引論：我們?yōu)槟砹?3篇擴(kuò)頻技術(shù)論文范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時(shí)的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。
篇1
可以明確一點(diǎn)是：建立在整個(gè)直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)之上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)有如下幾個(gè)方面：首先，編碼信號(hào)的產(chǎn)生幾率較大，傳輸可行性較高；其次，整個(gè)數(shù)據(jù)擴(kuò)頻通信傳輸過程當(dāng)中僅涉及到一個(gè)固定的載波頻率，對(duì)于載波發(fā)生器的運(yùn)行要求較低；再次，接收機(jī)裝置在整個(gè)數(shù)據(jù)的擴(kuò)頻通信操作過程當(dāng)中能夠?qū)崿F(xiàn)相干解調(diào)，從而達(dá)到提高擴(kuò)頻通信質(zhì)量的關(guān)鍵目的；最后，在擴(kuò)頻通信的作業(yè)過程當(dāng)中，對(duì)于用戶之間的同步性沒有要求，適應(yīng)性較強(qiáng)。
然而不容忽視的一點(diǎn)在于：直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的應(yīng)用仍然存在著一些方面的問題：首先，在擴(kuò)頻通信作業(yè)過程當(dāng)中對(duì)于本地生成編碼以及接收信號(hào)之間同步性的獲取與保持難度比較大，致使擴(kuò)頻通信可能出現(xiàn)明顯誤差問題；其次，在擴(kuò)頻通信過程當(dāng)中，現(xiàn)階段還無法針對(duì)基站與用戶距離之間的遠(yuǎn)近效應(yīng)予以有效消除，導(dǎo)致系統(tǒng)可能存在誤差問題，這一問題也需要引起相關(guān)人員的特別關(guān)注與重視。
篇2
在發(fā)端輸人的信息先調(diào)制形成數(shù)字信號(hào)，然后由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號(hào)以展寬信號(hào)的頻譜，展寬后的信號(hào)再調(diào)制到射頻發(fā)送出去。在接收端收到的寬帶射頻信號(hào)，變頻至中頻，然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴(kuò)頻碼序列去相關(guān)解擴(kuò)，再經(jīng)信息解調(diào)，恢復(fù)成原始信息輸出。可見，一般的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)都要進(jìn)行3次調(diào)制和相應(yīng)的解調(diào)。一次調(diào)制為信息調(diào)制，二次調(diào)制為擴(kuò)頻調(diào)制，三次調(diào)制為射頻調(diào)制，以及相應(yīng)的信息解調(diào)、解擴(kuò)和射頻解調(diào)。與一般通信系統(tǒng)比較，多了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)部分。擴(kuò)頻通信應(yīng)具備如下特征：(1)數(shù)字傳輸方式；(2)傳輸信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)大于被傳信息帶寬；(3)帶寬的展寬，是利用與被傳信息無關(guān)的函數(shù)(擴(kuò)頻函數(shù))對(duì)被傳信息的信元重新進(jìn)行調(diào)制實(shí)現(xiàn)的；(4)接收端用相同的擴(kuò)頻函數(shù)進(jìn)行相關(guān)解調(diào)(解擴(kuò))，求解出被傳信息的數(shù)據(jù)。用擴(kuò)頻函數(shù)(也稱偽隨機(jī)碼)調(diào)制和對(duì)信號(hào)相關(guān)處理是擴(kuò)頻通信有別于其他通信的兩大特點(diǎn)。
二、擴(kuò)頻通信技術(shù)的特點(diǎn)
擴(kuò)頻信號(hào)是不可預(yù)測(cè)的、偽隨機(jī)的寬帶信號(hào)，其帶寬遠(yuǎn)大于要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)(信息)帶寬，同時(shí)接收機(jī)中必須有與寬帶載波同步的副本。擴(kuò)頻系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。
1．抗干擾性強(qiáng)
擴(kuò)頻信號(hào)的不可預(yù)測(cè)性，使擴(kuò)頻系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力。干擾者很難通過觀察進(jìn)行干擾，干擾起不了太大作用。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)在傳輸過程中擴(kuò)展了信號(hào)帶寬，所以即使信噪比很低，甚至在有用信號(hào)功率低于干擾信號(hào)功率的情況下，仍能不受干擾、高質(zhì)量地進(jìn)行通信，擴(kuò)展的頻譜越寬，其抗干擾性越強(qiáng)。
2.低截獲性
擴(kuò)頻信號(hào)的功率均勻分布在很寬的頻帶上，傳輸信號(hào)的功率密度很低，偵察接收機(jī)很難監(jiān)測(cè)到，因此擴(kuò)頻通信系統(tǒng)截獲概率很低。
3.抗多路徑干擾性能好
多路徑干擾是電波傳播過程中因遇到各種非期望反射體(如電離層、高山、建筑物等)引起的反射或散射，在接收端的這些反射或散射信號(hào)與直達(dá)路徑信號(hào)相互干涉而造成的干擾。多路徑干擾會(huì)嚴(yán)重影響通信。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中增加了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)過程，利用擴(kuò)頻碼序列間的相關(guān)特性，在接收端解擴(kuò)時(shí)，從多徑信號(hào)中分離出最強(qiáng)的有用信號(hào)，或?qū)⒍鄰叫盘?hào)中的相同碼序列信號(hào)疊加，這樣就可有效消除無線通信中因多徑干擾造成的信號(hào)衰落現(xiàn)象，使擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有良好的抗多徑衰落特性。
4.保密性好
在一定的發(fā)射功率下，擴(kuò)頻信號(hào)分布在很寬的頻帶內(nèi)，無線信道中有用信號(hào)功率譜密度極低，這樣信號(hào)可以在強(qiáng)噪聲背景下，甚至在有用信號(hào)被噪聲淹沒的情況下進(jìn)行可靠通信，使外界很難截獲傳送的信息，要想進(jìn)一步檢測(cè)出信號(hào)的特征參數(shù)就更難了．所以擴(kuò)頻系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)隱蔽通信。同時(shí)，對(duì)不同用戶使用不同碼，旁人無法竊聽通信，因而擴(kuò)頻系統(tǒng)具有高保密性。
5.易于實(shí)現(xiàn)碼分多址
在通信系統(tǒng)中，可充分利用在擴(kuò)頻調(diào)制中使用的擴(kuò)頻碼序列之間良好的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性，接收端利用相關(guān)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行解擴(kuò)，在分配給不同用戶不同碼型的情況下，系統(tǒng)可以區(qū)分不同用戶的信號(hào)，這樣同一頻帶上許多用戶可以同時(shí)通話而互不干擾。
三、擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用
