控制單元；電流互感器可以根據(jù)電流大小調(diào)整測量的準(zhǔn)度和精度，調(diào)整測量的重點(diǎn)，保證測量數(shù)據(jù)的真實(shí)準(zhǔn)確。
2.2 數(shù)據(jù)處理單元
數(shù)據(jù)處理單元的主要功能是將信號(hào)采集單元采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并對(duì)其進(jìn)行初步處理，這一工作結(jié)束后將處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)發(fā)射單元，方便數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析處理。
2.3 數(shù)據(jù)發(fā)射單元
數(shù)據(jù)發(fā)射單元主要由芯片和通信模塊組成。芯片主要接收和存儲(chǔ)由數(shù)據(jù)發(fā)送單元傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和工作指令，通信模塊主要功能是將數(shù)據(jù)發(fā)射至控制單元。
2.4 傳輸電纜
傳輸電纜主要分為設(shè)備電纜和連接電纜。設(shè)備電纜的一端固定連接在設(shè)備上，另一端為連接卡口，方便與其他原件和設(shè)備進(jìn)行連接；連接電纜不固定在設(shè)備上，是根據(jù)實(shí)際需要用于設(shè)備之間連接的。如果設(shè)備使用不同芯數(shù)的電纜就需要選擇對(duì)應(yīng)的卡口進(jìn)行連接，這樣才能保證連接的正確，工作人員在實(shí)際連接過程中要對(duì)電纜和卡口進(jìn)行編號(hào)，這樣才能防止連接混亂，保證系統(tǒng)的正常工作。
3 無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理
無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng)利用分布在電纜線路上的各個(gè)點(diǎn)位中的信息采集單元對(duì)電纜的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理單元；數(shù)據(jù)處理單元接收這些信號(hào)后進(jìn)行信號(hào)模式轉(zhuǎn)換，將得到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，方便對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，信號(hào)處理好后發(fā)送至數(shù)據(jù)發(fā)射單元；數(shù)據(jù)發(fā)射單元接收到數(shù)據(jù)后就要利用計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，觀察這些數(shù)據(jù)與電纜線路安全運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)之間的差別，這樣就可以發(fā)現(xiàn)電纜線路運(yùn)行過程中的各種問題，數(shù)據(jù)發(fā)射單元要再次將這些數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并發(fā)送至現(xiàn)場技術(shù)人員的接收設(shè)備上，這樣技術(shù)人員就可以根據(jù)得到的數(shù)據(jù)對(duì)電纜線路所出現(xiàn)的問題和故障進(jìn)行維修，保證電纜線路的正常運(yùn)行。
4 無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測對(duì)象
4.1 工程質(zhì)量監(jiān)測
當(dāng)電纜線路鋪設(shè)工程結(jié)束后，可以利用無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行檢測，主要是對(duì)接地環(huán)流進(jìn)行監(jiān)測，通過對(duì)環(huán)流電流值的分析可以發(fā)現(xiàn)施工過程中接線錯(cuò)誤的地方，杜絕嚴(yán)重事故的發(fā)生。
4.2 電纜溫度監(jiān)測
電纜溫度的高低反映了電纜荷載的大小，如果電纜的溫度過高就說明電纜的荷載過大，容易造成嚴(yán)重的安全事故，這時(shí)技術(shù)人員就要對(duì)輸送的電壓進(jìn)行調(diào)整，保證電纜的安全運(yùn)行。無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng)通過安放在各個(gè)點(diǎn)位的溫度探測器實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜的表面溫度和工作環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)數(shù)據(jù)超過安全范圍時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并將發(fā)生故障的位置發(fā)送至控制中心，為電纜的運(yùn)行提供一個(gè)安全的環(huán)境。
