通信论文范例

通信论文

通信论文范文1

1.1DMC技术思想

现有的网卡通信是把网卡作为计算机的一个设备来进行操作的,用户先要把数据从内存送到网卡设备里,网卡才能把数据发送出去,接收数据时则需要把数据先接收到网卡设备的存储空间中,然后再把数据拷贝至内存中。这种实现方式避免不了网卡设备和内存之间的数据拷贝,并且网卡作为一种设备通信活动也受到相应总线接口如PCI总线接口的限制。DMC技术是把网卡作为一块特殊的内存,插在物理地址最高内存区的内存插槽中,使得网卡和主机之间的数据交换如同主机访问内存一样,主机的网络通信活动与读写内存一样,这就避免了原有的通信过程中网卡设备和内存之间的数据传输,因此把这种通信机制称为直接内存通信(DirectMemoryConnection,DMC),并且把基于DMC技术实现的网络适配器称为DMC网卡。DMC通信机制可以应用于多种网络环境中,下面以高速光纤通道交换网作为应用环境,对DMC通信机制技术细节进行介绍。DMC技术的详细过程描述如下:首先,把网卡作为一块特殊的内存插入最高内存区的内存插槽中,修改操作系统对内存的最高物理地址区部分空间,即DMC网卡上的部分存储空间进行注册预留,将其作为CPU和网卡共享的通信专用区,只允许与网络通信活动相关的用户读写,其他系统进程无权访问。我们把通信专用区按照以下4种用途进行分配:接收缓冲区、发送缓冲区、网卡命令区以及网卡状态区。然后,根据相应的通信协议如FC协议进行网络通信活动,通过访问通信专用区,控制具有通信控制逻辑、并串转换/串并转换器和光收发器等部件的DMC网卡,进行计算机之间的点对点直接内存通信。

1.2DMC通信活动描述

DMC通信机制中主要通信活动描述如下:(1)发送数据:通信源节点发送数据时,只需用户使用写普通内存的方法将数据写入通信专用区的发送缓冲区中,同时把发送命令写入通信专用区的网卡命令区。DMC网卡上的通信控制逻辑根据网卡命令区的命令解析结果,从通信专用区的发送缓冲区中取出数据发送至网络;(2)接收数据:在DMC通信机制的应用环境下,通信目的节点配置有相同的DMC网卡,网络上的数据经网卡的通信逻辑接收后放入通信专用区的接收缓冲区,同时网卡控制逻辑修改通信专用区中的网卡状态信息。当用户需要获得网络数据时,只需使用访问普通内存的方法读通信专用区的接收缓冲区数据即可。因此,DMC通信机制实现了两台计算机内存之间的直接通信。用户感觉不到DMC网卡的存在,使用访问普通内存的方法就可以实现计算机间的点对点直接通信。

1.3DMC通信机制的体系结构

在直接内存通信体系结构中,DMC网卡和内存处于对等的位置,对CPU是透明的,CPU使用操作普通内存的方法操作DMC网卡的通信专用区,用户通过对DMC网卡的通信专用区进行读写来完成网络通信活动。因此,DMC通信机制避免了数据在网卡设备和内存之间的拷贝,并且通信速率也不再受传统I/O总线的限制。

2DMC网卡原型机———FIFO-DMC网卡研究

2.1FIFO-DMC网卡的体系结构

基于直接内存通信技术DMC以及FPGA片上的存储区域FIFO(FirstInputFirstOutput,FIFO)和寄存器,作者设计了DMC技术,并将其应用于高速光纤通道交换网的原理样机FIFO-DMC网卡。该网卡是在DIMMDDR内存总线规范上扩展实现的。(1)光纤用于连接FIFO-DMC网卡和高速光纤交换网络的对应端口。(2)光收发器负责进行光信号与差分电信号之间的转换。(1)电收发器用于数据的串/并转换。(4)FPGA可编程器件从功能上可以分为两大部分:DDR-DIMM内存总线接口逻辑和通信逻辑,其中DDR-DIMM内存总线接口逻辑包括5个模块,分别为SPD模块、命令解析逻辑、时钟管理逻辑、地址控制逻辑、读写控制逻辑,用以完成网卡的通信逻辑以及网络用户和通信专用区之间的信息交互。通信逻辑包括发送逻辑、CRC校验逻辑、接收逻辑、控制逻辑、8B/10B编码逻辑与8B/10B解码逻辑5个模块,用以实现真正的网络传输活动。

2.2FIFO-DMC网卡的主要功能模块

下面对FIFO-DMC网卡中的主要功能模块进行简要介绍。

(1)FIFO-DMC网卡的通信专用区

按照DMC通信机制的要求,FIFO-DMC网卡的通信专用区按用途分为4块:接收缓冲区、发送缓冲区、网卡命令区以及网卡状态区。接收缓冲区和发送缓冲区采用FPGA片上FIFO实现,数据接收FIFO命名为RxFIFO,用来存放网卡接受逻辑从网上接收的数据,用户使用读普通内存的方法就可获取。数据发送FIFO命名为TxFIFO,用来存放用户待发送的数据,用户使用写普通内存的方法把数据放入发送FIFO中,而后网卡的发送逻辑读取FIFO的内容进行传输。数据接收FIFO和数据发送FIFO的容量都为一帧数据的大小。网卡命令区和网卡状态区采用FPGA片上64位寄存器实现,网卡命令区即网卡命令寄存器COMMAND_REG存放用户发出的网卡命令。网卡状态区即网卡状态寄存器STATE_REG存放网卡的各种状态信息。DMC软件或网卡通信逻辑在对网卡进行操作前,读取COMMAND_REG和STATE_REG的内容,判断相应位,再根据结果执行相应动作来防止冲突。寄存器中各位置“1”表示有效,在系统初始化时全部清零。

(2)SPD模块

SPD模块使设计出的FIFO-DMC网卡设备保持与普通内存相同的稳定性,能够正确地被北桥芯片或者CPU芯片中的存储管理器识别。在FIFO-DMC网卡中使用VHDL语言编程模拟SPD芯片的工作。通过分析,FIFO-DMC网卡的SPD模块只需使用SPD芯片的5个引脚:SA0、SA1、SA2、SDA和SCL,并且BIOS对SPD模块只执行读操作(RandomAddressRead),所以SPD模块的结构比较简单,主要包括START状态控制以及Ran-domAddressRead命令响应两个功能模块。其中,START状态的控制逻辑比较简单,主要依靠作为从设备的SPD模块监听串行数据线(SDA)和串行时钟线(SCL)来产生,此处不再赘述。RandomAddressRead命令的响应由一个状态机来实现,在不同的状态完成相应的工作。

