网络信号范文

网络信号范文（精选12篇）

网络信号 第1篇

关键词：音频信号,监测系统,网络化,智能化

1 前言

随着技术的发展, 我国广播电台在完成数字化改造的基础上, 正逐步向网络化和智能化方向发展。广电总局于2007年3月12日发布了《广播电台数字化网络化建设白皮书 (2006) 》 (广发[2007]0021号) , 明确提出了广播台网建设的框架和要求, 为全国电台今后的技术改造指明了方向。全国各地电台根据白皮书的要求, 结合自身实际情况, 掀起了一股网络化和智能化改造的热潮。和以往的技术改造相比, 在这次网络化技术改造中, 具有几个明显的特点:

(1) 由于这几年广播电台在经营上突破了前几年的低迷, 发展势头强劲, 各地的播出频率逐步增加, 电台规模不断扩大, 而且播出内容和播出形式也更加丰富。对技术实现的手段要求也越来越高。

(2) 由于频道的增加和播出模式的改变, 许多电台的机房布局也有所变化, 很多是分散分布的, 技术机房也往往分布在不同的位置、甚至不同的大楼。

(3) 作为广播台网建设的重要组成部分, 要求能够在全台对音频系统进行监测和控制。

由于这些特点, 在电台音频系统的设计中, 对音频信号的监测提出了新的要求, 要求能够实现网络化和智能化。所谓网络化, 就是能够通过网络实现音频信号的分布式、大范围监测, 而不仅仅是局限在总控室内;同时还要能够实现监测参数的网络共享和网络监听;所谓的智能化, 就是对音频信号的监测不仅仅是简单的彩条显示, 而且还要对信号反相、AES/EBU音频流、电平过载或过低等进行智能判断和报警。

这些要求传统的音频监测设备显然是不能胜任的。为此多家公司推出了网络音频监测设备, 以满足现在电台音频系统的监测需求。这些网络音频监测设备大都具有音频信号的参数监测和音频信号的编码两大功能, 但音频信号的参数分析处理能力和音频编码方式各不相同, 可应用于各种不同场合。

(1) 音频信号参数监测分析处理能力

网络音频监测设备的音频参数在线分析是通过D S P芯片实现的, 不同的DSP芯片的处理能力不一样, 能够处理的音频信号路数也不同。

*单路信号监测设备

有些设备采用独立的板卡结构, 每块板卡采用低性能DSP处理芯片, 只能对一路音频信号的参数进行分析, 因此这些设备监测一路音频信号就需要一根网线, 采用这类设备, 系统复杂, 需要铺设大量的网线, 施工工作量大。

*多路信号监测设备

有些设备采用高性能DSP芯片, 能够同时对多路音频信号进行分析处理, 一般可以对多达16CH, 或者8路立体声信号进行监测分析。采用这类产品, 系统相对简单, 网线铺设量少, 施工工作量小。

(2) 音频信号的网络化传输编码方式

音频信号的编码主要是为了实现音频信号的网络传输和网络监听。目前主要有两种MP3流媒体和Cobranet两种音频编码模式。

*MP3流媒体编码

MP3流媒体编码方式采用TCP/IP协议进行传输, 数据码流率低, 在普通以太网上可以传输多路流媒体音频信号。但由于MP3是有损压缩编码, 类似于网上广播, 因此音质达不到广播级要求。同时由于采用TCP/IP协议传输数据, 存在着不确定的延时, 因此在音频系统中, 往往用于网络监听。

*Cobranet专业音频编码

Cobranet是一种基于局域网的音频数据网络传输协议。它采用特殊的等时传输技术, 能够在一根网线上传输多达64CH, 48kHz/24bit的不压缩高质量音频信号。因此基于Cobranet协议的设备, 不但可以用于网络监听, 还可以用于构建网络音频传输、交换系统, 作为数字音频矩阵的辅助备份矩阵。

利用不同的设备可以实现不同的功能, 搭建各具特色的网络音频监测监听系统, 满足各个电台的特别需求。本文以Digispider公司的ASM-16网络音频监测终端为例, 对新型网络音频监测设备在广播电台的应用做了初步探讨。

2 网络音频信号监测的原理和结构

ASM-16网络音频信号监测终端是高度为1U的设备, 它具有8路立体声音频信号输入接口和主备冗余的100M网络监测端口, 它采用了强大的高性能音频信号DSP分析处理芯片和CobraNet网络音频传输技术, 可以对8路立体声模拟信号或者8路AES/EBU数字音频信号进行参数的分析处理和CobraNet音频流编码, 并通过廉价的以太网传输监测参数和多路高质量音频信号。

ASM-16网络音频信号监测终端结构图见图1。

ASM-16网络音频信号监测终端内置音分和旁通电路, 在设备正常工作时, 输出信号通过内置音分自环输出, 在设备断电时, 输出口和输入口旁路短接, 从而保证信号的流畅。不会由于监测点的介入而影响待测系统的信号传输安全。

ASM-16音频信号网络监测终端具有音频信号检测分析单元和音频信号Cobranet编码单元。音频信号检测分析单元完成音频信号质量参数的分析, 并通过TCP/IP协议, 将质量分析数据传送给上位PC, 并可通过计算机软件以图形化的方式实时显示监测参数。这些参数可以同时传送给多台PC, 实现质量参数检测数据的网络共享。

网络音频监测终端在进行质量参数分析的同时, 还能对音频信号的异态进行分级报警, 包括:

在对音频信号进行质量分析的同时, Cobranet编码单元对音频信号进行Cobranet数据包编码。如果没有设定音频包传输路由, 则数据包不会发送, 也不会占用网络带宽。如果需要通过网络监听该路信号, 该数据包才会发送到网络上。Cobranet数据包有三种发送模式:点对点 (P-P) , 点对多 (P-MP) 和广播模式 (Broadcast) 。如果该监测设备和其他Cobranet设备组成网络音频矩阵, 它会根据路由设置, 自动选择数据包的发送模式, 保证网络带宽的充分利用, 在100M以太网上, 可以实现几十路甚至上百路高质量的音频信号的传输和交换。

音频信号质量检测数据和Cobranet数据包均通过同一个RJ45网络发送, 但采用的协议不一样, 质量检测数据通过TCP/IP协议发送, 音频数据包通过Cobranet协议发送。从而在保证音频信号传输质量的前提下, 实现音频数据包和质量检测数据的同网传输, 大大简化系统的结构。

在实现音频信号的实时检测和编码传输的同时, ASM-16网络音频监测终端还可以对编码后的音频信号进行多种DSP音频处理, 包括电平调整、相位调整、多段均衡、信号发生器、混音等多种处理, 从而为创建智能网络音频系统提供了条件。

3 网络音频监测终端的典型应用

3.1 应用一——简单的音频信号监测

系统说明:图2是由ASM-16和DSM-32软件组成的一个信号监测系统, 主要功能是通过DSM-32软件, 可以对音频信号的质量参数进行实时的监测和显示, 包括电平、相位等。同时还可以设置电平上下限报警阈值和持续时间阈值, 对音频信号的停播、过载、电平不足等故障和异态进行报警, 还可以对AES时钟信号的失锁和丢失等进行监测和报警。

3.2 应用二——音频信号的监测、监听、录音

系统说明:如图3所示, 将多台ASM-16音频监测终端, 通过网线和交换机组成一个音频信号监测网络, 音频监测终端和交换机之间的距离可以达到100米。因此可以组成大区域范围的音频信号网络化监测系统, 利用DSM-32监测软件, 可以在多台计算机上对所有的音频信号监测和监听。

如果在系统中安装具有Cobranet接口的音频慢速录音工作站, 就可以在对音频信号的质量参数进行实时监测的同时, 对各路音频信号进行集中录音和监听。而不需要另外敷设音频线, 也不需要将网络音频信号转换成模拟信号或者AES信号。

3.3 应用三——直播间、总控间音频信号的集中监测系统

如图4所示, 在广播电台的总控系统中, 需要对多个直播间播出信号、转播信号以及信号传输过程中各个关键点的信号进行在线监测, 利用A S M网络音频监测终端可以搭建完善的网络音频监测系统。对于已经建成的传统总控系统的情况下, 可以在不改动原有系统线路的情况下, 通过在各点增加监测终端, 实现网络化的监测报警系统。

功能说明:对直播间所有关键音频播出信号进行监测, 如播出站输出信号、调音台输出信号、延时后信号、外转信号、矩阵后信号、切换器信号等。待监测信号可以直接送入ASM网络音频监测终端, 通过网络进行集中监测、监听和报警。

由于ASM具有智能故障判断和报警功能, 如出现信号故障或者劣播, 能够方便地判断发生故障的具体位置, 确保电台能够在最短的时间内, 快速发现问题和排除问题。

在这样的结构中可以看出, 由于采用了网络音频监测技术, 各个直播间的音频信号可以通过网络进行监测, 直播间的多路音频监测信号通过2根主备网络线路即可实现集中监测, 不需要另外敷设音频线, 而且监测功能较之传统的监测手段要强大很多, 系统的改造也更加容易。

4 结束语

无线网络信号设置技巧 第2篇

1、选择5GHz频率下工作

作为802.11N标准的特色之一的就是双频工作，支持11N协议的无线路由设备能够在传统的2.4GHz频率上正常工作，也能够在5GHz的频率下工作。不过作为前者，目前有太多设备的工作频率也处于此范围，如蓝牙、微波炉等，这些设备在工作时也许将影响无线网络的传输。此时，我们可以选择将设备设为在5GHz频率下工作，这样将更好的发挥路由功能。当然，不是说5GHz频率下工作就不受影响，双频工作的优势就是在某频率下工作状况受影响时，可以随时切换，以保障正常工作。目前有些产品还支持双频混搭，可以同时在2种频率下工作，为用户无线网络稳定带来保障。