在過去由于技術(shù)的限制，人們一直在走增加信號(hào)功率，減少噪聲，提高信噪比的道路。即使到了70年代，偽碼技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)，但作為相關(guān)器的“碼環(huán)”的鐘頻只能做到幾千赫茲也無助于事．近幾年，由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，幾十兆赫茲，甚至幾百兆赫茲的偽碼發(fā)生器及其相關(guān)部件都已成為現(xiàn)實(shí)，擴(kuò)頻通信獲得極其迅速的發(fā)展．通信的發(fā)展史又到了一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，由用信噪比換帶寬的年代進(jìn)入了用寬帶換信噪比的年代．從最佳通信系統(tǒng)的角度看擴(kuò)頻通信．最佳通信系統(tǒng)一最佳發(fā)射機(jī)+最佳接收機(jī)．幾十年來，最佳接收理論已經(jīng)很成熟，但最佳發(fā)射問題一直沒有很好解決，偽碼擴(kuò)頻是一種最佳的信號(hào)形式和調(diào)制制度，構(gòu)成了最佳發(fā)射機(jī)．因此，有了最佳通信系統(tǒng)一偽碼擴(kuò)頻+相關(guān)接收這種認(rèn)識(shí)，人們就不難預(yù)測(cè)擴(kuò)頻通信的未來前景．從9O年代無線通信開始步人擴(kuò)頻通信和自適應(yīng)通信的年代．?dāng)U頻通信的熱浪已經(jīng)波及短波、超微波、微波通信和衛(wèi)星通信，碼分多址(CDMA)已開始廣泛用于未來的峰窩通信、無繩通信和個(gè)人通信以及各種無線本地環(huán)路，發(fā)揮越來越大的作用．接入網(wǎng)是由傳統(tǒng)的用戶線、用戶環(huán)路和用戶接入系統(tǒng)，逐步發(fā)展、演變和升級(jí)而形成的．現(xiàn)代電信網(wǎng)絡(luò)分為3部分：傳輸網(wǎng)、交換網(wǎng)和接入網(wǎng)．由于接入網(wǎng)發(fā)展較晚，往往成為電信發(fā)展的“瓶頸”，各國都很重視接入網(wǎng)的發(fā)展，因此各類接人技術(shù)和系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生．由于ISM(IndustryScientificMedica1)頻段的開放性，經(jīng)營者和用戶不需申請(qǐng)授權(quán)就可以自由地使用這些頻段，而無線擴(kuò)頻技術(shù)所使用的頻段(2．400～2．483)正是全世界通用的ISM頻段，包括IEEE802.11協(xié)議架構(gòu)的無線局域網(wǎng)也大部分選用此頻段．在無線接人系統(tǒng)中，擴(kuò)頻微波與常規(guī)微波相比有著3個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：抗干擾性強(qiáng)、頻點(diǎn)問題容易處理、價(jià)格比較便宜．而且，擴(kuò)頻微波接入技術(shù)相對(duì)有線接入技術(shù)來說，有成本低、使用靈活、建設(shè)快捷的優(yōu)勢(shì)，在接入網(wǎng)中起著不可替代的作用。擴(kuò)頻微波主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面．語音接入(點(diǎn)對(duì)點(diǎn))；數(shù)據(jù)接入；視頻接入；多媒體接入；因特網(wǎng)(Internet)接入。
四、結(jié)語
擴(kuò)頻通信是通信的一個(gè)重要分支和發(fā)展方向，是擴(kuò)頻技術(shù)與通信相結(jié)合的產(chǎn)物。本文主要論述了擴(kuò)頻通信的特點(diǎn)、理論可行性及典型的工作方式。擴(kuò)頻通信的強(qiáng)抗干擾性、低截獲性、良好的抗多路徑干擾性和安全性等特點(diǎn)，使它的應(yīng)用迅速從軍用擴(kuò)展到民用通信中，它的易于實(shí)現(xiàn)碼分多址的特點(diǎn)，使它能與第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)完美結(jié)合，發(fā)展前景極為廣闊。
參考文獻(xiàn)：
篇3
近幾年,有學(xué)者提出了采用CDMA技術(shù)進(jìn)行防碰撞的方法,其性能有明顯改善。文獻(xiàn)[6]提出在標(biāo)簽識(shí)別過程中,使用碼分多址技術(shù),實(shí)現(xiàn)一個(gè)時(shí)隙可以同時(shí)傳輸多個(gè)標(biāo)簽。文獻(xiàn)[7]提出了一種基于碼分多址思想的時(shí)隙ALOHA算法,來解決射頻識(shí)別中的防碰撞問題,此算法的系統(tǒng)穩(wěn)定范圍要大于時(shí)隙ALOHA系統(tǒng),并且當(dāng)選用的擴(kuò)頻碼組階數(shù)為N時(shí),此算法的最大吞吐量可達(dá)原時(shí)隙ALOHA的N倍。上述2個(gè)文獻(xiàn)所提到的算法,當(dāng)標(biāo)簽數(shù)量很多時(shí),數(shù)據(jù)碰撞的概率明顯增加,使系統(tǒng)的吞吐量急劇下降,影響了系統(tǒng)的整體性能。基于以上原因,本論文提出了1種改進(jìn)的基于CDMA技術(shù)的防碰撞算法,能夠適應(yīng)大量標(biāo)簽的識(shí)別應(yīng)用,減少了識(shí)別碰撞的發(fā)生,使系統(tǒng)吞吐量得到明顯改善。
1基于CDMA技術(shù)的新型防碰撞算法
n×1-1Nn-1(2)由于傳統(tǒng)的基于ALOHA的防碰撞算法中一個(gè)時(shí)隙最多只能正確識(shí)別一個(gè)標(biāo)簽的信息,所以當(dāng)標(biāo)簽數(shù)目過大時(shí),系統(tǒng)的吞吐率,即正確識(shí)別標(biāo)簽數(shù)目所占的百分比將會(huì)大幅度的降低,所以對(duì)于過量的標(biāo)簽,本算法將會(huì)采取對(duì)所有標(biāo)簽進(jìn)行分組識(shí)別,當(dāng)標(biāo)簽需要分成2組時(shí)(系統(tǒng)識(shí)別幀最大時(shí)隙數(shù)N為256):nN×1-1Nn-1=n2N×1-1Nn2-1 (3)用上述公式可知n=354,所以當(dāng)標(biāo)簽數(shù)量大于354時(shí),系統(tǒng)將會(huì)對(duì)標(biāo)簽分組識(shí)別。
本文提出的新型算法如下:依據(jù)分組幀時(shí)隙ALOHA算法,通過此算法的分組規(guī)則,完成識(shí)別的所有標(biāo)簽的分組。分組幀時(shí)隙ALOHA算法的分組規(guī)則如下:當(dāng)標(biāo)簽數(shù)量≤354時(shí),無論幀長選擇8個(gè)時(shí)隙還是256個(gè)時(shí)隙,標(biāo)簽都不分組,按照一個(gè)大組來進(jìn)行識(shí)別;當(dāng)標(biāo)簽數(shù)量>354時(shí),幀長選擇256個(gè)時(shí)隙比較適合讀寫器的識(shí)別;當(dāng)標(biāo)簽數(shù)量在355707時(shí),標(biāo)簽分為2組;當(dāng)標(biāo)簽數(shù)量在708~1 416時(shí),標(biāo)簽分成4組更適合信息的傳輸識(shí)別。當(dāng)標(biāo)簽數(shù)量更多時(shí),按照這個(gè)規(guī)律分成合適的組數(shù)再進(jìn)行識(shí)別,詳細(xì)過程如圖1所示。標(biāo)簽分組工作完成后,在每個(gè)分組中分別采用碼分多址技術(shù),利用其技術(shù)的保密性、抗干擾性和多址通信能力,對(duì)標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻處理并傳輸。然后讀寫器端利用碼組的自相關(guān)特性對(duì)不同標(biāo)簽所發(fā)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào),從而達(dá)到防碰撞的目的,進(jìn)而完成對(duì)全部標(biāo)簽的識(shí)別,也實(shí)現(xiàn)了同一時(shí)隙可以傳輸多個(gè)信息的情況。本論文中提到的新型防碰撞算法需要預(yù)先在待識(shí)別的標(biāo)簽中植入擴(kuò)頻性良好的正交碼組,以防止接收端沒有辦法正確解擴(kuò)接收,本文選用Walsh序列。該算法可以有效減少圖1算法執(zhí)行過程示意圖標(biāo)簽識(shí)別過程中的碰撞次數(shù),從而減少了識(shí)別時(shí)間并且降低了功耗。本論文將分組幀時(shí)隙ALOHA算法和碼分多址技術(shù)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)在每個(gè)分組內(nèi)可以有多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)頻傳輸,并且在接收端采用并行接收技術(shù)進(jìn)行多個(gè)標(biāo)簽的同時(shí)接收。本發(fā)明在識(shí)別標(biāo)簽過程中,每個(gè)組內(nèi)均為一個(gè)獨(dú)立的識(shí)別過程,在分組幀長不改變的前提下,提高了標(biāo)簽數(shù)量龐大時(shí)的系統(tǒng)性能。有效地減小標(biāo)簽之間的碰撞概率,縮短讀寫器操作時(shí)間,提高吞吐率, 很適合應(yīng)用于具有較大數(shù)量標(biāo)簽的RFID系統(tǒng)中。