(3)命令解析逻辑

命令解析逻辑主要接收来自DDR-DIMM内存总线接口的各种内存访问命令,并对命令进行解析。FIFO-DMC网卡的命令解析逻辑由一个状态机控制,状态转移时设置特定的信号,由该信号触发相应的读、写逻辑。

(4)地址解析逻辑

此模块在内存访问命令到来时,控制地址总线上的行地址和列地址等信息进行地址译码工作,寻址被访问的存储单元,使得各种数据信息能够在网络用户、网卡的通信逻辑和内存之间正确地完成读写工作,协助FPGA中控制逻辑实现网卡的通信活动。由于FIFO-DMC网卡中使用了FPGA芯片上的FIFO和寄存器来模拟通信专用区,因此用户操作通信专用区时只有4个地址信息:TxFIFO写端口对应的虚拟地址,RxFIFO读端口对应的虚拟地址,命令寄存器COMMAND_REG对应的虚拟地址以及网卡状态寄存器STATE_REG对应的虚拟地址。地址解析逻辑根据用户访问的虚拟地址信息定位到通信专用区的某个部分即可。

(5)读写控制逻辑

根据地址解析逻辑寻址出的通信专用区空间以及命令解析逻辑解析的结果,对FPGA的寄存器或者FIFO进行读写操作。外部与通信专用区之间传输的数据信息主要有3类,分别是通信活动中的数据、用户写入网卡命令区的网卡命令以及网卡的状态信息。

2.3FIFO-DMC网卡的软件实现

直接内存通信技术DMC得以实现的重要根基是预留部分内存空间供DMC通信机制进程专用,这依赖于Linux操作系统提供的灵活机制。因此,DMC网卡的软件功能包括:

(1)实现通信专用区的物理内存预留

依据Linux操作系统对内存的管理办法,将FIFO-DMC网卡插入内存插槽的高端,使其存储空间即通信专用区处于内存区的物理地址最高端。然后,我们借助于Linux内核启动时能接收某些命令行选项或启动时参数的特性,修改系统引导程序中的启动配置参数mem,限定内核使用的内存数量。实际物理内存中大于mem值的部分就是预留的内存空间,系统不会使用这片物理内存。

(2)实现通信专用区内存的映射

由于Linux操作系统是一个虚拟内存系统,访问内存是基于虚拟地址空间的,因此为了能够使用被预留的通信专用区空间,需要把这部分物理内存正确映射到虚拟内存空间中。Linux操作系统提供了至少3种实现内存映射的方法,可以在系统不同时刻将通信专用区映射为I/O内存、内核空间内存或普通用户空间,考虑到DMC技术中通信专用区需要在用户态下进行访问,作者最终选择使用mmap设备操作方法来实现通信专用区的内存映射。并且,由于在FIFO-DMC网卡的设计中使用FPGA片上FIFO和寄存器模拟实现通信专用区,因此DMC软件实现对通信专用区映射之后,只需要网卡命令寄存器、网卡状态寄存器、数据发送FIFO的写端口和数据接收FIFO的读端口4个虚拟地址。

(3)实现用户对通信专用区的访问接口

由于FIFO-DMC网卡硬件逻辑中提供了将通信专用区作为普通内存管理和访问的功能,因此用户可以使用访问普通内存的方法访问通信专用区。

2.4FIFO-DMC网卡的功能验证测试

2.4.1FIFO-DMC网卡的运行测试平台

FIFO-DMC网卡的测试平台采用PC机,CPU为Intel(R)Pentium(R)4,北桥芯片为Intel的RG82865PESL722。FPGA采用ALTERA公司Cyclone的EP1C4芯片,串/并转换使用德州仪器的tlk2501,光电转换则选用美国Finisar公司的产品FTRJ8519。示波器为Tektronix的TDS3052。为了降低调试的难度,通过BIOS设置,将内存时钟频率200MHz改为100MHz。

2.4.2FIFO-DMC网卡的运行测试结果。

经测试,FIFO-DMC网卡能在开机的BIOS自检中被识别为内存设备,正确响应CPU的读写命令,并能在操作系统引导时预留共享存储区,证明了直接内存通信DMC通信机制是正确的和可行的。

3结束语

通信论文范文2

一般扩频通信系统的工作原理如图1所示。与普通数字通信系统相比,扩频通信系统主要是增加了扩频调制和解扩部分。在发送端,首先对输入的信息进行信息调制,形成数字信号,随后由扩频码发生器产生的扩频码序列对数字信号进行调制,使信号的频谱展宽。展宽以后的信号再对载频进行调制,通过射频功率放大后送至天线发射。在接收端,从接收天线上收到的宽带射频信号,经过输入电路、高频放大器后被送入变频器,而后由本地产生的与发射端完全相同的扩频码序列解扩,最后经信息解调,恢复成原始信息输出。根据扩展频谱的方式不同,目前常用的扩频通信实现方式主要包括直接序列扩频(DS)、跳频扩频(FH)、跳时扩频(TH)、线性调频(Chirp)等。另外,在实际应用中,可以根据具体的通信要求,对这4种扩频方式进行组合,组成各种混合式扩频系统,常用的有TH/DS、FH/DS、FH/TH、DS/FH/TH等。

2扩频通信系统的特点

扩频通信系统的特点主要包括以下几个方面:

(1)抗干扰性能好。

对于干扰信号来说,由于与扩频信号不相关,所以被扩展到一个很宽的频带上,使之进入信号通频带内的干扰功率大大降低,相应地增加了相关器输出端的信号/干扰比,因此扩频通信系统具有很好的抗干扰性能,非常适于移动通信。

(2)可进行多址通信。

扩频通信系统具有非常强的选择性寻址能力,可以采用码分多址(CDMA)的方式组成多址通信网。多址通信网内的所有接收机和发射机都可以同时使用相同的频率工作。采用扩频通信技术构成多址通信网时,比常规通信体制更易于实现网络的同步,便于实现灵活的随机接入;同时,也便于利用计算机进行信息的控制和交换。

