无线通信系统范文精选

1无线通信子系统的基本构成

1.1中心系统路由器(CSR)中心系统路由器负责无线子系统和CBTC轨旁通信网络之间的连接，轨旁部件和车载部件之间的数据传输，及运行数据通信的加密。CSR共设置2台互为冗余的工业级服务器，每台服务器配有5个300GB的硬盘，满足系统数据存储与恢复需求。

1.2网络管理系统(NMS)网络管理系统是用于配置无线子系统的MMI(人机接口)，是无线系统软件和硬件配置的数据库，还具备无线子系统部件的调试诊断和监视功能。NMS的硬件配置与CSR相同。

1.3无线骨干网无线骨干网架构如图2，主要设备有骨干网交换机和环路接入交换机，与接入点组成若干个冗余环形拓扑结构，1个环路出现故障不会影响线路上任何点的无线通信。每个光纤环路都连接2立的环路接入交换机，无线子系统中设置2台冗余的骨干网交换机，将环路交换机接入CSR。

1.4轨旁无线接入点(AP)AP负责列车和无线骨干网之间的数据通信，AP通过AP交换机连接到光纤环路交换机。每个AP有4根天线，按交叉冗余方式进行安装，实现数据的发送和接收。线路上AP的布置使用双网络覆盖，可以保证单独一个AP故障时，不会出现覆盖盲点。

1.5车载无线单元(TU)车载无线单元用于发送和接收OBCU(车载控制单元)和AP之间传输的数据。一套TU有2个天线，一列车有2套TU，分别位于列车的2个司机室。2个TU通过一个安装在列车上的专用以太网来进行点对点通信，并且以热备冗余的模式持续进行工作，事实上对于列车控制的相关数据，则以负载和数据分摊的模式进行工作，如图1所示。

2无线通信系统的冗余结构分析

从系统架构方式看，无线系统是一套完全冗余的系统，中央系统路由器、骨干网交换机、环路接入交换机、光纤环路、AP接入点、重叠的覆盖区域及车载无线单元，这些直接参与数据通信的设备都采用双通道配置方式，系统中任何单一设备出现故障，都不会对系统的功能造成影响，因此，不需要对系统故障立即进行在线维修，可等待运营结束后再进行维修，减小了设备故障对运营的影响，提高了设备的可用性。无线子系统的冗余配置与普通的冗余方式不同，系统采用的是交叉热备冗余的方式，每个设备都可与其他环节的2套设备进行通信，进一步提高了设备的可用性，即使同时出现不同设备的故障也不会影响系统的整体功能。

摘要：介绍了一种用于RobocupF-180小型组足球机器人比赛的无线通信系统的设计。包括发送端和接收端系统的硬件设计和实现及其软件设计。给出了一种适应于这套系统的通信协议，包括物理层的编码设计、纠错编码设计和帧结构设计。

关键词：串行通信无线通信机器人

足球机器人是一个极富挑战性的高技术密集密集型项目，融小车机械、机器人学、机电一体化、单片机、数据融合、精密仪器、实时数字信号处理、图像处理与图像识别、知识工程与专家系统、决策、轨迹规划、自组织与自学习理论、多智能体协调以及无线通信等理论和技术于一体，既是一个典型的智能机器人系统，又为研究发展多智能体系统、多机器人之间的合作与对抗提供了生动的研究模型。它通过提供一个标准任务，使研究人员利用各种技术获得更好的解决方案，从而有效促进各个领域的发展。其听理论与技术可应用于工业生产、自动化流水线、救援、教育等实践领域，从而有效推动国家科技经济等方面的发展。机器人足球从一个侧面反映了一个国家信息与自动化领域的基础研究和高技术发展水平。

目前，国际上有机器人足球比赛分为两大系列——FIRA和Robocup。本文所要论述的系统所应用的F-180小型足球机器人比赛就是RoboCup系列中应用较广泛的一种。

F-180小型足球机器人足球比赛的示意图如图1所示，比赛双方各有5名机器人小车在场上。足球机器人系统在硬件设备方面包括机器人小车、摄像装置、计算机主机和无线发射装置；从功能上分，它包括机器人小车、视觉、决策和无线通信四个子系统。

其中无线通信系统是衔接主机和底层机器人不可缺少的一环，它必须保证从主机端到机器人底层之间的数据传送是可靠的，从而使得机器人比较能够顺利流畅进行。由于比赛双方都有多个机器人同时在场地上跑动，要求无线通信有一定的抗干扰性。无线通信系统的性能相当程度上直接影响着机器人的场上表现。