2仿真結(jié)果
本論文提出了采用碼分多址技術(shù)的新型防碰撞算法,并仿真了固定時(shí)隙數(shù)下ALOHA算法的系統(tǒng)吞吐率和本文所提出的算法改進(jìn)后的系統(tǒng)吞吐量。
RFID系統(tǒng)中時(shí)隙ALOHA算法的幀長取值從16個(gè)時(shí)隙到256個(gè)時(shí)隙變化,根據(jù)公式2,系統(tǒng)吞吐率如圖2所示。其中,系統(tǒng)仿真設(shè)定的信息幀長F即時(shí)隙數(shù)設(shè)定按2的冪次方遞增,即F取值從16個(gè)時(shí)隙變化到256個(gè)時(shí)隙,橫坐標(biāo)為標(biāo)簽數(shù)N從1變化到500,縱坐標(biāo)為吞吐率。當(dāng)幀長設(shè)定為256個(gè)時(shí)隙,標(biāo)簽數(shù)量少于256個(gè)時(shí),系統(tǒng)吞吐量隨著標(biāo)簽數(shù)量的增加而增加,直到標(biāo)簽數(shù)量達(dá)到256時(shí)系統(tǒng)的吞吐量達(dá)到最大值。隨著標(biāo)簽數(shù)量的逐漸增多,系統(tǒng)的吞吐量又呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。從圖2可以得出2點(diǎn)結(jié)論:一、當(dāng)標(biāo)簽個(gè)數(shù)接近信息幀長時(shí),系統(tǒng)的吞吐率比較高;二、隨著幀長取值的增加,系統(tǒng)對(duì)標(biāo)簽的識(shí)別性能有明顯改善。
篇4
1 對(duì)跳頻通信進(jìn)行數(shù)學(xué)模型建立及對(duì)系統(tǒng)原理進(jìn)行描述
對(duì)于跳頻擴(kuò)頻通信，它的基本理論依據(jù)主要是根據(jù)信息論中的Shannon公式來的[4]，下式為它的具體公式描述：
c Blb（1 P / N）
在上式中，對(duì)于參數(shù)c、B、P及N，它們所代表的含義分別如下。其中，N，表示為噪聲功率；c，代表系統(tǒng)的信道容量（bits/s）；P，表示為信號(hào)的平均功率；對(duì)于B，則表示為系統(tǒng)的信道帶寬（Hz）。通過上式可以很明確、很清晰的知道，當(dāng)滿足一定條件（如在一定的信道容量之條件下），可以采用增加信道帶寬的辦法、或者通過減少發(fā)送信號(hào)功率的辦法等，來對(duì)信道的帶寬進(jìn)行減少、或者采取一定的方式來對(duì)信道的容量進(jìn)行提高，這樣就能夠增加發(fā)送信號(hào)方面的功率，更進(jìn)一步，使得信道的容量發(fā)生變化，并且不斷的得到提高 [5]。
對(duì)于跳頻系統(tǒng)，由于它的載波頻率是在不斷發(fā)生變化的，如果想要在接收機(jī)中對(duì)載波相位進(jìn)行跟蹤，很明顯，要實(shí)現(xiàn)該種情況是比較困難的，所以，在一般情況之下，我們是選擇可非相干解調(diào)方式作為跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的調(diào)制方式，并且，該種調(diào)制方式所具有的優(yōu)勢(shì)是其它調(diào)制方式不能夠相比的，而頻移鍵控FSK調(diào)制則是經(jīng)常采用的方式。對(duì)于數(shù)據(jù)載波為a（t），以及數(shù)據(jù)速度Ra，對(duì)它們的取值分別為+1和-1，當(dāng)進(jìn)行移頻鍵控調(diào)制（即頻率偏差為Δf）后，它所輸出的等效低通信號(hào)為b（t）[6]，具體的表達(dá)式如下式1-1所示：
b（t） exp（ j2πa（t ）f ） （1-1）
在跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，我們把偽隨機(jī)序列控制下的瞬時(shí)頻率定義為f（t）[7]，它會(huì)隨著時(shí)間的不斷改變，而對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)頻率f（t）的取值在頻率點(diǎn)fi，i=1，2，3，4…，N上也會(huì)發(fā)生改變[8]。那么，對(duì)于跳頻載波信號(hào)，它的等效低通信號(hào)C（t）如下式：
c（t） exp（j2f （t）） （1-2）
對(duì)于跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，它主要是以跳頻載波來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)調(diào)制信號(hào)的頻率進(jìn)行搬移的一個(gè)過程[9]，通過這樣一個(gè)過程，則跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)所輸出的等效低頻信號(hào)d（t）如下式1-3所示；
d（t） b（t）c （t）
exp（j2（a（t）f f （t））） （1-3）
在跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)的接收端，采用同步偽隨機(jī)碼控制的頻率、以及偽隨機(jī)變化的載波和接收信號(hào)作為混頻，在這樣的條件下，所得到的系統(tǒng)輸出信號(hào)為bxj，它的表達(dá)式如下式1-4所示： bsj （d（t） N（t） I（t））c （t）
exp（2 ja（t）f ） （N （t）
I（t））exp（ j2f （t）） ， （1-4）
對(duì)于上式1-4，它的參數(shù)N（t）、I（t）所代表的含義如下：N（t），它表示噪聲；I（t），它則表示干擾信號(hào)。通過采用同步跳變的本地恢復(fù)載波來實(shí)現(xiàn)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行混頻后，在這樣的情況下，就能得到解跳后的寬帶干擾信號(hào)、窄帶信號(hào)b（t）、以及信號(hào)噪聲等。
2 跳頻的主要技術(shù)指標(biāo)及關(guān)鍵技術(shù)
對(duì)于一個(gè)跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)而言，它所包括的技術(shù)指標(biāo)主要有：①跳頻頻率的數(shù)目；②跳頻的帶寬；③跳頻碼的周期；④跳頻的速率；⑤跳頻系統(tǒng)的同步時(shí)間。對(duì)于這些技術(shù)指標(biāo)，它們所代表的含義分別如下：①跳頻頻率的數(shù)目。在一般情況下，通過對(duì)跳頻信號(hào)的處理增益 ，這樣就能夠得到相等的跳頻點(diǎn)數(shù)。②跳頻的帶寬。在通常情況之下，跳頻的帶寬是與抗部分頻帶的干擾能力存在一定關(guān)系的。③跳頻碼的周期。倘若跳頻圖案的延續(xù)時(shí)間越長，那么，這樣就會(huì)使敵方破譯變得更加的困難，因此，其抗截獲 的能力就越強(qiáng)。④跳頻的速率。顧名思義，就是指每秒鐘頻率跳變的次數(shù)，決定跳頻圖案延續(xù)時(shí)間的長度。⑤跳頻系統(tǒng)的同步時(shí)間。針對(duì)該同步時(shí)間的相關(guān)定義是非常多的，但這里主要是指對(duì)于跳頻圖案，要使其系統(tǒng)收發(fā)雙方的時(shí)間達(dá)到一致，即完全同步，并且，對(duì)于通信所需要的相關(guān)時(shí)間也要進(jìn)行建立。
3 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真模型的建立
3.1 對(duì)Simulink仿真工具進(jìn)行概述
在本論文的研究過程中，采用的仿真工具是基于MATLAB提供的仿真平臺(tái)Simulink。另外，采用Simulink仿真平臺(tái)來建模是很方便的，它所帶有的軟件包是能夠?qū)ο嚓P(guān)的稻萁行仿真、進(jìn)行分析的，是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。它能夠支持的系統(tǒng)也是非常多的，如連續(xù)系統(tǒng)、線性系統(tǒng)等。
3.2 模型建立