(3)保密性能好。

扩频信号的频谱结构主要是由扩频码决定的,而与待传输的信息基本无关,因此扩频通信中信息的安全程度取决于所使用的扩频码。扩频通信系统可以使用周期很长的伪随机码,在一个周期中伪随机码具有随机特性,因此经过其调制后的数字信息类似于随机噪声。有的扩频通信系统可以在信噪比为-20~−15dB的条件下工作,对方很难测出信号的参数,从而达到安全保密通信的目的。此外,扩频信号还可以进行信息加密,对传送的信息进行保护。

(4)抗多径。

多径问题是长期以来一直困扰通信系统的一大难题,特别是对于移动通信系统来说这一问题解决起来更为复杂和困难。扩频通信技术则使解决这一难题成为可能。这是因为该项技术具有很强的抗多径能力,只要满足一定的条件,就可以达到抗干扰的目的,甚至还可以利用多径能量来提高系统的性能,在一般的扩频系统中,这个条件很容易得到满足。

(5)干扰小。

扩频通信系统对其他通信系统的干扰比较小,这是因为扩频通信系统的频谱密度低。由于扩频信号扩展了频带,因此在输出信号功率相同的情况下,降低了输出信号单位频带内的功率,从而降低了系统在单位频带内电波的通量密度。扩频通信系统的这一特点对空间通信极为有利。

(6)数模兼容。

扩频系统既可以传输数字信号,也可以传输模拟信号。

3扩频通信技术的发展方向

为了更好地发挥扩频通信系统的各种优势,进一步提高其综合性能,今后应重点在以下几个方面开展更加深入的研究工作。

3.1混合式扩频技术

虽然DS、FH、TH等单一的扩频方式都具有较强的抗干扰性能,但它们也都有各自的缺陷。例如,DS扩频方式的缺点是码捕获时间较长、抗窄带瞄准干扰能力有限、“远—近”效应影响较大等;FH扩频方式的不足之处是抗跟踪干扰能力、抗宽带噪声干扰能力差等;TH扩频方式的主要缺点是对定时要求严格等。因此,在实际应用中,单一的扩频方式往往不能满足实际通信的需要,特别是在需要同时解决诸如抗干扰、多址组网、定时定位、抗多径、降低“远—近”效应等一系列问题的情况下,需要将两种或多种扩频方式结合起来,以便弥补单一扩频方式的不足,解决某些技术难点,提高通信系统的综合性能。而且,采用混合式扩频技术还有利于增强系统设计的灵活性,降低技术难度和成本。所以,进一步研究混合式扩频系统(如FH/DS、TH/DS、FH/TH、DS/FH/TH等)是今后的重要发展方向之一。

3.2短波差分跳频通信技术

短波差分跳频通信(又称“短波相关跳频通信”)是近年来发展起来的一种有别于常规跳频通信的一种新型跳频体制,它的主要特点就是将调制和编码统一起来,较好地解决了提高数据传输速率和抗跟踪式干扰等问题。短波差分跳频通信系统是以先进的数字信号处理技术及高速的DSP芯片为基础设计的,该系统硬件结构简单,易于采用数字化软件无线电的架构,拥有传输速率高、抗跟踪干扰能力强、频谱复用、抗衰落性能好等优势,是近年来扩频通信领域一个重要的发展方向。作为一种全新的通信体制,目前短波差分跳频通信存在着跳频图案的二维连续性和随机性较差、宽带频率选择困难、误码传播以及组网困难等问题,因此尚未进入实用化阶段,针对该种扩频方式,在相关跳频算法设计、抗干扰算法、多址性能、组网等方面仍需要开展更加深入的研究工作,解决其中的技术难点。

3.3混沌扩频通信技术

混沌系统的类随机特性非常适于通信的噪声伪装调制,而且,通过混沌系统对初始相位敏感的依赖性,可提供数量极多、非相关、类随机、又是确定且易于产生与再生的信号,所以混沌序列特别适合作为扩频通信中的扩频码。而且,由于混沌扩频序列没有周期,类似于一个随机过程,所以系统的保密性好,很难破译。混沌扩频通信是目前混沌应用研究最热门的发展方向之一,当前采用混沌扩频序列的CDMA系统尚未得到实际应用,还需要开展进一步的研究工作。

3.4跳频技术与多种高效调制技术的结合

跳频技术与多种高效调制技术主要应用于民用通信系统中,但是,由于无需考虑跟踪式干扰或转发式干扰等敌对干扰,其跳速通常较慢。在今后的研究工作中,应着重探索如何将高速跳频技术与高效调制解调技术进行有机的结合,充分发挥其特点,以便达到理想的通信效果。

3.5多用户检测技术与其他新技术、新算法结合

多用户检测技术不仅能去除噪声干扰,而且还能进一步调高系统的容量、改善系统的性能,因此成为扩频通信中的一个关键技术,受到普遍关注。多用户检测技术与其他新技术、新算法的结合是扩频通信领域的研究重点和发展方向之一,主要包括以下几个方面:

(1)半盲多与盲多用户检测技术。

(2)多用户检测与空间处理相结合。

(3)多用户检测与优化算法相结合,例如遗传算法、神经网络算法、模拟退火算法、恒模算法等。

(4)多用户检测与其他新技术相结合,包括空时技术、天线阵列技术、多载波技术等。

3.6基于DSP的扩频通信技术

基于DSP(数字信号处理器)的扩频通信是指硬件设备采用DSP作为核心处理器,通信部分采用抗干扰性、保真性好的扩频无线通信。扩频通信的实现对硬件要求较高,由于DSP芯片具有很强的数据运算和处理能力,且精度较高,因此可以较好地适用于扩频通信,两者的结合通过优势互补实现了通信功能的完善,这是目前该技术研究的重点。当前,该技术主要用于水下通信和地下矿井移动通信中。