4.3 重要線路監(jiān)測
在整個(gè)電纜線路監(jiān)測工作中，對(duì)于整個(gè)電纜中重要線路的監(jiān)測工作至關(guān)重要，它直接關(guān)系到整條電纜的質(zhì)量與安全，關(guān)系到輸電的安全，因此就必須對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測。利用無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng)，可以在第一時(shí)間將重要線路的工作數(shù)據(jù)傳輸至控制中心，克服了人工進(jìn)行監(jiān)測時(shí)間長、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、效率低的局限性，減少了人員的使用，提升了線路監(jiān)測的準(zhǔn)確性和有效性。
5 結(jié)語
總而言之，無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng)成功克服了傳統(tǒng)人工監(jiān)測的弊端，能夠?yàn)榧夹g(shù)人員提供更加完備和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，滿足電纜運(yùn)行和維護(hù)的需求。特別是在電纜接地環(huán)流和表面溫度這兩方面，無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng)展現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢。隨著電纜線路無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用和完善，它的監(jiān)測水平和精度將會(huì)得到實(shí)質(zhì)性提高，為我國的電力發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
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關(guān)鍵詞：無線汽車行駛記錄儀； 無線檢測儀； ARM處理器； 無線模塊
中圖分類號(hào)：TN92534； U463.67 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004373X(2012)09016403
隨著道路交通的快速發(fā)展，道路交通事故率也在不斷地攀升，超時(shí)駕駛、超速駕駛成為交通事故的主要誘因。汽車行駛記錄儀［1］(以下簡稱：記錄儀)是對(duì)車輛行駛速度、時(shí)間、里程、以及有關(guān)車輛行駛的其他狀態(tài)信息進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)并通過接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)字式電子記錄裝置。汽車行駛記錄儀的使用，對(duì)遏制疲勞駕駛、車輛超速等交通違章、約束駕駛?cè)说牟涣夹袨椤⒈Ｕ宪囕v行駛安全以及道路交通事故分析鑒定具有重要作用。然而在現(xiàn)有汽車記錄儀實(shí)際使用過程中，交警部門往往不能夠即時(shí)地獲取超時(shí)超速等信息，從而不能有效地制止超時(shí)超速駕駛。因此研究和開發(fā)無線汽車行駛記錄儀與無線檢測儀(以下簡稱：檢測儀)，用來快速地獲取超時(shí)超速記錄儀中的超時(shí)超速信息。無線檢測儀采用手持式終端設(shè)計(jì)方案，可以實(shí)現(xiàn)探測周邊無線汽車行駛記錄儀并和其通信，可實(shí)現(xiàn)無線檢測儀移動(dòng)讀取汽車行駛記錄儀中超時(shí)、超速信息。
1 無線數(shù)據(jù)傳輸
1.1 無線數(shù)據(jù)幀
無線數(shù)據(jù)幀格式保留汽車行駛記錄儀國家標(biāo)準(zhǔn)［2］中規(guī)定的數(shù)據(jù)幀頭，并且其基礎(chǔ)之上添加了六種數(shù)據(jù)幀僅供無線數(shù)據(jù)傳輸單元使用的數(shù)據(jù)幀，其基本格式如圖1所示。新添加數(shù)據(jù)幀分別是：數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)應(yīng)答，超時(shí)數(shù)據(jù)請求，超時(shí)數(shù)據(jù)應(yīng)答，超速數(shù)據(jù)請求，超速數(shù)據(jù)應(yīng)答，分別用于探測記錄儀與記錄儀中詳細(xì)信息的獲取。
1.2 無線傳輸方案設(shè)計(jì)