1系统的设计及实现

比赛中从摄像头来的视频信号经过计算机处理之后得到控制小车用的数据信息，而无线通信系统的就是将这些数据信息及时准确地送达场上的每一个机器人小车，系统采用广播方式，各机器人根据特定标志识别发给自己的有用数据，从而进行决策与行动。整个系统的框图如图2所示。

系统设计

链路损耗预计地空通信中，地面设备的天线一般采用带伺服跟踪措施的窄波束定向天线，根据和高空平台的距离不同，地面天线的仰角也不同。在高仰角下，地空信道模型等效为恒参高斯信道，链路损耗近似为自由空间的损耗。在低仰角下，信道模型较为复杂，可以根据接收电平的衰落速度分为快衰落和慢衰落两种，快衰落深度小，由多径造成，慢衰落由阴影衰落或二径信道衰落造成，幅度较深，可能造成链路中断。地空信道为视距通信(LOS)，如果地面站处于地形复杂地区，树木、丘陵和山脉等地形、地物离地面站较近，此时慢衰落的信道模型为对数正态分布阴影衰落模型;如果地面站处于开阔地区，此时慢衰落的信道模型为频率选择性双径模型［2］。如果根据以上理论分析计算链路损耗，非常繁琐，需要根据不同的环境和通信距离选择不同的模型以及模型参数。在工程设计中，L频段以下，Okumura-Hata模型根据试验数据而得到，是移动通信中小区半径大于1km的宏蜂窝小区的电波损耗模型。对于地空通信，在一定范围内可利用此模型［3］。此时地空链路损耗为:PL=69.55+26.16lg(f)－13.82lg(hb)－a(hm)+{44．9－6．55lg(hb)}lg(d)+Cm，(1)式中，f:工作频率［MHz］;hb:基站天线的有效高度［m］;hm:移动台天线高度［m］;d:基站与移动台之间的距离［km］;Cm:地物衰减修正值［dB］;a(hm):移动台高度因子［dB］。大量的野外试验表明，低仰角地空信道存在约20～30dB的深衰落。如果高空平台悬浮或小范围内盘旋，深衰落发生在午夜到凌晨的某一时间段;如果高空平台做直线运动，深衰落发生在与频率，天线高度等相关的特定距离上［3］。深衰落可以由信道的二径模型进行分析，当直射波和反射波的距离差满足式(2)时，深衰落出现。可采用空间分集等措施解决。（式略）交换体制高空平台无线通信系统为实现各种业务的综合交换，以及适应高空平台无线通信系统无线窄带信道的特点，需要选择一种合适的交换体制。从实现原理来看，交换技术分为电路交换和存储转发。存储转发的交换技术可分为报文交换(如电报)和分组交换，而分组交换又可进一步分为数据报(无连接，如IP)和虚电路(面向连接，如ATM)［4］。采用目前高性能路由器以及高速ATM交换结构中的成熟思路，构建ATM/IP混合一体化交换结构，路由信令平面与数据平面分离，交换结构可以独立地处理高速数据交换［5］。交换结构由IP或者ATM专用变为混合使用，采用定长分组交换技术，兼顾IP与ATM，既能够满足目前发展的需求，与当前大多数网系互联，又可以兼容下一代网络。抗多径衰落措施地空通信中的快衰落是由于多径造成的。到达接收机天线的信号不是来自单一路径，而是由许多路径来的众多反射波的合成。减小多径衰落主要有以下技术途径［6］:①增大地面天线口径。一方面天线增益高，可增加系统的电平储备，另一方面天线的方向性增强，可以减小天线对反射波的增益。②利用圆极化天线的左旋、右旋隔离度减少地面反射波的影响。左旋极化天线，其电波经地面反射后，变成右旋方式，而天线的左旋、右旋极化之间具有一定的隔离度，从而减小接收信号的衰落深度。③采取分集措施。只要各分集支路的接收信号之间的相关性很小，可以得到互相补偿的作用。常用的分集方式有空间分集、频率分集、角分集、极化分集和时间分集等。④自适应均衡器。均衡器则是一种理想抗衰落措施。能够自动学习和跟踪信道传输特性，并不断地修正自身工作参数去适应信道特性的变化，从而消除信道造成的干扰或失真，以改善接收系统的性能。自适应均衡器一般采用LMS算法的判决反馈结构，与解调器联合设计，全数字实现。抗多普勒频移措施当高空平台与地面设备的相对运动会有较大的多普勒频移时，将给低速率数字解调的相干载波提取带来影响，导致系统的检测性能下降。接收机零中频信号为:（式略）

