時間：2023-01-04 01:52:22
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論文摘要:通過Bluetooth和UWB的技術(shù)對比及多角度的分析,證實了藍(lán)牙+UWB作為下一代高速無線通訊技術(shù)的可能。
隨著因特網(wǎng)、多媒體和無線通信技術(shù)的發(fā)展,人們與信息網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)密不可分。當(dāng)今無線通信在人們的生活中扮演著越來越重要的角色,低功耗、微型化是用戶對當(dāng)前無線通信產(chǎn)品尤其是便攜產(chǎn)品的強(qiáng)烈追求,作為無線通信技術(shù)一個重要分支的短距離無線通信技術(shù)正逐漸引起越來越廣泛的觀注。
1短距離無線通信技術(shù)簡介
近年來,由于數(shù)據(jù)通信需求的推動,加上半導(dǎo)體、計算機(jī)等相關(guān)電子技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展,短距離無線與移動通信技術(shù)也經(jīng)歷了一個快速發(fā)展的階段,WLAN技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、UWB技術(shù),以及紫蜂(ZigBee)技術(shù)等取得了令人矚目的成就。短距離無線通信通常指的是100m以內(nèi)的通信,分為高速短距離無線通信和低速短距離無線通信兩類。高速短距離無線通信最高數(shù)據(jù)速率>100Mbit/s,通信距離<10m,典型技術(shù)有高速UWB、WirelessUSB;低速短距離無線通信的最低數(shù)據(jù)速率<1Mbit/s,通信距離<100m,典型技術(shù)有藍(lán)牙、紫蜂和低速UWB。
2藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)
“藍(lán)牙(Bluetooth)”是一個開放性的、短距離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),也是目前國際上最新的一種公開的無線通信技術(shù)規(guī)范。它可以在較小的范圍內(nèi),通過無線連接的方式安全、低成本、低功耗的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),使得近距離內(nèi)各種通信設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)無縫資源共享,也可以實現(xiàn)在各種數(shù)字設(shè)備之間的語音和數(shù)據(jù)通信。由于藍(lán)牙技術(shù)可以方便地嵌入到單一的CMOS芯片中,因此特別適用于小型的移動通信設(shè)備,使設(shè)備去掉了連接電纜的不便,通過無線建立通信。
藍(lán)牙技術(shù)以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ),采用高速跳頻(FrequencyHopping)和時分多址(TimeDivisionMulti-access—TDMA)等先進(jìn)技術(shù),為固定與移動設(shè)備通信環(huán)境建立一個特別連接。藍(lán)牙技術(shù)使得一些便于攜帶的移動通信設(shè)備和計算機(jī)設(shè)備不必借助電纜就能聯(lián)網(wǎng),并且能夠?qū)崿F(xiàn)無線連接因特網(wǎng),其實際應(yīng)用范圍還可以拓展到各種家電產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品和汽車等信息家電,組成一個巨大的無線通信網(wǎng)絡(luò)。打印機(jī)、PDA、桌上型計算機(jī)、傳真機(jī)、鍵盤、游戲操縱桿以及所有其它的數(shù)字設(shè)備都可以成為藍(lán)牙系統(tǒng)的一部分。目前藍(lán)牙的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.15,工作在2.4GHz頻帶,通道帶寬為lMb/s,異步非對稱連接最高數(shù)據(jù)速率為723.2kb/s。藍(lán)牙速率亦擬進(jìn)一步增強(qiáng),新的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)2.0版支持高達(dá)10Mb/s以上速率(4、8及12~20Mb/s),這是適應(yīng)未來愈來愈多寬帶多媒體業(yè)務(wù)需求的必然演進(jìn)趨勢。
作為一個新興技術(shù),藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用還存在許多問題和不足之處,如成本過高、有效距離短及速度和安全性能也不令人滿意等。但毫無疑問,藍(lán)牙技術(shù)已成為近年應(yīng)用最快的無線通信技術(shù),它必將在不久的將來滲透到我們生活的各個方面。
3超寬帶(UWB)技術(shù)
超寬帶(Ultra-wideband—UWB)技術(shù)起源于20世紀(jì)50年代末,此前主要作為軍事技術(shù)在雷達(dá)等通信設(shè)備中使用。隨著無線通信的飛速發(fā)展,人們對高速無線通信提出了更高的要求,超寬帶技術(shù)又被重新提出,并倍受關(guān)注。UWB是指信號帶寬大于500MHz或者是信號帶寬與中心頻率之比大于25%的無線通信方案。與常見的使用連續(xù)載波通信方式不同,UWB采用極短的脈沖信號來傳送信息,通常每個脈沖持續(xù)的時間只有幾十皮秒到幾納秒的時間。因此脈沖所占用的帶寬甚至高達(dá)幾GHz,因此最大數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到幾百分之一。在高速通信的同時,UWB設(shè)備的發(fā)射功率卻很小,僅僅是現(xiàn)有設(shè)備的幾百分之一,對于普通的非UWB接收機(jī)來說近似于噪聲,因此從理論上講,UWB可以與現(xiàn)有無線電設(shè)備共享帶寬。UWB是一種高速而又低功耗的數(shù)據(jù)通信方式,它有望在無線通信領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。UWB的特點(diǎn)如下:
(1)抗干擾性能強(qiáng):UWB采用跳時擴(kuò)頻信號,系統(tǒng)具有較大的處理增益,在發(fā)射時將微弱的無線電脈沖信號分散在寬闊的頻帶中,輸出功率甚至低于普通設(shè)備產(chǎn)生的噪聲。
(2)傳輸速率高:UWB的數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到幾十Mbit/s到幾百M(fèi)bit/s,有望高于藍(lán)牙100倍。
(3)帶寬極寬:UWB使用的帶寬在1GHz以上,高達(dá)幾個GHz。超寬帶系統(tǒng)容量大,并且可以和目前的窄帶通信系統(tǒng)同時工作而互不干擾。
(4)消耗電能少:通常情況下,無線通信系統(tǒng)在通信時需要連續(xù)發(fā)射載波,因此要消耗一定電能。而UWB不使用載波,只是發(fā)出瞬間脈沖電波,也就是直接按0和1發(fā)送出去,并且在需要時才發(fā)送脈沖電波,所以消耗電能少。
(5)保密性好:UWB保密性表現(xiàn)在兩方面:一方面是采用跳時擴(kuò)頻,接收機(jī)只有已知發(fā)送端擴(kuò)頻碼時才能解出發(fā)射數(shù)據(jù);另一方面是系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度極低,用傳統(tǒng)的接收機(jī)無法接收。
(6)發(fā)送功率非常小:UWB系統(tǒng)發(fā)射功率非常小,通信設(shè)備可以用小于1mW的發(fā)射功率就能實現(xiàn)通信。低發(fā)射功率大大延長了系統(tǒng)電源工作時間。
(7)成本低,適合于便攜型使用:由于UWB技術(shù)使用基帶傳輸,無需進(jìn)行射頻調(diào)制和解調(diào),所以不需要混頻器、過濾器、RF/TF轉(zhuǎn)換器及本地振蕩器等復(fù)雜元件,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化,成本大大降低,同時更容易集成到CMOS電路中。
參考文獻(xiàn):
2常用的無線通訊技術(shù)
目前在油田現(xiàn)場廣泛應(yīng)用的無線通訊技術(shù)主要有GPRS/CDMA、數(shù)傳電臺、擴(kuò)頻微波、無線網(wǎng)橋及衛(wèi)星通信、短波通信技術(shù)等。
其中GPRS和CDMA技術(shù)中國移動和中國聯(lián)通公司的主營數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，在數(shù)據(jù)傳輸方面有著很強(qiáng)的優(yōu)勢，即信號覆蓋范圍廣。對于陸上油田生產(chǎn)區(qū)域基本完全覆蓋。但由于海上油田地理位置特殊，遠(yuǎn)離陸地的基站，因此很多海上生產(chǎn)平臺還無法為GPRS/CDMA信號完全覆蓋。此外經(jīng)過測試，GPRS的平均速率為20kbit/s～40kbit/s，CDMA的平均速率為80kbit/s～100kbit/s，可以滿足傳輸小數(shù)據(jù)量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)要求，但無法滿足大數(shù)據(jù)量的信號（例如視頻信號）遠(yuǎn)程無線傳輸。雖然有利用CDMA技術(shù)進(jìn)行視頻信號傳輸?shù)陌咐Ч⒉焕硐搿?/p>
數(shù)字電臺用于點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)的工作環(huán)境，能夠提供標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口，可直接與計算機(jī)、RTU、PLC等數(shù)據(jù)終端連接，實現(xiàn)透明傳輸。數(shù)傳電臺的傳輸速率從1200～19.2Kbit，傳輸距離20～50公里。具有抗干擾能力強(qiáng)、接收靈敏度高等特點(diǎn)。數(shù)傳電臺技術(shù)比較成熟，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，一直以來廣泛用于油田的數(shù)據(jù)遙測/數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)項目中。但隨著GPRS/CDMA技術(shù)的日漸成熟，相應(yīng)的設(shè)備價格的降低，使得在很多應(yīng)用場合中數(shù)傳電臺被GPRS/CDMA所取代。但同時，數(shù)傳電臺的相關(guān)技術(shù)也在不斷發(fā)展，智能化、網(wǎng)絡(luò)化、高帶寬的數(shù)傳電臺也不斷涌現(xiàn)。結(jié)合數(shù)傳電臺誤碼率低、信道可靠的特點(diǎn)，數(shù)傳電臺必將成為海上油田通信技術(shù)應(yīng)用的可靠選擇。