4结束语

通信论文范文3

现今的数据通讯方式非常多样,但应用领域最广的还是红外通讯技术,红外通讯技术之所以能够得到如此广泛的应用,主要是因为它主要下列几点显著优势:首先,红外通讯技术便于进行数据的收发,它的所有数据都只是将电脉冲和红光脉冲进行各种转化;其次,红外通讯技术摒弃了传统的线缆连接方式而使用先进的无线电连接,方便进行小型设备的数据传送工作;再次,红外通讯技术虽然进行了大量的创新但仍符合旧有的数据传输的有关规定;最后,红外通讯设备进行的是两个设备间的直线数据传输,它的锥角度数不超过30度,所以保密性能更强。此外,红外通讯技术的最显著优势是传输速度快,这是传统的传输方式所不可比拟的,现今常用的传输速度是4M,不过,最先进的VFIR技术早已达到16M。

2可以运用红外技术的设备

红外数据通讯在数据传送方面取得的工作成效十分显著,所以在多种小型设备中都有应用,本文只列举了一些和我们的生活工作密切相关的使用了红外通讯设备的技术,例如:①生活中使用的各种电脑;②打印机等各种电脑附属设备等;③各种通讯联系工具;④单反相机、家用笔记本、电视机顶盒和手表等;⑤各种工业用或医用设施;⑥网络的接入设施。

3红外技术的缺陷

进行红外数据传输时必须直线工作,这就需要彻底排除其间的障碍物,这样才能高效的完成数据传输工作。分析当前的红外数据传输系统可以发现,其通讯速率是有待提高的,否则将无法提高数据传输的效率。红外通讯技术的突破点在于引进了先进的无线传输方式,这也使得其使用功能比较简单,想要扩展其功能是具有非常大的难度的。

4红外技术为计算机技术带来的进步

红外通讯技术的发展会使许多的主流计算机产品及其附属产品都受到了影响,尤其对调制解调器的应用有着恶劣影响。科学的研究发现,认真执行红外通信标准可以把所有的局域网的LAN的数据率增加至10Mb/s。在红外通信标准中,要求其发射功率很低,所以它在工作时也是由电池来提供动力的。目前,惠普电脑公司早已着手研究内置式端口,若研究成功,所有拥有红外通信标准的笔记本电脑和手持式计算机,使用者都可以把它放在手机的一定范围内实现高速呼叫,还能连接至当地的互联网。红外通讯技术有很强的兼容性,这可以为电脑的设计者及终端使用者提供多元化的无电缆连接方法,如掌上电脑、笔记本电脑、家用台式计算机和个人数字助理设备间的文件交换等。还可以在计算机的各种设备间互相传输数据并控制电视、盒式录像机等的工作。

5红外通讯技术的发展前景

观察目前的市场现状不难发现,红外通信设备已经不单单在个人数据设备、各种笔记本或打印机中使用,而在个人通讯系统即PCS和全球移动通信系统中也有了极广泛的应用。红外线连接是数字式的,所以笔记本电脑间的数字连接不用再应用调制解调器,便携式PC在接通PCS数据卡后连接电话后就能和无线PCS系统开展数据传输;而加大电缆的红外端口能够使PCS电话系统及笔记本电脑之间的无线通信更加便捷。不过在连接PCS、数字电话系统及笔记本电脑时一定要应用标准的红外端口,也因此每种电脑都可使用PCS数字电话系统,例如最先进的笔记本计算机和手持式计算机,这样可以更简单的进行红外数据的通信。此外,在使用该系统时电脑中不需配备调制解调器,所以以前的不能供给高性能PC卡调制解调器工作的手持式计算机现在也可以利用无线形式来完成通信。

6总结

通信论文范文4

机车在运行过程中产生的记录数据必须全部下载下来并转存到地面运行数据库中,在这一过程中运行数据一般采用大容量数据存储设备或者其他数据传输方式来传输,这种数据传输方式不仅需要借助大容量的数据存储设备,同时也必须经历数据传输的人工送存阶段,不仅增加了数据信息的传输复杂性,而且让数据的传输存储活动面临着一定的操作风险,不利于数据信息的规范化管理,在数据信息传输的这种形势下,采用无线通信技术能够实现机车与地面信息管理中心之间的无线通信,可以简化数据管理的工作过程,并提高数据通信的稳定性和可靠性。

二、硬件配置

1、数转电台。

RF-418数转电台是无线通信领域的一种新型产品,其在提高了自身通信技术水平和通信质量的前提下,实现了与单片机之间的无线通信,在运行中可以提供RF测试、双向通信测试、一般数据传送、自动调频数据传送等四种工作模式。这四种模式之间的切换简单方便,在保证其自身高可操作性的同时也提供了多样化的数据传输形式,最大限度的满足了机车和地面数据中心之间的通信需求。

2、数转电台与车载微机的接口。

无线通信技术在单片机通信系统中的应用,存在的最大问题就是数转电台与车载微机的对接问题,在单片机通信系统运行过程中,要保证数转电台与车载微机之间对接的准确性和数据传输的稳定性。车载微机系统采用的处理器是DALLAS公司研发的DS80C320处理器,其在运行中能够提供两个全双工串行口,两个数据指针、13个中断源。通过处理器自身强大的数据处理能力,可以结合数转电台和车载微机所处的不同的实际运行状况,对其对接的方式进行选择,保证数转电台车载微机系统在对接活动中最大限度的接口连接安全和数据传输安全,减轻了单片机控制接口的负担,同时提高了单片机通信系统运行的可靠性。

三、通信软件设计

1、通信格式。

车载微机向地面通信系统发送请求信号主形式为ABBAIDSUMNFF、其中数据帧一共包含有6个字节,前两个字节(ABBA)表示起始位置,第三个字(ID)表示该趟列车的车载微机的编码号,第四字节(SUM)为通信活动中的标注字节,第五字节(N)表示在本次通信活动中从起始字节到结束字节的字节数,是为了防止在通信中信息丢失而设置的,第六字节(FF)表示通信内容结束。无线通信技术在单片机通信系统中的应用,对通信模式最大的创新就是实现了信息通信的数字化。单片机通信系统在我国的应用广泛的存在着运行中一对多的运行模式,一般大型机务段都拥有数百台机车。因为铁路运输自身的特性,大量的机车回段的时间都不确定,机车在完成运输任务返回机务段时,应该首先与地面信息系统取得联系,这种联系由机车首先发出通信请求,在得到地面信息系统的回应后,与地面信息系统建立通信连接并完成数据信息的转发。当车载微机连续三次申请通信都得不到回复或者回复信息不正确的时候,车辆管理人员应该保留该车次的数据信息,并与维护人员联系进行车载微机的修理。