设备的小型化设计

高空平台通信设备采用ATR机箱为共用平台，实现了设备的小型化。可以承载4个信道模块，共用平台重量小于18kg。信道模块的小型化设计在信道模块的设计中，发信机结构采用基带信号直接射频调制方案，这样省去传统的中频上变频方案的混频环节和上变频抑制滤波器。收信机结构采用高中频和低中频相结合的方案。先把接收的射频信号变到一个较高的中频，然后直接把高中频变为低中频信号进行数字信号处理。信道模块的有源器件主要采用大规模集成电路。一方面带来设备体积、功耗的减小，另一方面使设备的可靠性提高。信道模块在无源器件上充分利用了目前较成熟的LTCC器件，如小信号射频滤波器、功分器、合路器以及定向耦合器。印制板的设计采用微波多层印制板，提高印制板器件的集成度，缩小信道模块的体积。共用平台的小型化设计信道模块和空中交换单元小型化与共用平台的小型化综合统一考虑。合理地分配功能单元所处的位置，简化各模块间的接口电路，统一供电，降低设备整体功耗。ATR机箱采用母板形式，母板上插件之间连接通过印制板走线完成。信道模块的射频单元与数字处理单元间的连线最多，频率高，且易受到干扰，母板连线采用差分走线，消除了母板走线上拾取的共模噪声和干扰。信道模块的数字处理单元与空中交换单元的接口板，空中交换单元的接口板与主控板之间都采用差分信号形式。

结束语

近年来，无人机迅猛发展，已广泛应用于地质测绘、抢险救灾和军事等场合。无人机上越来越多地配置通信设备，高空平台无线通信系统的需求必将越来越大。将来对高空平台无线通信系统的功能要求是多样化的，空中交换的组网是一种趋势。高空平台设备的小型化应该走专用集成电路路线;为了承载各种业务，与地面网的发展方向一致，高空平台无线通信系统的交换体制应该向全IP网发展。对高空平台无线通信系统设计进行总结，希望能给此方面研究的人员提供参考。

作者：吴俊晨 任文成 单位：中国电子科技集团公司第五十四研究所

随着无线通信技术的发展与普及，大中型矿山企业逐步采用以小灵通或者WiFi为主的无线通信调度系统。由于小灵通和WiFi无线通信调度系统以语音业务为主，缺少宽带数据和智能业务，所以矿用3G无线通信成为煤炭行业的发展趋势［1］。矿用3G无线通信系统主要由3G核心网、语音调度交换机、传输网络、矿用无线基站、本安手机等组成。井下基站主要采用定向天线覆盖，网络优化的优势在定向覆盖中并不明显。地面基站一般采用与运营商同等电信级的技术和覆盖方式。针对大型矿区地面覆盖和通信质量的要求对3G网络进行优化，可改善接通率、掉话率等关键指标，提供更加可靠、稳定、优质的网络服务。网络优化不仅能保证通信的质量，还能提升系统的整体运行速度，在遇到紧急问题时提供稳定的通信环境。本文以某大型矿井无线通信系统为例，阐述3G网络优化技术在矿用无线通信系统中的应用。

1网络覆盖问题分析及优化思路

不合理的小区覆盖会给网络带来诸多实际问题，如覆盖盲区和导频污染［3］。覆盖盲区：网络不连续覆盖，局部区域服务品质差，无法保证服务的完整性。导频污染：5dB的窗口内存在3～4个小区重复覆盖情况，即满足软切换门限的导频信号受限于软切换集容量而无法进入软切换状态，从而形成导频干扰。导频污染会降低下行覆盖的信号质量，无法保证服务的完整性，造成系统资源的浪费。优化思路：确定并增强主控小区覆盖；减弱非主控小区覆盖。主要措施：优化天线的物理参数，如天线方位角、俯仰角、天线挂高等；调整导频功率。

2网络优化方案

2．1某矿区地面基站覆盖情况按地面覆盖要求，矿区共设置5台地面大基站，井下基站暂定为20台，后期根据井下掘进及工作面情况，可直接增加基站，无需增加地面核心设备。地面基站覆盖情况如图1所示。关闭中心站以后，对覆盖区的路线进行测试，发现网络中存在的覆盖相关问题主要在图1中圈出的地区发生。弥补覆盖空洞的思路是找出主覆盖。从图1可以看出，可为该区域提供覆盖的小区是F0230，F0229或F0098。