擴(kuò)頻微波和無線網(wǎng)橋技術(shù)是近幾年興起的一門數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。擴(kuò)頻微波最大優(yōu)點(diǎn)在于較強(qiáng)的抗干擾能力，以及保密、多址、組網(wǎng)、抗多徑等，同時具有傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋面廣等特點(diǎn)，特別適合野外聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。而無線網(wǎng)橋是無線射頻技術(shù)和傳統(tǒng)的有線網(wǎng)橋技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。無線網(wǎng)橋是為使用無線（微波）進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)狞c(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)間互聯(lián)而設(shè)計。它是一種在鏈路層實現(xiàn)LAN互聯(lián)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，可用于固定數(shù)字設(shè)備與其他固定數(shù)字設(shè)備之間的遠(yuǎn)距離（可達(dá)50km）、高速（可達(dá)百M(fèi)bps）無線組網(wǎng)。這兩項技術(shù)都可以用來傳輸對帶寬要求相當(dāng)高的視頻監(jiān)控等大數(shù)據(jù)量信號傳輸業(yè)務(wù)。
例如，對于遠(yuǎn)離陸地且無法進(jìn)行中繼的海上平臺，通訊鏈路只能通過衛(wèi)星通信和短波通訊。其中衛(wèi)星通信范圍大，只要衛(wèi)星發(fā)射的波束覆蓋進(jìn)行的范圍均可進(jìn)行通信。不易受陸地災(zāi)害影響，建設(shè)速度快，易于實現(xiàn)廣播和多址通信等等優(yōu)點(diǎn)。但其運(yùn)行費(fèi)用相對昂貴，且系統(tǒng)維護(hù)要求高。短波通訊以往只在軍事通信、專業(yè)通信、業(yè)余通信中發(fā)揮著極為重要的作用，因其傳輸速率低、噪聲大，電離層反射天波為主，通常不能穩(wěn)定的使用固定頻率工作等缺點(diǎn)，因此在其他領(lǐng)域已慢慢淡出人們的視線。盡管短波通信存在一些缺陷，但對于海上油田而言，短波通訊作為可靠性高、覆蓋區(qū)域廣的通信方式，用于海上平臺的緊急通信及小數(shù)據(jù)量傳輸應(yīng)該是一個比較好的選擇。
3環(huán)境因素對技術(shù)應(yīng)用的影響
偏遠(yuǎn)油區(qū)的環(huán)境因素以以海上油田最為特殊。海上油田除了考慮信道帶寬，傳輸數(shù)率，傳輸距離，發(fā)射功率，天線要求等通信設(shè)備本身的技術(shù)參數(shù)外，在應(yīng)用無線通訊技術(shù)的過程中，還必須全面地考慮海上平特的地理環(huán)境與地理條件對無線通信技術(shù)應(yīng)用的影響。
3.1對信號傳輸?shù)挠绊?/p>
可以通過選取性能好的設(shè)備或應(yīng)用抗干擾措施以減少甚至避免干擾。但無線通信過程中的信號衰落問題則是普遍存在的，而且是不可避免的。由于海上油田遠(yuǎn)離陸地，與陸地之間的廣闊的海域、多變的氣候使得在陸上應(yīng)用效果很好的技術(shù)在海上應(yīng)用時沒有了用武之地。
微波在空間傳播中將受到大氣效應(yīng)和地面效應(yīng)的影響，導(dǎo)致接受機(jī)接受的電平隨著時間的變化而不斷起伏變化，我們把這種現(xiàn)象稱為衰落。從衰落的物理因素來看，可以分成以下幾類：吸收衰落、雨霧衰落、K型衰落、波導(dǎo)型衰落、閃爍衰落等等。在各種衰落因素中，吸收衰落、雨霧衰落及K型衰落對海上油田的無線通信應(yīng)用影響較大。
3.2對技術(shù)應(yīng)用的影響
各項通信技術(shù)在海上油田應(yīng)用中還存在的另外一個問題就是其獨(dú)特的現(xiàn)場環(huán)境。海上平臺一般空間狹小，還要考慮海上多風(fēng)，平臺最高點(diǎn)一般較低的特點(diǎn)。
首先是對天線安裝的限制。海上微波通信受地形地貌影響，相同的通信距離要求兩端天線的高度更高。對于衛(wèi)星通信、擴(kuò)頻微波、短波通信等天線體積較大的應(yīng)用，由于海上風(fēng)力較大，抗風(fēng)性的要求也使得設(shè)備在小平臺的安裝變得十分困難。
此外，對于無人值守的平臺，設(shè)備必須具有高可靠性、可自動維護(hù)、參數(shù)遠(yuǎn)程設(shè)置等功能。而對于衛(wèi)星通信、短波通信等要求平臺上配備專業(yè)管理操作人員進(jìn)行設(shè)備的管理維護(hù)，這一特點(diǎn)也為技術(shù)的應(yīng)用帶來一定的限制。
4無線網(wǎng)橋技術(shù)在海上平臺視頻監(jiān)控中的應(yīng)用
在實際的現(xiàn)場應(yīng)用中，我們選取了基于5.8G無線網(wǎng)橋設(shè)備進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用測試。測試地點(diǎn)為淺海油井，測試內(nèi)容為4路視頻監(jiān)控圖像的傳輸。該系統(tǒng)具體解決方案是利用摩托羅拉Canopy5.8G無線網(wǎng)橋建立通信鏈路。在平臺一側(cè)首先通過視頻服務(wù)器將模擬視頻信號轉(zhuǎn)化為可在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)流，之后由無線網(wǎng)橋?qū)⑿盘杺鬏數(shù)疥懙囟恕ｊ懙囟艘粋?cè)通過無線網(wǎng)橋進(jìn)行接收后由視頻監(jiān)控服務(wù)器處理后，對視頻信號進(jìn)行錄像存儲及Web。相關(guān)用戶可依據(jù)相應(yīng)權(quán)限在局域網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行視頻圖像的瀏覽、錄像等操作。
系統(tǒng)通訊鏈路建立后，可遠(yuǎn)端對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)備維護(hù)方便。監(jiān)控視頻圖像清晰、連貫，滿足監(jiān)控要求。從系統(tǒng)的鏈路冗余可以看出本次測試的應(yīng)用距離已接近5.8G無線網(wǎng)橋技術(shù)在海上應(yīng)用的最遠(yuǎn)距離。從系統(tǒng)的穩(wěn)定性出發(fā)，在更遠(yuǎn)一些的類似應(yīng)用中應(yīng)謹(jǐn)慎選擇這項技術(shù)。
結(jié)論
無線通信技術(shù)在偏遠(yuǎn)油區(qū)的應(yīng)用已逐漸成為各種監(jiān)控系統(tǒng)的主要鏈路方式。在選取相關(guān)技術(shù)時除了要考慮包括傳輸距離、信號帶寬、天線安裝條件、發(fā)射功率、設(shè)備功耗、系統(tǒng)成本等各方面因素外，同時還要充分考慮環(huán)境對通信的影響。信號的衰弱會使很多通信技術(shù)達(dá)不到理論標(biāo)定的距離，因此無法適應(yīng)現(xiàn)場需要。面對大量的數(shù)據(jù)傳輸管理的需求，在選擇無線通信技術(shù)手段方面還應(yīng)統(tǒng)籌計劃。特別是要對采用技術(shù)的先進(jìn)性、可靠性及系統(tǒng)的可擴(kuò)展性等多方面進(jìn)行綜合考慮。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：鐵水運(yùn)輸擴(kuò)頻通信CSMADGPS
寶山鋼鐵集團(tuán)公司是我國特大型鋼鐵企業(yè)，隨著寶鋼三期工程的建設(shè)實施，傳統(tǒng)的鐵水運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)已不能適應(yīng)生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大的需要。建立新的鐵水運(yùn)輸動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，以提高生產(chǎn)調(diào)度的安全性、生產(chǎn)效率、自動化程度和經(jīng)濟(jì)效益具有十分重要的意義。
鐵水運(yùn)輸動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采用了當(dāng)今先進(jìn)的DGPS定位技術(shù)、組合定位技術(shù)、地圖匹配技術(shù)、擴(kuò)頻通信技術(shù)、計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以及地理信息系統(tǒng)技術(shù)、電子大屏技術(shù)等，解決了在鋼鐵廠內(nèi)惡劣工業(yè)環(huán)境下，鐵路線上鐵水運(yùn)輸車輛的定位跟蹤問題，使調(diào)度管理人員在中心站的電子大屏上能實時觀測到鐵水運(yùn)輸車輛動態(tài)位置和狀態(tài)以及其他有關(guān)信息，便于及時、合理地進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)輸調(diào)度。
作為鐵水運(yùn)輸動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分——無線通信網(wǎng)，主要完成中心站與車輛之間的信息傳輸，其性能的好壞直接影響到整個系統(tǒng)的正常工作。本文介紹的無線通信網(wǎng)已在寶鋼鐵水運(yùn)輸動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中應(yīng)用，通信系統(tǒng)工作正常，穩(wěn)定可靠，效果良好。
1無線通信網(wǎng)設(shè)計
1.1系統(tǒng)要求
（1）在1.8km×2.3km的區(qū)域內(nèi)，保證廠房內(nèi)外的車輛與中心站之間實時通信；
（2）監(jiān)測車輛85輛；
（3）每個車輛信息更新率最高可達(dá)到每秒更新一次；
（4）車輛設(shè)備采用蓄電池供電，為延長電池更換周期，需采用低功耗設(shè)備；
（5）具有良好的電磁兼容性，不能對現(xiàn)在正在使用的其他通信設(shè)備產(chǎn)生干擾；
（6）抗干擾能力強(qiáng)，能夠保證在鋼鐵廠惡劣工業(yè)環(huán)境下的可靠通信，誤碼率小于10-6。
（7）中心站與車輛之間為雙向通信方式。
1.2方案選擇
在目前的GPS車輛定位跟蹤系統(tǒng)中，無線數(shù)據(jù)的傳輸通常采用模擬電臺加調(diào)制解調(diào)器自行組網(wǎng)或通過公用移動電話來完成數(shù)據(jù)交換。在模擬電臺自行組網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，由于模擬電臺的收發(fā)切換時間長（約200ms）、數(shù)據(jù)傳輸率低（通常為1200bps）、單位時間內(nèi)傳輸?shù)能囕v位置數(shù)據(jù)較少，因此，當(dāng)車輛增多時，車輛位置更新的實時性將大大降低。采用GSM公共移動電話網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)，雖然系統(tǒng)容量可以擴(kuò)大，數(shù)據(jù)傳輸率增快，但運(yùn)行成本較高，而且受公共移動電話網(wǎng)工作狀態(tài)影向較大，難以滿足安全性、可靠性、連續(xù)性、經(jīng)濟(jì)性的要求。若采用GSM短消息的方式發(fā)送位置數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)傳送的實時性將無法保證。