在基于Simulink仿真軟件的基礎(chǔ)上面建立起來的跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真模型，通常情況之下，它能夠?qū)μl擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的整個(gè)工作過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及反映相關(guān)的問題，對(duì)于系統(tǒng)擴(kuò)頻前后的頻譜，通過該仿真軟件能夠?qū)崟r(shí)的觀測(cè)。
4 對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析
為了更加準(zhǔn)確、更加合理的得到本論文研究的跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真精確結(jié)果，所設(shè)定的相關(guān)仿真條件如下：對(duì)于所采用的跳頻載頻，它是采用偽隨機(jī)整數(shù)方面的信號(hào)控制系統(tǒng)來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的；對(duì)跳頻點(diǎn)數(shù)設(shè)定為64個(gè)；對(duì)于跳頻的頻率間隔，是把它設(shè)定為50跳/秒；數(shù)據(jù)調(diào)制采用FSK，并且頻率的間隔為200HZ；對(duì)于每個(gè)符號(hào)，它的采樣點(diǎn)數(shù)為120。我們把本次系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)的時(shí)間設(shè)定為1000s。
5 結(jié)束語
本論文首先對(duì)跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模進(jìn)行了簡單介紹，然后對(duì)跳頻通信的系統(tǒng)工作原理進(jìn)行了概述，對(duì)跳頻的主要技術(shù)指標(biāo)及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹，接著，對(duì)Simulink仿真工具進(jìn)行概述及對(duì)其進(jìn)行相關(guān)模型的建立，最后，就是采用Simulink仿真軟件對(duì)跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)進(jìn)行模型的建立，并進(jìn)行了仿真研究。在進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)前，設(shè)定了相關(guān)的仿真條件，如跳頻點(diǎn)數(shù)、采樣點(diǎn)數(shù)、跳頻頻率間隔等相關(guān)條件，這樣設(shè)定的目的是為了保證仿真的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確。
參考文獻(xiàn)
篇5
在發(fā)端輸人的信息先調(diào)制形成數(shù)字信號(hào)，然后由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號(hào)以展寬信號(hào)的頻譜，展寬后的信號(hào)再調(diào)制到射頻發(fā)送出去。在接收端收到的寬帶射頻信號(hào)，變頻至中頻，然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴(kuò)頻碼序列去相關(guān)解擴(kuò)，再經(jīng)信息解調(diào)，恢復(fù)成原始信息輸出?？梢?，一般的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)都要進(jìn)行3次調(diào)制和相應(yīng)的解調(diào)。一次調(diào)制為信息調(diào)制，二次調(diào)制為擴(kuò)頻調(diào)制，三次調(diào)制為射頻調(diào)制，以及相應(yīng)的信息解調(diào)、解擴(kuò)和射頻解調(diào)。與一般通信系統(tǒng)比較，多了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)部分。擴(kuò)頻通信應(yīng)具備如下特征：(1)數(shù)字傳輸方式；(2)傳輸信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)大于被傳信息帶寬；(3)帶寬的展寬，是利用與被傳信息無關(guān)的函數(shù)(擴(kuò)頻函數(shù))對(duì)被傳信息的信元重新進(jìn)行調(diào)制實(shí)現(xiàn)的；(4)接收端用相同的擴(kuò)頻函數(shù)進(jìn)行相關(guān)解調(diào)(解擴(kuò))，求解出被傳信息的數(shù)據(jù)。用擴(kuò)頻函數(shù)(也稱偽隨機(jī)碼)調(diào)制和對(duì)信號(hào)相關(guān)處理是擴(kuò)頻通信有別于其他通信的兩大特點(diǎn)。
二、擴(kuò)頻通信技術(shù)的特點(diǎn)
擴(kuò)頻信號(hào)是不可預(yù)測(cè)的、偽隨機(jī)的寬帶信號(hào)，其帶寬遠(yuǎn)大于要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)(信息)帶寬，同時(shí)接收機(jī)中必須有與寬帶載波同步的副本。擴(kuò)頻系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。
1．抗干擾性強(qiáng)
擴(kuò)頻信號(hào)的不可預(yù)測(cè)性，使擴(kuò)頻系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力。干擾者很難通過觀察進(jìn)行干擾，干擾起不了太大作用。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)在傳輸過程中擴(kuò)展了信號(hào)帶寬，所以即使信噪比很低，甚至在有用信號(hào)功率低于干擾信號(hào)功率的情況下，仍能不受干擾、高質(zhì)量地進(jìn)行通信，擴(kuò)展的頻譜越寬，其抗干擾性越強(qiáng)。
2.低截獲性
擴(kuò)頻信號(hào)的功率均勻分布在很寬的頻帶上，傳輸信號(hào)的功率密度很低，偵察接收機(jī)很難監(jiān)測(cè)到，因此擴(kuò)頻通信系統(tǒng)截獲概率很低。
3.抗多路徑干擾性能好
多路徑干擾是電波傳播過程中因遇到各種非期望反射體(如電離層、高山、建筑物等)引起的反射或散射，在接收端的這些反射或散射信號(hào)與直達(dá)路徑信號(hào)相互干涉而造成的干擾。多路徑干擾會(huì)嚴(yán)重影響通信。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中增加了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)過程，利用擴(kuò)頻碼序列間的相關(guān)特性，在接收端解擴(kuò)時(shí)，從多徑信號(hào)中分離出最強(qiáng)的有用信號(hào)，或?qū)⒍鄰叫盘?hào)中的相同碼序列信號(hào)疊加，這樣就可有效消除無線通信中因多徑干擾造成的信號(hào)衰落現(xiàn)象，使擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有良好的抗多徑衰落特性。
4.保密性好
在一定的發(fā)射功率下，擴(kuò)頻信號(hào)分布在很寬的頻帶內(nèi)，無線信道中有用信號(hào)功率譜密度極低，這樣信號(hào)可以在強(qiáng)噪聲背景下，甚至在有用信號(hào)被噪聲淹沒的情況下進(jìn)行可靠通信，使外界很難截獲傳送的信息，要想進(jìn)一步檢測(cè)出信號(hào)的特征參數(shù)就更難了．所以擴(kuò)頻系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)隱蔽通信。同時(shí)，對(duì)不同用戶使用不同碼，旁人無法竊聽通信，因而擴(kuò)頻系統(tǒng)具有高保密性。
5.易于實(shí)現(xiàn)碼分多址