2、最好设置仅对无线”N"支持

802.11N标准作为最新协议，保持了向后兼容的特性，对之前的11b/g标准仍旧提供支持。不过为了更好的安全考虑，我们最好还是对无线路由设备仅设置对11N支持。当我们对11N无线路由设置AES加密或WPA2加密时，由于需要额外的硬件支持，可能这两种加密措施并不能被旧路由兼容。所以这就让仅支持老标准的设备不能正常接入，而使用WEP加密或不加密又不能得到足够安全保障。

3、选择最佳的频道

在我们平常使用的无线路由器中，一般在设置首页都会见到无线网络信号频道的选择那一选项。面对超过10个以上的频道我们该如何选择呢?不同频道都是按照5MHz分割开来的一段段波段，如果相隔波段太小，将会直接导致频道间互相影响。在我们设置时也要视具体环境状况来进行配置，比如说如果采用1和6信号都不是那么让人接受的话，也许频道3才是最佳。

4、调整天线角度

在使用过程中，天线的角度也是值得我们关注的，通过对天线角度的调整，可以认为的增强无线网络对于某些区域的覆盖强度，增强信号对指定区域的稳定性与传输速率的提高。

5、调整发射功率配置选项

在无线路由Web设置界面的高级无线功能设置中我们可以找到其新出现的发射功率配置选项。在选项中，通过对发射功率的调整，能够在面对家庭复杂环境，特别是需要穿墙或障碍物多的无线网络情况下获得理想的网络信号与速度。

6、远离干扰源

无线网络最害怕的天敌是什么?干扰。在我们的日常生活中，2.4GHz频率是普通设备最为集中的工作频率，也是最容易被物体反射与吸收的频率。首先，水便是一类最为常见的吸收2.4GHz频率波谱信号的物质。其次，而生活中常用的微波炉是工作在2.4GHz频率下的。也就是说，如果你将养鱼的水缸搁置在无线路由与无线设备之间，其信号强度将会骤减;而微波炉放置在离无线路由不远处，也将严重影响无线信号的传播。

7、升级固件与驱动

无线网络信号绕着电线跑 第3篇

今年9月20日，美国第二大移动运营商AT&T发布消息称，已经发现了一种能通过电线来直接传输千兆级高速无线宽带网络的方法。根据其描述，这个名为AirGig的项目能以更为廉价、更为便捷的方式，将互联网带至那些贫困及偏远地区。

形象地说，AirGig的技术能使电线与网线合并，如此，本来需要在电线内部随着电流传播的网络信号，就能从电线中“跑出来”，在电线表层环绕传播。这时，电线就只起到引导传播方向的作用。

AT&T的设想是，在现有的电线杆上放置特制天线和塑料路由器，特制天线能够释放频率高达30GHz的毫米波，而塑料路由器则接收随电线传播而来的毫米波，将其解调成为无线网络信号，这一信号能被周围的用户收到。也就是说，这些用户不必在自己家中安装网线，使用AT&T提供的高速Wi-Fi即可。

如果能付诸商业化，AirGig将创造一种新的电力线通信的方式。

电力线通信（Power Line Communication，简称为PLC）技术本身并非什么新鲜的通信方式，它的原理就是把高频波加载于电流，通过电流来传输数据或者媒体信号，然后由一个适配器负责接收电流，把高频波从电流中分离出来，传送给计算机或电话。

北京理工大学信息学院教授陶然对《第一财经周刊》介绍说，这一技术在1990年代到21世纪初期的十年间，曾经发展迅速，但后来已经成为一个比较小众的研究领域了。

针对PLC技术的研究和应用一度走向衰落的主要原因，是配电变压器、电线本身都会导致靠电线传播的信号极易受到干扰和衰减，此外也很难找到合适的频谱，即使顺利接入，传输速度也不够快，无法满足用户高速上网的需求，电线的负荷也会影响传输距离。

所以2000年以来，各大运营商大规模推出ADSL、光纤、无线网络等多种宽带接入业务，它们逐渐取代了PLC技术。

“但电力线通信的优势仍然很明显，最大优点是不需要重新架设网络，只要有电线就能传递数据。”陶然说。这种优势应该也正是AT&T所看重的。

首先，电力线几乎可以架设到任何地方，包括宽带和无线网络尚难以触及的偏远地区。另外，由于无需重新架设网络或挖开街道，这也能节约大量基建成本。

AirGig找到了克服传统PLC技术弊端的解决方案—虽然AT&T未提供关于此技术的较多细节，但核心原理上这种新的PLC技术，并不是让网络信号随电流在电力线内部传输，其传输原理可能与电流辐射出的电磁波有关。

在电力线的“指引”下，高频数据信号由安放在电线杆顶部的路由器来负责接收，这个路由器同时充当着调制解调器、Wi-Fi和信号放大器的作用，它一方面可以将高频信号直接转换为可供用户直接接收的多频率段的无线网络信号，另一方面还可将高频信号加强继续沿电力线传输。

普通的电线杆之间的距离一般在50米左右，高压线则为200米，基于这样距离的电线来传输信号将不是问题。在每一个电线杆上如此密集地放置“Wi-Fi”，是为了保证让这一地区的用户都可直接享受到无线网络信号，无需再另行安装设备。

AT&T计划选择中压电力线搭载高频信号，这主要是从位置角度考虑，中压电力线高度适中，视野较好，便于操作。路由器和特制天线皆为塑料材质，这也能降低成本。

AT&T表示，AirGig的相关技术还在测试阶段，实地应用测试会于2017年开始。这的确是个不错的设想，AT&T已宣布完成了相关技术研发，并拥有一百多项相关专利。但未来如果将AirGig项目付诸商业化，困难可能还有不少。

比如，在电线表层传输的网络信号更易受到雷雨等恶劣天气的影响。此外，由电线杆的位置决定的路由器设备安放的位置，可能也会限制服务的范围。所以陶然认为，这项新技术的落地，可能还需要根据服务环境和范围，重新设计安装设备的电线杆位置。

AT&T的首席战略官John Donovan表示，现有的硬件设备虽然可靠，但已不能满足今天对速度的需求。理论上，新一代技术有可能获得更快的信息传输速率。AirGig的目标是达到千兆速率，这一速率能够完全满足物联网、自动驾驶、VR（虚拟现实）等热门技术需要的300Mbps的速率要求，相比现在的普遍水准，也更接近业界目标针对5G环境所设想的10Gbps的速率标准。

AT&T将可以借此机会进入为5G制定标准的第一梯队—至少，这家运营商将有可能率先达到4G LTE的速率标准。

“申请了上百个相关专利，可以看出AT&T对该技术的重视。如果AirGig项目实验成功并被广泛应用，将为 AT&T提供很大的竞争优势。无论是节约建造发射塔成本，还是提供高速网络能力，都会有极大进展。有了新的廉价高速无线网络，移动设备上的服务和体验都会升级，”毕业于卡耐基-梅隆大学计算机科学专业、现为甲骨文财务云软件工程师的王萌对《第一财经周刊》说，“不过由于AT&T目前对该项目保密，外人很难预测其稳定性和推广可行性。”

AirGig项目对AT&T来说，可能还有重塑移动网络的商业模式的意义。因为这套网络快速传输方案会彻底抛弃原有的硬件设备，所有网络设备被重新定义为软件。比如，它可能只是手机上的一款软件，用户可以随意操控，速度更快且更灵活，就像手机的音乐和媒体软件取代CD机那样。

手机无线网络信号测试分析 第4篇

一、信号波动的定义

信号波动, 通常指手机信号强度指示变化的现象, 又称信号漂移、信号不稳、信号抖动。

二、信号波动的分类

在专业上, 将信号波动按照现象分为三类, 即:

1、手机在空闲状态 (即不通话) 时的信号波动;

2、手机从空闲状态到通话状态时 (即呼叫) 的信号波动;

3、手机在通话时的信号波动

三、信号强度的定义

对于信号波动, 通常指手机信号强度指示的变化, 那么, 什么是手机信号强度指示呢?在此, 需要对其进行详细的描述:

1、每个小区有一个BCCH (导频功率) 频率, 该频率每个时隙必须恒功率连续发射, 即所谓的没有功率控制。

2、空闲时 (即用户不打电话) 手机测量服务小区BCCH电平 (导频功率RSCP) , 同时测量六个非服务小区的电平值。

3、手机根据BCCH (RSCP) 的信号强度情况做小区重选, 以保证到手机留在某一“最好”的小区。

4、空闲时手机显示的是服务小区的BCCH的接收电平 (导频功率RSCP) 。

5、手机信号强度的显示没有统一标准, 由各手机厂商自行规定, 而且同一生产商不同型号手机也存在信号强度显示 (或接收灵敏度) 的差异。因为在GSM网络中, 通常手机最小接入门限为-105d Bm, , 而WCDMA网络中手机最小接入门限为-120d Bm, 最直接的就是手机是否显示网络图标。但是, 对于一个范围带的信号强度, 其步长可以由生产商定义, 后面会有对手机信号强度的举例说明。

四、信号波动原因分析

4.1空闲状态下手机信号波动

4.1.1传播造成的信号波动

1) 传播特性

无线电波具有以下四大特性:

1、无线电波传播的三种形式:直射、绕射、散射 (反射) ;

2、接收信号强度是各种传播路径矢量和的幅度;

3、接收信号的强度是随机变量;

4、传播环境是时变的, 所以无线信道的衰落也是时变的。即使手机静止不动, 其接收信号强度也是时变的。

2) 传播特性引起的信号波动处理方法

1、传播造成的信号波动占用户投诉的比较多数, 这时应设法了解用户投诉的真实原因。

2、当手机接收电平中值很强时, 传播造成的信号波动不会导致手机信号格数变化。此时用专用测试手机还是可以看到信号强度值的变化, 对这种情况应该用合适的方式向用户解释。

3、当手机接收电平中值很弱时, 可以看到手机信号格数变化。如果信号太弱而影响用户通话, 应改善覆盖。

4.2天线选型对信号波动的影响

4.2.1天线特性

·天线方向图有主瓣区和副瓣区;

·副瓣区有许多交错的零点和峰点;

·全向高增益天线垂直波瓣很窄 (一般小于7度) ;