2、程序流程。

通信论文范文5

量子力学诞生于1926年,是人类对微观世界加以认识的理论基础之一。量子力学和相对论之间的不相容性在1935年被爱因斯坦、波多尔基斯和罗森论证后,约翰•贝尔于1964年提出贝尔理论,,阿斯派克等人于1982年证明了超光速响应的存在。1989年第一次演示成功量子密钥传输,1997年量子态隐形传输的原理性实验验证由奥地利蔡林格小组在室内首次完成,2004年,该小组又将量子态隐形传输距离成功提高到600米。2007年开始我国架设了长达16公里的自由空间量子信道,于2009年成功实现世界上量子隐形传态的最远距离。

二、量子通信技术的发展趋势

量子通信技术的研究方向除了包括量子隐形传态还包括量子安全直接通信等,突破了现有信息技术,引起了学术界和社会的高度重视。与传统通信技术相比,量子通信除具有超强抗干扰能力外且不需对传统信道进行借助;与此同时量子通信的密码被破译的可能性几乎没有,具有较强的保密性;另外,量子通信几乎不存在线路时延,传输速度很快。量子通信发展仅仅经历了20年左右,但其发展却十分迅猛,目前已经被很多国家和军方给予高度关注。

量子通信在国防和军事上具有广阔的应用前景,作为量子技术的最大特征,量子技术的安全性是传统加密通信所无可企及的。量子通信技术的超强保密性,能够有效保证己方军事密件和军事行动不被敌方破译及侦析,在国防和军事领域显示出无与伦比的魅力。另一方面,在破解复杂的加密算法上,也许现有计算机可能需要好几万年的时间,在现实中是完全无法接受且几乎没有实用价值的。但量子计算机却能在几分钟内将加密算法破解,如果未来这种技术被投入实用,传统的数学密码体制将处于危险之中,而量子通信技术则能能够抵御这种破解和威胁。

在民间通信领域量子通信技术的应用前景也同样广阔。中国科技大学在2009年对界上首个5节点的全通型量子通信网络进行组建后,使得实时语音量子保密通信被首次实现,城市范围的安全量子通信网络在这种“城域量子通信网络”基础上成为了现实。

三、总结

通信论文范文6

类似于固定中继系统,移动中继系统由基站、移动中继和用户终端组成。其中,基站和移动中继之间的链路为回程链路(BackhaulLink),移动中继和用户终端之间的链路为接入链路(AccessLink)。若基站和用户设备之间的信道状况良好,还可以考虑直连链路(DirectLink)。移动中继可以选择放大转发和解码转发等模式。由于移动中继具有运动性和随机性,而这种特点与性能密切相关,如何建立合理的移动中继运动模型是移动中继系统研究领域的首要问题。当前研究中有的采用较简单的随机游动模型,或采用二维泊松过程来表示用户终端的放置位置,使用M/M/∞排队模型来表示用户终端的移动性。在实际部署移动中继系统时,需要考虑不同的应用场景。在3GPPR11版本中,高铁是主要应用。在文献[8]中,主要考虑以下两种典型场景:场景1移动中继服务静止用户场景说明。在该场景下,中继被安装在交通工具的顶部,中继天线被分别放置在车辆的内外,分别用于和基站与用户终端通信。若不使用中继辅助传输,该场景下的通信将会面临许多问题,如严重的车体损耗,多普勒频移,小区切换带来的大量开销等。反之,则可以将较差的信道分为两段传输条件较好的链路,从而很好地解决了该场景下的通信问题。与直接传输相比,中继辅助传输的掉话率明显降低,为车内用户提供较高的吞吐量和较低的小区切换失败率,从而提高了通信质量,改善了用户体验。场景2移动中继服务非静止用户场景说明如图2所示。在该场景下,中继也被部署在车辆顶部,不过其目的不是为了为车内乘客提供服务,而是为街道和公园提供覆盖。闹市区的街道和公园,是行人比较集中的地方,通信业务量大,属于“热点”地区。在经过这些地方的公交车上部署中继,则可以增强覆盖,提高吞吐量,具有实际意义。

2移动中继系统中的关键技术

2.1信道建模与估计

对于移动中继来说,由于其移动的特点,而且可能是高速移动,因此研究的首要问题是移动中继的信道建模问题,主要包括回程链路和接入链路的建模。不同链路的信道模型与各网络节点采用的天线数目、中继的转发模式和中继的运动模型密切相关,信道建模的准确度会极大地影响系统性能。如文献[9]分析了不准确的路径损耗模型对移动中继系统性能的影响。此外,基站到移动中继的信道会随着车辆的运动而急剧变化,同时车辆的运动会引起多普勒频移问题,因此在实际的移动中继系统中采用合适的信道预测和估计方法也是非常必要的。如文献[10~11]提出了一种采用在车辆顶部使用预测性天线的信道预测和估计方法,从而较好地解决了移动中继的信道估计问题。

2.2中继选择

在实际的移动中继系统中,可能会存在多个移动中继。现有研究表明,根据信道状态信息选择一个最好的中继进行协作,可以较低的复杂度获得满分集增益。因此,机会中继选择技术是移动中继系统中的关键技术。信令开销是中继选择算法的首要考虑因素。对于快速移动的用户,基于信噪比的方案会产生大量的信令开销,而基于位置或距离的选择方案在高速场景下开销较小,因而适用性更强。上述方案都是基于单个参数的选择,实际信噪比和时延等参数会同时影响中继选择,为此,文献[13]提出了一种具有服务质量(QoS)保证的多参数联合中继选择算法。由于信令开销和系统复杂度与每个目标用户的候选中继的数量成正比,文献[14]考虑了如何减少候选中继的数量而不影响使用中继带来的系统性能增益。文中所提算法限制了每个目标用户的数量从而减少了反馈开销。文献[15]提出了一种三步选择算法。该算法在保持中继增益的同时可以使中继信令开销维持在较低水平。虽然中继选择可以提高系统性能,但是不适宜的选择会引起频繁的中继切换,从而影响系统的整体性能。文献[16]从这个角度出发,提出了使中继活动时间最长和中继切换率最小的两种中继选择算法。研究结果表明,与现有方案相比,所提方案在不降低系统吞吐量的情况下可以获得较低的中继切换率和较长的中继活动时间。