在通信系統(tǒng)中，可充分利用在擴(kuò)頻調(diào)制中使用的擴(kuò)頻碼序列之間良好的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性，接收端利用相關(guān)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行解擴(kuò)，在分配給不同用戶不同碼型的情況下，系統(tǒng)可以區(qū)分不同用戶的信號(hào)，這樣同一頻帶上許多用戶可以同時(shí)通話而互不干擾。三、擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用
在過去由于技術(shù)的限制，人們一直在走增加信號(hào)功率，減少噪聲，提高信噪比的道路。即使到了70年代，偽碼技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)，但作為相關(guān)器的“碼環(huán)”的鐘頻只能做到幾千赫茲也無助于事．近幾年，由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，幾十兆赫茲，甚至幾百兆赫茲的偽碼發(fā)生器及其相關(guān)部件都已成為現(xiàn)實(shí)，擴(kuò)頻通信獲得極其迅速的發(fā)展．通信的發(fā)展史又到了一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，由用信噪比換帶寬的年代進(jìn)入了用寬帶換信噪比的年代．從最佳通信系統(tǒng)的角度看擴(kuò)頻通信．最佳通信系統(tǒng)一最佳發(fā)射機(jī)+最佳接收機(jī)．幾十年來，最佳接收理論已經(jīng)很成熟，但最佳發(fā)射問題一直沒有很好解決，偽碼擴(kuò)頻是一種最佳的信號(hào)形式和調(diào)制制度，構(gòu)成了最佳發(fā)射機(jī)．因此，有了最佳通信系統(tǒng)一偽碼擴(kuò)頻+相關(guān)接收這種認(rèn)識(shí)，人們就不難預(yù)測(cè)擴(kuò)頻通信的未來前景．從9O年代無線通信開始步人擴(kuò)頻通信和自適應(yīng)通信的年代．?dāng)U頻通信的熱浪已經(jīng)波及短波、超微波、微波通信和衛(wèi)星通信，碼分多址(CDMA)已開始廣泛用于未來的峰窩通信、無繩通信和個(gè)人通信以及各種無線本地環(huán)路，發(fā)揮越來越大的作用．接入網(wǎng)是由傳統(tǒng)的用戶線、用戶環(huán)路和用戶接入系統(tǒng)，逐步發(fā)展、演變和升級(jí)而形成的．現(xiàn)代電信網(wǎng)絡(luò)分為3部分：傳輸網(wǎng)、交換網(wǎng)和接入網(wǎng)．由于接入網(wǎng)發(fā)展較晚，往往成為電信發(fā)展的“瓶頸”，各國都很重視接入網(wǎng)的發(fā)展，因此各類接人技術(shù)和系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生．由于ISM(IndustryScientificMedica1)頻段的開放性，經(jīng)營者和用戶不需申請(qǐng)授權(quán)就可以自由地使用這些頻段，而無線擴(kuò)頻技術(shù)所使用的頻段(2．400～2．483)正是全世界通用的ISM頻段，包括IEEE802.11協(xié)議架構(gòu)的無線局域網(wǎng)也大部分選用此頻段．在無線接人系統(tǒng)中，擴(kuò)頻微波與常規(guī)微波相比有著3個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：抗干擾性強(qiáng)、頻點(diǎn)問題容易處理、價(jià)格比較便宜．而且，擴(kuò)頻微波接入技術(shù)相對(duì)有線接入技術(shù)來說，有成本低、使用靈活、建設(shè)快捷的優(yōu)勢(shì)，在接入網(wǎng)中起著不可替代的作用．
擴(kuò)頻微波主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面．語音接入(點(diǎn)對(duì)點(diǎn))；數(shù)據(jù)接入；視頻接入；多媒體接入；因特網(wǎng)(Internet)接入。
四、結(jié)語
擴(kuò)頻通信是通信的一個(gè)重要分支和發(fā)展方向，是擴(kuò)頻技術(shù)與通信相結(jié)合的產(chǎn)物。本文主要論述了擴(kuò)頻通信的特點(diǎn)、理論可行性及典型的工作方式。擴(kuò)頻通信的強(qiáng)抗干擾性、低截獲性、良好的抗多路徑干擾性和安全性等特點(diǎn)，使它的應(yīng)用迅速從軍用擴(kuò)展到民用通信中，它的易于實(shí)現(xiàn)碼分多址的特點(diǎn)，使它能與第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)完美結(jié)合，發(fā)展前景極為廣闊。
參考文獻(xiàn)：
篇6
目前，變電站系統(tǒng)自動(dòng)化正成為一種不可改變的趨勢(shì)，其監(jiān)控和通信系統(tǒng)的重要性日益凸顯。變電站現(xiàn)有測(cè)控系統(tǒng)多采用有線通信方式，但是，有線通信的弊端是顯而易見的，例如傳輸線鋪設(shè)復(fù)雜、不易檢修和維護(hù)，長距離傳輸線易受電磁千擾的影響等等。而無線通信則具有運(yùn)行可靠、安裝靈活。成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，尤其是在需要實(shí)時(shí)監(jiān)控變電站信息的情況下，無線通信更是具有極大的優(yōu)勢(shì)。
現(xiàn)有無線通信方式主要有ieee802.11b/g、藍(lán)牙、zigbee. gprs/gsm等。而zigbee技術(shù)更是以安全性高、響應(yīng)時(shí)間快、占用系統(tǒng)資源低、成本低以及能耗低等諸多優(yōu)點(diǎn)成為變電站實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中首選的無線通信技術(shù)。zigbee技術(shù)是專門針對(duì)無線傳感器開發(fā)的，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在變電站中的應(yīng)用研究尚處于起步階段，其研究重點(diǎn)主要放在配電網(wǎng)自動(dòng)化以及溫度、電能在線監(jiān)測(cè)方面，然而，變電站高強(qiáng)電磁環(huán)境對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的影響的研究還相對(duì)缺失。因此本文對(duì)變電站的干擾和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的調(diào)制技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在變電站中的應(yīng)用的可行性進(jìn)行論證。
1變電站中的電盛千擾
變電站內(nèi)部具有復(fù)雜的電磁環(huán)境，因此必須對(duì)各種典型的電磁干擾源進(jìn)行詳細(xì)的分析。變電站存在的典型的電磁干擾源有:50hz工頻電磁場(chǎng);設(shè)備出口短路引起的脈沖磁場(chǎng);電暈放電;靜電放電;局部放電;空氣擊穿燃弧;sf6間隙擊穿燃弧;真空間隙擊穿燃弧等。其中工頻電磁場(chǎng)和脈沖磁場(chǎng)對(duì)無線信號(hào)基本不會(huì)產(chǎn)影響。
1. 1靜電放電和局部放電
兩個(gè)具有不同靜定電位的物體，由于直接接觸或靜電場(chǎng)感應(yīng)引起兩物體間的靜電電荷的轉(zhuǎn)移。靜電電場(chǎng)的能量達(dá)到一定程度后，擊穿其間介質(zhì)而進(jìn)行放電的現(xiàn)象就是靜電放電。當(dāng)外加電壓在電氣設(shè)備中產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)，足以使絕緣區(qū)域發(fā)生放電，但在放電區(qū)域內(nèi)未形成固定放電通道的這種放電現(xiàn)象，稱為局部放電。兩者都是小絕緣間隙、小能量放電的擊穿。
這兩種放電產(chǎn)生輻射干擾在幾百khz以內(nèi)，且能量低，衰減快，因此對(duì)無線通信不會(huì)造成影響。
1.2電暈放電和空氣擊穿放電
電力導(dǎo)線在高壓強(qiáng)電場(chǎng)作用下，可能對(duì)周圍空間產(chǎn)生游離放電的電暈。導(dǎo)線表面的機(jī)械損傷、污染微?；蛘邔?dǎo)線附近的水滴、灰塵等，都會(huì)引起導(dǎo)線表面曲率變化，從而使得點(diǎn)位梯度達(dá)到空氣介質(zhì)的擊穿介質(zhì)。因此，在電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中電暈的產(chǎn)生幾乎是不可避免的。