·天线晃动时, 从副瓣覆盖区的固定点看, 就是天线增益发生变化, 极端情况下零点和峰点交替照射测试点, 造成信号波动。

4.2.2天线特性引起的信号波动处理方法

在现实网络优化中, 针对天线选型不当造成的信号波动, 一般在网络优化中建议用以下手段抑制信号波动:1、建议更换为带下倾角及零点填充全向天线或采用宽波束低增益天线;2、改全向站为定向站。

4.3通话过程中的信号波动

4.3.1通话过程中的小区切换

小区切换是维持移动台从一个小区移动到另一个小区时通话能继续进行, 以满足网络管理的需要。触发切换的原因是很多的, 若切换的目标小区很远, 就有可能造成信号波动。

4.3.2通话过程中干扰

通话过程中的干扰往往表现为上下行的电平比较高, 但信号质量却很差, 直接后果是导致质量 (高BER) 触发的切换。若切换的目标小区信号和源小区信号强度差异比较大, 就会造成信号波动。当Ec/Io话音质量很差时, 如果已经排除了硬件故障, 就说明它所采样的频点有干扰, 设法排除干扰。

五、主流手机测试研究

目前主流的3G手机主要有iphone4、iphone4S、HTC、摩托罗拉、诺基亚、中兴、华为。

5.1测试要求

准备好不同型号的手机, 找到覆盖边缘, 车速缓慢前行, 记录好不同手机在信号波动时的接收电平和RSCP, 按照以下附件进行记录。

5.2测试结果

手机在不同弱覆盖场景下信号强度如表1:

手机在无线环境相对单一的覆盖边缘测试情况:

由图1可知, 随着使用VC业务的手机慢慢向覆盖边缘移动, RSCP和ECIO逐渐下降, Tx Power逐渐上升。手机脱网时, RSCP降至-118.54, Ec Io降至-19.04, Tx Power升至手机发射能力最大值21。测试中发现无线信号RSCP低于-115且Ec Io低于-18时时, 还可以正常做语音呼叫。

由图2可知, 随着使用HSDPA业务的手机慢慢向覆盖边缘移动, RSCP和Ec Io逐渐下降, Tx Power逐渐上升。手机脱网时, RSCP降至-115.83, Ec Io降至-22.74, Tx Power升至手机发射能力最大值24, 手机速率降至539.64kbps直至为0kbps。图中突然信号变好且速率回升, 是由于测试路线存在转角, 无线信号有一段突变。测试中发现HSDPA下载速率随着无线信号的变差下降, 但无线信号RSCP低于-115且无线信号Ec Io低于-18时, 还可以正常做HSDPA数据业务。

六、小结

手机在无线环境复杂的市区测试情况:

对于语音业务, 无线信号RSCP低至-108, Ec Io低至-15时, 手机信号就开始频繁的在1格和2格之间切换 (N85为3格) , 特别是iphone手机。语音通话质量开始出现有偶尔的断续或是单通, 当RSCP恶化到-110的时候就已经不能满足。

对于数据业务, 无线信号RSCP低至-105, Ec Io低至-14时速率还可以获得很好的数据速率600kbps左右, 用户感受远高于GPRS或EDGE。但是当RSCP低于-110后Ec Io就开始急剧恶化, 上网非常不流畅, 甚至出现没有速率的现象。

对于HSDPA业务, 无线信号RSCP低至-107, Ec Io低至-16时尚可使用。但是, 由于Down link覆盖已经很差, 且误块率达到12%, 再往覆盖边缘移动Ec Io低至-18, 就无法正常使用, 直至掉线。

手机在无线环境相对单一的覆盖边缘测试情况:

对于语音业务, 无线信号RSCP低至-118, Ec Io低至-19时尚可使用。但是, 由于Down link覆盖已经很差, 且手机发射能力达到最大值21, 再往覆盖边缘移动, 存在掉话风险。

对于数据业务, 无线信号RSCP低至-110.75, Ec Io低至-18.33时速率仍然可以获得很好的数据速率539.64kbps, 用户感受远高于GPRS或EDGE。但是, 由于Down link覆盖已经很差, 且手机发射能力达到最大值24, 再往覆盖边缘移动, 存在掉线风险。

因此, 无论是什么场景, 比如:覆盖边缘、覆盖空洞、室内 (地下室、车库) 或信号快衰落区域, 当无线信号变得很差, 且手机发射功率达到最大值时, 很难保证业务继续使用。

为了保证用户使用3G网络时得到很好的感知, 就必须保证业务的延续性。在3G和2G覆盖都不好的区域, 就必须加站解决;在3G覆盖不好, 但2G覆盖好的区域, 就可以采取2/3G互操作技术, 使用户在3G和2G网络之间平滑移动。

摘要：本文主要是陕西联通宝鸡分公司针对在移动网日常优化工作中手机信号变化方面的分析和总结。文章分别从理论分析、实地测试、不同场景等角度入手, 比较全面和系统地阐明了手机终端在移动网络中不同环境下信号强度、质量、发射功率与用户感知之间的关系。

关键词：信号,无线环境,手机,天线

参考文献

[1]华为技术公司.《GSM无线网络规划与优化》.人民邮电出版社

[2]王莹//刘宝玲.《WCDMA无线网络规划与优化》.人民邮电出版社

[3]张传福彭灿.《WCDMA通信网络规划与设计》.人民邮电出版社

[4]William C.Y.Lee.《移动通信工程理论与应用》.人民邮电出版社

网络信号 第5篇

1、在跌落中增长：2009年广告市场的整体不景气当中，网络广告市场将有接近30%的年增长率，低于20多个百分点，但是在包括电视、报纸等在内的所有类别的媒体中增长率是最高的。

2、精准、精准、精准：实质是“效果、效果、效果”，小额预算、灵活性、精准让互联网有机会赢得更多广告主，但是广告主对互联网费效比的追求更为挑剔，互动营销精准技术、产品、服务将受到更多追捧。

3、品牌、曝光、印象性质的投放的价值重新被认知：认为位置广告、品牌曝光为诉求的广告就是大撒把的说法会被部分改变，但是这不会成为媒介销售经理们的普遍借口，问题的关键也还在于如何进行有效的品牌投放。

4、碎片化在持续、长尾更长，但是如何收获依旧是个难题：小媒体处境艰难，专业媒体广告营收增长率下降甚至大于门户，这是一个充满悖论的时代，关键之一就在于媒体以及媒体碎片到处都是情况下大部分人难以成为资源的调动、整合者，找不到最佳位置，因为缺乏相关工具，所以，一些比较长的长尾的代表甚至会在寒冷的冬天死掉，因为血液暂时不能充分、有效的循环到那里，

所谓的碎片，在用户那里是闪亮的水晶，但是在网站经营者那里有可能是地上的美丽冻人的冰凌花。个人网站的2009年很大程度上将会是孤独的。

5、一种传感器萎缩回来，另一种传感器伸展出去：分布式的广告网络收获“碎片”需要技术后援，仅仅只能反馈简单信息的基于页面代码统计技术的传感器，正在让位于真正能够跟踪、分析用户行为、特征和需求的智能广告网络。一些广告联盟、广告交易平台们的焦虑有可能找到出口，或者失去出口。

6、并购：广告代理市场的集中度进一步提高，并购、重组、业务结构拓展使得大玩家越来越少，小玩家越来越多，有理想有地位的独立代理商自我感觉将会更为不妙。

7、标准、规范不是实质，实质是信用以及价值的互相认同：各种各样的联盟进一步林立市场，包括规则的制定者忽然多得让人眼花，恶性、过度竞争将会让很多人领略冬天的残酷，信用在一瞬间甚至变得不那么重要，但是寻求建立一致性的来自于市场的自下而上的努力终究会成为最强音。初对于20市场规模的预期为121.7亿元人民币。

网络信号 第6篇

如果无线信号弱，最简单的处理办法肯定是直接更换路由器。目前最新的无线标准为802.11ac（图1），如果我们的路由器标准还在802.11n以下并且效果不佳，完全可以选择更换ac路由器，它提供了更远的覆盖范围和更快的连接速度。新路由器的无线网络的覆盖范围是根据具体情况而定的，但至少在同样的距离下能够获得更快的连接速度。

智能手机支持无线标准方面的情况很不错，苹果公司的iPhone 6和三星Galaxy S4/S5（图2）都直接支持802.11 ac，而iPhone 4/5和Galaxy S/S2/S3这个时代的手机都是802.11n级别。与智能手机和平板电脑不同，笔记本电脑和智能电视可能并不支持ac标准。仔细看一下硬件配置，看看它使用哪种无线标准。需要的用户可以购买可接入到USB端口的无线适配器，价格基本只有百元。

组建电力猫家庭网络

电力线适配器俗称电力猫，可以在家里的任何地方上网，而不丢失太多性能。组建电力线家庭网络就跟插入到电源插座一样容易，只要将一个适配器插入到路由器附近的电源插座，并使用以太网线将它连接到路由器上。然后将第二个适配器插入到远端房间的电源插座，通过有线或者无线的方式将这个适配器连接到你家的智能电视、笔记本电脑等设备上即可（图3）。

电力猫使用起来都是成双入对的，我们至少需要两个适配器，最好是购买含有两个适配器的入门套件。高端电力猫还能在第三个或第四个房间组建新的无线热点，这不仅仅获得增强的信号，还能获得新无线热点（图4）。高端的电力猫虽然价格较高，但用途很广泛，效果也有保障。但如果电力猫质量不佳，会非常明显地降低网速，在这一点上要格外注意。

无线中继

购买全新的无线路由器或选择电力猫，会增加额外的成本。最好的电力猫适配器价格要上千元。TP-Link的TL-WA860RE（图5）等这类无线扩展器价格只有400元左右，是相当不错的中继之选。无线扩展器捕获无线信号后重新播送信号，因而有助于增强在远端路由器发出来的信号。不过需要注意，它们有一定的性能局限性。