根據(jù)現(xiàn)場實際情況和系統(tǒng)要求，擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種理想的解決方案。擴(kuò)頻通信的主要特點(diǎn)有：（1）抗干擾性強(qiáng)，對單頻及多頻載波信號的干擾、其它偽隨機(jī)調(diào)制信號的干擾及脈沖正弦信號的干擾等都有抑制作用，能提高輸出信號的信噪比。（2）發(fā)射功率小，一般小于1W，設(shè)備功耗較低，因此不會對其他通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。（3）可以實現(xiàn)碼分多址，頻帶利用率很高。（4）抗多徑干擾，可以克服鋼鐵廠環(huán)境下嚴(yán)重的多徑干擾對無線數(shù)據(jù)通信可能造成的影響。（5）無線數(shù)據(jù)傳輸速率高，可高達(dá)19200bps以上，而誤碼率小于10-6，具有信息傳輸快且可靠的優(yōu)點(diǎn)。
1.3無線通信網(wǎng)組成
鐵水運(yùn)輸動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)覆蓋范圍約1.8km×2.3km，區(qū)域內(nèi)分布有高大鋼鐵建筑物，難以保證視距通信。車輛工作區(qū)域有相當(dāng)一部分在廠房內(nèi)，受通信屏蔽的影響較大，有些廠房內(nèi)甚至無法直接與外界通信。另外，為了保證車載設(shè)備功耗較低，延長車載設(shè)備蓄電池供電時間，車載設(shè)備通信采用較小的發(fā)射功率。為了保證系統(tǒng)中心站與車輛間無線數(shù)據(jù)通信可靠，在工作區(qū)內(nèi)設(shè)有5個中斷站，負(fù)責(zé)車輛與中心站間的信息轉(zhuǎn)發(fā)。在3個通信屏蔽的廠房內(nèi)高有3個中轉(zhuǎn)臺，負(fù)責(zé)廠房內(nèi)的車輛與中斷站間的信息轉(zhuǎn)發(fā)。
中心站位于生產(chǎn)管制中心，通信天線高度約45m，采用全向高增益天線。5個中斷站與中心站間的通信采用高增益定向天線，其天線方向指向中心站。中繼站與車輛間的通信采用高增益全向天線。車載設(shè)備和轉(zhuǎn)臺采用3dB全向天線。
系統(tǒng)無線通信網(wǎng)由中心站、中繼站、中轉(zhuǎn)臺和車載設(shè)備構(gòu)成，如圖1所示。
2設(shè)備選型和設(shè)計
2.1擴(kuò)頻通信機(jī)選擇
在鐵水運(yùn)輸動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中根據(jù)使用方式的不同，使用了AirLink和WIT915兩種型號的擴(kuò)頻通信機(jī)來組成無線通信網(wǎng)。AirLink通信機(jī)用于中心站與中繼站通信，WIT915通信機(jī)用來完成中繼站和移動車輛間的通信。
AIRLINK19MP是美國CYLINK公司的L波段無線擴(kuò)頻MODEM數(shù)傳通信機(jī)，可工作于點(diǎn)對點(diǎn)和點(diǎn)對多點(diǎn)工作方式，也可作為轉(zhuǎn)發(fā)器或hub來應(yīng)用。其主要技術(shù)指標(biāo)如下：
（1）工作頻段：902～928MHz，16個信道可選；
（2）采用直序擴(kuò)展工作方式，PN序列長度32bit；
（3）調(diào)制方式為BPSK（Bi-PhaseShiftKeying），數(shù)據(jù)速率可達(dá)38400bps，信道帶寬為1.5MHz；
（4）系統(tǒng)增益（不包括天線增益）為130dB。其中，擴(kuò)頻增益為12dB；
（5）發(fā)射功率最大為800mW（29dBm），并且可通過撥碼開關(guān)選擇不同的發(fā)射功率；
（6）采用時分雙工技術(shù)（TDD），可以實現(xiàn)全雙工通信，視距傳輸可達(dá)50km。
WIT915是美國DIGTALWIRELESS公司的擴(kuò)頻通信收發(fā)機(jī)。WIT915采用組合擴(kuò)頻技術(shù)，能夠抗噪聲和多徑衰落，并且同時支持CSMA通信協(xié)議和點(diǎn)對點(diǎn)的通信。WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)的低功耗和小體積很適用于車載臺使用。其技術(shù)指標(biāo)如下：
（1）工作頻段：903～907MHz，21個信道，具有自動尋找干凈信道的能力；
（2）4級可調(diào)發(fā)射功率，從1mW～1W，最大功率要求符合美國FCC標(biāo)準(zhǔn)，并且功率可自適應(yīng)調(diào)整；
（3）全雙工數(shù)據(jù)速率可達(dá)19200bps，半雙工數(shù)據(jù)速率可達(dá)51200bps；
（4）射頻帶寬：700kHz，信道間隔1.2MHz；
（5）采用0dB天線，在視距情況下，傳數(shù)距離可達(dá)1.8km；
（6）在半雙工情況下，數(shù)據(jù)收發(fā)轉(zhuǎn)換時間小于0.5ms。
2.2通信控制器設(shè)計
在無線通信數(shù)傳網(wǎng)設(shè)計中，通信控制器的設(shè)計十分重要。因為對擴(kuò)頻通信機(jī)的控制以及無線通信網(wǎng)通信協(xié)議的執(zhí)行都要通過通信控制器來實現(xiàn)。在鐵水運(yùn)輸動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中，采用PC/104作為通信控制器，相對于采用單片機(jī)作為內(nèi)核的通信控制器來說，能夠減少產(chǎn)品的開發(fā)費(fèi)用，降低開發(fā)風(fēng)險，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的性能。PC/104具有超小尺寸（90mm×96mm），較低的功耗（典型為1～2W/模塊），獨(dú)有的棧接總線消除了底板與插座的成本和空間。PC/104的CPU系列產(chǎn)品為嵌入應(yīng)用提供了高集成化的模塊，并且與IBMPC/AT休系兼容，在PC上調(diào)試好的程序可以直接移植到PC/104使用。
選用的PC/104CPU模塊為CoreModuleCM/486-2。CM/486模塊提供了PC/AT母板的全部功能和一線附加卡的功能，該模塊具有CP/AT和MS-DOS全兼容的標(biāo)準(zhǔn)硬件和軟件資源。其主要指標(biāo)如下：
（1）CPU為CX486SLC-2，50MHz內(nèi)部時鐘頻率；
（2）在板內(nèi)存可選為2M、4M或16M字節(jié)；
（3）7個DMA通道（相當(dāng)于8237）；
（4）15個中斷通道（相當(dāng)于8259）；
（5）三個可編程計數(shù)/定時器；
（6）16位擴(kuò)展總線；
（7）和PC完全兼容的兩個串行口和一個并行口；
（8）帶有可啟動系統(tǒng)的固態(tài)盤；
（9）帶有PC所不具有的看門狗定時器。
2.3通信控制器和擴(kuò)頻通信機(jī)的連接關(guān)系
擴(kuò)頻通信機(jī)AirLink和WIT915的外部數(shù)據(jù)控制接口是與PC兼容的異步串行RS-232接口。因此，由PC/104構(gòu)成的通信控制器與擴(kuò)頻通信機(jī)AirLink和WIT915的硬件連接非常簡單和方便，只需將擴(kuò)頻通信機(jī)的外部數(shù)據(jù)控制接口直接連到PC/104的串行口即可，由在PC/104中運(yùn)行的軟件控制擴(kuò)頻通信機(jī)的數(shù)據(jù)收發(fā)即可。
圖2、3所示為通信控制器和擴(kuò)頻通信機(jī)的兩種連接方式。其中圖2為中繼站的連接方式，圖2為移動車輛的連接方式。
3無線通信方式的設(shè)計與實現(xiàn)
3.1中繼站與中心站
中心站的AirLink擴(kuò)頻通信機(jī)與各個中繼站的AirLink擴(kuò)頻通信機(jī)間構(gòu)成一種星型網(wǎng)絡(luò)通信模式。中心站的AirLink擴(kuò)頻通信機(jī)設(shè)置為主模式。中繼站的AirLink擴(kuò)頻通信機(jī)設(shè)置為從模式，采用半雙工的通信模式，由中心站的通信控制器采用輪詢的方式控制AirLink擴(kuò)頻通信機(jī)和各個繼站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸交換。中心站分別從各個中斷站采集各中繼站收到的車輛信息，然后按一定間隔向所有中繼站廣播車輛DGPS定位所需要的差分?jǐn)?shù)據(jù)。各個中斷站設(shè)置有不同代號。各中繼站通信控制器收到中心站發(fā)出的信息后，首先判斷是否是中心站取車輛信息。若是，再判斷中心站所發(fā)出的站代號是否與事先設(shè)定的本站代號一致；若一致，則將中斷站收到的車輛位置數(shù)據(jù)發(fā)送到中心站；若不一致則不進(jìn)行處理。若中斷站通信控制器判斷中心站發(fā)出的是廣播差分?jǐn)?shù)據(jù)，則將此數(shù)據(jù)通過WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)到車載設(shè)備。因為各中繼站和中心站的AirLink擴(kuò)頻通信機(jī)接收電平已調(diào)到AirLink擴(kuò)頻通信機(jī)手冊所需求的能夠以10-8誤碼率傳輸數(shù)據(jù)的電平，因此，中心站和中繼站采用簡單的ARQ方式和CRC校驗就可保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸和交換。
中心站通信控制器通過AirLink擴(kuò)頻通信機(jī)發(fā)到中繼站的數(shù)據(jù)格式如下：
查詢信息格式：
同步頭起始標(biāo)志站代號碼結(jié)束標(biāo)志CRC校驗碼
廣播DGPS差分信息格式：
同步頭起始標(biāo)志廣播代碼DGPS差分?jǐn)?shù)據(jù)CRC校驗碼結(jié)束標(biāo)志
中繼站應(yīng)答信息格式：
同步頭起始標(biāo)志站代號碼車輛信息CRC校驗碼結(jié)束標(biāo)志
中心站和中繼站的數(shù)據(jù)傳輸率為19200bps。
3.2中繼站與移動車輛