本文中無線傳輸基本原理如圖2所示，采用多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)［3］的數(shù)據(jù)傳輸模型，并且采用呼叫式數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)檢測儀i(i=1,2,3)發(fā)出數(shù)據(jù)采集信號(hào)時(shí)，記錄儀j(j=1,2,3,4)如果成功接收到信號(hào)，則t(t在500 ms內(nèi)做隨機(jī)數(shù))時(shí)間內(nèi)返回一個(gè)數(shù)據(jù)應(yīng)答幀給無線檢測儀。檢測儀便能夠采集到周遭記錄儀中的超時(shí)和超速信息標(biāo)志。檢測儀i如需要查看記錄儀j中超時(shí)或超速的詳細(xì)內(nèi)容時(shí)，再次發(fā)送超時(shí)或超速數(shù)據(jù)請求報(bào)文，并且等待記錄儀j的超時(shí)或超速數(shù)據(jù)應(yīng)答幀，從中獲取詳細(xì)的超時(shí)或超速信息。
圖2 無線傳輸基本原理圖在數(shù)據(jù)傳輸過程中，檢測儀如果發(fā)送請求數(shù)據(jù)幀，沒有收到任何應(yīng)答數(shù)據(jù)，則會(huì)重發(fā)當(dāng)前數(shù)據(jù)幀，直到最大次數(shù)N(N=3)。檢測儀和記錄儀檢查收到的數(shù)據(jù)幀中對(duì)應(yīng)的ID是否與本身的一致，如果不一致，則放棄對(duì)數(shù)據(jù)幀的處理。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 記錄儀無線接口電路設(shè)計(jì)
在MVRE型記錄儀硬件基礎(chǔ)之上，該產(chǎn)品以LPC2214型ARM7處理器［4］為處理核心，實(shí)現(xiàn)了汽車記錄儀的功能，在此基礎(chǔ)之上，添加無線傳輸單元。無線模塊采用SWRF1101［5］，該款無線模塊自帶無線碰撞檢測機(jī)制，當(dāng)無線模塊在空中發(fā)生無線碰撞時(shí)，能夠自動(dòng)檢測碰撞，并且延時(shí)重發(fā)。SWRF1101為檢測儀與記錄儀之間的數(shù)據(jù)通信載體，無線編解碼由無線模塊自動(dòng)完成。無線模塊采用串口與記錄儀交互，其連接圖如圖3所示。
2.2 檢測儀硬件電路設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)以STM32F103VET6［6］微處理器為控制核心，STM32系列微處理器屬于16位MCU，而STM32F103VET6則具有精簡指令集和低功耗、高速度的特點(diǎn)，其頻率可達(dá)72 MHz。STM32F103VET6具有512 KB的FLASH和64 KB的RAM，可更好地實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議解析。系統(tǒng)硬件框圖如圖4所示。
圖4 檢測儀硬件電路系統(tǒng)框圖系統(tǒng)人機(jī)交互單元由防水按鍵與2.8吋彩色液晶顯示屏構(gòu)成。按鍵包括采集、確認(rèn)、返回、上翻、下翻共同組成檢測儀的輸入控制單元。顯示屏采用ADS7843芯片用硬SPI接口控制，ADS7843［7］是TI公司生產(chǎn)的4線電阻觸摸屏轉(zhuǎn)換接口芯片，可實(shí)現(xiàn)觸摸輸入和彩屏顯示，在本系統(tǒng)中僅僅使用了彩屏顯示。
檢測儀將在采集數(shù)據(jù)時(shí)所記錄的的車牌以及對(duì)應(yīng)記錄儀的超時(shí)超速信息記錄下來。其中從記錄儀中采集上來的數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)到移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備中，其他一些信息存儲(chǔ)到斷電保護(hù)存儲(chǔ)設(shè)備中。因而檢測儀選用鐵電FM24V02［8］芯片來存儲(chǔ)斷電保護(hù)數(shù)據(jù)，該芯片有256 Kb容量，可讀取100萬億次，能夠穩(wěn)定可靠地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。檢測儀使用STM32F103VET6本身的SDIO來驅(qū)動(dòng)SD卡［9］，存儲(chǔ)需要導(dǎo)出的移動(dòng)數(shù)據(jù)。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1 記錄儀軟件設(shè)計(jì)
MVRE型記錄儀是以Keil3作為開發(fā)工具，并用C語言［10］來實(shí)現(xiàn)記錄儀功能。在此基礎(chǔ)之上，添加無線傳輸方案的實(shí)現(xiàn)，其基本流程圖如圖5所示。
圖5 記錄儀軟件流程圖記錄儀在記錄汽車當(dāng)前行駛數(shù)據(jù)的過程中，同時(shí)監(jiān)聽無線模塊所收到的數(shù)據(jù)，當(dāng)成功收到數(shù)據(jù)幀以后，結(jié)合記錄儀當(dāng)前超時(shí)超速狀態(tài)以及信息，返回給檢測儀相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀。其需要應(yīng)答的數(shù)據(jù)幀包括：數(shù)據(jù)采集，超時(shí)數(shù)據(jù)請求，超速數(shù)據(jù)請求。應(yīng)答數(shù)據(jù)采集報(bào)文時(shí)，只需應(yīng)答超時(shí)超速標(biāo)志，而應(yīng)答超時(shí)數(shù)據(jù)和超速數(shù)據(jù)請求時(shí)，則需要將具體違章數(shù)據(jù)發(fā)送給檢測儀。