2．2覆盖盲区优化位置1首先排除F0098，因为矿区西侧有较高的山遮挡，F0098的信号被大部分甚至完全遮挡；次，位置1排除F0230。位置2排除F0229，厂区有高层建筑以及工业厂房遮挡，无法改善该区域的覆盖。最后位置1考虑F0229的方向，调整F0229小区到300°左右，把另一扇区天线转到厂区的方向来弥补F0229的覆盖区。位置2考虑将F0230小区逆时针方向调整到150°左右。调整天线方向以后，该区域的信号强度及覆盖等级测试结果见表1和表2（Cluster：簇；RSCP：ReceivedSignalCodePower，解扩后的导频信号强度；Ec／No：Ratioofenergypermodulatingbittothenoisespectraldensity，每调制比特功率和噪声频谱密度的比率；CoverageClass：覆盖等级）。从表1、表2可看出，覆盖盲区优化后，RSCP≥－85的比例从58．36％提高到了92．22％，Ec／No≥－10的比例提高到了97．84％，表明该区域信号强度得到增强，已解决弱覆盖问题。

2．3导频污染优化开启F0230基站以后，在该基站的覆盖区内存在较多导频污染。F0229在该区域成为导频污染，影响了主覆盖小区的Ec／No，因F0229基站较高，该区域由F0229和F0230共同覆盖，所以F0229成为导频污染。将F0229小区天线机械倾角从5°调整到7．5°。经测试，优化后导频污染区域基本消除。测试结果见表3和表4。从表3、表4可看出，导频污染优化后，Ec／No≥－10的比例提高到了99．12％，RSCP也提高到了94．26％，表明该区域导频污染问题已解决。

3结语

主控端模块网络功能结构主控端作为本控制网络的信息发出源，具有运行系统控制程序，接收使用者输入控制信息，接收节点入网请求，数据处理，数据无线发送的能力。主控端由处理器模块、输入输出模块、无线通信模块组成。处理器模块主要负责主控程序的运行，负责处理输入的控制数据以及对输入输出模块以及无线通信模块的驱动；输入模块主要获取使用者输入的控制信息，该控制网络的信息获取源；输出模块主要显示控制系统程序；无线通信模块主要负责数据信息的收发以及主控端与节点间的通信。受控节点模块网络功能结构受控节点作为该控制网络的终端——信息的接收与执行者，具有发送入网请求，接收从主控端发送过来的数据信息，数据包解析，响应命令并执行等能力，由处理器、无线通信模块、照明模块组成。处理器模块负责对无线通信模块和照明模块的驱动，负责处理从无线模块取得数据信息并根据此内容控制照明模块的状态；无线模块负责数据信息的收发以及节点与主控端间的通信；照明供应模块负责LED照明。系统网络特点本系统采用星型网络结构，该结构具有容易实现、节点拓展，维护方便等特点，适合家庭等应用场合。同时，系统无线传输频段为433MHz频段，433MHz频段通信具有如下特点：1）合理的传输距离。基于433MHz频段的无线通信系统能够进行10m或者更长距离的可靠数据传输，而且，如果把带宽/吞吐量降低，则传输距离还可以延长。2）传输可靠。433MHz因为频率低，所以空间衰减小，传输信号强，不易衰弱。3）433MHz是中国的免申请段的发射接收频率，可直接使用。

系统方案分析

本系统由主控端的控制程序接收使用者以及外界的输入，然后对输入信息进行处理，通过工作频率为433MHz的无线通信模块往各个以微控制器为核心的受控LED节点发送数据，受控节点接收到数据后根据双方规定的无线传输协议对其进行解析，得出相应的动作指令并执行。系统硬件设计分析考虑到系统要求及其性能，根据无线通信网络的通信原理和嵌入式知识，经过精心挑选和仔细比较，最终决定本系统主要硬件组成。主控端模块硬件结构主控端由处理器模块、输入输出模块、无线通信模块组成。处理器模块选用S3C2440芯片，该芯片处理能力强，片内资源丰富，是一款应用非常广泛的嵌入式处理器；输入输出模块选用以7寸LCD触摸屏，该触摸屏用于显示主控程序，并接受使用者及外界的输入信息；无线通信模块选用CC1101模块，CC1101无线模块是采用TI公司的CC1101芯片制作的模块，一般是工作在433M，且比较稳定，该模块用于主控端与节点间的无线通信。受控LED节点模块硬件结构受控LED节点由处理器模块、无线通信模块、照明模块组成。处理器模块选用Atmega128L微处理器，该处理器是一款高性能、低功耗的微处理器，其通过CC1101无线通信模块接收来自主控端的控制数据，根据通信协议解析数据，得出要执行的动作，并通过PWM脉宽调制技术控制LED灯的颜色变化；无线通信模块选用同主控端；照明模块选用一般的三色LED灯，通过三原色的不同组合，LED灯可以显示出绚丽多变的颜色。系统软件设计分析系统的应用场合确定了系统的功能，而系统的功能更体现了一个系统的应用价值，本文的LED调光控制系统主要应用于家居调光照明场合，因此调节LED灯光颜色和柔和度以及LED灯颜色的变化方式是本系统功能的重点研究实现方向。系统功能设计分析LED控制部分的主要功能是家居调光照明，根据系统应用设定，系统功能规划如下：1）可以任意设定节点的LED灯的颜色和亮度，通过在主控程序中修改颜色值或亮度，就可以在节点的LED灯上显示出相应的颜色和改变灯的亮度，可以修改三原色中单种颜色的亮度。2）分组功能，能把任意节点分入任意一组，就可以实现群体控制，随意组合。3）能够记录自定义的颜色序列，播放该颜色序列，并可以改动播放的速度，实现变幻效果，增添家庭乐趣。4）群开群关功能，实现方便的管理。5）记录功能，开灯后恢复上次的状态。