中繼站的通信控制器通過中繼站的WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)和車載設(shè)備WINT915擴(kuò)頻通信機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。若中繼站通信控制器和移動車載設(shè)備通信控制器之間采用查詢的方式進(jìn)行車輛位置數(shù)據(jù)的交換，由于鐵水運(yùn)輸動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)控車輛較多（約85輛），查詢一遍所有車輛位置數(shù)據(jù)耗時較長。其次，在鐵水運(yùn)輸過程中，同一時刻移動的車輛較少，停止的車輛較多，而停止車輛的位置沒有變化，控制中心只需保留上次傳過來的車輛位置數(shù)據(jù)即可，無需進(jìn)行車輛位置更新。為了在有限的信道內(nèi)傳送有效的位置數(shù)據(jù)，采用了根據(jù)車輛運(yùn)行速度動態(tài)控制車輛信息報告時間間隔的通信方式，即根據(jù)車輛的動動狀態(tài)來調(diào)整車輛信息的發(fā)送頻度。當(dāng)車輛在停止?fàn)顟B(tài)時，車輛的信息每隔一分鐘發(fā)送一次，以保持和控制中心的數(shù)據(jù)聯(lián)系。當(dāng)車輛在移動狀態(tài)時，車輛信息報告頻度隨著速度的增加而提高，及時向中繼站發(fā)送最新的車輛信息。車輛信息的傳送時刻完全由車載通信控制器根據(jù)車輛的運(yùn)行情況來確定，省去了查詢方式下的下行數(shù)據(jù)鏈路占用的傳送時間，可以提高車輛有效信息的傳送效率和信息的實時性。
為了保證在車輛信息自主發(fā)送時，不生數(shù)據(jù)傳輸?shù)呐鲎玻肳IT915擴(kuò)頻通信機(jī)在半雙工模式下的CSMA通信協(xié)議來傳送數(shù)據(jù)。CSMA通信協(xié)議是IEEE802.3協(xié)議中的一種數(shù)據(jù)傳送方式，廣泛應(yīng)用于計算機(jī)局域網(wǎng)中，在數(shù)據(jù)傳輸中進(jìn)行載波偵聽和多重訪問。當(dāng)需要發(fā)送車輛的位置數(shù)據(jù)時，車載通信控制器首先讀取WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)送出的載波檢測DCD電平指示。當(dāng)載波檢測DCD電平為高時，表示目前信道中有別的通信機(jī)正發(fā)送數(shù)據(jù)。此時車載通信控制器隨機(jī)延時等待數(shù)毫秒，再次讀取通信機(jī)的載波檢測DCD電平。若此時載波檢測DCD電平為低，表示此時信道中沒有WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，信道空閑，可以發(fā)送數(shù)據(jù)，則車載通信控制器將WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)的RTS電平抬高。此時，WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)切換到發(fā)送狀態(tài)，同時發(fā)出載波信息占據(jù)信道，車載通信控制器隨后將數(shù)據(jù)通過WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)發(fā)出。當(dāng)車輛的位置數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，車載通信控制器將WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)的RTS電平置低，使通信機(jī)停止發(fā)送載波和數(shù)據(jù)，讓出信道，供其它WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。
采用CSMA通信協(xié)議發(fā)送車輛位置數(shù)據(jù)，可以使每一時刻只有一臺WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)處于發(fā)射狀態(tài)，從而可以盡量避免碰撞干擾，使車輛的信息傳送可靠。WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)的收發(fā)切換時間很短，最大不超過400μs,且WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸率可高達(dá)38400bps，經(jīng)過壓縮后的車輛信息又很短（約40bit），因而每個車載通過控制器發(fā)送車輛位置數(shù)據(jù)時占用信道的時間很短，可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。當(dāng)然，在極端情況下，有可能兩臺WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)同時檢測信道空、同時發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)生碰撞。但因所發(fā)送的車輛信息量較小，數(shù)據(jù)傳輸率很高，發(fā)生碰撞的概率很低。即使發(fā)生碰撞，在擴(kuò)頻通信中，通信機(jī)仍有可能解調(diào)出正確的數(shù)據(jù)。若擴(kuò)頻通信機(jī)解調(diào)出錯，通過CRC校驗進(jìn)行剔除，通過下一次車輛信息發(fā)送對車輛信息進(jìn)行更新。
中繼站轉(zhuǎn)發(fā)的中心站DGPS差分?jǐn)?shù)據(jù)，也由中繼站的通信控制器通過中繼站的WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)以CSMA的通信方式向各個車載設(shè)備廣播發(fā)送。CSMA通信協(xié)議中采用CRC校驗，以保證數(shù)據(jù)的可靠性。
通信控制器以CSMA方式發(fā)送數(shù)據(jù)的程序框圖如圖4所示。
在有數(shù)據(jù)發(fā)送時，檢測信道。若信道忙，則隨機(jī)延時一段時間，并將計數(shù)器加1，再檢測信道。如此循環(huán)，當(dāng)計數(shù)器累加到M次后，則退出信道檢測循環(huán)。此時，認(rèn)為信道忙，并置信道忙標(biāo)志，此次數(shù)據(jù)發(fā)送放棄。在信道忙標(biāo)志置位后，將車輛在停止時發(fā)送數(shù)據(jù)的間隔由1分鐘提高到10秒鐘。這樣做是為了保證在信道阻塞干擾消失后，使所有車輛位置的更新時間最長不超過10秒鐘。
3.3中轉(zhuǎn)臺數(shù)據(jù)傳輸
在鐵水運(yùn)輸過程中，車輛有時會進(jìn)入鋼結(jié)構(gòu)的廠房內(nèi)。為了使車輛在進(jìn)入廠房內(nèi)也能夠?qū)④囕v的信息發(fā)送到中繼站，因此，在廠房內(nèi)設(shè)置了中轉(zhuǎn)臺。通信轉(zhuǎn)發(fā)如圖5所示。
中轉(zhuǎn)臺設(shè)有兩臺WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)，一臺通信機(jī)置于廠房內(nèi)，另一臺通信機(jī)置于廠房外。轉(zhuǎn)發(fā)通信控制器通過廠房內(nèi)的WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)，接收廠房內(nèi)的車輛發(fā)送的信息，然后通過廠房外的WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)以CSMA的方式轉(zhuǎn)發(fā)出去。通信控制器在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時，要使廠房內(nèi)的WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)處于禁止接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，以防止廠房外WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)被廠房內(nèi)WIT915擴(kuò)頻通信機(jī)收到，形成循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。
4性能分析
論文關(guān)鍵詞 訊問 職務(wù)犯罪嫌疑人 全程同步錄音錄像 積極意義
2006年，最高人民檢察院做出了檢察機(jī)關(guān)辦理職務(wù)犯罪案件訊問犯罪嫌疑人實行全程同步錄音錄像工作的部署。這是高檢院適應(yīng)新的形勢，為規(guī)范執(zhí)法行為、提高職務(wù)犯罪偵查工作水平而作出的一項重大決策。我院積極行動，結(jié)合實際認(rèn)真貫徹落實高檢及市院部署，引進(jìn)最先進(jìn)技術(shù)設(shè)備、進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)、并結(jié)合實際制定了《密云縣人民檢察院訊問職務(wù)犯罪嫌疑人全程同步錄音錄像技術(shù)工作規(guī)則》，同時積極與業(yè)務(wù)處室進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，積極推動全程同步錄音錄像工作順利開展。
自開展同步錄音錄像工作以來，四年間，我院技術(shù)部門累計完成了同步錄音錄像案件90件，180余次上萬分鐘。保證了案件質(zhì)量，有效的防止了犯罪嫌疑人在法庭之上翻供的情況發(fā)生。
一、實行全程同步錄音錄像工作的積極意義
1．有利于提高犯罪嫌疑人口供的真實性。實行同步錄音錄像可以如實反映訊問犯罪嫌疑人時的真實場景，犯罪嫌疑人當(dāng)時的神情、語態(tài)。可以從另一個側(cè)面驗證筆錄的真實性，使證據(jù)更加直接可靠。同時實行同步錄音錄像也可防止偵查人員為盡快破案而采取逼供誘供，即采取刑訊逼供等手段去的口供的行為，實現(xiàn)對對訊問活動的監(jiān)督和犯罪嫌疑人的人權(quán)保障。
2．有利于固定證據(jù)，使犯罪嫌疑人翻供的可能性大大減小。在實際案件中，犯罪嫌疑人翻供時有發(fā)生。往往造成公訴人出庭難度，影響法官對案件事實的判斷，甚至可能放縱犯罪，而對犯罪嫌疑人實行同步錄音錄像卻可還原整個訊問過程，為法庭對證據(jù)的質(zhì)證和采信提供了依據(jù)，使犯罪嫌疑人翻供的概率大大減少，縮短了法庭質(zhì)證的時間，也為法官判決提供了更好的依據(jù)。
3．有利于執(zhí)法觀念、辦案方式的轉(zhuǎn)變和偵查水平的提高。在當(dāng)今科技文化不斷發(fā)展的今天，犯罪案件嫌疑人的文化程度較高，尤其是貪污賄賂犯罪，犯罪嫌疑人的文化程度、智商和情商更高，犯罪的手段更加高超，使得案件的查處難度更大。要想更好的查處職務(wù)犯罪，就要求執(zhí)法人員改變執(zhí)法觀念、執(zhí)法方式，不斷學(xué)習(xí)新的知識和偵查技能，同時充分利用科技手段與犯罪分子斗智斗勇。在審訊犯罪嫌疑人過程中進(jìn)行同步錄音錄像，就可以抓住嫌疑人心理、表情的細(xì)微變化，有效切入和突破案件，同時給予犯罪分子以威懾，主動交代犯罪。
二、實行全程同步錄音錄像工作存在的問題
1．偵查人員思想認(rèn)識尚不適應(yīng)同步錄音錄像規(guī)范化要求。由于受傳統(tǒng)訊問觀念的影響，加之同步錄音錄像工作全新復(fù)雜，一些辦案人員認(rèn)為同步錄音錄像對固定證據(jù)起不到切實的作用，而且涉及到資金的投入，技術(shù)人員的增加。需要耗費(fèi)大量人力、物力，因此在同步錄音錄像的推動上不積極，不規(guī)范。