2.3资源分配

在中继系统中进行功率和带宽等资源的分配可以有效提高系统资源利用率和系统吞吐量,目前得到了广泛的研究。(1)功率分配。最简单的功率控制方法是开关算法。所谓开关功率控制算法就是给中继分配一定功率或者不分配功率。该算法可以提高小区吞吐量和覆盖范围。文献[17]根据不同的数据速率要求提出了一种最优的功率分配算法。该文献考虑了中继的移动性,建立了移动模型,使用所提出的最优功率分配方案可以提高数据速率。仿真结果表明,在一些实际的数据速率下该算法可以带来3dB增益。文献[18]提出了一种分布式的功率控制算法用以提高平均小区吞吐量。文章考虑了在多小区环境中,通过使用分布式移动中继功率分配方案,与传统的系统相比,平均小区吞吐量得到了改善。同时,也提升了小区边缘吞吐量,因此对小区边缘用户来说,该方案有助于改善其用户体验,是一种较好的解决方案。(2)带宽分配。对于不同的运营商分别安装不同的中继显然并不是高效的,文献[19]基于此提出了共享频谱分配算法来解决此问题。该方案中不同运营商使用相同的移动中继为某一区域内的用户服务,并根据链路质量为不同运营商分配相应的带宽,从而实现了无线资源的有效利用。借助于纳什均衡理论,该方案可以将吞吐量提升近20%。文献[20]以IEEE802.16j系统为研究对象,研究了子信道分配对系统性能的影响。文中提出了重叠子信道分配(OVSA)和正交子信道分配(ORSA)两种方案。研究结果表明,所提方案的小区吞吐量高于不使用中继情况下的吞吐量。文献[21]则利用博弈论理论联合考虑了动态服务选择和带宽分配的问题。为了获得更好的服务质量,移动中继执行基站选择和传输模式的选择,基站则为不同传输模式分配不同的带宽。当移动中继和基站的策略相互影响并且需要作出动态决定时,这将面临着挑战。为解决这个问题,该文提出了一个两层的基于进化博弈和微分博弈的博弈结构。在下层,动态服务选择可以建立为一个进化博弈模型;在上层,基站端的动态带宽分配可以形成一个微分博弈模型,最后得到了一个闭环纳什均衡。数值仿真结果表明了动态博弈带宽分配策略的有效性,并且系统性能和覆盖范围的优势得到了加强。

2.4小区切换

在移动中继系统中,由于中继的移动性以及中继一般为多个用户同时服务等原因,如何设计中继高速移动情况下的小区切换策略便成为了一个关键问题,文献[22~24]对此进行了深入研究。在高速运动场景,大量用户很可能需要进行频繁的小区切换,因而如何保证较低的链路失败率和较高的切换成功率,将直接影响用户的通信服务质量和通信体验。对于移动中继系统的小区切换问题,现在比较好的一种方案是使用具有两根分布式天线的移动中继,即在车辆首尾分别装有天线。移动中继通过选择具有较好接收信号质量的天线作为接收天线。当车辆进入重叠区域时,前置天线执行切换至目标基站,后置天线将和服务基站保持连接。当前置天线完成切换后,再由后置天线将工作频率转移至目标基站。如果切换失败,后置天线将执行第二次切换。因此,这种切换方案使通信在切换过程中不会被中断,实现了通信的无缝体验,而且降低了切换失败率,是一种简单实用的方案。

2.5移动中继的其他问题

使用移动中继来改善车辆用户的服务质量和吞吐量的效果明显,除了以上提到的关键问题外,仍然有其他的一些问题和挑战需要解决。首先是移动中继的移动性管理问题。这主要包括不同基站间移动中继的切换和不同移动中继间用户的切换。但是,现有LTE系统中没有针对移动中继的移动性支持,因此有必要修改当前的系统结构用以提供有效、可靠的移动性管理。目前,为了支持移动性管理,是在当前的固定中继架构上修改还是提出新的架构尚在讨论中。其次,由于移动中继的使用,干扰管理也是一个新的挑战。中继技术的优势在理论上已获得共识,但在实际部署中中继节点的引入必然导致更加严重的干扰问题。尽管接入链路干扰较小,但对于回程链路来说,不同移动中继间以及中继与宏小区用户间的干扰使问题变得复杂。预测性天线的使用将提高CSI的准确性,从而可以在回程链路中使用高级的干扰避免和干扰消除方案。

3结束语

通信论文范文7

1.1光纤接入网技术

光纤接入网技术利用传输网络实现用户接入光纤,共同实现光纤接入网下信息传输效果的持续提升,实现了传统信息传输的技术性突破,满足人们对信息传输速度的需求。光纤用户接入技术发展起着关键作用。FTTH是光纤接入网发展的一种最终形式,光纤接入网以光网络单位(0NU)的位置所在,分为FTTH、光纤到大楼(FTTB)、光纤到驻地(FTTP)、光纤到路边(FTTC)等几种情况。目前,以”千兆到小区、百兆到大楼、十兆到用户”为基础的光纤+五类缆接入方式(FTTx+LAN)非常适合我国国情。它适用于用户相对集中的小区、大专院校、企事业单位及人口密集的乡镇。这种光纤接入方式的上传和下传带宽,能够实现高速上网或企业局域网间的高速互联,满足不同客户群体对不同速率的需求。

1.2光纤波分复用技术

光纤波分复用技术是现代信息技术发展的重要组成部分,充分表现了现代光纤通信技术发展的主要特点。在ITU-T标准中,通过引入控制层面,使网络具有自动连接建立和修改功能,以及提高连接恢复能力。光纤网络控制层面本身能够支撑不同的技术,不同的业务需求及不同的功能组合。光纤波分复用技术主要是应用波分复用器对广信信息传输出现的损耗进行控制,保证宽带资源的有效获取。同时在光波频率根据波长的不同情况对光纤损耗情况进行独立性信息发送,充分发挥波分复用器的效果将信息数据进行整合。波分复用器能够将不同信号波长进行传输,承载电信光纤通信技术优势。