3.2 檢測儀軟件設(shè)計(jì)
檢測儀軟件系統(tǒng)框圖如圖6所示，分為驅(qū)動(dòng)層和應(yīng)用層，驅(qū)動(dòng)層主要是實(shí)現(xiàn)各個(gè)硬件單元的驅(qū)動(dòng)，應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能應(yīng)用，其開發(fā)環(huán)境為Keil4，以C語言為編程語言。
關(guān)鍵詞：低噪聲放大器；噪聲系數(shù)；增益；穩(wěn)定性
1 無線傳輸
近年來，系統(tǒng)在各行業(yè)的應(yīng)用越來越廣，為了適應(yīng)這一市場需求，需要優(yōu)化低噪聲放大器的設(shè)計(jì)方法，降低產(chǎn)品調(diào)試成本。傳統(tǒng)的低噪聲放大器輸入輸出匹配電路需要反復(fù)迭代、靈活性不高、后期電路調(diào)試復(fù)雜，產(chǎn)品一致性差。本文通過研究低噪聲放大器的設(shè)計(jì)理論，提出了一個(gè)簡單易行的低噪聲放大器設(shè)計(jì)方案，通過該方案可以最大限度地降低放大器的噪聲系數(shù)，提高放大器的穩(wěn)定性，并且可以方便地在放大器增益、噪聲數(shù)和定性之間進(jìn)行折中設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的電路后期調(diào)試簡單、產(chǎn)品一致性高，與其他射頻部件級(jí)聯(lián)時(shí)不需要隔離器。完全能滿足無線傳輸系統(tǒng)的技術(shù)要求和批量生產(chǎn)。利用該設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的放大器已經(jīng)成功進(jìn)行批量生產(chǎn)。
2 低噪聲放大器的設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的低噪聲放大器主要由輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、晶體管放大器、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)、偏置電路構(gòu)成。
2.1 放大器的主要技術(shù)指標(biāo)
（1）工作頻率：300～400 MHz；（2）增益：≥30 dB；（3）噪聲系數(shù)：≤1.2 dB；（4）端口駐波：≤1.5；（5）供電電壓：+5 VDC±0.5 V；（6）電流：≤ 80 mA。
2.2 放大器設(shè)計(jì)方案分析
由于設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的放大器增益要大于30 dB，所以設(shè)計(jì)中采用兩級(jí)放大晶體管進(jìn)行設(shè)計(jì)，每級(jí)放大器單獨(dú)進(jìn)行輸入輸出阻抗匹配，然后進(jìn)行兩級(jí)放大器級(jí)聯(lián)。設(shè)計(jì)中選擇安華高的低噪聲放大器晶體管MGA-53543，該晶體管在300～400 MHz頻段內(nèi)高達(dá)19 dB的增益和1dB的噪聲系數(shù)足以滿足本文中要設(shè)計(jì)的低噪放的指標(biāo)要求。
2.2.1 MGA-53543的S參數(shù)和噪聲系數(shù)分析
根據(jù)MGA-53543的數(shù)據(jù)手冊采用內(nèi)插法可以得到MGA-53543在350 MHz時(shí)的S參數(shù)：
S11=0.327∠-123，S21=9.471∠141.3，
S12=0.079 5∠13.3，S22=0.206∠-128.3
由上面的S參數(shù)可以得到Δ=S11S22-S12S21=0.729 1∠-21.6
采用外推法可以得到MGA-53543在350 MHz時(shí)：
NFmin（dB）=1.06，Γopt=0.108∠156.5，Rn=0.1
2.2.2 放大器穩(wěn)定性分析
根據(jù)器件S參數(shù)可以得到MGA-53543在350 MHz時(shí)的穩(wěn)定系數(shù)：
所以MGA-53543在350 MHz時(shí)是不穩(wěn)定的，需要對(duì)輸入、輸出穩(wěn)定圓進(jìn)行判定。
（1）作輸入穩(wěn)定圓。
圓心：
半徑：
（2）作輸出穩(wěn)定圓。
圓心：
半徑：
（3）作器件在350MHz的噪聲系數(shù)圓。
圓心：
其中：
半徑：
當(dāng)噪聲系數(shù)NF分別取：1.07 dB，1.2 dB，1.3 dB，1.4 dB，1.5 dB時(shí)，參數(shù)結(jié)果如表1所示。
如圖1所示，通過在Γ平面作輸入穩(wěn)定圓、輸出穩(wěn)定圓、1.2 dB，1.3 dB，1.4 dB，1.5 dB等噪聲系數(shù)圓、19 dB等增益圓發(fā)現(xiàn)在絕大部分情況下MGA-53543可以穩(wěn)定工作，完全可以滿足設(shè)計(jì)要求。
為了獲得最低噪聲系數(shù)，令
則有：
為了使則要求
，
此時(shí)，輸入駐波比