2．偵查人員的訊問水平有待于規(guī)范和提高。由于全程錄音錄像的推行，要求訊問語言必須文明、規(guī)范，掌握犯罪嫌疑人心理，如果偵查人員在訊問中逼供、誘供或使用粗言猥語、情緒失控等情況，必然對審訊的效力產(chǎn)生影響，甚至?xí)z察干警的紀(jì)律形象大打折扣。所以偵查人員應(yīng)從語言、心理、儀表上加強(qiáng)訓(xùn)練，符合訊問規(guī)定。
3．是犯罪嫌疑人的防備心理增強(qiáng)。全程同步錄音錄像有利的方面是可以起到固定證據(jù)的作用，不利的方面是自己的口供起到穩(wěn)定口供的作用，另一方面也加深了犯罪嫌疑人的防備心理。在我院實施同步錄音錄像過程中，多起案件的犯罪嫌疑人都在訊問中不同程度增加了辯解成份，極力為犯罪行為制造籍口，試圖為自己開脫。如何應(yīng)對同步錄音錄像給犯罪嫌疑人心理帶來的這種“雙刃劍”效應(yīng)，給反貪工作提出了新的課題。
4．偵查人員與技術(shù)人員的配合需增強(qiáng)。實行全程同步錄音錄像后，訊問就不僅僅是偵查人員單方面所能完成的，必須依賴技術(shù)人員的配合才能完成。因此需要雙方的協(xié)同配合，互相理解和支持，才能出色完成訊問工作。
三、實行全程同步錄音錄像工作的對策建議
1．加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)，提高認(rèn)識。只有辦案人員從思想上提高全程同步錄音錄像工作的認(rèn)識，消除對同步錄音錄像束縛辦案、畏懼訊問的思想根源，真正理解全程同步錄音錄像工作的意義和目的，同步錄音錄像才能更好地被貫徹執(zhí)行，發(fā)揮其應(yīng)有的功效。如果只有領(lǐng)導(dǎo)重視，辦案人員不提高認(rèn)識，執(zhí)法規(guī)范將難以得到正確執(zhí)行；如果只有辦案人員提高認(rèn)識，而領(lǐng)導(dǎo)不重視，那仍然不能達(dá)到執(zhí)法規(guī)范的正確執(zhí)行。所以領(lǐng)導(dǎo)的重視和辦案人員從思想上提高認(rèn)識是相輔相成的。
2．要切實提高辦案人員的訊問水平和技能。要加強(qiáng)辦案人員多方面知識的學(xué)習(xí)，尤其是信息和科技的不斷更新，了解和掌握犯罪嫌疑人心心理，提高訊問的技巧和水平，減少逼供誘供等情況發(fā)生，使干警依法辦案，文明辦案蔚然成風(fēng)。
3．辦案人員與技術(shù)人員要密切配合。要在進(jìn)行全程同步錄音錄像之前，辦案人員應(yīng)當(dāng)向技術(shù)人員介紹簡要案情、告知訊問中的關(guān)鍵點(diǎn)以及對全程同步錄音錄像的大體要求和欲達(dá)到的目的；以求獲得最佳的效果。
4．提高審訊人員的綜合素質(zhì)。由于錄像記錄不同于筆錄，沒有歸納總結(jié)和語言書面化的筆錄過程，所以辦案人員在訊問前一定要擬定詳細(xì)的訊問提綱。通過提綱可以使語言書面化，另外在訊問中避免出現(xiàn)方言、俗語和不文明語言，同時要注意衣著得體，盡量穿著檢察制服，用語文明、嚴(yán)謹(jǐn)，注意坐、立、行、走姿勢等細(xì)節(jié)問題。影響檢察官形象。
5．引進(jìn)法律和偵查方面的專業(yè)人才。只有多引進(jìn)法律、偵查方面的專業(yè)人才，才能讓大家盡快適應(yīng)全程同步錄音錄像規(guī)定。比如：在偵查方面，對年輕的辦案人員實行“傳幫帶”的同時，還應(yīng)該讓他們?nèi)ハ嚓P(guān)的學(xué)校相關(guān)的專業(yè)進(jìn)修，讓他們從理論和實際上都得到提升，盡快成為辦案骨干。同時也要讓老辦案人員去進(jìn)修，提高他們的理論水平和思想認(rèn)識。
6．加強(qiáng)技術(shù)處內(nèi)部的管理和技術(shù)人員的培訓(xùn)。首先，技術(shù)部門要做好與辦案部門之間的溝通，安排計劃好同步錄音錄像工作。大部分檢察院的技術(shù)人員都很限，技術(shù)人員往往都是身兼數(shù)職，故必須做好與辦案部門的溝通工作，以免出現(xiàn)錄像當(dāng)天人員不夠的情況。其次，加強(qiáng)技術(shù)人員的專業(yè)技能培訓(xùn)，要求技術(shù)人員能夠獨(dú)立熟練使用各種同步錄音錄像設(shè)備，并掌握簡單的維修辦法。其中包括便攜式同步錄音錄像設(shè)備、大案要案指揮中心的柜式同步錄音錄像設(shè)備。同時保證良好的心態(tài)。同步錄音錄像由于案件的特殊性，往往需要技術(shù)人員隨同辦案人員一起加班加點(diǎn)，甚至連夜工作，為此，我們應(yīng)積極響應(yīng)“快樂工作，幸福生活”的口號，遇到加班，要積極與辦案部門配合，以飽滿的精神完成應(yīng)該完成的工作。
Wireless Communication Systems
From RF Subsystems to 4G
Enabling Technologies
2010，1024pp
Hardback
ISBN9780521114035
杜克林等著
無線通信系統(tǒng)(Wireless Communication System)也稱為無線電通信系統(tǒng)，是由發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、無線信道三大部分組成的，利用無線電磁波，以實現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)。4G移動通信系統(tǒng)即下一代移動通訊，是移動通信系統(tǒng)演進(jìn)過程中的一個階段和目標(biāo)，它不僅采用新的無線傳輸技術(shù)提高通信系統(tǒng)的性能，而且與現(xiàn)有的各種有線與無線網(wǎng)絡(luò)相融合；它不僅包含現(xiàn)有的移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且在某些環(huán)境下也可以采用Ad hoc方式進(jìn)行組網(wǎng)，或者采用兩種結(jié)構(gòu)的組合形式，形成蜂窩網(wǎng)絡(luò)下的兩跳或多跳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方式。
本書涵蓋了目前以及下一代移動通訊與無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的所有關(guān)鍵技術(shù)，涉及CDMA技術(shù)、OFDM技術(shù)、超寬帶、turbo和LDPC編碼、智能天線、無線Ad Hoc和傳感器網(wǎng)絡(luò)、MIMO和認(rèn)知無線電，為讀者提供了掌握無線系統(tǒng)設(shè)計所需要的一切知識。本書共22章，1.無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展史、無線系統(tǒng)各部分基礎(chǔ)知識，以及本書結(jié)構(gòu)等內(nèi)容；2.各種無線通訊發(fā)展概況；3.無線通訊系統(tǒng)中影響頻道和傳播的各種因素；4.蜂窩和多用戶系統(tǒng)的概念與相關(guān)技術(shù)；5.無線通訊系統(tǒng)分集技術(shù)；6.信道估計、信道均衡、脈沖整形等內(nèi)容；7.各種調(diào)制與解調(diào)技術(shù)；8.擴(kuò)頻通訊原理及具體應(yīng)用；9.正交頻分復(fù)用的相關(guān)知識，以及正交頻分復(fù)用的具體應(yīng)用；10.天線設(shè)計原理及基礎(chǔ)；11.射頻與微波子系統(tǒng)的各部分原理分析與電路等內(nèi)容；12.A/D和D/A轉(zhuǎn)換相關(guān)知識；13.信號處理的相關(guān)技術(shù)；14.無線通訊系統(tǒng)信息理論相關(guān)基礎(chǔ)；15.信道編碼的基本技術(shù)；16－17.信源編碼中的語音和音頻編碼、圖像和視頻編碼；18－19.兩種多天線系統(tǒng)：智能天線系統(tǒng)和MIMO系統(tǒng)；20.超寬帶通信的相關(guān)知識；21.認(rèn)知無線電相關(guān)知識；22.無線自組織傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)知識。
本書詳細(xì)介紹了射頻子系統(tǒng)及天線的性能、設(shè)計和選擇方法，使讀者對于無線系統(tǒng)有一個清晰概覽，也是第一次完整的介紹無線系統(tǒng)中語音編碼器和視頻編碼器的教科書。本書有400副插圖，側(cè)重于實際和藝術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)，而不是系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，適合于無線通信領(lǐng)域的研究生和研究人員，以及無線和電信工程師。
杜克林，IEEE高級會員，1998年在華中科技大學(xué)獲得博士學(xué)位，1998－1999年在中國華為公司從事軟件開發(fā)；1999－2000年在中國電信技術(shù)研究院TDD研發(fā)部移動通訊中心從事射頻系統(tǒng)設(shè)計。2000到2001年在香港中文大學(xué)微波與通訊實驗室從事項目管理；2001年加盟加拿大Concordia大學(xué)信號處理與通訊中心，并于2008訪問了香港科技大學(xué)。他的主要研究領(lǐng)域包括信號處理、無線通信、射頻系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
M. N. S. Swamy是IEEE會員、英國工程技術(shù)學(xué)會和加拿大工程信息中心會員，并獲得許多IEEECAS獎勵，包括在1986年GuilleminCauer獎、2000年教育獎和50年金質(zhì)獎?wù)隆Ｊ羌幽么驝oncordia大學(xué)電氣與計算機(jī)工程學(xué)院信號處理與通訊中心主任；他還是Concordia大學(xué)1977到1993年期間工程與計算機(jī)科學(xué)學(xué)院院長。他發(fā)表了大量關(guān)于電路、系統(tǒng)和信號處理的論文，合作四本書。
杜利東，助理研究員
（中國科學(xué)院電子學(xué)研究所）
關(guān)鍵詞：3G手機(jī)； 遠(yuǎn)程答辯； 研究生教育
中圖分類號：TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-3315（2013）11-180-001
研究生教育堅持”加強(qiáng)建設(shè)，積極發(fā)展，深化改革，注重創(chuàng)新，規(guī)范管理，提高質(zhì)量”的總體工作方針，積極探索新形勢下研究生教育規(guī)律，以提高研究生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力為核心，深化研究生培養(yǎng)制度改革，培養(yǎng)出優(yōu)秀創(chuàng)新拔尖人才。
隨著3G無線通訊技術(shù)的推廣運(yùn)用，利用無線通訊技術(shù)高速傳輸圖形圖像、音頻、視頻等多媒體信息已變成現(xiàn)實。在進(jìn)行移動學(xué)習(xí)平臺的建設(shè)時，應(yīng)充分考慮手機(jī)性能、學(xué)習(xí)者時間分散等特點(diǎn)。本系統(tǒng)將WAP基于手機(jī)在線服務(wù)的思想與面向服務(wù)的思想貫穿系統(tǒng)開發(fā)始終，采用了多層次、分布式的J2EE架構(gòu)技術(shù)、MVC設(shè)計模式與基于手機(jī)開發(fā)的J2ME架構(gòu)。這是一個具有與平臺無關(guān)的、可移植的、支持并發(fā)式訪問且安全的應(yīng)用系統(tǒng)的架構(gòu)。系統(tǒng)所采用的整合框架結(jié)合各自特點(diǎn)及Web應(yīng)用分層思想，為Web應(yīng)用各層都提供了相應(yīng)的整合策略。