1.3光联网的实现

目前,在扩充骨干网、迅速普及应用DWDM系统的驱动下,我国光网络市场已出现巨大变化,光传送网的角色由原来大容量带宽传送转变为提供端到端的服务连接。电信运营商在电路交换转变为分组交换过程中,在光层网络同时实现了传输功能和交换功能,而全光网络以其良好的透明性、波长路由特性、兼容性和可扩展性,成为下一代高速(超高速)宽带网络的首选。光纤接入网技术和光纤波分复用技术的创新推广应用中,光分插复用器(OADM)和光交叉连接设备(OXC)的成功研制,使得二者能够在基础通信设备基础上实现光路交叉,为光联网起步奠定坚实基础,能够进一步扩充网络系统,提升网络系统的透明性,使全光联网成为可能,掀起了SDH电联网之后又一次新的光通信发展高潮,建设一个最大透明、高度灵活的和超大容量的国家骨干网络不仅可以为未来的国家信息基础设施(NII)奠定一个坚实的物理基础,而且对应我国信息产业和国民经济腾飞及国家安全有极其重要的战略意义。

1.4全新一代光纤

全新一代光纤是新时期电信光纤通信技术应用的核心内容。新的光传输网分为三层:光通路层(Och)支持终端到终端的传送客户信号。OMS光复用层把许多光波复用到一起后传动到光纤中。OTS光传送层把客户信号映射到单一的光道,再将许多单一的光道复用在一起后送上光纤。全新一代光纤具有频带宽通信容量大、损耗低,中继距离长、抗电磁干扰、无串音保密性好等优势特点。根据电信网络服内容不同,创新了传统光纤发展模式,呈现出大容量、长距离传输等优势。

二、电信光纤通信技术发展趋势的优势分析

伴随中国城镇化等宏观经济政策调整,我国城乡每年旧城改造和新屋建设达到20多亿平方米,至少可以容纳2000万户新居或数百万个企业,为光宽网建设提供了几乎海量的外在条件。伴随信息华社会的发展,人们随时随地办公、生活、学习、购物、娱乐的内在需求日益凸现,建设安全的全光信息网络已经提升为国家战略。科学技术水平提升使电信光纤通信技术提供的服务质量能够不断的满足人们的要求。电信光纤通信技术发展趋势优势明显,传输速度快、传输容量扩大,并且在长距离下实现信息容量提升、完善全光网络系统。在未来电信光纤通信技术发展状况下信息数据传输水平会在网络系统发展下实现高速发展。电信光纤通信技术发展具有重要的现实应用意义。

2.1全光网络

电信光纤通信技术发展中全光网络是重要的组成部分,同时也是电信光纤通信技术应用的关键核心,是人们对网络信息技术需求发展的表现。全光网络(ASON)在路由和信令控制下,完成自动交换连接功能。它首次将信令和选路引入传送网,通过智能的控制层面来建立呼叫和连接,实现了真正意义上的路由设置、端到端业务调度和网络自动恢复。探究全光网络特点对电信光纤通信技术进行研究,能够更好的实现电信光纤通信技术应用的全面发展。我国对电信光纤通信技术不断进行研究,创新了技术发展模式,在应用上取得了较大发展。伴随国务院《“宽带中国”战略及实施方案》的推进,联通等通信运营商加大力度推行“城乡一体化”光网改造工程,通过全光网络的方式向宽带中国目标靠近,不断地满足社会对现代网络光纤通信技术的应用需求。

2.2多业务承载能力

新时期为了进一步促进电信市场的发展,需要对电信市场发展模式进行改革创新,对运营模式进行重组改制,实现电信业务多元化发展。网络系统光纤接入技术的应用能够承载更多的业务项目,强化基础型承载业务水平,移动基站回传、语音等服务都是多业务承载能力提升的重点内容。从提高传输通道变为提高光业务的解决方案,使光网络能够提高多种高质量的带宽应用与服务,包括:1、OVPN;2、业务SLA;3、带宽出租、带宽批发、带宽贸易、实时计费;4、流量工程;5、分布式恢复;6、SPC(软永久连接)/SC(交换连接)/PC(永久连接)。传统接入网系统主要采用对接式网络结构,这种模式在一定程度上提升了运营系统管理成本投入,使网络系统建设经济效益受到影响。高接入带宽接入网应用之后能够更好的使系统与网络进行融合,实现网络系统高效运行,建立统一系统应用平台。电信光纤接入技术促进多业务承载能力的同时保证了系统客户的应用安全有效性,业务发展保证服务水平质量提升,同时能够承载更多的系统业务,并且针对个人系统应用要求强化电信光纤通信技术。除此之外,还能够提供高可靠性接入、高精度时钟传送、有效满足针对移动基站的回传业务。

三、结束语

通信论文范文8

依据耦合方式的不同WHBC可分为:①电流耦合,发射端输入人体的信号为电流信号,接收器、发射器的两个电极均需与人体直接接触;②电容耦合,发射端输入人体的信号为电压信号,接收、发射端的两个电极可不与人体直接接触。当前大部分的研究都集中于后者,因此本论文主要介绍电容耦合WHBC系统。当前被认可的基于电容耦合的人体通信机制主要有两种:静电耦合机制和把人体作为波导的电磁波传播机制,大多数WHBC模型基于这两种传输机制建立。另外还有一些WHBC模型是基于实验数据得到的,下面我们简单介绍一下当今主要的WHBC理论和模型。

1.1静电耦合机制及其物理模型

首先我们来介绍WHBC的静电耦合传输机制。发射接收信号的电路、放在人体上或者人体附近的电极、导电的人体(相当于一个电阻)、电极和大地之间的耦合电容可构成一个闭合回路。整个闭合回路可被看作为一个二端口网络,发射端的信号电极和地电极是其信号输入端,接收端的信号电极和地电极是其信号输出端,已知电路中的各电阻及电容的值,就可根据电路知识求出信号的路径损失。由于静电耦合作用(即二端口网络电路中的耦合电容)是该传输原理中的关键所在,因此称该原理为静电耦合原理。其中发送端和接收端信号电极可以直接贴在人体皮肤上或者靠近人体皮肤的邻近区域(例如紧贴衣服上),发送端和接收端的地电极悬空或者贴在皮肤上。但Luˇcev等证明信号电极直接与皮肤接触、地电极悬空的电极结构可以得到最小的路径损失。Xu等根据静电耦合机制设计了一个WHBC通信系统,其系统模型使用了有限元件建模方案。该系统模型包含了大气、人体、发射端电路和接收端电路。其中大气分为三个区:近域区、过渡区和远域区;人体模型则由手臂、胸部、腹部和脚组成,而各器官分别由对应的皮肤、脂肪、肌肉层组成。模型的仿真结果在低频和实际测得的数据相差不大,但在高频段差别就有些大,还需要仔细研究。