輸出駐波比 ，資用功率增益：
3.2.3 放大器匹配電路和PCB版圖設(shè)計(jì)
（1）輸入、輸出阻抗變換電路的設(shè)計(jì)。輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)就是把ΓS所對(duì)應(yīng)的歸一化阻抗變換到1，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)就是把ΓL所對(duì)應(yīng)的歸一化阻抗變換到1。
（2）具體設(shè)計(jì)的輸入、輸出阻抗變換電路如圖2所示。
3.3 測試結(jié)果
對(duì)本文設(shè)計(jì)的兩級(jí)級(jí)聯(lián)低噪聲放大器電裝以后，用噪聲儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行指標(biāo)測試。
關(guān)鍵詞：無線傳輸； 輪胎氣壓； 溫度監(jiān)測； 監(jiān)測系統(tǒng)
中圖分類號(hào)：TN911.734; U472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004373X(2012)09016103
基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金(51105124)資助;浙江省自然科學(xué)基金(Y1090199)資助0 引 言
輪胎是汽車上與路面接觸的惟一部件，行駛過程中通過輪胎花紋與地面間產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力［1］；充氣后的輪胎具有一定的剛度和硬度，可以用來承載整車質(zhì)量［2］；充氣輪胎又具有一定的彈性，可以緩和來自于車上質(zhì)量和路面不平帶來的沖擊，提高車輛的平順性和乘坐舒適性。而輪胎的剛度、硬度及其他性能，除了與輪胎本身的材質(zhì)和生產(chǎn)工藝有關(guān)外，在很大程度上還受到其工作狀態(tài)時(shí)的氣壓和溫度的影響。實(shí)踐證明，適當(dāng)?shù)臍鈮汉蜏囟瓤梢杂行У販p少輪胎的磨損、提高輪胎的附著性能、改善汽車的行駛安全性。
1 輪胎氣壓和溫度對(duì)汽車使用的影響
當(dāng)輪胎的氣壓過低時(shí)，汽車行駛時(shí)輪胎的彈性遲滯損失明顯變大，不僅會(huì)增加汽車的行駛阻力，還會(huì)使胎面過早地出現(xiàn)龜裂和老化現(xiàn)象；當(dāng)汽車高速行駛時(shí)，又會(huì)由于輪胎內(nèi)外摩擦使得輪胎溫度升高，進(jìn)而輪胎氣壓上升［3］，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)爆胎現(xiàn)象，導(dǎo)致交通事故，危機(jī)生命財(cái)產(chǎn)安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，約有30%的交通事故是由于輪胎氣壓和溫度不正常引起的，高速公路上這一比例更高。
實(shí)踐表明，當(dāng)輪胎充氣壓力與額定值不一致、輪胎溫度超過90℃時(shí)，輪胎的磨損程度就會(huì)加劇，壽命將會(huì)大大縮短，如壓力低于額定值0.03 MPa，壽命縮短［4］25%；壓力高于額定值0.06 MPa，壽命縮短15%以上；輪胎溫度高于95℃且高速行駛時(shí)，就有可能導(dǎo)致爆胎發(fā)生［5］。因此，需要對(duì)輪胎的氣壓和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。
2 輪胎氣壓和溫度監(jiān)測的意義
在行車過程中駕駛員很難依據(jù)感覺和經(jīng)驗(yàn)來判斷輪胎的氣壓和溫度，也不可能經(jīng)常停車使用專用儀器來檢測，因此輪胎氣壓和溫度的監(jiān)測具有以下幾個(gè)方面的意義：
(1) 能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測輪胎氣壓和溫度，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)輪胎氣壓和溫度狀況，便于駕駛員盡快調(diào)整汽車的行駛狀態(tài)，使輪胎的氣壓和溫度能夠盡快恢復(fù)常態(tài)，能夠有效防止爆胎和交通事故的發(fā)生，屬于“主動(dòng)”型安全保護(hù)；
(2) 通過監(jiān)測可以使汽車輪胎盡可能多的處于標(biāo)準(zhǔn)氣壓下工作，從而延長輪胎使用壽命，并能在一定程度上降低油耗；
(3) 可以保證各個(gè)輪胎氣壓均勻，減少造成制動(dòng)跑偏和側(cè)滑的發(fā)生，避免轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)等相關(guān)部件的磨損。
3 國外輪胎監(jiān)測系統(tǒng)的類型及優(yōu)缺點(diǎn)
國外的輪胎監(jiān)測系統(tǒng)的研制起步較早，配置的車型也較多，因輪胎溫度與氣壓存在一定的數(shù)值關(guān)系，所以國外輪胎監(jiān)測系統(tǒng)直接監(jiān)測的指標(biāo)均為氣壓，歸納起來可將其分為直接式、間接式和混合式三種。
3.1 直接式系統(tǒng)