一、手機(jī)3G技術(shù)
3G無線通訊技術(shù)的推廣運(yùn)用，將會極大地推動移動學(xué)習(xí)的運(yùn)用與研究。對于筆記本類型的移動設(shè)備而言，利用3G無線上網(wǎng)卡，可以為用戶提供隨時隨地的上網(wǎng)條件，無需改變現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境即能滿足移動學(xué)習(xí)的需要，因此基于3G無線通訊技術(shù)的移動學(xué)習(xí)研究將主要集中在手機(jī)、PDA等這些性能相對較弱、顯示屏幕較小、輸入不便的設(shè)備上。基于手機(jī)、PDA的特點(diǎn)，移動學(xué)習(xí)只能作為別的教學(xué)形式的有益補(bǔ)充，以滿足學(xué)習(xí)者隨時隨地學(xué)習(xí)的需要。本文就是基于這個原則，提出了基于3G手機(jī)平臺遠(yuǎn)程答辯系統(tǒng)的建設(shè)原則及實現(xiàn)的主要功能，作為同等學(xué)力教育的補(bǔ)充，相信此移動學(xué)習(xí)平臺的運(yùn)用，將會對學(xué)生的學(xué)習(xí)起到促進(jìn)作用，同時也將為學(xué)習(xí)型社會創(chuàng)建提供一個可借鑒的方法。
二、手機(jī)平臺在研究生教育中解決的問題
移動學(xué)習(xí)適應(yīng)范圍廣泛，其既適于學(xué)歷教育，也適于非學(xué)歷教育，針對不同類型的教育，移動學(xué)習(xí)平臺的功能將有所不同，本平臺將針對某高校同等學(xué)力人員教育進(jìn)行設(shè)計。同時由于受到3G手機(jī)性能、顯示屏幕及輸入不便等限制，移動學(xué)習(xí)平臺的功能不可能與傳統(tǒng)的教育教學(xué)模式相比較，因此移動學(xué)習(xí)只能作為基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)或其他教育方式的有益補(bǔ)充，而不能取代其他任何類型的學(xué)習(xí)方式。
推廣這個平臺的作用在于，同等學(xué)力學(xué)生為在職工作人員，從論文開題到中期以及最后的答辯，時間相對不容易集中，獲取信息渠道也很有限，撰寫論文遇到困境時，與導(dǎo)師面對面交流的機(jī)會和時間都很少。這個平臺針對同等學(xué)力學(xué)生的這些特點(diǎn)，只需簡單注冊，即可登錄系統(tǒng)，可以進(jìn)行選題，查看下載相關(guān)通知及模版，提交開題報告，進(jìn)行中期檢查，以及與導(dǎo)師及時溝通，修改完善論文內(nèi)容。上報答辯論文，以及答辯當(dāng)天，時間安排均可在手機(jī)上清晰顯示出來。
三、平臺的主要功能
本論文重點(diǎn)論述了學(xué)生遠(yuǎn)程答辯系統(tǒng)，包括：選題管理，論文管理，答辯管理，教師管理，學(xué)生管理，評語管理，查詢統(tǒng)計。
選題管理包括：課題維護(hù)，參考課題，選題維護(hù)。
論文管理包括：論文過程維護(hù)，論文監(jiān)督，論文指導(dǎo)資料。
答辯管理包括：答辯組維護(hù)，查看答辯組。
教師管理包括：教師維護(hù)，教師角色查看，綜合評價更新。
學(xué)生管理包括：添加畢業(yè)生，畢業(yè)生信息維護(hù)，導(dǎo)出答辯成績。
評語管理包括：論文評語管理，評閱項目管理，答辯評語管理，評語模板管理。
查詢統(tǒng)計包括：課題統(tǒng)計，學(xué)生狀態(tài)，老師答疑統(tǒng)計。
四、系統(tǒng)具體實現(xiàn)
本系統(tǒng)的目的是基于教育技術(shù)學(xué)的相關(guān)理論，采用計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、多媒體、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)手段，把遠(yuǎn)程教育的思想融入到系統(tǒng)中，為學(xué)生、研究生管理人員提供一個網(wǎng)上虛擬集成的答辯管理環(huán)境，有效提高學(xué)、教、管三方的積極性和協(xié)調(diào)性，高質(zhì)量完成論文輔導(dǎo)與論文答辯，推動遠(yuǎn)程教育的發(fā)展。
整個系統(tǒng)的功能模塊是根據(jù)高等教育論文和答辯的過程設(shè)計開發(fā)的，分為：論文選題、論文輔導(dǎo)、論文答辯三大主要模塊。系統(tǒng)的用戶分為：研究生管理員、同等學(xué)力學(xué)生、導(dǎo)師。以研究生管理員身份為例，詳細(xì)描述平臺的具體功能。
1.論文管理
1.1論文過程維護(hù)。操作步驟：點(diǎn)擊“答辯管理”――>“論文過程維護(hù)”，該頁面列出了當(dāng)前已有的答辯組及其一些基本信息，可對開題報告，開題狀態(tài)，中期報告，中期狀態(tài)進(jìn)行維護(hù)。
1.2論文監(jiān)督。操作步驟：點(diǎn)擊“論文管理”――>“論文監(jiān)督”，在此頁面中可以查看論文的詳細(xì)以及論文是否通過評審。
1.3論文指導(dǎo)資料。操作步驟：點(diǎn)擊“論文管理”――>“論文指導(dǎo)資料”，在此頁面中可以查看論文詳細(xì)的指導(dǎo)以及論文目前的狀態(tài)。
2.答辯管理
2.1答辯組維護(hù)。操作步驟：點(diǎn)擊“答辯管理”――>“答辯組維護(hù)”，在此頁面中可以查看開題狀態(tài)，配置答辯老師與答辯學(xué)生的具體情況。
2.2查看答辯組。操作步驟：點(diǎn)擊“答辯管理”――>“查看答辯組”，在此頁面中可以查看論文指導(dǎo)的詳細(xì)意見以及論文目前的狀態(tài)。
關(guān)鍵詞：NFC技術(shù)；U盤；無線通訊
1 NFC技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
自上世紀(jì)末以來，無線通信被廣泛應(yīng)用到人們生活的方方面面，低功耗微型化是用戶對當(dāng)前無線通信產(chǎn)品尤其是便攜產(chǎn)品的強(qiáng)烈追求，因而短距離無線通信引起了大家的重視，目前使用普遍的短距離無線通訊技術(shù)有藍(lán)牙（Bluetooth）、無線局域網(wǎng)802.11（WiFi）等。近場通訊技術(shù)（NFC）近些年發(fā)展比較迅速，且具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
NFC是Near Field Communication縮寫，即近無線通訊技術(shù)。由飛利浦公司和索尼公司共同開發(fā)的NFC是一種接觸式識別和互聯(lián)技術(shù)，可以在移動設(shè)備、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、PC和智能控件工具間進(jìn)行近距離無線通信。NFC提供了一種簡單、觸控式的解決方案，可以讓消費(fèi)者簡單直觀地交換信息、訪問內(nèi)容與服務(wù)。
目前NFC的應(yīng)用范圍也不再局限于移動支付范疇，市場上支持NFC技術(shù)的設(shè)備也越來越多，包括OPPO、三星、谷歌、諾基亞和HTC等品牌手機(jī)，并且有很多其它電子設(shè)備也開始支持該技術(shù)。現(xiàn)在手機(jī)中NFC最常用的功能是將兩臺NFC手機(jī)靠近就可以輕松的實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
2 NFC技術(shù)的原理及特點(diǎn)
NFC設(shè)備或NFC標(biāo)簽中的信息是通過設(shè)備之間無線頻率產(chǎn)生的電磁感應(yīng)來傳遞的，傳輸范圍僅有幾到十幾厘米。NFC設(shè)備或標(biāo)簽在進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)通訊前要先通過協(xié)商來確定當(dāng)前的模式及傳輸速率。NFC的工作模式可以分為三種：卡模式、讀寫器和點(diǎn)對點(diǎn)傳輸，點(diǎn)對點(diǎn)模式：支持兩個近場通信設(shè)備之間相互通訊，實現(xiàn)信息交換和文件共享。讀卡器模式：使近場能訊設(shè)備能從海報或者展覽信息電子標(biāo)簽上讀取相關(guān)信息。卡模式：近場通信設(shè)備能像智能卡一樣，允許用戶支付零售購物和交通費(fèi)用。
NFC技術(shù)有以下主要特點(diǎn)。第一，近距離感應(yīng)。NFC設(shè)備之間的極短距離接觸，主動通信為20cm，被動通訊為10cm，讓信息能夠在NFC設(shè)備之間點(diǎn)對點(diǎn)傳輸。第二，通訊的安全性。除了極短距離的傳輸保證了信息的安全外，也可以通過加/解密系統(tǒng)來確保移動裝置間的安全通信。第三，處理信息的快速性。從NFC設(shè)備的檢測認(rèn)證到數(shù)據(jù)的存取，所花費(fèi)的時間短。
3 現(xiàn)有U盤存在的不足
有些人在辦公的時候急需把自己的手機(jī)里的文件打印出來，但自己又沒有帶兩用U盤，一些文印店的電腦都不聯(lián)網(wǎng)，所以只能用手機(jī)軟件或者藍(lán)牙把文件發(fā)送到電腦上，然后再傳到U盤里面，整過程耗費(fèi)大量的時間還有流量，而且傳統(tǒng)的U盤長時間插拔USB接口，不僅麻煩而且長時間容易造成USB接口的損壞。因此，我們可以開發(fā)一個基于NFC近場傳輸技術(shù)的U盤，只要將兩個設(shè)備靠近而不需要線纜接插，就可以實現(xiàn)相互間通訊，為文件的存儲與傳遞提供了很大的方便。
4 新概念U盤介紹
為了解決傳統(tǒng)U盤存在的問題，我們設(shè)計出一種新型U盤，它由大內(nèi)存容量的NFC卡片制作而成。可以實現(xiàn)新的非接觸式U盤數(shù)據(jù)傳輸方式，這種U盤可以實現(xiàn)將手機(jī)內(nèi)的文檔，視頻，音頻等通過NFC技術(shù)傳輸?shù)経盤內(nèi)，同時我們可以將這種新型的U盤和傳統(tǒng)的U盤結(jié)合，使新概念U盤既可以通過NFC技術(shù)從手機(jī)向U盤傳遞數(shù)據(jù)，也可以通過USB接口將U盤中的數(shù)據(jù)傳送到電腦當(dāng)中。讓我們做更大的設(shè)想，如果將來的設(shè)計一個NFC讀寫器能連接在電腦上或者電腦也具有NFC的讀寫功能，則可以將U盤中的內(nèi)容直接送入電腦當(dāng)中。
這款U盤的研發(fā)主要需要解決的問題有兩個：第一，增加NFC芯片的內(nèi)存容量。因為目前用戶對U盤的使用來說對于存儲容量的要求還是比較高的。第二，將NFC芯片的內(nèi)存與傳統(tǒng)的U盤的內(nèi)存結(jié)合到一起。即實現(xiàn)既可以通過NFC方式進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫，又可以通過USB口進(jìn)行讀寫。另外，我們大膽設(shè)想如果在打印機(jī)中加入NFC讀取的功能，則可以將U盤放到打印機(jī)NFC感應(yīng)區(qū)時，直接由打印機(jī)讀取U盤內(nèi)文檔并打印出來。