主控端模块软件结构

根据系统功能设定，可得出主控端软件流程图受控LED节点模块软件结构根据系统功能设定，可得出受控LED节点软件。本文所研究的基于433MHz无线通信网络的LED调光控制系统，是一个较好的研究平台，可以进行多种基于无线控制的策略研究。虽然本系统实现了大部分预想功能，但无线控制系统的应用远远不止这些。系统存在许多可以改进、完善以及优化的地方，还可以在以下方面进行深入研究：1）本系统在无线通信协议研究方面不算很深入，无线通信协议作为无线通信最重要的环节之一，是无线通信的重中之重。一个好的、通用的、可移植性强的无线协议对于一个健壮的无线通讯系统的建立是十分必要的。2）本系统控制端不够简洁方便，体积大，便携性低。在当今移动化网络化的信息时代，便携性高，体积小的移动控制终端是大势所趋。而且，若能在现今广泛使用的智能系统上开发一客户端，系统通用性将大大提高。3）人机交互界面的美观设计不足，没能体现人性化用户化，在实际应用中应选用高端显示设备，人机交互程序界面应该做到用户化人性化且操作性良好。在完成的工作中可以看出本系统的是个多学科交叉、多种技术方法融合起来设计完成的产物，具有人性化、方便快捷、性价比高等优点，本系统将在无线控制、智能家居等领域拥有广泛的应用前景。但要达到人们设想的高度智能化还有一段的距离，它与信号处理、无线传输协议技术的发展密切相关，系统进一步的技术提高需要人们不断研究努力。

作者：李文杰 单位：华南理工大学

物联网技术是当前信息领域中研究的热点，无线传感器网络作为物联网领域中一个重要的技术组成，可以实现特殊环境连续不断地进行数据采集、事件检测、事件标识、位置监测和节点控制，无线通信模块的这些特性使得无线传感器网络的应用前景非常广阔，能够广泛应用于环境监测和预报、智能家居、建筑物状态监控、城市交通、大型车间和仓库管理，以及机场、大型工业园区的安全监测等领域。随着无线传感器网络的深人研究和广泛应用，无线传感器网络逐渐深入到人类生活的各个领域而受到国内外研究人员的重视。本文设计了一种基于Atmega16单片机和nRF905射频芯片的无线通信系统。该系统适用于低功耗、短距离、小数据量的点对点无线数据传输和交换应用。

1系统总体设计

本文设计无线通讯模块是由数据发送模块和数据接收模块两个完全相同的节点模块构成，数据接收和发送模块都选用Atmega16单片机作为主控制器，由单片机控制射频芯片nRF905实现无线数据的收发。数据发送节点的Atmega16单片机采集上位机或数据采集模块的数字信号，经处理器处理后传送给节点内nRF905无线通信模块，由无线通信模块经调制和功率放大后将数据发送出去。数据接收节点通过节点内的nRF905无线通信模块接收来自数据发送节点的数据，解调后传给节点的主控制器———Atmega16单片机，单片机经过判断和处理，发送相应的处理命令，完成一次数据通信任务。

2系统硬件设计

无线通信节点模块的主控制器选AVR系列的Atmega16单片机，其电路有：RS232电平转换电路、USB接口电路、1602液晶显示模块、nRF905无线模块以及蜂鸣器提示音电路等。

2.1单片机最小系统设计

本系统选用价格便宜的Atmega16单片机作为主控制器。该系列单片机是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器，以低功耗特性被广泛用于各个领域。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。该款单片机内部集成了A/D转换模块，无需专用的模/数转换器；同时与传统的8051单片机系列相比增加两个可编程的串行USART接口。该单片机具有40个引脚，16kBFlash片内程序存储器，1kB的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，一个6向量2级中断结构，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，片内晶振及时钟电路等功能，完全满足本系统需求。