无线扩展器与路由器共享带宽，因为它在路由器和扩展器之间共享数据，而电力猫完全充当单一设备不共享带宽，所以你能获得更强的信号。中继器使用一半内置天线接收无线信号，使用另一半内置天线发送新信号──实际上设备网络连接的速度减少了一半。如果是普通的上网浏览和电子邮件等应用，这应该不是那么明显，但是播放视频流或在网络上移动文件时会感觉到这种减速，这就是为什么有些时候电力猫性能更好的原因。

无线扩展器需要放在中央位置，不可离主路由器过远（图6）。如果你把中继器放在主网络的边缘，如果无线信号很弱，那么它只会传送那个很弱的信号。如果将它放在无线信号较强的地方，那么它传送的信号也会比较强（图7）。范围扩展器的理想位置是放在主路由器与目标无线设备的当中央──放在开阔的走廊或宽敞的房间，而且应该远离干扰设备，比如其他蓝牙设备和微波炉。

2.4GHz还是5GHz

现在无线领域5GHz的概念被热炒，无线网络可以在2.4GHz或5GHz这两个频段中的一个上运行，听起来5GHz会厉害一些，但其实选择2.4GHz还是5GHz，需要兼顾干扰、范围和速度。2.4GHz路由器或扩展器的速度最快可达到300Mbps，而5GHz设备的理论最高速度为450Mbps。双频设备因而有时号称速度可达750Mbps。这些标称速度只是理论最大速度，你根本无法获得这么高的速度，而且每个频段都有其局限性。

2.4GHz设备经常争夺可用的频谱资源，所以会彼此之间引起干扰。2.4GHz频段还划分成多个重叠信道，重叠越多，彼此紧挨的网络之间的干扰就越厉害。换成5GHz可以缓解信道问题，因为在5GHz频段可供使用的信道要多得多，而且没有任何重叠。但是2.4GHz比5GHz有一大优点，那就是覆盖范围。5GHz波段使用较短的波长，无法像2.4GHz的波长那样可以顺利穿透实心物体，比如墙壁、天花板。干扰越多，速度越慢、覆盖范围越小。你想要的覆盖范围越大，所能获得的速度就越慢;你想要的速度越快，越需要缓解干扰、越要靠近接入点。

CMMB网络室内信号覆盖设计 第7篇

关键词：直放站,线路损耗,空间损耗,功率,CMMB

1 概述

1.1 CMMB简介

中国移动多媒体广播简称CMMB, 是我国国内自主研发的第一套面向手机、笔记本电脑等多种移动终端的系统, 利用S波段信号实现“天地”一体覆盖、全国漫游, 支持25套电视和30套广播节目。2006年10月24日, 国家广电总局正式颁布中国移动多媒体广播 (俗称手机电视) 行业标准, 确定采用我国自主研发的移动多媒体广播行业标准。中国移动多媒体广播规定了在广播业务频率范围内, 移动多媒体广播系统广播信道传输信号的帧结构、信道编码和调制, 标准适用于30MHz到3000MHz频率范围内的广播业务频率, 通过卫星和/或地面无线发射电视、广播、数据信息等多媒体信号的广播系统, 可实现全国漫游。

1.2 室内覆盖简介

随着城市的不断发展, 现代建筑技术的提升, 高层建筑越来越多。大多数大型商场、超市等人员密集场所建筑都存在规模大、质量好的特色对于CMMB信号的屏蔽作用。特别市一些大型建筑的底层、地下商场、地下停车场等区域信号较弱甚至信号全无, 在该区域内形成了信号覆盖的盲区。所以建设室内覆盖在这种情况下就非常有必要了。通过室内分布式系统的建设, 能有效改善该部分区域的信号覆盖, 提升通信质量。有效增强用户感知度。

2 CMMB室内覆盖的方式选择

2.1 合路方式

通过利用其他运营商的室内分布系统, 在系统主干部分通过合路器进行信号合路, 通过原有运营商的天线馈线系统将CMMB信号在楼宇内部进行覆盖的方式。

2.1.1 通过合路方式进行覆盖的优点

A、节省投资, 通常来说原有其他运营商的天馈系统已经充分考虑到了楼宇的结构, 传播损耗等因素故合路的方式只需投资信号源设备以及部分主干连接馈线合路器等设备既可。

B、工程周期短。

2.1.2 通过合路方式进行CMMB室内覆盖的缺点

A、维护不便利, 由于天馈系统均使用其他运营商, 故在后期维护中如遇到运营商天馈系统故障则需通过该运营商进行维护。

B、对于楼宇面积规模等的限制, 由于当前电信移动等运营商建设的室内覆盖系统中, 由于前期覆盖目的不同、使用频率不同、馈线系统的损耗等因素 (如GSM需要考虑乒乓效应, CMDA系统需要考虑导频污染等) 。对于某些大型建筑多采用分层或分区建设的方式。故在引入CMMB合路时会导致CMMB有源设备不能合理利用。

2.1.3 合路方式需要注意的问题

A、器件的兼容性若与原有的分布系统合路需要考虑原有分布系统中器件 (功分器、耦合器、馈线、天线) 等所使用的频率范围, 是否能够兼容CMMB使用频率。

B、系统间的干扰目前CMMB评断为470-860MHZ, 如与电信CDMA800 (CDMA使用的频段是800M的频段:反向 (上行频段) 825-835M, 前向 (下行频段) 870-880M) 合路则如需部分频道则会导致严重干扰, 在这样的情况下CMMB需要重新考虑频率的规划。

2.2 天馈系统方式

2.2.1 天馈系统进行覆盖的优点

充分利用CMMD信源设备以及充分考虑楼宇建筑格局, 通过合理分布天线, 以及馈线系统达到覆盖目的。

2.2.2 天馈系统进行覆盖的缺点

相对合路方式而言, 新建天馈方式投资较大、施工周期长、业主协调比较困难。不容易在短期内改善楼宇内的信号情况。

2.3 泄漏馈缆方式

该方式一般应用在隧道、地铁等区域, 故本文中不做详细介绍。

3 CMMB室内覆盖的信源分析

CMMB室内分布系统的信号源有以下几种接入方式

3.1 无线直放站

小功率直放站的方式由于设备, 由于设备接收对于室外信号要求较高 (通常室外信号场强需要达到-65以上) , 故较常见应用于市区范围内的室外信号达到一定要求的场景。比较适合在市区内或离发射机较近的场景中应用, 也是当前应用较多的方式。

3.2 耦合原有室外站

耦合原有室外站的方式一般应用与原有建筑楼顶有室外站, 通过耦合原有室外站的输出信号达到室内覆盖的目的。由于耦合原有室外站点、原设备的功率、位置等因素制约, 该方式对于楼宇的面积等都有一定的局限性。

3.3 发射机

发射机的信号上行方式为光缆或其他有线链路, 故对于原有室外无线环境的要求较低。但由于发射机一般功率较大, 所以对于楼宇的面积要求也较高。并且该方式由于信源设备的安装比较复杂、设备价格较高故一般不推荐使用。

3.4 光纤直放站

光纤直放站与发射机的信号获取方式基本相同, 通过建设光纤或者租用光纤的方式获取信号。但由于需要前期的光缆管道建设或租用其他运营商的光缆管道故投资运维较高、且施工协调难度相对其他几种方式要困难。故在当前CMMB环境下运用较少。

综上所述, 在选择信源设备时, 根据楼宇的性质、建筑格局、面积以及周边无线环境等因素选取合适的信号源以及组网方式。

4 室内分布系统建设流程及方案设计

4.1 前期勘察

⑴在前期勘察中需要了解建筑的格局、了解墙体结构 (墙体材质、吊顶材质等) ;

⑵无线环境测试:通过频谱仪、CMMB终端等设备对对象楼宇进行全面的测试。统计当前信号场强功率、视频图像 (主观判断) 、信噪比、RS误块率。根据所得数据对室内天线的安装位置等进行指导。

⑶模拟测试:通过使用相应的模拟发射、接收设备在对象楼宇中针对弱覆盖区域、盲点区域进行测试, 模拟得出天线安装位置, 馈线走向。如下图所示:

4.2 设计思路

⑴信号源的选取:根据楼宇建筑面积以及周边环境选取信号源设备, 并且针对选取的设备进行设备安装环境的设计。 (详见二、CMMB室内覆盖的信源分析) ;

⑵有线链路衰耗:通过对有线链路衰耗的计算得出最终天线功率数据, 相应的各种器件及馈线损耗列表如下:

4.3无线链路测算

根据现场勘测与模拟测试、结合楼宇的分隔情况, 大体可分为下列几种情形:

发射点与接收点无间隔墙体存在, 区域较为开阔。

发射点与接收点有间隔墙体存在, 但隔墙较少。

4.4覆盖区场强计算依据

对室内覆盖系统, 采用电波自由空间传播损耗结合障碍物阻挡模式进行, 其自由空间传播损耗计算公式为:

式中:d为传输距离, 单位为m;f为电波频率, 单位为Hz;c为光速。

用对数表示为:

上式中:Ls:电磁波在自由空间传播时的传输损耗;f:所选取频率;c:3×108m/s。

在实际室内环境下, 电磁波的传输损耗要综合考虑电波传播中建筑结构的遮挡损耗及多路径损耗。即:RSSI=天线口功率+天线增益-自由空间损耗-遮挡损耗-多路径损耗。

方案设计时尽量保证了天线口功率的均衡性, 从而达到室内覆盖的均匀性, 故在计算边缘场强时取代表性地方进行。

参考文献

[1]海霞, 等.单频网规划技术与工程实践, ISBN978-7-4043-6371-82011.9.

[2]周亚良.CMMB室内覆盖系统建设可行性分析.广播电视信息.2008.09.