由圖1可見電暈放電的輻射信號(hào)主要集中在78mhz和180mhz附近的兩個(gè)包絡(luò)內(nèi)，并且最大信號(hào)強(qiáng)度僅為一40dbmw。
由圖2可知空氣間隙擊穿產(chǎn)生的電磁場(chǎng)帶寬較寬，主要集中在600mhz以下，并且干擾信號(hào)的強(qiáng)度很小，即使在580:mhz頻率附近也只有-35dbmw。
1.3開關(guān)操作干擾
變電站內(nèi)斷路器、隔離開關(guān)等一次設(shè)備在投切操作或開關(guān)故障電流時(shí)，由于感性負(fù)載的存在，開關(guān)觸頭開斷時(shí)，產(chǎn)生的電弧的熄滅和重燃可能在母線或線路上引起含有多個(gè)頻率分量的衰減振蕩波，通過母線或設(shè)備間的連線將暫態(tài)電磁場(chǎng)的能量向周圍空間輻射，形成輻射脈沖電磁場(chǎng)。設(shè)備操作干擾主要有sf6間隙擊穿和真空間隙擊穿所產(chǎn)生的輻射信號(hào)。
圖3. 4可知sf6間隙擊穿放電和真空間隙擊穿放電所產(chǎn)生的干擾信號(hào)覆蓋頻段很寬，且在整個(gè)頻帶范圍內(nèi)電磁信號(hào)的強(qiáng)度比較強(qiáng)，在2. 4ghz頻段，電磁信號(hào)的強(qiáng)度約為一40dbmw。
2無線傳感網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)頻技術(shù)
2.1 zigbee協(xié)議
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的zigbee協(xié)議的框架是建立在ieee802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)之上，ieee802. 15. 4定義}zigbee的物理層和媒體訪問層。ieee802. 15. 4定義了兩個(gè)物理層標(biāo)準(zhǔn)，分別是2. 4ghz物理層和868月i5mhz物理層。兩個(gè)物理層都基于直接序列擴(kuò)頻(dsss)技術(shù)，主要完成能量檢測(cè)、鏈路質(zhì)量指示、信道選擇以及數(shù)據(jù)發(fā)送和接收等功能。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)輸出2.4ghzism頻段直接序列擴(kuò)頻信號(hào)，輸出功率大于一17dbm，工作頻段2. 405^2. 480ghz 。
2. 2直接序列擴(kuò)頻技術(shù)
擴(kuò)頻是利用與信息無關(guān)的為隨機(jī)碼，通過調(diào)制的方法將己調(diào)制的頻譜寬度擴(kuò)展到比原調(diào)制信號(hào)的帶寬寬得多的過程。常用的擴(kuò)頻技術(shù)有調(diào)頻、混合擴(kuò)頻和直接序列擴(kuò)頻等。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)。
直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)就是用具有高碼率的偽隨機(jī)(pn)序列，在發(fā)送端擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，在接受端用相同的pn序列對(duì)信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)，還原出原始信號(hào)。
3變電站干擾對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的形晌
變電站的電磁干擾主要分為兩部分:0~300mhz低頻部分、2. 4~2. 5ghz同頻帶寬。
1)電暈放電和空氣擊穿所產(chǎn)生的低頻干擾的頻帶離無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作頻段2. 4ghz很遠(yuǎn)，并且強(qiáng)度小于一40dbmw，可以通過低通濾波器進(jìn)行處理，因此對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線通信基本沒有影響。
2) sf6間隙擊穿放電和真空間隙擊穿放電所產(chǎn)生的電磁干擾在2. 405ghz~2. 485ghz頻帶內(nèi)也有較強(qiáng)的信號(hào)存在，在間隙擊穿電壓為i5kv左右時(shí)電磁強(qiáng)度達(dá)到一40dbmv。變電站現(xiàn)場(chǎng)的擊穿電壓可能會(huì)更高，電磁強(qiáng)度也就更高，因此對(duì)無線通信會(huì)有一定的影響。但是同頻干擾對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的影響是很小的，這可以通過兩方面說明:
①無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，直接序列擴(kuò)頻技術(shù)的抗干擾能力是由于接收機(jī)將擴(kuò)頻后的信號(hào)再次與擴(kuò)頻碼相乘還原出原始信號(hào)，同時(shí)干擾信號(hào)也在接收端與擴(kuò)頻碼相乘從而將其頻帶展寬，干擾信號(hào)能量也就分散到很寬的頻帶上，這樣2. 405ghz~2. 485ghz頻帶內(nèi)只有很小部分干擾信號(hào)能量，因此同頻噪聲對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信干擾是微乎其微的。
②sf6間隙擊穿放電和真空間隙擊穿放電產(chǎn)生瞬態(tài)電磁千擾，這種干擾只能持續(xù)很短的時(shí)間，因此對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的干擾也是瞬間的，瞬態(tài)電磁干擾結(jié)束，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也恢復(fù)正常。
篇7
DCT-Domain Image Watermarking Algorithm Based On CDMA
WANG Sheng-lei1, YANG Shi-ping1,2
(1.School of Computer Science and Information, Guizhou University, Guiyang 550025, China;2.Mingde College, Guizhou University, Guiyang 550004, China)
Abstract: Putting forward a new image watermarking algorithm which is robust many attacks,this paper applies Arnold places disorderly technique and CDMA spread spectrum technique, equilibrium Gold code is selected as spread spectrum sequence, make use ofWaston sense of vision model certains imbed strength,the imbed position is certained by the adaptting algorithm, a binary image is embedded to some DCT coefficients; taking advantage of correlation property of Gold code,watermark is extracted quickly on the precondition on which host image exists. The analysis of the algorithm and carry out process are given , the attack of Matlab experiments expressed the usefulness of algorithm. Compared with the former watermark algorithm,the safety of watermarking is greatly improved, and it is robust to standard JPEG compression, noising, filtering and cropping attacks.