2.2无线射频收发器

1技术方案

1.1系统原理

1.1.1系统构成矿井无线语音通信系统主要由SIP语音服务器、调度软件、矿用分站、矿用无线分站、手持机、骨传导耳机、矿用本安型光交换机等组成。SIP语音服务器：SIP服务器是语音系统在井上的数据交互中心，井下所有的数据通过光纤传递到本服务器，并进行数据交换。调度软件：实现系统设备管理、通话管理、广播、定位等功能。矿用分站：矿用分站是系统的固定终端，在煤矿井下系统的布设中起到支撑作用，是无线与有线之间的转接设备，并且可以在一定程度上不依赖井上的中心设备管理无线自组网工作，并通过光缆与地面的主机连通，通过无线网络连到就近矿用无线分站、手持机。矿用无线分站：矿用无线分站是系统固定终端，在煤矿井下的系统布设中起到矿用分站的扩展作用，并且可以在一定程度上不依赖井上的中心设备管理无线自组网工作，也通过无线网络连到就近矿用分站、手持机。手持机：手持机是井下无线语音通信的移动终端，与矿用分站或矿用无线分站的2400MHz无线网络连接，实现手持机的无线语音通信功能。骨传导耳机：是手持机的配套设备，主要用于工作面等高噪环境。

1.1.2硬件部分工作原理语音通信系统实现了语音通信功能。该系统设备包括SIP语音服务器、矿用分站、矿用无线分站、手持机、骨传导耳机、矿用本安型光交换机等设备。手持机通过无线网络（工作在特高频2．4GHz附近）连接就近矿用分站或矿用无线分站，并通过它们与地面语音服务器连通，共同组成一体的计算机网络系统，实现语音通话功能。手持机配备骨传导耳机后，可以在工作面等高噪环境中实现清晰通话，解决综采工作面通话难的问题。

1.2系统主要功能及特点（1）正常模式功能：通话功能、短信功能、漫游功能、操控功能、调度功能、管理功能。（2）应急模式功能：通话功能、短信功能。

2系统主要硬件设备功能

2.1矿用分站

2.1.1设备技术说明矿用分站通过光纤网络与地面的主机连通，通过无线网络连接就近矿用无线分站，并使其也与地面主机连通，共同组成一体的计算机网络系统；矿用分站还将通过2．4GHz无线网络连接就近的手持机，传递手持机与语音服务器之间的管理信息和语音信息。功能特点：该产品采用OMAP5912及ARM920T处理器和Linux操作系统进行设计，具有本质安全型设计、环境适应性强、处理速度快、软件智能化高、通信速度高等特点，完全可以满足煤矿井下人员监测与跟踪管理及无线语音通信的自动化和信息化管理要求。

1方案设计

1.1新建网络频率规划

由于工业级远距离无线网桥具有1～3dB的低C／I值，同时采用GPS时钟同步、定向天线等多种技术手段提高系统的抗干扰能力。设备的每个信道带宽频率是20MHz，因此频率间隔不应该设置得比20MHz低。通讯模块允许运营商以5MHz为间隔来选择频率。因此在同址安装其他设备时，运营者可以根据互用性来制定频率规划。一般使用6个不重叠的信道（5.735GHz、5.755GHz、5.775GHz、5.795GHz、5.815GHz、5.840GHz）。这6个信道也可以在回传点到点链路中使用。在无线网络建设中，每个中心基站使用2～3个AP（接入点）组成一个接入点集群。扇区按表1进行频率规划和扇区ID分配。所以在两个接入点集群（APCluster）中每个集群最多只需使用3个频点（5.755GHz、5.775GHZ和5.795GHz）。每个频点做不同方向的二次复用就可以正常工作，其余3个频点可以用于点对点回传设备的工作频率。工程采用的工业级远距离无线系统支持6个无干扰的信道，因此对于单个扇区可最多架设6个点对多点设备。

1.2气田原通信系统硬件升级改造

井场的RTU单元在无线网络接入前，原有线链路通过交换机的2M中继与中心站进行数据交换，在加入无线网络后，需要无线与有线之间的判断环路。中心站除了数据上传外，还需要对井场RTU数据进行打包处理，由此可以判断环路主要出现在中心站及井场之间。所以井场与中心站必须同时安装CISCO2960后才能使STP（生成树协议）生效，参与本地环路判断，自动辨别环路的状态形成。中心站和井场改造完毕后即可对处理厂的原有线部分的CISCO3845路由器进行配置。无线通信在进入路由器之前，无线网络工作站监控站可以通过增加的CISCO2960作为与无线链路中的设备通信接口。在有线网络数据为主、无线网络数据为辅的情况下，工作站检测备用链路中各无线设备的通断情况，一旦发生情况即可发出警告。根据配置后的CISCO3845接口定义，将有线和无线链路分别插入对应的网络接口即可实现正常通讯。