铁路信号电缆网络故障在线检测思路 第8篇

1 对铁路信号电缆网络故障检测方法的分析

在铁路信号电缆网络故障在线监测中, 将扩展频谱时域反射法 (SSTDR) 以及时频域反射法 (TFDR) 两种方法相结合, 将DSP+CPLD作为此系统的电力核心模块, 在检测线路中, 负责信号波产生的硬件系统就是DDS芯片, 而收集信号样本的工作由A/D芯片承担, 对于模块间传递信号使用的是485总线。

应用SSTDR技术, 对信号进行在线监测时, 不会对信号电缆的正常工作造成影响, 还能够对信号电缆低阻故障进行预测。利用对检测的电缆发射伪随机码以及调制信号, 从而将故障部门反射的时间推算出来, 在不影响电缆正常工作的同时, 还能够实现在线检测故障。

应用SSTDR技术, 利于对高斯包络的线性调频信号进行分析, 其工作的原理就是发射高斯包络调频信号向检测的电缆, 再经过Wigner分析, 对故障的测量距离以及阻抗进行精确的计算, 从而对故障的具体类型进行确定。

除此之外, 在铁路信号电缆网络故障的在线检测上, 还可以利用信号微机监测, 此种方式就是充分利用现场总线、计算机网络以及数据通信等系统, 建立一个可靠的网络体系, 在线监测铁路的设备, 并把由此获取的信息向各分局传输, 再由工作人员进行最终的分析以及处理, 为故障的解决提供了一定条件。

2 对铁路信号电缆网络故障在线监测系统的设计分析

(一) 针对于信号微机监测设计的分析

(1) 对系统结构模型的分析

在此方案中, 主要就是远程监控铁路信号设备, 主要的监测系统由电务段层、车间层以及车站层组成, 对于电务终端来说, 需要保证与上级进行实时沟通。

(2) 对网络平台的分析

一般, PC机是信号微机监测系统的主要平台, 在监测中心, 应用的都是TCP/IP协议, 应用PC机于其终端, 使二者之间能够维持联系。

(3) 对广域网设计的分析

在设计广域网时, 应用的技术手段需要是最为先进的, 系统的端口需达到标准化要求, 且还需保证安全且方便, 其中, 可靠性是最为重要的。

(二) SSTDR联合TFDR法基本检测功能分析

将两种检测方法进行结合, 应用于在线检测铁路信号电缆故障, 能够将高阻故障检测出来的同时, 还能够对信号电缆低阻故障进行预测, 并对信号电缆故障的具体位置进行准确的测定, 在对检测思路进行设计时, 就需要对其的基本功能进行掌控, 主要功能包括:首先, 能够发射任何幅值以及频率的信号波;其次, 对各类型故障的发射波形都能够接收并进行识别;第三, 对故障的位置能够进行准确的定位, 对故障的类型也能够进行判断;第四, 能够自动化在线管理信号电缆。

(三) 对设计内容的分析

DSP+CPLD、信号发射以及采集模块、通讯模块是SSTDR与TFDR两种方法组成的检测系统, 其主要检测的思路就是由信号发射模块发射检测信号到被检测的信号电缆上, 利用信号采集模块的作用, 将被测信号电缆所发出的信号进行收集并进行存储, 再向DPS进行传输, 并进行处理, 从而对电缆故障的类型以及距离等进行判断, 而CPLD主要就是掌控信号发射模块以及采集模块, 而完成上位机通信的工作主要由通信模块负责。

当测试中信号电缆所反射的信号不强时, 故障距离就会影响幅值的大小, 此时, 就需要对信号采集模块进行设计, 在前端缓冲放大电路的选择上, 可选取能够自由变化的放大缓冲电路。在故障检测时, 借助TFDR技术时, 就需要保证采用A/D采样芯片的频率大于100兆赫兹以及容量较大且双口的RAM芯片缓存数据, 使检测的精确度得到保障, 当CPLD对PAM以及A/D的时序进行控制时, 对采集数据进行处理就需要DPS来完成。

3 结语

现阶段, 随着经济的不断发展, 铁路运输量也在不断加剧, 对运输速度也提出了更高的要求, 铁路信号在整个铁路运输部门信号传递系统中占据重要的地位, 稍有不慎就会酿成不良的后果, 对人们的生命财产安全造成严重的威胁。因此, 对铁路信号电缆网络故障进行在线检测具有十分重要的意义。

参考文献

[1]苏路祥.铁路信号电缆网络故障在线检测思路初探[J].中国新通信, 2014, (6) .

网络信号 第9篇

目前所建设的虚拟实验室大部分采用类似课件的方式,实际上仍然需要学生在实验室通过计算机进行浏览、操作以及显示实验结果[1]。部分高校已经对虚拟化实验室进行研究,例如清华大学、北京邮电大学,北京工业大学共建了网络虚拟实验室,大连理工大学开发了针对仪器分析的虚拟实验室,洛阳工业高等专科学校进行了图形组态控制方面的虚拟实验研究[2,3,4]。因此,研究的热点集中在利用虚拟现实技术与网络技术构建网络虚拟实验,使得实验者做实验项目时不受限制,并且还可以扩展项目[5,6]。

随着智能移动终端设备、3D技术和网络技术的发展,远程虚拟实验室可以面向所有的移动终端和操作系统,学生可以随时通过任意的终端设备完成实验项目,并利用3D技术更逼真地展示实验过程。

1 系统介绍

《轨道交通信号》一课涉及轨道信号系统及其控制调度,具有庞大的内容体系。所配套实验目前采用两种方式:一种是微缩沙盘模式,该模式损坏率特别高,据调研微缩沙盘使用寿命基本在一年左右,且扩展麻烦;另一种采用虚拟模拟法,目前国内很多配套教仪厂家都有相关软件产品,甚至还配备有相关的3D眼镜和体感设备。

(1)虚拟模型建立。想要使学生真正处于一个由电脑生成的虚拟现实中,逼真和自然的环境必不可少。一个虚拟环境是否逼真,取决于学生对生成环境的主观感觉。众所周知,对环境的感知主要是通过视觉(眼睛)、听觉(耳朵)、嗅觉(鼻子)、触觉(身体)等来获取。所以一个性能良好的虚拟环境,应该给人体的这些感官提供与现实世界相似的刺激。有数据统计表明,人对信息的感知量有80%通过视觉获取,因此虚拟环境的主观感知最重要的因素为视觉感知,也即视景效果是决定虚拟现实的最重要因素。对虚拟场景进行搭建,其首要任务是对场景的三维建模,三维模型的构建,是完成虚拟实验系统的基础和关键。虚拟模型的建立分为3个步骤:首先是几何建模,主要采用几何形状拼接构成对象模型的立体外形;其次是外形建模,主要是对几何建模的结果进行处理,比如进行颜色、光照和纹理处理;最后是具体实现,主要是对虚拟模型的实现与动态处理。

(2)虚拟控制系统研究。在对虚拟控制系统的研究中,本文设计了跟轨道相关的虚拟仪器设备,在不同的实验项目中需要对相应的仪器设备进行交互操作,例如阀门的开关、继电器的开合等。虚拟控制系统中,可以实现与多个设备的交互,例如操纵手柄、鼠标键盘、体感手套等,从而实现虚拟环境中体位和视角的转换。虚拟实验室作为一种比较新型的人机接口,可以使参与者沉浸于电脑所产生的虚拟世界,同时也提供参与者与虚拟现实的直接通信方式。当参与者对虚拟世界中的三维对象进行操作时,这些对象也对这些操作作出实时反应。这说明,虚拟现实环境为三维实体的操作表达提供了丰富的交互媒介。

由于虚拟现实系统的评价依据是人机交互是否先进,因此设计一个实用和友好的虚拟现实系统尤为关键。近年来,世界各国在交互方面取得巨大成果,大大促进了人、电脑与虚拟现实之间的交互。虽然离最终的实体交互目标还有很大距离,但已经初步显示出电脑所构造出的虚拟环境不但能够接受数字及文字信息,还可以处理其它信息。同时,人与计算机之间直观和自然的实时交互的感知手段为人们提供了一个前所未有的仿真世界。

虚拟控制系统中的实时交互性主要包括两个方面:一是学生对实验室虚拟设备仪器的实体对象能够进行相应操作,并且实体能立即以某种方式反馈给学生,响应操作;二是当学生的视角发生改变时,能够立即调整视点画面,显示给学生。

(3)虚拟现实的集成和发布。网上远程教育的发展离不开虚拟现实和网络技术的支持。 虚拟实验室是在WEB中创建一个可视化的三维立体环境,参与实验的学生可以通过浏览器来实现模拟实验的每个过程,通过键盘鼠标的操作进行虚拟实验体验。虚拟实验者也可以通过智能终端设备,比如手机、IPAD来模拟实验的过程,通过对这些智能终端的操作,进行相关虚拟实验操作。

发布的方式一般有3种:①通过Visualiser浏览器在某一台电脑上播放;②通过Viscaple在IE中通过网页进行浏览;③通过3DControl在应用软件中去调用。本文采用第3种方式发布。

2 虚拟实验系统设计

设计的3D虚拟实验室系统为一个城轨电子沙盘实训室。城轨电子沙盘实训室中虚拟沙盘包含10个站,每个站对应一个车站级ATS,实现进路办理、道岔转换等。另有20台网络化交互式学员演练系统,可单独进行车辆结构的认知与演练。系统设计效果如图1所示。

主要包含10个站的城市轨道交通电子沙盘和20套网络化交互式学员演练系统,如图2所示。功能如下:①虚拟电子沙盘仿真真实地铁线的线路结构和车站站场结构,包括10个线路车站,每个车站对应设置车站级ATS工作站;②系统采用投影机投射整体地铁线路场景,按照真实的地铁环境三维数字化建模,构建虚拟实训环境,包括地铁车站的所有可见元素,可通过指挥虚拟的站务员,在虚拟的车站里,进行各种站务岗专业技能的实习;③能够实现虚拟沙盘中车站、区间内的道岔转换、信号机变化、列车运行等行为按照其真实的逻辑关系发生变化;④对虚拟沙盘进行平移、旋转、放大及缩小操作;⑤可以不同角色的视角切换显示视景画面,快捷跳转到三维场景中列车当前的运行位置;⑥可实时设置天气,模拟线路突发状况和信号设备故障。

计算机仿真培训实验平台,完整仿真各种站场、站型的站内联锁操作、各种制式区间运行原理,标准配置为三站四区间制式,组成一套环形线路,如图3所示。示例图如图4—图6所示。

开发出的3D虚拟实验室系统,实际使用效果良好。

参考文献

[1] 刘外喜,刘文喜,喻萍,等.基于在线实验室的教学模式的研究[J].微型机与应用,2011,30(14):51-53.