直接式系統(tǒng)是將壓力傳感器直接安裝到各個(gè)輪胎上，各壓力傳感器將監(jiān)測到的壓力值以電信號(hào)的形式通過無線發(fā)射器傳至中央處理模塊，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換后將壓力不正常的輪胎位置在駕駛室內(nèi)的監(jiān)視裝置上顯示出來。直接式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是能夠監(jiān)測出各輪胎的瞬時(shí)氣壓，且定位準(zhǔn)確、顯示醒目，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，傳感器安裝不方便。
3.2 間接式系統(tǒng)
間接式系統(tǒng)相對(duì)于直接式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本較低。它不是直接監(jiān)測輪胎的氣壓，而是通過對(duì)輪胎其他參數(shù)(如輪胎的振動(dòng)或輪胎的滾動(dòng)半徑)的分析間接計(jì)算出輪胎的壓力［6］。如果計(jì)算出來的各輪胎壓力的差值超過報(bào)警閾值，監(jiān)視器將會(huì)報(bào)警顯示有輪胎氣壓不正常情況，具體是哪一個(gè)輪胎氣壓不正常，無法顯示；另外如果有兩個(gè)以上輪胎的氣壓同時(shí)下降時(shí)，系統(tǒng)也不能報(bào)警［7］；另外受車速的影響較大，車速升高，間接式系統(tǒng)的監(jiān)測精度也會(huì)隨之下降。
3.3 混合式系統(tǒng)
混合式系統(tǒng)是直接式系統(tǒng)和間接式系統(tǒng)的綜合，同時(shí)兼顧了兩個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。在四輪汽車上僅安裝兩個(gè)壓力傳感器，這樣便可以對(duì)多個(gè)輪胎同時(shí)出現(xiàn)壓力不正常的情況進(jìn)行監(jiān)測，克服了間接式系統(tǒng)的缺點(diǎn)；由于結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了簡化，其成本也較低；但是無法測出每個(gè)輪胎的實(shí)時(shí)氣壓。
4 國內(nèi)輪胎監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用及其特點(diǎn)
目前，對(duì)于輪胎監(jiān)測系統(tǒng)國家沒有相應(yīng)的強(qiáng)制性規(guī)定要求必須安裝，許多車主也沒有意識(shí)到輪胎狀況監(jiān)測的重要性，安裝時(shí)又要產(chǎn)生一筆額外的費(fèi)用，因此無論是私家車主還是運(yùn)輸企業(yè)主，都不會(huì)去主動(dòng)安裝此類系統(tǒng)；而且系統(tǒng)安裝時(shí)需要在車內(nèi)接線和固定，影響美觀等，這也在一定程度上影響了我國輪胎監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用。
目前裝配了輪胎監(jiān)測系統(tǒng)的車型有：奧迪系列、寶馬系列、奔馳系列、雪鐵龍的CS、上海通用的別克、朗逸1.6 L品軒版、朗逸2.0 L品軒版、榮威550G1.8 T品仕版等，這些車型裝配的都是輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)。其特點(diǎn)是當(dāng)汽車上的某一輪胎出現(xiàn)氣壓不正常現(xiàn)象時(shí)，位于駕駛室內(nèi)的顯示裝置將會(huì)點(diǎn)亮一黃色報(bào)警燈，并顯示“LOWTIRE”或其他警示字樣,以提醒駕駛員采取相應(yīng)的措施，從而確保行車安全。就目前國內(nèi)這些車型所安裝的輪胎監(jiān)測系統(tǒng)的組成及其工作原理來看，主要存在以下不足之處：
(1) 沒有與車型綁定，需人工設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)胎壓，而且需用的傳感器較多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝較繁瑣；
(2) 系統(tǒng)工作受車速的影響較大，當(dāng)車速超過30 m/s時(shí)，所監(jiān)測氣壓值的誤差較大，無法在汽車高速行駛時(shí)起到安全報(bào)警的需要；
(3) 必須使用原廠輪胎，如果換用其他輪胎，系統(tǒng)無法消除由于輪胎不一致而造成的影響［8］；
(4) 語音抗干擾能力較差，射頻效率不高，編碼糾錯(cuò)性較差；
關(guān)鍵詞：無線網(wǎng)絡(luò)；全程視頻監(jiān)控；信息
中圖分類號(hào)：TN941.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1 基本概念