2两种网络互备传输存在的问题及解决方法

2.1存在的问题

由于有线网络属于已建成的网络，无线备用通道在传输过程中会形成一定的环路。如果无法解除环路的产生，那么网络的正常通讯会因为环路形成网络风暴而导致网络通讯的拥塞和中断。M2-8RTU单元、M2-6RTU单元、M2-B1RTU单元等各个终端信号在本地交换机与无线设备和中心站处理交换机数据交换过程中，形成了多处环路。这些环路造成了各个交换机之间的通信堵塞，大量的重复信息严重占用了通信带宽，使正常通信无法进行。只有在单独使用单一通讯的情况下，环路线路才可能中断从而使通信恢复正常。

1无线通信技术的发展现状

（1）卫星接入技术。这种通信接入技术被广泛应用于房地产、金融以及教育领域，主要是由于其技术可以有效地实现高速度的互联网连接以及高速度的数据包发放。同时还由于此种接入技术的实施方法比较稳定，所以在各个领域被广泛应用。

（2）红外光通信接入。这种通信接入技术由于其传输速率相对比较高，它的速度频率大约在3MB/s-621MB/s之间，这样就可以有效的促进数据之间的高速度传播。同时此技术的传输距离可以高达100米左右，并且以红外光为主要的工作波段，这样既不需要对其进行频率波段的申请，也不会影响其他通信系统的运行情况。

（3）微波宽带接入技术。这种技术适应的频率段主要是在28GHz的周围，并且采用的是蜂窝方式的网络布局，这样就可以有效地降低因为传输距离比较长而造成的损失和能源消耗。同时还可以有效地减少无线通信发射的功率，由此可知，这种通信接入技术比较应用于双向数据和图像传输。

2无线通信技术在电力系统的应用

2.1无线通信技术在电力输配电系统中的应用

在电力系统中，有关状态信息的搜集和控制命令的发送主要是将输变电无线与光纤集成通信系统放置在网络通信层；变电站的中心站主要是通过电力特种光缆与部署在输电线路杆塔上的远端单元进行相互的连接，其中中心站还可以通过链式自组网的模式来有效地实现它们之间的通信，并且可以通过利用输变电中心站设备和远端单元有效连接的无线与光纤集成通信系统，这样就可以实现底层终端信息的汇总和采集。此外，还可以利用远距离传输的方式将信息进行汇集到输变电系统主站中。在电力系统中运用输变电的时候，可以有效地采用分布式中心站与链式组网两者相互相结合的方式，这样就可以更加充分地利用输电线路光缆资源，从而就可以有效地实现光纤与无线组合网络之间的通信。由于在电力系统中应用配用电的时候，它需求不同，这样就需要促使系统具备智能化的链路传输能力，并且系统还需要具备流量实时监测技术，从而就可以有效地实现系统性能的动态感知。除此之外，在对系统进行实际的监控和测量的时候，要对流量控制技术进行具体的分析和研究，从而才能使链路传输能够有效地适应网络系统的变化。在配用电应用的过程中，需要很大的终端数量，同时由于基站系统承受的压力比较大。所以系统在运行的过程中就需要具备海量终端，并且还要有一定的接入能力。除此之外，在利用调度算法对基站系统进行运算中还需要对终端用户进行数据传输的监测。

2.2无线通信技术电力系统内部管理中的应用

摘要：应用无线通信网络进行远程数据传输，实现现场无线监控系统，用于改变传统游乐设施监控系统有线布置方式，有利于节约资源和时间以及日后的维护保养，保障游乐设施的安全运行。

关键词：无线通信；GMSK

大型游乐设施逐渐朝着“更快、更高、更刺激”的方向发展。而随之带来的危险性也在逐渐增加。目前大型游乐设施上都布满了各种传感器，用于游乐设施的实时检测监控。在游乐设施信号测量系统中，以往的数据传输方式常常采用有线传输方式，以保证数据的准确性、可靠性、稳定性。然而在一些特殊的场合，高温、野外及条件比较恶劣的环境中，待测系统中的某些参数（如温度、压力、电压、电流等）需要实时传输出来给控制中心，传统有线方式的应用受到限制。在对大型游乐设施运行过程进行分析的基础上，提出基于无线数据传输单元的游乐设施远程安全监控预警系统，结合PLC与GSM网络等手段，系统多个监控单元分工合作，实现对游乐设施的安全监控与安全预警功能。该系统能够有效预报设备故障，减少事故发生率，提高设备的安全运行水平。