1.2人体作为波导的传播原理及其物理模型

有些研究人员把人体看作波导,从电磁波传播的相关原理方面建立人体信道的计算模型。发射机的信号电极与其地电极是电磁波的发射源,人体表面是人体与空气之间的边界面,信号的传输过程可看作一种特殊情况的表面波传输。已知人体表面的电介参数,根据麦克斯韦方程和人体空气边界条件可求出在人体表面各点的电场强度、磁场强度以及路径损失。Fujii等用有限差分时域方法(finitediffer-encetimedomain,FDTD)建立WHBC模型。在FDTD计算方法中,使用了日本成年男性和女性的高精度身体模型。实验中用生物组织固体人体等效模型验证文中提到的理论模型,结果虽还不错,但模型跟真实的人体毕竟不一样,该方法的有效性还需通过真实的人体加以验证。

1.3其它的WHBC传输原理和模型

近期Bae等提出了新的WHBC传输原理,该原理同样把发射端的信号电极和地电极看作电磁波的发射源,但认为仅电磁波的电场可传播信息,电磁波的磁场不起传递信息的作用,同1.2一样利用麦克斯韦方程组可得到人体表面的电强度和路径损失。论文提出的理论很新颖,能够综合现有的两套理论,但其仿真结果和实验结果在低频处却有较大的误差,还需进一步完善。Ruiz等利用实验数据建立了一个WHBC分析模型。方法是从现有的各种分布函数中选择一个与实际测得的路径损失的累积概率分布最接近的一个分布类型,然后用数学方法估计在某一确定距离下该分布类型的参数,接着求出该分布函数的参数与(发射接收)距离之间的关系,从而得到想要的模型。这种方法对硬件设计有一定的指导意义,但由于缺乏内在的物理原理的支撑,有很大的局限性。

2WHBC中的数字基带传输机

除了WHBC的传输理论有诸多进展,WHBC传输机也颇有些硕果。Lont等设计了一个数据速率可调的基于移频键控(frequencyshiftkeying,FSK)的超低功耗数字接收机。Song等则利用0.25μm标准CMOS工艺设计了一个功耗为0.2mW、速率为2Mb/s的数字传输机,其原理图。图中上半部分为发射机,下半部分为接收机。发射机由伪随机二进制序列(pseudo-ran-dombinarysequence,PRBS)产生器、二选一多路复用器和驱动器组成。PRBS是芯片测试时需要用到的功能部件。数字信号可直接通过二选一多路复用器、驱动器传到人体。接收机由接收AFE模块、CDR电路和位错误探测器组成。接收AFE模块用于放大、触发、反向从电极接收到的宽带信号,以恢复二进制数据。CDR电路模块从恢复的二进制模块中提取时钟信号并锁存数据。位错误探测器是芯片测试时需要用到的功能模块。当反向不归零制(non-return-to-zero,NRZ)数据直接输入到人体后,发射端电极产生对称的静电场(分别对应二进制数据1和0),在该静电场的激发下接收端的电极感受到一个由正负脉冲组成的微弱宽带脉冲信号,对这些信号进行放大、触发、反向的操作就可在接收端恢复输入人体的二进制数据。Song等改进了TX的结构,使用了脉冲位置调节模块,把NRZ数据的频带移到10~70MHz。Fazzi等则在RX中增加了相关电路,抑制噪声的能力更强。然而即便如此,这样的通信系统还是很容易受到外界的干扰,需要其它的技术抑制这种干扰,我们将在第3部分中进行讨论。

3WHBC中的干扰及AFH技术

3.1WHBC中的干扰

人体可被看作天线,漂浮的和接地的人体在电磁场中的谐振波长分别为人体身高的2倍和4倍,同时人体的谐振频率峰值不是尖锐的,而是宽广分布的,因此人体天线效应能够将频带分布宽广的射频信号注入到WHBC通信系统中。根据Cho等的实验结果,这些干扰信号在一些环境下(调幅射频塔或者无绳电话附近等)能够把有用的信号淹没,一般的数字传输机不能在这种变换的环境下稳定地工作,需要新的传输机来抑制这些干扰。

3.2AFH原理

WHBC中的干扰随环境变化而变化,但均只占某一有限的带宽。为了增强系统的抗干扰能力,我们把可用的WHBC总带宽根据具体的应用(数据传输速率的要求)平均分成N个不重叠的子带宽,每一个子带宽可看作一个通信频道。最开始所有的通信频道均参与信息的传输,它们均处于跳频序列之中。WHBC设备节点每隔一段时间根据一定的评判原则将跳频序列中所有的频道分为好频道和坏频道。好频道继续使用并等待下一次评判;坏频道从跳频序列中剔除,但一段时间之后系统会重新检查上次被评为“坏频道”的频道的通信质量,只要被评定为好频道,系统又会将其纳入跳频序列之中。其中频道评价准则可以使用接收的信号强度指示(re-ceicedsignalstrengthindicator,RSSI)、分组错误率(packeterrorrate,PER)和载波敏感度(carriersensing,CS)准则。使用的是PER信道评判准则,其中PSR(packetsuccessratio)为分组成功率,Ps为合格频道的PSR阈值。AFH技术源自蓝牙,但AFH在WHBC中的适应性强过蓝牙,因为一般情况下WHBC的覆盖范围仅限于穿戴者的本身,不会产生不同WHBC之间的串扰,而蓝牙ZigBee等则会因为不同设备之间使用相同的通信频道而产生动态频率干扰。Cho等就利用AFH技术设计了适用于人体通信的传输机,达到了很好的抗干扰效果。

4结束语