隨著全國城鎮(zhèn)化建設(shè)的加快，各地公路網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，路網(wǎng)結(jié)構(gòu)及交通形態(tài)發(fā)生了較大的變化。公路的發(fā)展日新月異，交通流量急速增長，現(xiàn)有的觀測設(shè)施已很難全面、準(zhǔn)確、客觀的真實(shí)反映沿線公路的交通流量水平、特征和變化規(guī)律。為了解決以上諸多問題，必須對(duì)現(xiàn)有公路現(xiàn)狀的各種交通流實(shí)現(xiàn)行之有效的監(jiān)控措施。于是，在現(xiàn)有公路基礎(chǔ)上加裝無線傳輸及全程視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)的概念應(yīng)運(yùn)而生。對(duì)關(guān)鍵路段實(shí)施交通實(shí)時(shí)控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種異常情況并采取應(yīng)急措施，保證公路高速、安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)營管理。全程視頻監(jiān)控系統(tǒng)是通過設(shè)在公路上的遙控?cái)z像機(jī)采集的視頻圖像，然后通過無線網(wǎng)絡(luò)傳至監(jiān)控中心。設(shè)在監(jiān)控中心的監(jiān)控人員通過系統(tǒng)觀測公路視頻圖像，并實(shí)時(shí)公路信息。區(qū)別于傳統(tǒng)有線視頻監(jiān)控及數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)，本系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是系統(tǒng)的無線性與實(shí)時(shí)性。使整個(gè)系統(tǒng)具有施工簡單，監(jiān)控位置、信息地點(diǎn)的選擇相對(duì)靈活的特點(diǎn)。在圖像的覆蓋范圍內(nèi)，能夠及時(shí)觀測到公路上實(shí)時(shí)發(fā)生的各種交通事件，包括車輛事故、車輛停駛、交通擁堵、行人、車輛逆行等，并且系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地快速進(jìn)行圖像切換及錄像，為公路的交通安全管理和公路運(yùn)營提供極大的幫助。
系統(tǒng)的輸入是反映公路上車輛運(yùn)行情況的交通參數(shù)和交通狀況，這些信息經(jīng)監(jiān)控系統(tǒng)分析、處理、判斷后，可發(fā)生指令，控制公路情報(bào)板，變更其顯示內(nèi)容，實(shí)施對(duì)交通流的調(diào)節(jié)和控制，其性能的優(yōu)劣，在一定程度上取決于車輛駕駛員能否協(xié)調(diào)配合工作，接受系統(tǒng)的調(diào)度和指揮。
2 系統(tǒng)構(gòu)成
無線傳輸及全程視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)一般由視頻信息采集系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、無線傳輸系統(tǒng)及監(jiān)控中心四部分組成。
2.1 視頻信息采集系統(tǒng)
結(jié)合公路實(shí)際情況，在公路沿線一側(cè)或中央隔離帶每1.5公里范圍內(nèi)布置一臺(tái)攝像機(jī),外場攝像機(jī)包括基礎(chǔ)、12米高立柱，以保證遙控?cái)z像機(jī)監(jiān)控角度與范圍符合全線視頻監(jiān)控?zé)o盲點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。供電系統(tǒng)采用太陽能電池板供電方式，供電系統(tǒng)主要由太陽能電池板電池組件、太陽能電池板控制器、蓄電池組等構(gòu)成。電池板安裝在攝像機(jī)立柱5米以上的位置，蓄電池可安裝在地面或埋在地下用水泥封固。該系統(tǒng)將太陽能電池板轉(zhuǎn)換成電能向蓄電池充電，蓄電池的直流輸出經(jīng)過逆變器逆變后，向監(jiān)控?cái)z像機(jī)設(shè)備供電。太陽能電池板設(shè)備原則上設(shè)置在路側(cè)，如遇路側(cè)綠化樹木高度影響太陽能電池板板的安裝，則將其安裝在中央隔離帶。
2.3 無線傳輸系統(tǒng)
系統(tǒng)采用無線通道傳輸，外場攝像機(jī)直接與無線傳輸服務(wù)器相連，無線服務(wù)器可以實(shí)現(xiàn)視頻圖像的編解碼及IP路由器功能，根據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的帶寬及傳輸特性，建議每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)安裝多卡信息化建設(shè)集成服務(wù)器，圖像經(jīng)無線傳輸服務(wù)器編解壓縮后成為適合無線網(wǎng)絡(luò)的MPEG4圖像格式，編碼壓縮處理后的監(jiān)控信息通過無線網(wǎng)絡(luò)匯集到監(jiān)控管理中心。
2.4 監(jiān)控中心