Key words: digital watermarking; arnold places disorderly technique; waston sense of vision model; gold sequence; code division multiple acces(CDMA); discrete cosine transform(DCT)
數(shù)字水印技術(shù)是信息隱藏技術(shù)的一個(gè)分支,其基本思想是在數(shù)字媒體中嵌入版權(quán)保護(hù)信息,以防止對(duì)宿主媒體信息進(jìn)行篡改和未經(jīng)授權(quán)的拷貝和分發(fā)[1-2]。從本質(zhì)上講,數(shù)字水印處理可以看作一種通信過程[3],即在滿足不可見性的前提下在水印的嵌入者與接收者之間傳遞一條信息。因此許多數(shù)字通信的理論和方法都可以應(yīng)用到數(shù)字水印系統(tǒng)中[4]。
CDMA無線通信系統(tǒng)具有抗干擾性強(qiáng)、保密性好、截獲率低等優(yōu)點(diǎn),因此把CDMA技術(shù)應(yīng)用到數(shù)字水印系統(tǒng)中是一種安全有效的方法。Ruanaidh[5]等于1998年首先提出采用DS-CDMA技術(shù)實(shí)現(xiàn)CDMA擴(kuò)頻水印,首先將分組后的水印信息以字符序列的形式擴(kuò)頻到m序列上,然后進(jìn)行CDMA擴(kuò)頻編碼,最后對(duì)原始載體圖像進(jìn)行128×128分塊DCT變換,將編碼以后的水印信息嵌入到DCT系數(shù)上。但由于受到m序列地址個(gè)數(shù)的限制,作者只在DCT域上嵌入了19個(gè)字符,嵌入容量較小且安全性低。
由于數(shù)字圖像的JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)建立在DCT變換的基礎(chǔ)上,所以基于JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)模型的水印嵌入算法可以更好地抵抗JPEG壓縮處理,本文的水印算法便基于DCT域。本文針對(duì)文獻(xiàn)[5]中嵌入容量和安全性受限的不足并結(jié)合DCT域嵌入水印的優(yōu)點(diǎn),提出了一種采用CDMA技術(shù)在圖像DCT域的中低頻分量嵌入水印信息的改進(jìn)算法。
1 算法
算法分為水印生成、水印嵌入和水印提取三個(gè)步驟。
1.1 水印的生成
為增強(qiáng)水印的安全性和抗攻擊能力,原始水印在被嵌入之前需經(jīng)過Arnold置亂和CDMA擴(kuò)頻兩個(gè)步驟,其生成框圖如圖1所示。
1)原始二值水印生成
本文所使用的水印圖像為40×40的gzu.bmp,為增強(qiáng)水印的抗剪切能力,先利用Arnold置亂算法對(duì)原始水印圖像進(jìn)行最佳置亂(置亂次數(shù)為3),置亂后的水印圖像見圖4。然后將原始水印圖像信息轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制流,為使其能被9整除在二進(jìn)制碼流后加上2位變?yōu)閙,長度為N(N=1602)即:
m={mi | mi={0,1},0≤i≤1601}
將m序列以9比特為一組(作為一個(gè)字符),共生成178個(gè)字符,其產(chǎn)生的字符串可表示為:
s={si | 0≤si≤511,0≤i≤177}
2)生成Gold序列集
采用Gold序列作為擴(kuò)頻序列。通過對(duì)兩組m序列優(yōu)選對(duì)移項(xiàng)相加得到Gold序列集。選用的兩組m序列的生成多項(xiàng)式為1021和1131(八進(jìn)制)。一共生成了29+1=513個(gè)長度為29-1=511的Gold序列集:
pi={pij | pij∈{1,-1},0≤j≤510,0≤i≤512}
3)CDMA編碼
為每一個(gè)字符si從Gold序列集中找到下標(biāo)為si的偽隨機(jī)序列:
ri=psi,0≤i≤177
最后把所有的選出的偽隨機(jī)序列串聯(lián)起來就可構(gòu)成最終的擴(kuò)頻序列:
1.2 水印嵌入
水印嵌入分為利用自適應(yīng)位置算法確定嵌入位置、利用自適應(yīng)強(qiáng)度算法確定嵌入強(qiáng)度和DCT域嵌入水印三個(gè)步驟。
1)位置自適應(yīng)算法
本論文為實(shí)現(xiàn)嵌入位置的自適應(yīng)性,提出了以下位置自適應(yīng)算法:分塊DCT變換中低頻系數(shù)的首位置M1是隨著塊的均值不同而改變的,對(duì)于各8×8塊,其計(jì)算方法為:先計(jì)算該快64個(gè)像素和,然后取余16,得到余數(shù)加6,即
該算法的安全性和魯棒性比較高,但是水印提取時(shí)需要原始水印的參與,即不可實(shí)現(xiàn)盲提取。
本算法采用的載體水印圖像為一608×608的Lena.bmp灰度圖像。根據(jù)每一個(gè)圖像塊的平均亮度大小,利用上式確定第i(1≤i≤5776)塊DCT中低頻系數(shù)的起始位置Mi,所有的起始位置組合起來便形成了起始位置序列{P(k),1≤k≤5776}。
2)強(qiáng)度自適應(yīng)算法
本論文利用Waston視覺模型對(duì)不同的塊進(jìn)行分類,從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水印嵌入強(qiáng)度進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié),在確保水印不可見的同時(shí)有效地增強(qiáng)水印的強(qiáng)度。
本文根據(jù)Watson模型,綜合考慮頻率掩蔽、亮度掩蔽和對(duì)比度掩蔽3種效應(yīng),得出DCT頻率分量的最佳嵌入強(qiáng)度序列{Tc(k,i,j),1≤k≤5776,1≤i,j≤8},其中Tc(k,i,j)表示第k塊第i行第j列的頻率分量最佳嵌入強(qiáng)度。
3)DCT域嵌入算法
本為算法是對(duì)圖I進(jìn)行分塊DCT操作的,首先對(duì)原始圖像I分成K個(gè)不重疊的8×8子塊,即:
其中,M和N分別為原始圖像的長和寬;然后分塊進(jìn)行DCT變換,即:
把每一塊DCT變換系數(shù)按“之“字形進(jìn)行排序,將其轉(zhuǎn)化為一維描述(,0≤u≤64),將每一塊的嵌入強(qiáng)度系數(shù)三維矩陣(Tc(k,i,j),1≤k≤5776,0≤i,j
嵌入完成后進(jìn)行反“之”字形排列,再進(jìn)行IDCT變換:
所有子快都進(jìn)行上述操作,就能得到嵌入水印后的圖像。水印嵌入框圖如圖2所示。
1.3 水印的提取
首先根據(jù)原始載體圖像利用位置與強(qiáng)度確定算法確定每一塊圖像的嵌入強(qiáng)度和嵌入位置,然后將原始圖像和水印化圖像分別進(jìn)行分塊(8×8)DCT變換,分別對(duì)各塊”之”字排列,按照嵌入位置和嵌入強(qiáng)度取其差值,提取出置亂后水印信息的擴(kuò)頻序列:
利用密鑰生成正交Gold序列集:
按每組長度為511把生成的擴(kuò)頻水印序列w'進(jìn)行分組:
把擴(kuò)頻序列的一個(gè)分組r'i與正交Gold序列集中的每一個(gè)Gold序列分別做相關(guān)運(yùn)算:
取其中互相關(guān)系數(shù)最大的那個(gè)Gold序列的下標(biāo)記為si,將生成的所有下標(biāo)串聯(lián)起來即可生成一個(gè)字符串:
把生成的字符串序列轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制,則可得提取到的水印序列:
把水印序列的最后2位去掉,再轉(zhuǎn)化為40×40的矩陣即得到置亂后的水印圖像的數(shù)據(jù)矩陣,最后利用圖像置亂算法(置亂次數(shù)為27)即可得到提取的水印圖像。水印提取框圖如圖3所示。
1.4 試驗(yàn)結(jié)果
仿真實(shí)驗(yàn)中,原始圖像為320×320的Lena灰度測(cè)試圖像,二值水印圖像為gzu.bmp。圖4給出原始圖像、水印圖像和水印化的載體圖像以及未受攻擊提取的水印圖像。由圖像可以看出,單純從視覺很難判斷水印化圖像與原始圖像的區(qū)別,本文算法的未受攻擊測(cè)試的水印化載體圖像與原始圖像的PSNR=36.3646,因此,不可見性良好,且從視覺上也可判斷其具有良好的不可見性。
主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括:JPEG壓縮攻擊,壓縮率最低到15%;不同程度的剪切攻擊;分別加入高斯噪聲、椒鹽噪聲和乘積噪聲,即噪聲攻擊,中值濾波攻擊,圖像直方圖化,圖像變亮或變暗,增加或降低對(duì)比度等攻擊。