[2] 陈东华.网络组建与规划课程虚拟实训模式的研究与实现[J].高校实验室工作研究,2010(3):101-102.

[3] 赵会洋.远程虚拟网络实验室的关键技术研究[J].电脑知识与技术,2013,3(9):487-490.

[4] 陈建锐.基于Boson Netsim的网络地址转换实验教学设计[J].实验室研究与探索,2010,29(4):59-62.

[5] 王太成,蔡勇.利用虚拟机技术完成复杂网络实验[J].计算机技术与发展,2009,19(4):246-249.

基于模糊神经网络的交通信号控制 第10篇

交通运输在我们日常生活中扮演越来越重要的角色, 然而交通拥堵越来越严重, 出行难已经成为困扰人类社会的重要问题。近年来采用综合信息技术、控制技术等高新技术的智能交通系统 (ITS) 大大提高了交通的运行效率。智能交通的信号灯控制系统又是ITS最重要的一个组成部分, 所以解决好信号灯的智能控制问题, 是非常必要的。

红绿灯设在十字路口或在多干道的岔口上, 是为了调整岔口的交通秩序, 由于不同时刻的车辆流通状况是复杂多变、高度非线性、随机的, 还经常受人为因素的影响, 非常难于获取精确的十字路口交通动态数学模型。交警的判断决策过程也难用简单的程序实现, 用传统的常规闭环控制红绿灯达到最佳状态是非常困难的, 因为传统的诸多控制方法都是建立在精确数学模型的基础上来实现的;而模糊控制正是建立在模糊概念上模仿人脑决策的控制理论, 其鲁棒性强, 尤其适用于非线性、时变、滞后的控制。所以采用模糊神经网络控制可以把模糊控制和神经网络两种技术的优点结合起来, 既可以利用专家的经验知识, 又具有学习逐步优化功能, 特别适用于实时多变的交通状况, 其控制效果优于一般智能控制方案。

1 模糊神经网络技术

模糊控制模拟人的思维, 无需精确的数学模型, 对时变、不确定等非线性系统同样具有良好的控制效果和鲁棒性, 模糊控制基本结构有四部分组成, 如图1所示。

1.1 模糊化

模糊化部分的作用是将输入的精确量转化为模糊量, 为完成输入模糊化, 必须知道输入量对模糊集的隶属函数、语言变量的论域、模糊集的个数等。

首先, 要对输入量进行处理得到模糊控制所要求的输入, 如计算偏差e和偏差的导数c。

然后, 将处理得到的精确输入量e和c进行尺度变换, 一般是乘上尺度变换因子ke、kc, 使其变换到各自的论域范围, 为处理上方便将输入的论域取为[-6, 6]。

最后, 将已变换到论域的精确输入进行模糊处理, 精确量转化为模糊量, 即将E和C视为论域[-6, 6]上的语言变量, 其模糊集为{PL, PM, PS, ZE, NS, NM, NL}, 含义为PL (正大) 、PM (正中) 、PS (正小) 、ZE (零) 、NS (负小) 、NM (负中) 、NL (负大) , 隶属函数形状可根据实际而定, 一般可取三角形、梯形或正态分布等, 在此取正态分布型, 隶属度函数表如表1所示。

1.2 模糊决策

模糊决策为模糊控制的核心, 具有模拟人的基于模糊概括推理能力, 该推理过程是基于模糊规则进行的, 模糊控制系统品质与模糊规则关系很大, 双输入单输出的模糊控制器的模糊规则一般采取如下形式:If E is A1, C is A2 Then U is B。

1.3 清晰化

通过模糊决策得到模糊量输出, 将之用于实际系统, 需要进行逆模糊处理。清晰化主要功能是将模糊推理得到的控制量 (模糊量) 变换成用于控制的精确量, 它包含两方面内容:

(1) 将模糊的控制量经过逆模糊化变换成在论域范围内的精确量;

(2) 将表示在论域范围的精确量经过尺度变换成实际的控制量。

常见的逆模糊化方法有最大隶属度法、加权平均法、取中位法等。

1.4 知识库

知识库包含具体应用领域中的知识和要求的控制目标, 通常由数据库和模糊控制规则库两部分组成:

(1) 数据库主要包括各语言变量的隶属函数, 尺度变换因子和模糊空间分级数等;

(2) 规则库包括用模糊语言变量表示的一系列控制规则, 反映了控制专家的经验和知识。

神经网络具有学习功能, 我们将模糊控制和神经网络结合起来, 利用两者的优点, 设计了一种基于神经网络的自适应模糊控制器[1], 不失一般性, 对常规双输入单输出模糊控制器, 可以用一个神经网络来构造模糊控制模型, 如图2所示。

其中x1=yd (t) -y (t) 为系统误差, x2为误差变化率, u*为控制量输出。网络的 (1) ~ (2) 层对应于模糊控制的模糊化部分, 亦即模糊规则的if部分, 其中 (2) 层每个神经元对应一个模糊集, 即需要7个节点, (3) 层对应模糊推理部分, (4) 层对应于模糊控制的清晰化部分, 整个网络的输入输出映射关系如下:

(1) 层节点输出:O1k=xk (k=1, 2) 。

其中, xk表示网络输入, Wjk, Wij, Wpi分别表示各层的连接权值, 激活函数为双极性函数f (x) =tanh (x) 。

2 基于模糊神经网络的交通信号控制

2.1 经典的单交叉口信号控制

图3给出了一个被广泛采用的经典单交叉口信号控制的模块图[2,3]。

此控制系统考虑的是二相控制, 是两输入单输出:输入为绿灯车队Qg (取两个方向上较大者) 、红灯车队Qr (取两个方向上较大者) ;输出量为绿灯的延长时间Δt。为了采集车流数据, 在十字路口4个方向共装8个传感器 (前后2个传感器相距150 m) 。

平均车长约5 m, 所以定义车辆队列数Q的论域为[0, 30], 分为3个模糊子集:少、中、多, 其隶属度函数如图4所示。

绿灯延时Δt论域为[0, 40], 分为3个模糊子集:短、中、长, 其隶属度函数如图5所示。

在没有任何数据资料的情况下, 只能根据经验设计其模糊规则, 其结构如表2所示。

2.2 改进的单交叉口信号控制

针对2.1方法中的不足做出相应的改进:采集车流数据与2.1方法一样, 车辆队列数Q取2个相对方向上车队数的平均数, 车辆队列数Q的论域仍为[0, 30], 为了提高精度分为5个模糊子集:微、少、中、多、巨, 但红绿灯的隶属度函数不同, 因为给绿灯的优先权相对比较大, 隶属度函数分别如图6和图7所示[4]。

为了进一步提高控制精度, 绿灯延时取定值Δt=10 s, 模糊控制器输出是一个确定值1或0 (1表示绿灯延时Δt=10 s, 0表示不延时) , 这样就可以在绿灯期间以10 s为一个周期检测红绿灯方向的车流情况, 选择交通情况最紧急的相位为下一个优先放行的候选绿灯相位, 并实时控制红绿灯的切换, 最大程度上利用时间。根据经验得出的控制规则如表3所示。

按照固定相序可能给没有排队车辆的相位予最小绿灯时间, 造成时间浪费, 因此增加一个相位控制器, 它检测红灯方向的车辆, 并作为自己的输入, 改进的交通模糊控制系统见图8。在绿灯最大时间到来的时刻, 若检测到的红灯方向车辆数仍为0, 则开始下一个绿灯周期, 即把绿灯时间计时器Tg=Tg, min。这样就不会因为绿灯的最大时间的到来, 而强行给没有车辆的红灯方向于通行权, 可以避免时间浪费和交通拥堵, 从而大大提高效率。

具体算法如下:

Step1:根据实际情况和经验分别指定各相位的最短绿灯时间Tg, min、最大绿灯时间Tg, max和黄灯时间Ty, 从而确定最小信号周期Tmin和最大信号周期Tmax;

Step2:给获得通行权的相位以该相位的最短绿灯时间Tg=Tg, min;

Step3:根据Tg秒内测得的车道上的车辆信息, 计算放行相位在Tg秒内的绿灯车辆数Qg及红灯相位的车辆数Qr, 模糊控制器根据模糊规则控制交通信号的切换;

Step4:相位控制器根据红灯相位的车辆数Qr, 相位优化器从中选择下一个候选绿灯相位, 它以当前红灯相位的车辆数Qr作为输入。若最大绿灯时间Tg, max到来时红灯相位的车辆数Qr=0, 则继续给当前绿灯方向于通行权, 返回Step2。

2.3 多交叉口信号控制

多交叉口信号协调配时控制与孤立交叉口的信号配时控制相比, 存在着以下特点:被控对象和控制目标进一步复杂化、干扰因素增多、不能仅仅依靠本地信息决定、并不是局部最优之和等于全局最优、需要在各个局部路口最优配时方案之间进行折中 (Tradeoff) , 即寻求平衡点 (多目标优化问题中常出现的现象) [5]。

在2.2方法的基础上, 以四相控制为例, 与下一个交叉口进行协调, 则应检测下一个交叉口的车辆排队数, 与当前绿灯车辆队列Qg同一方向的车辆队列数设为Qng;与当前红灯车辆队列Qr同一方向的车辆队列数设为Qnr, 车辆队列数的论域仍为[0, 30], 分为5个模糊子集:微、少、中、多、巨, 红绿灯的隶属度函数见图6和图7, 增加两个辅助模糊控制器, 一个输入为Qg和Qng, 输出为Qg';另一个输入为Qr和Qnr, 输出为Qr'。如果下一个与当前绿灯同一方向交叉口的车辆排队数Qng比较大的时候, 就把当前绿灯的车辆排队数Qg降低, 相当于降低当前绿灯方向上的通行权, 不至于加剧下一交叉口的车流量, 达到局部优化的目的;红灯方向上的控制方法类似, 从而得到改进的多路口模糊控制系统, 见图9;辅助模糊控制器的控制规则见表4、表5。