監(jiān)控中心能看到各監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)狀況，監(jiān)控人員可通過監(jiān)控中心局域網(wǎng)或Internet遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)瀏覽視頻圖像、遙控?cái)z像機(jī)。所有圖像接入存儲(chǔ)服務(wù)器及磁盤陣列進(jìn)行圖像存儲(chǔ)及查詢。監(jiān)控中心的管理人員可通過全程視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)了解公路沿線全部的公路條件和交通運(yùn)行狀況以及交通異常事件現(xiàn)場的真實(shí)情況。通過視頻監(jiān)控了解到路段的所有運(yùn)行細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)公路異常事件的性質(zhì)的準(zhǔn)確判斷，并根據(jù)不同的運(yùn)行狀態(tài)按照各種運(yùn)行預(yù)案做出正確的事件控制決策，采取適當(dāng)?shù)慕煌刂拼胧迷O(shè)置于公路沿線的可變情報(bào)板向過往司乘人員提供及時(shí)的路況信息和繞行信息，實(shí)現(xiàn)最大限度地保障行車安全和交通暢通。
3 系統(tǒng)特點(diǎn)及系統(tǒng)局限性
傳統(tǒng)視頻監(jiān)控多采用有線傳輸及供電模式，需要鋪設(shè)專用光、電纜進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)傳輸及設(shè)備供配電，施工難度大，工期長，對(duì)路面破壞較大。無線視頻及數(shù)據(jù)綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)在供電方式上采用太陽能電池板供電；在傳輸方式上成功實(shí)現(xiàn)了圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264/MPEG4的算法，使得可利用無線公共移動(dòng)通信網(wǎng)的傳輸動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)圖像，既很好的解決了系統(tǒng)供電問題，又很好的解決了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)南拗啤＠脽o線網(wǎng)絡(luò)視頻圖像，根據(jù)今后無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)情況，無線傳輸設(shè)備可平滑升級(jí)到3G網(wǎng)絡(luò)。無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)是利用現(xiàn)有無線上網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)男滦拖到y(tǒng)。它采用了先進(jìn)的視頻壓縮算法及流媒體視頻數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)和無線傳輸網(wǎng)絡(luò)解決方案，整合了無線數(shù)據(jù)通信功能和數(shù)字視頻編碼功能的便捷式系統(tǒng)。它把攝像機(jī)圖像經(jīng)過視頻壓縮編碼模塊壓縮，通過智能無線通信終端連接到無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的交互、發(fā)送/接收、加解密、編解碼、鏈路的控制維護(hù)等功能。根據(jù)應(yīng)用，把實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖像傳到任何Internet網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方，可以通過Internet從系統(tǒng)終控端得到實(shí)時(shí)圖像信息，并通過Internet實(shí)時(shí)的信息。該系統(tǒng)整合了無線網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，在空間和距離上產(chǎn)生突破性拓展。無線傳輸及全程視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：
(1)太陽能電池板供電節(jié)能、環(huán)保；(2)無纜式獨(dú)立供電，組件靈活、小巧，方便安裝與組網(wǎng)；(3)全低壓直流供電方式，能源利用效率高，安全性好；(4)設(shè)備維護(hù)費(fèi)用少、施工對(duì)沿線綠化及路面破壞小，施工協(xié)調(diào)方便；(5)采用無線網(wǎng)絡(luò)，徹底無線化，解決了窄帶無線通道傳輸視頻數(shù)據(jù)流的問題。相對(duì)于有線傳輸及傳統(tǒng)供電方式本系統(tǒng)也具有一定的局限性：
a)采用太陽能電池板供電方式，天氣和安裝角度對(duì)設(shè)備有一定影響。
b)采用無線網(wǎng)絡(luò)方式，圖像清晰度及實(shí)時(shí)控制性受無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境影響。