4 新概念U盤的市場前景
若未來這兩個問題得到解決，這種新概念的U盤得到推廣并投入市場，一定會對傳統(tǒng)的U盤產(chǎn)業(yè)進(jìn)行很大的革新。
5 結(jié)束語
綜上所述，利用近場傳輸技術(shù)的原理，對現(xiàn)有的U盤進(jìn)行技術(shù)上的革新改造，是一種新的研究方向。由于NFC技術(shù)的迅速發(fā)展，U盤之間利用NFC技術(shù)進(jìn)行信息的傳輸是可能實現(xiàn)的。若將NFC卡的存儲容量進(jìn)行有效的擴(kuò)展，使這種U盤的存儲容量符合廣大消費(fèi)者的需求，這樣才能使這種U盤發(fā)揮出自身的價值，早日應(yīng)用于市場。
參考文獻(xiàn)
[1]趙云雁 基于NFC技術(shù)的智能海報應(yīng)用研究 鄭州大學(xué)2012年碩士論文
[2]趙飛云 楊慰民 基于NFC技術(shù)的移動應(yīng)用 中國新通信2008年01期
作者簡介
關(guān)鍵詞：地下鏟運(yùn)機(jī)；超視距遙控；數(shù)據(jù)通訊；軟硬件設(shè)計
中圖分類號：TD422.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）10（c）-0000-00
1 引言
隨著地下采礦深度的增加，采礦的環(huán)境越來越惡劣，作業(yè)人員的安全問題越來越嚴(yán)峻，應(yīng)對這一現(xiàn)象，超視距遙控采礦、智能采礦技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生[1]。
超視距控制LHD作業(yè)時，車輛的運(yùn)行狀態(tài)和周圍的景象等駕駛信息，通過車上傳感器和攝像頭獲取，經(jīng)過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸回基站，在地面基站控制臺的顯示器上顯示，駕駛員依據(jù)這些信息進(jìn)行判斷，從而發(fā)出遠(yuǎn)程駕駛指令，使LHD進(jìn)行作業(yè)[2]。
CAT公司開發(fā)出了MineGEMTM系統(tǒng)；Sandvik公司推出了Automine系統(tǒng)；Atlas Copco公司研制出了Scooptram Automation 系統(tǒng)。國內(nèi)在這方面的技術(shù)目前比較落后，還沒有成熟的技術(shù)產(chǎn)品問世，主要在高等院校和研究院進(jìn)行技術(shù)上的研究[3]。
本文以ACY-2A型地下鏟運(yùn)機(jī)為依據(jù)，設(shè)計加工出了電氣化的模型鏟運(yùn)機(jī)，同時設(shè)計出了遠(yuǎn)程控制臺，通過在實驗場所搭建無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通訊，最終完成了超視距遙控的模擬實驗。
2 系統(tǒng)的組成及工作原理
2.1 系統(tǒng)的整體構(gòu)造
通過設(shè)計，地下鏟運(yùn)機(jī)超視距遙控系統(tǒng)需要完成以下功能[4]：
（1）柴油發(fā)動機(jī)的啟動、停止；（2）照明和喇叭控制；（3）鏟斗的舉升和翻轉(zhuǎn)；（4）車輛急停；（5）車輛的速度、制動以及轉(zhuǎn)向控制；（6）車輛工況信息的監(jiān)控：主要有車速、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動機(jī)水溫和水位、油位顯示、發(fā)動機(jī)油油溫、液壓系統(tǒng)報警等。
2.2 系統(tǒng)原理
其原理為：操控者在操控臺上操控踏板、按鈕、手柄等操控機(jī)構(gòu)，向控制臺上的控制器發(fā)送操作信號，控制器采集到控制信號之后，按照協(xié)議通過RS232發(fā)送到上位機(jī)。上位機(jī)將接收到的信號通過以太網(wǎng)發(fā)送到模型車，模型車接收到信號之后轉(zhuǎn)換成CAN信號發(fā)送到執(zhí)行控制器上，從而控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使車輛按要求的車速和路線行駛。模型鏟運(yùn)機(jī)的狀態(tài)參數(shù)和周圍的場景由各種傳感器采集以及前后攝像頭拍攝獲取，模型車經(jīng)過車上的車載電腦接入無線以太網(wǎng)，信號通過無線網(wǎng)絡(luò)傳回到操控臺的上位機(jī)上，從而在上位機(jī)上顯示，為操控者展現(xiàn)真實的車輛駕駛環(huán)境。
3 硬件的設(shè)計
3.1 系統(tǒng)組成
超視距遙控系統(tǒng)的硬件主要有遠(yuǎn)程控制平臺（包括控制指令的生成傳輸以及人機(jī)交互界面顯示），模型車（包括車載電腦，鉸接角等各類傳感器，攝像頭），以及無線通訊系統(tǒng)。
3.2 遠(yuǎn)程控制平臺
遠(yuǎn)程控制臺應(yīng)該能夠生成遙控控制指令并發(fā)送控制指令，設(shè)計合理的人機(jī)界面顯示狀態(tài)參數(shù)，從而完成遠(yuǎn)程操控。遙控控制指令是由遠(yuǎn)程控制臺上的模擬量和開關(guān)量兩種信號元器件形成。控制數(shù)據(jù)可變的用模擬量來表示，狀態(tài)明確、無參數(shù)變化的控制指令用開關(guān)量來表示。根據(jù)鏟運(yùn)機(jī)的操控方式，可以將操作指令分為以下四類：
（1）狀態(tài)設(shè)定指令 這是控制車輛行動狀態(tài)的控制指令，通過按鈕和旋鈕來實現(xiàn)；（2）速度控制指令 用來控制車輛速度的指令，通過油門和制動踏板來實現(xiàn)車輛行駛速度的控制；（3）鏟斗作業(yè)指令 鏟運(yùn)機(jī)作業(yè)需要操作鏟斗動作，鏟斗有翻轉(zhuǎn)和舉升兩類動作，這些指令都是模擬量信號，通過操作臺上的右手柄來實現(xiàn)；（4）轉(zhuǎn)向控制指令 該指令為模擬量信號，表達(dá)駕駛員轉(zhuǎn)向的意圖，通過左手柄X軸來實現(xiàn)功能。
3.3 模型車
模型車依據(jù)實際鏟運(yùn)機(jī)設(shè)計成鉸接車模型，采用四輪獨(dú)立驅(qū)動。車載電腦采用的是聯(lián)合工控的PPC-3000 車載加固平板電腦，它帶有一路WIFI以太網(wǎng)接口和兩路USB接口。利用以太網(wǎng)接口來接受控制臺發(fā)送來的控制信號并傳輸回激光等傳感器采集到的信號；車上主控制器通過I/O口檢測到各傳感器信號并通過CAN總線發(fā)送給車載電腦，車載電腦通過主控制器下達(dá)控制信號，從而控制各執(zhí)行部件的動作，這些執(zhí)行部件有四個輪邊電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，車載電氣系統(tǒng)（包括車燈、頂燈、喇叭等設(shè)備）以及液壓系統(tǒng)（鏟斗工作的驅(qū)動電機(jī)以及轉(zhuǎn)向推桿電機(jī)）。
3.4 無線通信
無線局域網(wǎng)的功能是實現(xiàn)車載電腦控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制臺之間的無線通信，從而實現(xiàn)鏟運(yùn)機(jī)超視距遙控。無線網(wǎng)絡(luò)由多個無線AP（ Access Point） 組成，這些AP的SSID名設(shè)置為一個，IP為同一個網(wǎng)段，信道間隔為5。模型車在樓道中行走時，車載電腦的無線網(wǎng)卡會掃描AP的信道并自動切換到信號最好的AP，通訊不會中斷，切換所需時間為幾毫秒。
4 軟件的設(shè)計
控制軟件是整個系統(tǒng)的核心部分，本系統(tǒng)的遠(yuǎn)程遙控軟件可以分為兩部分，一部分是遠(yuǎn)程控制臺基于單片機(jī)STM32控制器的程序，這部分是為了采集操作機(jī)構(gòu)輸入信號，生成遙控指令，并通過RS232發(fā)送給上位機(jī)；另一部分是無線通訊程序，這是實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制端上位機(jī)和車載電腦之間數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送。
4.1 單片機(jī)STM32程序
本系統(tǒng)中采用的單片機(jī)的編程語言是C語言，選擇的軟件開發(fā)平臺是IAR，在設(shè)計的遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)中，有六路模擬輸信號輸入，分別是：控制鏟斗姿態(tài)兩路、控制車輛行駛轉(zhuǎn)向兩路以及控制車速和制動兩路；四路開關(guān)量輸入，包括左右手柄兩個使能輸入信號、急停信號以及自動/手動信號。根據(jù)輸入的控制信號，單片機(jī)經(jīng)過處理后將數(shù)據(jù)打包通過RS232發(fā)送出去，每幀共7個字節(jié)。上位機(jī)收到數(shù)據(jù)之后，如果校驗正確，則返回數(shù)據(jù)0x11以表示數(shù)據(jù)傳輸無誤，否則發(fā)送數(shù)據(jù)0x00以表示數(shù)據(jù)傳輸錯誤，要求重新發(fā)送。
4.2 無線通訊程序
通過網(wǎng)絡(luò)編程來實現(xiàn)控制端上位機(jī)和車載電腦之間的通訊，采用C#編程語言，具體實現(xiàn)是采用基于TCP/IP協(xié)議的Windows Socket。為了保證通訊信息的穩(wěn)定和可靠性，超視距遙控系統(tǒng)采用的是TCP協(xié)議。由于在服務(wù)器端和客戶端兩端，利用Socket套接字傳輸?shù)氖沁B續(xù)的字節(jié)數(shù)據(jù)，通訊雙方并不知道傳輸而來的字節(jié)代表何種含義，因此必須在傳輸層定義自己的通訊協(xié)議，這樣才能使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有意義的信息。
5 實驗
為了檢驗超視距系統(tǒng)的控制效果，對模型車進(jìn)行了多次的場地遙控實驗，實驗場所為“L”型樓道。通過控制成車輛的啟動、加速、恒速、制動、換擋和急停。實驗表明，車輛在樓道中能夠以超視距的方式實現(xiàn)駕駛，斷開重連程序保證了車輛遇到無線網(wǎng)絡(luò)信號不好的時候也能夠進(jìn)行操控。
實驗結(jié)果說明，該超視距遙控操作系統(tǒng)具有良好的遙控駕駛功能，控制臺對模型車完全可控，操作簡便，能夠按照設(shè)計生成正確的遠(yuǎn)程駕駛指令，能夠滿足安全性和可靠性的要求。
6 結(jié)束語
系統(tǒng)依據(jù)實際鏟運(yùn)機(jī)設(shè)計出遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)和模型車，通過無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制。該模擬系統(tǒng)和實際系統(tǒng)的區(qū)別在于被控車輛工作環(huán)境不一樣，實際鏟運(yùn)機(jī)工作于惡劣的井下，需要考慮通訊的穩(wěn)定性和可靠性，這對于無線網(wǎng)絡(luò)硬件和軟件的搭建提出了更高的要求。本論文的研究對于實際超視距遙控技術(shù)具有良好的指導(dǎo)意義。
參考文獻(xiàn)