具体算法如下:

Step1:把辅助控制器的输出Qr'和Qg'作为模糊控制器的红绿灯车辆排队数输入, 即替换原来的Qr和Qg;

Step2:根据实际情况和经验分别指定各相位的最短绿灯时间Tg, min、最大绿灯时间Tg, max和黄灯时间Ty, 从而确定最小信号周期Tmin和最大信号周期Tmax;

Step3:给获得通行权的相位以该相位的最短绿灯时间Tg=Tg, min;

Step4:根据Tg秒内测得的车道上的车辆信息, 计算放行相位在Tg秒内的绿灯车辆数Qg'及红灯相位的车辆数Qr', 模糊控制器根据模糊规则控制交通信号的切换;

Step5:相位控制器根据红灯相位的车辆数Qr', 相位优化器从中选择下一个候选绿灯相位, 它以辅助控制器输出的红灯相位车辆数Qr'作为输入。若最大绿灯时间Tg, max到来时红灯相位的车辆数Qr'=0, 则继续给当前绿灯方向于通行权, 返回Step3。

3 方法分析

假设有一个交叉路口, 路口间距150 m, 按前面的方法安装相距150 m的车检测器测得两路口间的车辆数, 车辆数Q为相对方向车辆数的平均数, 再假设平均车长5m, 平均车速5 m/s, 不失一般性, 且入口处平均每5 s到达一辆车, 交叉口绿灯时平均每2 s排一辆车, 车过交叉口的时间与信号相位差抵消。Q[→]表示东西方向的车辆数;Q[↓]表示南北方向的车辆数;G为[→]表示绿灯方向为东西方向;G为[↓]表示绿灯方向为南北方向, 如图10所示。

在路口1对方法2.2的分析见表6, Δt=10s, 记录240 s内的交通流量情况。

从上表可以得出:最大车队长16辆, 南北车流72辆, 东西车流82辆。

在路口1对方法2.1的分析见表7, 记录240 s内的交通流量情况。

从上表可以得出:最大车队长18辆, 南北车流82辆, 东西车流62辆。

还可以进一步得出方法2.1和2.2的效果曲线图, 见图11和图12。

对比2.1和2.2的分析结果, 后者最大车队数小于前者, 而车流辆数大于前者。表明方法2.2优于2.1, 如果再考虑车辆到达呈正态分布和左右转车流的话, 分析表明后者优势更加明显。

在多路口中, 用类似的分析方法对2.3方法进行分析, 分析结果表明:2.3方法可以增大多路口整体的车流辆, 虽然可能使局部路口的车队变长, 但整体效果变得更优一些。

4 结语

主要介绍了神经网络来实现模糊控制, 分析了运用模糊控制技术来实现智能交通灯的经典模糊控制, 并在此基础上提出一些自己的改进单交叉路口交通控制方法;最后提出一个简单的相邻路口的协调控制方案, 可以使整体交通状况得到改善。

对于当前提出的多交叉路口的交通控制方法, 还有许多研究工作要做, 例如辅助控制器的算法还可以进一步完善, 或者可以同时考虑相邻几个路口的车流量, 使得根据当前路口和相邻几个路口的车辆数更好的协调交通控制信号, 进一步提高整体交通控制效率。

参考文献

[1]李翔.从复杂到有序——神经网络智能控制理论新进展[M].上海:上海交通大学出版社, 2005:1-23.

[2]罗俊.基于前置信号的单交叉多相位模糊控制[J].交通标准化, 2007 (7) :144-148.

[3]曹洁, 苏玉萍, 吴国龙, 王芬.城市交通信号灯两级模糊控制及仿真研究[J].交通与计算机, 2007 (2) :42-46.

[4]刘智勇.智能交通控制理论及其运用[M].北京:科学出版社, 2000:6-55;127-222.

网络信号 第11篇

关键词：分形理论 神经网络 雷达信号

0 引言

雷达信号识别[1]在现代雷达对抗中占有着举足轻重的地位。其中，特征提取和分类器设计是雷达信号类型识别的关键步骤。随着新体制雷达的不断涌现，雷达信号电磁环境日益复杂，利用传统的特征参数对雷达信号进行识别已经难以满足要求，因此需要更精细的，更有效的特征进行识别。

由于传统方法[2]都是利用雷达信号的外部参数特征参数，只能识别出常规雷达辐射源信号和特征参数基本不变的雷达辐射源信号，而且识别率低，对新体制雷达信号往往无法识别。分形理论[3]近几年已经比较广泛的应用到地震波检测[4]、图像处理[5]等领域。其可以定量的描述信号的复杂程度和不规则程度。其中，豪斯道夫维数[6]是分形理论中一种最基本的分形维数，但在实际应用中，豪斯道夫维数的计算很困难，通常用盒维数对信号的复杂程度进行度量。关联维数相对于盒维数而言，能够计算出信号内部不同采样点之间的关联程度，从而进一步衡量信号的复杂程度，相对于盒维数而言，能够更为精确的提取出雷达信号的特征。在对信号进行有效地特征提取之后，分类器的设计[7]也直接影响着雷达信号识别效果。目前，分类器的主要种类有邻近分类器、模糊逻辑分类器、支撑矢量机分类器等，其中最常用的为判决树分类器[8]和神经网络分类器[9]。而神经网络分类器具有高鲁棒性和容错能力以及能够自适应环境变化等优点。因此得到较为广泛的应用。

文章提取了4种雷达信号的关联维数特征，并利用神经网络分类器——BP网络对提取到的特征进行训练测试，进而达到对不同体制雷达进行识别的目的。

1 关联维数理论

关联维数是多重分形维数的一种特例。这里从另一个角度——多重分形维数来简单介绍关联维数。多重分形描述的是事物不同层次的特征，讨论的是参量的概率分布特性。其把研究对象（取其线度为1）分为N个小区域，设第i个区域的线度大小为ei，则第i个区域的密度分布函数Pi用不同的标度指数αi描述为：

Pi=e■■，i=1，2，…，Ni （1）

非整数αi一般称为奇异指数，其取值与区域有关。

为了得到一系列子集的分布特性，定义函数Xq（e），它为各个区域的概率加权求和：

Xq（e）=■P■■（2）

由此进一步定义广义分形维数Dq为：

Dq=■■■=■■■

当q=2时，得到的分形维数D2即为关联维数。

2 神经网络理论

针对现代环境中SNR变化范围比较大的特点，要获得较高的识别率，除了提取在SNR变化下仍比较稳定的特征参数外，分类器的选择也比较关键，传统分类器的一般自适应能力比较差，在SNR变化的情况下，即使特征参数比较稳定，也难以达到令人满意的识别效果。神经网络的提出为分类器的设计开辟了一条很好的道路。

神经网络的工作过程可以概括如下：

设输入模式向量为：

Ak=（a1，a2，…，an） k=1，2，…，m

式中：m——学习模式对数；

n——输入层单元个数。

对应输入模式的希望输出量为：

Yk=（Y1，Y2，…，Yq） q=输出层单元数

首先计算中间层各单元的输入：

Sj=■ω■a■-θ■ j=1，2，…，p（3）

式中：ω■——输入层至中间层的连接权；

θ■——中间层单元的阀值；

p——中间层单元数。

以Sj作为函数（Sigmoid函数），计算中间层各单元的输出：

bj=f（Sj）=■（4）

式中：bj——中间层j单元的激活值。

同样以式（5）、（6）计算输出层各单元的输入和输出：

Lt=■υ■b■-Y■（5）

Ct=f（Lt）=■ t=1，2，…，q（6）

式中：υ■——中间层至输出层连接权；

Yt——输出层单元阀值。

神经网络具有强大的模式识别能力，很好的自动适应环境变化的能力，能够较好的处理复杂的非线性识别问题。其较强的稳健性以及潜在的容错能力，使得其在信号分类器设计上得到了较为广泛的应用。

3 仿真实验及分析

选取4种雷达信号，频率键控信号（FSK）、相位键控信号（PSK）、线性调频信号（LFM）以及频率步进信号（CSF）作为待识别信号。提取4种信号的关联维数特征，利用不同信号的复杂程度区别，进而对4种信号进行区分。

图1为信噪比为0dB和15dB时4种信号的关联维数Ine～InXq关系曲线图。

从图1中可以看出，不同信号的Ine～InXq关系曲线图有所差别，再利用Dq=■■■在q=2时，求出的D2值即为信号的关联特征。由于得出的Ine～InXq关系曲线不具有很好的线性关系，因此，在计算D2时必然存在较大的误差，本实验直接提取不同Ine对应的InXq值作为不同雷达信号的特征输入神经网络，进而再进行训练识别，这样，每种信号均有一个特征向量作为识别特征，这样，能够更加细微的提取不同信号之间的差别，为后续的神经网络进行识别提供了一个很好的依据。

在提取了信号的关联维数的基础上，将信号输入到神经网络，利用神经网络对信号进行训练，测试，进而得到识别率曲线如图2所示。

对于4种雷达信号，每种信号提取100个样本，50个作为训练样本，50个作为测试样本，4种信号共200个测试样本，200个训练样本，输入神经网络进行计算。神经网络输入层单元数为4，输出层为4，隐含层单元数设定为3。从图2中的识别率结果中可以看出，在信噪比大于-5dB的时候就已经达到了比较好的识别率，在信噪比大于5dB时，识别率基本达到了100%，因此，利用关联曲线特征与神经网络的雷达信号识别算法具有很好的分类效果。

4 结论

文章提出了基于关联特征和神经网络的雷达信号识别算法。由于提取出的关联特征不具有很好的线性特性，因此，采用一种新的方法将关联曲线上不同的点作为雷达信号的特征向量，输入到神经网络再进行。仿真分析表明，这种利用关联点进行特征提取，再利用神经网络进行识别的算法具有很好的识别效果，在信噪比大于-5dB的时候就可以达到很高的识别率。且在现今这种雷达体制多变的环境下，这种特征提取方法具有更为广泛的应用价值。

参考文献：

[1]Avci，D.，Nsiala Nzéza，C.，Berbineau，M.，etal.An intelligent system using adaptive wavelet entropy for automatic analog modulation identification[C].GLOBECOM - IEEE Global Telecommunications Conference，2010.