1系统组成

无线通信系统由发送单元与接收单元两部分组成，如图1所示。在发射单元，传感器采集到得模拟量数据（电压、电流、温度、压力等）传递给A/D转换器，数据处理模块将A/D转换器转换后的数字信号编码得到字节序列，再经过发射模块形成调制信号并送入信道，然后通过无线模块发送出去。在接收端，首先接收模块对接受到的调制信号进行解调，在数据处理模块恢复出字节序列，在电平转换模块中进行数据分析储存，并转化为系统参量在显示模块中实时显示出来。当系统参量超过正常范围时，中心通讯管理软件发出报警信号，现场工作人员通知操作员进行检修或停止工作。传感器测得的模拟信号经过A/D转换器转换为8位数字信号，在数据处理模块中，经FIR数字滤波器滤掉其中高频分量，然后将8位数字量作为直接数字频率合成器DDS相位累加器的输入信号，用DDS来产生高分辨率、载频可编程、频偏可调的频率时变信号，传输给发送模块通过差分编码，单边带调制器进行GMSK正交调制，实现调频基带信号向高频的搬移，搬移后携带信息高频向空间辐射，进行无线通信。数据处理模块如图2所示。采用ALTERACycloneIIEP2C5T144C8芯片，CycloneII系列FPGA支持Altera公司的NiOSII嵌入式软核处理器。该芯片具有40万系统门，8064个逻辑单元内嵌18K位块RAM，包含4个时钟管理模块和8个全局时钟网络，配置芯片（EPCS1），有源晶振及下载调试接口。整个芯片划分为FIR滤波器模块、DDS（直接数字频率合成器）模块、时钟逻辑模块、采样控制模块、储存控制模块等电路。时钟模块单元提供时序工作节拍，设计中采用100MHz的频率输出，以保证测控中同步脉冲的实时性。存储单元完成数据的暂存与管理，采用“乒乓原理”实现大批量数据的写入、读出及管理功能。数据处理模块中的FPGA芯片是发射单元的核心，用FPGA实现软件无线电发射机，不仅降低了产品成本，减少了设备体积，满足了系统的需求，而且比专用芯片具有更大的灵活性和可控性。由于FPGA芯片不能处理模拟量信号，来自传感器的模拟量经A/D转换芯片转换成相应的数字量才能输入到FPGA中进行处理。该系统采用AD公司的AD9283芯片，AD9283是8位的A/D转换器，输入为-0.5~0.5V的模拟信号，内部采用流水线结构，工作电压为3.3V，A/D转换器的时钟由系统时钟分频电路提供。经过编辑的数字量信号送入发射模块进行GMSK（高斯滤波最小相移键控）编码，GMSK具有良好的频谱特性以及误码性能，目前已广泛应用于GSM在内的众多无线通信系统中。发送模块与接收模块原理如图3所示。发送模块主要由并串转换、差分编码和GMSK调制三个子模块组合而成，首先将输入的字节序列经过并串转换变为比特序列，再经过差分编码以及GMSK调制，形成GMSK调制信号。接受模块主要由GMSK解调、差分解码和串并转换以及帧同步三个子模块组成，分别实现发送端GMSM调制和并串转换的逆过程。

2无线系统的软件设计

系统软件设计包括发射机通讯软件和接收机FPGA的实时控制软件。硬件描述采用VHDL语言，其主要特点在于，能形式化抽象表示电路的行为和结构，支持逻辑设计中层次与范围的描述，可借用高级语言的精巧结构来简化电路行为的描述，具有电路仿真与验证机制以保证设计的正确性，支持电路描述由高层到底层的综合转换，硬件描述与实现工艺无关，便于文档管理，易于理解和设计重用。上位机通讯管理软件设计主要实现对数据的处理及管理。下位机软件是一个实时控制程序，每秒采集新的数据，并将其发送出去。控制程序流程如图4所示。无线数据传输系统可以连接不同的传感器，远距离接受测试信号。以江苏省特种设备安全监督检验研究院真空造浪系统为例，由于油温、油压力、电压、电流直接影响液压系统的工作，开环系统对油温变化非常敏感，为提高系统性能，设置传感器监控系统，采集到的信号通过无线传输给计算机，通过显示界面将系统测量到的参数显示出来，如图5所示。

3结语