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論文摘要:分析了移動學(xué)習(xí)的對象、模式、特性、環(huán)境以及存在的不足,參考國內(nèi)外移動學(xué)習(xí)的研究,對移動學(xué)習(xí)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。
0前言
移動學(xué)習(xí)作為數(shù)字化學(xué)習(xí)(E-learning)中的一個分支,是又一個新的學(xué)習(xí)模式,是教育技術(shù)領(lǐng)域研究的又一個新熱點(diǎn),對我國教育界已經(jīng)不是一個陌生的概念。如今伴隨著無線通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展,人們逐漸看到、感覺到移動學(xué)習(xí)存在的巨大潛力,因此如何將無線通訊技術(shù)應(yīng)用于教育和培訓(xùn)的話題又漸漸升溫。正如基更先生所指出的“,不是技術(shù)本身所固有的教育特性造就了遠(yuǎn)程教育和開放大學(xué)的成功,而是公眾普遍擁有的技術(shù)造就了這種成功。”AlexzanderDye等人在它們的題為《MobileEducation-aglanceatthefuture》的文章中對M-Learning(移動學(xué)習(xí))給出了一個較具體的定義:移動學(xué)習(xí)是一種在移動計算設(shè)備幫助下的能夠在任何時間、任何地點(diǎn)發(fā)生的學(xué)習(xí),移動學(xué)習(xí)所使用的移動計算設(shè)備必須能夠有效地呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容并且提供教師與學(xué)習(xí)者之間的雙向交流。
1移動學(xué)習(xí)的對象
移動學(xué)習(xí)的對象不僅僅局限于學(xué)生的學(xué)習(xí),還推廣到公司員工、沒有受過良好教育又渴望學(xué)習(xí)的人等等,唯一的條件是他們必須擁有移動通訊設(shè)備。它的理念是讓學(xué)習(xí)“隨時、隨地、隨身”地發(fā)生。
(1)學(xué)生:在無線通訊發(fā)展迅速的今天,大部分的學(xué)生都擁有了電腦、手機(jī)等電子通訊工具。這就為移動學(xué)習(xí)提供了一個很好的條件,我們可以充分利用這個優(yōu)勢來彌補(bǔ)課堂學(xué)習(xí)中的不足。
(2)公司員工:對于公司而言,移動設(shè)備的齊全及其高級功能,使“隨需應(yīng)變”的“移動學(xué)習(xí)”變得可行。公司面臨的最大挑戰(zhàn)是如何將相關(guān)的信息和材料在最恰當(dāng)?shù)臅r間提供給員工,保持員工的工作投入和競爭力。而移動學(xué)習(xí)也可以方便地借助他們現(xiàn)有的設(shè)備來解決存在的問題。
(3)沒有受過良好教育又渴望學(xué)習(xí)的人:這些人要么工作環(huán)境差,甚至很無聊,又沒有機(jī)會參加任何社會組織的培訓(xùn)。但是他們共有的是移動電話,用它來發(fā)短信、聊天、玩游戲。移動學(xué)習(xí)就要借助他們的移動電話來激發(fā)他們學(xué)習(xí)的熱情,給他們學(xué)習(xí)的機(jī)會,教給他們學(xué)習(xí)技能,讓他們更好地就業(yè)。
2移動學(xué)習(xí)的基本模式
以移動電話為支撐的短消息模式:這是最基本也最普遍的模式,是正在運(yùn)用和開發(fā)潛力最大的模式。
以互聯(lián)網(wǎng)為支持的連接技術(shù)模式:移動學(xué)習(xí)是移動通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)代教育三者結(jié)合的產(chǎn)物。所以互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)支持是非常重要的,在短信息模式中,可以借助這一技術(shù)基礎(chǔ)。其主要的技術(shù)支撐是:WAP(WirelessApplicationProtocol)無線應(yīng)用協(xié)議“;藍(lán)牙”(Bluetooth)技術(shù),一種用于替代便攜或固定電子設(shè)備上使用的電纜或連接線的短距離無線連接技術(shù);GPRS(GeneralPacketRadioService)即通過無線分組業(yè)務(wù)、3G通信協(xié)議等,從而為我們提供在臺式和筆記本電腦上才能實現(xiàn)的功能,如收發(fā)E-mail、網(wǎng)頁瀏覽、流媒體、多媒體信息等。
3移動學(xué)習(xí)的特性
(1)數(shù)字化:移動學(xué)習(xí)主要借助的是移動通訊和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),它的數(shù)字化特性是由其自身所借助的設(shè)備和支持技術(shù)決定的,也正是由于網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展,才更能夠加快移動學(xué)習(xí)發(fā)展的步伐。
(2)即時性:移動學(xué)習(xí)能夠給學(xué)生提供一個最寬松的環(huán)境,使你隨時都能夠與他人交流新的想法,把你思想的閃光點(diǎn)與他人分享。移動學(xué)習(xí)的核心特征就是讓學(xué)習(xí)者能夠體驗學(xué)習(xí)的愉悅,讓學(xué)習(xí)者能夠在最佳的時間和地點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)。
(3)隨意性:移動學(xué)習(xí)可以利用零散時間學(xué)習(xí),可以在回家、旅途、商場等任何時間、任何地點(diǎn)隨時進(jìn)行學(xué)習(xí)。而如遇到什么疑難問題也可以借助手機(jī)短信與老師和同學(xué)聯(lián)系,獲得解答。
(4)學(xué)習(xí)環(huán)境是移動的:不論是傳統(tǒng)學(xué)習(xí)還是網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí),他們的學(xué)習(xí)環(huán)境都是固定的。而移動學(xué)習(xí)的一個最突出的特點(diǎn)就是它的環(huán)境的移動性。這樣學(xué)習(xí)不再局限于一個固定的環(huán)境,實現(xiàn)了學(xué)習(xí)真正意義上的自主性。
4移動學(xué)習(xí)的環(huán)境
移動學(xué)習(xí)能否得到很好的應(yīng)用和發(fā)展,與其環(huán)境也有很大的關(guān)系。它的環(huán)境是移動的,教師、研究人員、技術(shù)人員和學(xué)生都是移動的,這是不同于傳統(tǒng)學(xué)習(xí)環(huán)境的一個特性。但是移動學(xué)習(xí)主要借助的是移動公司的短信服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)公司支持的移動設(shè)備,所以這個環(huán)境是非常重要的。在整個的過程中我們必須與移動通信公司及網(wǎng)絡(luò)公司達(dá)成協(xié)議,為我們的移動學(xué)習(xí)提供良好的環(huán)境。
在構(gòu)建移動學(xué)習(xí)的同時,還要注意在任何場所學(xué)習(xí)的可行性。人是環(huán)境中最重要的一個要素,這就要求學(xué)習(xí)者具備一定的自我控制能力和自主學(xué)習(xí)的能力。移動學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)者在整個流程當(dāng)中,要能夠協(xié)調(diào)好與老師、同學(xué)、同事之間的關(guān)系,合理選擇學(xué)習(xí)的方式,實現(xiàn)自己的有效學(xué)習(xí)。在這個環(huán)境中,物力、財力等因素也是要考慮的問題。移動學(xué)習(xí)畢竟需要的是手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)移動設(shè)備,這就提出了一個高于傳統(tǒng)學(xué)習(xí)的條件。如今在大學(xué)中幾乎實現(xiàn)了這樣的條件,所以我們要能夠利用便利的條件,發(fā)揮移動學(xué)習(xí)的作用,從而在實踐中探索,達(dá)到移動學(xué)習(xí)的真正目的——隨時隨地隨身地進(jìn)行終身學(xué)習(xí)。
5移動學(xué)習(xí)存在的不足
(1)大多數(shù)研究者表示,PDA和WAP手機(jī)等移動設(shè)備只是目前在學(xué)習(xí)手段上的一種擴(kuò)展,它們不能夠替代現(xiàn)有的學(xué)習(xí)工具。更重要的是,并非所有的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動都適合使用移動設(shè)備。
(2)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中在線閱讀時間過長,學(xué)習(xí)者的眼睛容易疲勞,也容易讓學(xué)習(xí)者產(chǎn)生厭煩感。而利用手機(jī)來進(jìn)行學(xué)習(xí),其屏幕的大小、分辨率等對閱讀也有很大的限制,并且如果在路途中,車子的晃動等外在條件也影響學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的心情等。
(3)移動學(xué)習(xí)的運(yùn)用時機(jī)也存在一定的問題,人在走路或在車上學(xué)習(xí)時,最好是運(yùn)用收音機(jī)、隨身聽或MP3等進(jìn)行語言的聽力訓(xùn)練。這樣也就不需要運(yùn)用掌上電腦、手機(jī)等昂貴的移動設(shè)備,節(jié)約了學(xué)習(xí)成本。
(4)人文因素。在移動學(xué)習(xí)中我們經(jīng)常考慮的是如何利用現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行有效的學(xué)習(xí),而忽略了學(xué)習(xí)者的需求。如公司對員工進(jìn)行培訓(xùn)時運(yùn)用移動學(xué)習(xí),不僅可以提高員工的工作效率,也節(jié)省了很多的成本。但是員工是否樂意學(xué)習(xí),是否能達(dá)到培訓(xùn)的目的及產(chǎn)生一定的效果,這些問題都沒有考慮過。
總而言之,移動學(xué)習(xí)的優(yōu)勢是有目共睹的,我們相信在利用各種設(shè)備的輔助之下開展的移動學(xué)習(xí),也能夠給我們的教育帶來新的發(fā)展。但是,它的發(fā)展仍處在探索階段,如何才能夠發(fā)揮好它的內(nèi)在優(yōu)勢,在解決技術(shù)、環(huán)境、物資財力等方面的基礎(chǔ)上,更好地對學(xué)習(xí)者進(jìn)行人文關(guān)懷,這都是我們應(yīng)該關(guān)心的問題。因為教育的要旨是使全體學(xué)習(xí)者進(jìn)行愉悅的、主動的學(xué)習(xí),而不是被動的學(xué)習(xí)。這就需要我們在整個過程中進(jìn)行有益的探索,真正實現(xiàn)移動學(xué)習(xí)隨時隨地隨身”的終身學(xué)習(xí)目標(biāo)。
參考文獻(xiàn):