[2]Ataollah Ebrahimzadeh.Automatic Modulation Recognition Using RBFNN and Efficient Features in Fading Channels [C].2009 1st International Conference on Networked Digital Technologies，2009.

[3]Hua Jing-yu，Meng Li-min，Xu Zhi-jiang，etal.An adaptive signal-to-noise ratio estimator in mobile communication channels[J].Digital Signal Processing，2010，20（3）：692-698.

[4]Mahmoudi，Alimorad，Karimi，Mahmood.Parameter estimation of noisy autoregressive signals[C].2010 18th Iranian Conference on Electrical Engineering，2010.

水声信号的光纤网络传输技术研究 第12篇

随着水下武器性能的不断提升,逐渐向远航程、高精度及智能化方向发展[1,2,3,4],这对水中试验靶场的跟踪与测量提出了更高的要求,因此,与之相对应的大范围水下网络跟踪测量系统得以广泛应用。

并联型水下光纤网络主要完成水下声学基阵(或称“节点”)信息的传输,是构成大范围水下跟踪测量系统的重要组成部分,其中组网面积和可靠性是系统设计的关键指标。并联型水下光纤网络系统框图如图1所示。

通常情况下,水下声信号的采集传输一般采用声波传输、电缆传输、无线光传输及光纤传输来实现。上述4种传输方式中,声波传输数据速率低,无法快速有效传输采集到的信息;电缆传输距离短,大面积组网的拓扑结构很复杂且成本昂贵[5];无线光(如蓝绿激光等)传输目前处于探索研究阶段,技术上暂时无法满足实际应用的部署要求;光纤传输技术很成熟且可选器件丰富,可满足远距离传输和大面积组网的水下光纤通信传输系统设计要求。提出的并联型水下光纤网络系统,可以有效地扩大水下传感信号组网传输规模和提高通信传输系统的可靠性。该系统具有对各水下站点的传输延迟测量功能,可根据延迟测量值对数据进行同步调整,使各水下站点采集的数据时刻一致。同时系统还具有自动增益调整功能,保证微弱声信号的高质量采集和传输。

2 组网方式简介

目前,普通水下传感信号光纤传输组网方式的拓扑结构主要有:串联结构、星型结构和单环型结构[6],如图2所示。在串联结构的组网方式中,如果距离岸上信息处理中心的某个节点m出现故障或该段光纤线路故障时,其远端的(N-m)个节点信息都将无法上传和控制;在星型结构的组网方式中,如果某个节点m出现故障或该段光纤线路故障时,仅该节点信息无法上传和控制,不会影响其他节点的正常工作,但根据水下站点的分布特点,光纤在水下布设和接头保护要求比较高,布设较困难,成本较高且每根光纤通信容量的利用效率较低;在单环型结构的组网方式中,如果某个节点m出现故障或该段光纤线路故障时,该节点信息无法上传和控制,其他节点信息可分别由两个相反的方向上传至岸上信息处理中心,但该组网方式在两个或多个节点光纤线路故障时仍然严重影响故障节点之间的其他正常节点的通信,以至整个系统的通信传输可靠性较低。针对以上常用水下传感信号光纤传输组网方式的各种优缺点,提出一种并联型水下光纤网络系统设计方案。

3 并联型水下光纤网络设计

3.1 系统架构

并联型水下光纤网络整个系统的传输框图如图3所示。该设计的特点是:光路上,水下光端机的光信号采用并联的方式接在水下光缆总线上,各站点光纤是分支,相互独立工作;电路上,水下光端机的电信号也是相互独立工作互不干扰的,从而真正形成了光路电路的双并联工作模式,任何一个水下站点光端机的光路或电路出现问题都不会影响整个系统其他设备的正常工作,大大提高了整个系统的稳定性。

通过框图可以看到并联型水下光纤网络系统由N个水下光端机和1个岸上光端机组成。

并联传输方式其实就是岸上光端机与水下各站点光端机之间采用不同波长的光信号通过总线光缆直接通信,不用通过沿途水下各站点光端机电信号或光信号的中继处理而直接与目标站点通信。即水下各站点光端机发出的不同波长光信号同时输入到海底光缆中,通过海底光缆直接传输给中心站光端机。

水下各站点间光信号的具体传输方法是:站点N发出波长为λN的光信号送入两芯海底光缆中的其中一芯光纤中传至站点N-1,与该站点输出的波长为λN-1的光信号通过2路光合路器合为一路光信号继续送入该芯光纤传至站点N-2。依此类推,全部水下光信号依次合成一路光信号传至岸上光端机,再通过N波光波分复用器解出全部光信号送入各自对应的处理电路,完成光信号的传输过程。

为了进一步提高该系统的可靠性,该方案还设计了热备份电路,将各水下站点采集的传感信号分别同时输入到各水下站点的主、备电路中,转换成主、备两路光信号,将备光信号通过海底光缆中的另外一芯光纤传输到岸上光端机。这样对于每个水下站点来说除非主、备电路以及连接到总线光缆的两根光纤跳线同时出现问题才能导致该站点的光端机无法正常工作,从而将故障的出现几率又降低了一倍。

3.2 技术实现

3.2.1 硬件电路

水下光端机具体工作原理框图如图4所示。水声模拟信号分别先经过放大处理后,进入低通滤波器,再经过放大处理并转换成差分信号,输入到A/D转换芯片,转换成A/D并行数据信号,输入到可编程芯片进行第一次复接处理后,再输入到专用复接芯片进行第二次复接和编码,并转换成一路高速差分信号,最后经电/光转换后以光信号(光信号波长为λN)形式将信息传至岸上控制中心。

水下光端机除对水声模拟信号进行热备份外,还对经转换后的A/D数据信号也进行了备份,即主备的数据信号A/D主和A/D备同时复接成两路相同的高速差分信号(每路信号均包含A/D主和A/D备的数据信号),经过电/光转换后以光信号传输给中心站岸上光端机。考虑到节能的需求,水下光端机选用带使能脚的光电转换模块,可由岸上控制其工作状态(光电转换模块是该并联方案功耗较大的器件,当关闭不需要工作的模块时,可大大减少系统的功耗,提高可靠性和使用寿命)。

岸上光端机具体工作原理框图如图5所示。岸上光端机内的N波波分复用器先解出N个水下光端机传上来的光信号λ1、λ2、λ3到λN;将这N个光信号分别传至光端机内接收电路板上相应光接收单元,通过光/电转换成电信号后,经过解复接完成高速差分信号的串并转换,再通过预先设置好的时延控制开启A/D并行数字信号的解复接处理,以实现各个水下站点A/D数据的在岸上光端机的同时输出功能;将解复接出的A/D并行数字信号传送给D/A转换芯片进行数模转换,将转换出的水声模拟信号通过滤波器和放大器处理后输出,完成该信号的全部传输功能。

3.2.2 系统网管软件

为了更好地监控各个水下光端机的工作情况,系统采用了智能化光收发模块,即具有数字诊断功能的SFF光模块。该光模块采用集成数字诊断监控(DDM)功能的芯片作为中央控制和数据处理,对光模块内部的工作电压、发射光功率、接收光功率等模拟参量及TX-FAULT、RX-LOS等关键参数进行实时监测。

为测试该系统的数据诊断功能,设计了专门的监控测试软件来模拟用户使用环境。软件由前台监控软件和后台数据库组成,前台控制软件基于Microsoft Visual C++开发平台和Windows XP操作系统,全图形界面[7],使用方便;后台数据库采用SQL Server[8]进行设计,提供完备的数据库安全性和大容量的数据存储等管理。可以在专用计算机上运行该监控测试软件,通过发送查询命令至水下光端机,将返回数据传输到岸上光端机的监控信息通过控制界面显示出来,方便用户实时掌握各个水下光端机的工作状态。这样一方面可以预防设备故障的出现,另一方面也可以在问题出现时尽快地定位故障位置,便于维修更换设备,确保该网络能够提供连续可靠的业务传输功能和友好的人机操作界面。

4 工程应用

该方案应用在国内某水下靶场试验项目中,水声节点间传输间隔距离超过25km,如有需要还可设计传输距离更远的系统,并可按用户实际需要方便地扩展水下节点数量,迅速提高水下传感信号组网监测采集面积。在项目调试测试阶段人为制造某水下站点的工作故障模式,经检测其他站点的工作不受影响,并联型网络系统的性能达到设计要求,系统网管软件能够及时准确地显示系统的运行状态。

5 结语

相较于其他水下传感信号采集传输组网技术,利用并联光纤、FPGA、网管软件设计组建的水下光纤并联型通信传输系统有效扩大了水下传感信号组网传输面积和提高了通信传输系统的可靠性,为水下安防系统及水下武器弹道跟踪测量系统提供了一种切实可行的方案选择。

参考文献

[1]田坦.水下定位与导航技术.北京:国防工业出版社,2007.

[2]刘敏,惠力,杨立,杨书凯.水声传感器网络及其在海洋监测中的应用研究.山东科学,2010,23(2):22-27.

[3]魏昕,赵力,李霞,邹采荣.水声通信网综述.电路与系统学报,2009,14(6):96-103.

[4]陶秀云.水声网络.声学与电子工程,2004,7(1):39-48.

[5]刘后铭,洪福明.计算机通信网.西安:西安电子科技大学出版社,2001.

[6]樊昌信,詹道庸,徐炳祥,吴成柯.通信原理.北京:国防工业出版社,1998.

[7]谭思亮,邹超群.Visual C++串口通信技术.北京:人民邮电出版社,2003.