(a)原始cdma_lena.bmp圖像 (b)原始水印圖像
(c)置亂后的水印圖像 (d)水印化cdma_lena,bmp圖像
(e)未受攻擊提取的水印圖像
圖4原始圖像
1.5 試驗(yàn)結(jié)果分析
從實(shí)驗(yàn)給出的測(cè)試圖像和測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出,本文算法對(duì)基本的圖像處理具有很強(qiáng)的魯棒性,從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看出,處理后的圖像與水印化圖像的峰值信噪比有明顯的降低,但是提取出的水印質(zhì)量還是較好,尤其是對(duì)直方圖均勻化、亮度和對(duì)比度的變化以及乘積噪聲等攻擊具有較強(qiáng)的抗干擾性。由于本文在嵌入水印之前把水印進(jìn)行了置亂,所以使本論文對(duì)剪切處理具有較強(qiáng)的魯棒性,對(duì)于橫切處理,雖然提取的水印不是很清晰,但足以證明水印的存在性;零星剪切處理后,已經(jīng)把人類感興趣的部分切掉,由于剪切面積不是很大,所以,還能提起出水印,用視覺可以判斷出水印的存在;對(duì)于中間縱切和中間剪切的圖像處理,從攻擊圖像可以看出,人類感興趣的重要部分基本完全切掉,只剩下背景部分,這樣的圖像已經(jīng)沒有應(yīng)用價(jià)值,因此是否能提取出水印已經(jīng)不是那么重要了,但是,根據(jù)本文算法,仍然提取了水印圖像,只不過與原始水印
圖像相比,PSNR值較小,但用肉眼也能勉強(qiáng)分辨出水印圖像的內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)證明無論從所給出的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)來看,還是用視覺判斷,都成功的實(shí)現(xiàn)了水印的提取。與文獻(xiàn)[5]相比其魯棒性有顯著提高,特別是針對(duì)JPEG壓縮和剪切攻擊;同時(shí)由于本文利用到了自適應(yīng)算法,使水印系統(tǒng)安全性與文獻(xiàn)[5]相比有所提高。
本文算法也有不足之處,就是對(duì)圖像的旋轉(zhuǎn)測(cè)試不魯棒,因?yàn)榍度胛恢檬枪潭ǖ?待測(cè)圖像旋轉(zhuǎn)一定角度后,所有的圖像數(shù)據(jù)都移位了,在檢測(cè)時(shí)應(yīng)用本文算法找不到所嵌入的起始位置,導(dǎo)致不能正確提取水印。但是利用Hough變換法進(jìn)行直線提取其邊緣,然后矯正其圖像的旋轉(zhuǎn)角度,矯正之后就可以提取水印了。
2 總結(jié)
本文針對(duì)二值(圖像)水印,提出了一種在水印結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面使用Gold碼的擴(kuò)頻水印方法。為提高水印系統(tǒng)的魯棒性,對(duì)原始水印圖像在嵌入前進(jìn)行了Arnold置亂處理;為增強(qiáng)水印系統(tǒng)的安全性,水印嵌入時(shí)使用了自適應(yīng)嵌入,在得不到原始載體圖像的情況下絕對(duì)得不到任何水印信息。與使用m序列或正交序列對(duì)作為擴(kuò)頻序列的方法相比,本文所提方法的優(yōu)點(diǎn)在于,利用了Gold碼地址數(shù)多、抗干擾力強(qiáng)的特點(diǎn),使得水印系統(tǒng)在抵抗各種噪聲、濾波和壓縮等攻擊方面具有更好的魯棒性。
當(dāng)然,對(duì)于水印信息的檢測(cè)和恢復(fù),本文所提方法需要原始載體圖像參與,這可能會(huì)給實(shí)際應(yīng)用帶來不便,但可以通過進(jìn)一步改進(jìn)算法來實(shí)現(xiàn)盲提取。另外,本文提出的方案仍有其他需要研究之處,比如水印結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的擴(kuò)頻碼長度、原始水印圖像在嵌入前的置亂次數(shù)、擴(kuò)頻碼分組策略等。
參考文獻(xiàn):
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篇8
在當(dāng)前,超寬帶通信技術(shù)已成為各科研機(jī)構(gòu)以及公司的研發(fā)重點(diǎn),新的技術(shù)以及實(shí)現(xiàn)方案不斷出現(xiàn),成千上萬的超寬帶通信芯片以及演示系統(tǒng)不斷問世。在IEEE802.16.2a、ECMA369
/368、IEEE802.15.5a等標(biāo)準(zhǔn)也已出臺(tái)。它們有一個(gè)共同的缺點(diǎn)就是對(duì)功率譜密度的嚴(yán)格約束并不能確保超寬帶通信在電磁兼容方面具有良好的性能,同時(shí)超寬帶通信的速率與距離主要受三大因素約束:1)信號(hào)信道的容量大小;2)通信信息處理過程中的能量耗散;3)頻率衰減等。同時(shí),高速通信實(shí)現(xiàn)難度大以及通信過程中,功率耗散嚴(yán)重等因素同樣制約著超寬帶技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。從而使得超寬帶通信技術(shù)在許多應(yīng)用場(chǎng)景的優(yōu)勢(shì)并沒有得到充分的體現(xiàn)。
本文就超寬帶通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)模型,探討其6種滿足功率譜密度約束與6種不滿足功率譜密度約束的應(yīng)用場(chǎng)景,為后面改技術(shù)的應(yīng)用以及優(yōu)化提供借鑒。
1 方案實(shí)現(xiàn)原理
現(xiàn)在,可以通過多種路徑實(shí)現(xiàn)超寬帶通信。本節(jié)建立了超寬帶通信實(shí)現(xiàn)方案的構(gòu)架,從而可以對(duì)實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行有效的分類以及效率評(píng)估。其實(shí)現(xiàn)方案的構(gòu)架如圖1。實(shí)現(xiàn)方案由各個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的功能模塊構(gòu)成。以應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的需要,對(duì)各子功能塊進(jìn)行分類重組。同時(shí),可合理調(diào)整模塊順序以及選擇性地對(duì)模塊進(jìn)行配置,從而構(gòu)成具有不同功能的應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)方案[1]。
由圖1可知,四大模塊:1)基帶調(diào)制;2)抗多路徑處理;3)擴(kuò)頻;4)載波變頻共同決定著超寬帶通信系統(tǒng)的豬妖特征。而對(duì)于基帶調(diào)制模塊主要包括:PPM、BOK、PSK、PAM、OOK、QAM、FSK等7種工作形式;抗多路徑的功能塊的實(shí)現(xiàn)形式有4種:1)時(shí)域均衡(TDE);2)RAKE;3)OFDM;4)頻域均衡(FDE)。擴(kuò)頻功能塊的實(shí)現(xiàn)形式主要包括4種:1)直接序列擴(kuò)頻(DSSS);2)跳頻擴(kuò)頻(FHSS);3)跳時(shí)擴(kuò)頻(THSS);4)線性調(diào)頻擴(kuò)頻(CSS)。載波功能塊的實(shí)現(xiàn)形式主要有3種:1)無載波(CF);2)多載波(MC);3)單載波(SC)。
2 應(yīng)用場(chǎng)景
由于超寬帶通信系統(tǒng)具有有限的發(fā)射功率,因而其難易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信,同時(shí)其通信速率也被嚴(yán)重約束[2]。在超寬帶通信系統(tǒng)的發(fā)射功率恒定時(shí),雖然其通信鏈路預(yù)算是決定超寬帶通信距離與速率的主要因素,但針對(duì)具體的應(yīng)用場(chǎng)景,其特征又不盡相同。因系統(tǒng)的抗多徑處理性能,擴(kuò)頻增益以及硬件芯片電路等可使系統(tǒng)的通信速率與距離在局部范圍實(shí)現(xiàn)通信性能、實(shí)現(xiàn)難度以及功率損耗的最優(yōu)配置,從而實(shí)現(xiàn)在實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景中具有一定的優(yōu)勢(shì)。采取該策略,在滿足功率譜密度的小于-42.3dBm/MHz的約束的同時(shí),6種應(yīng)用場(chǎng)景如表1所示。對(duì)于功率譜密度處于8.8dBm/MHz的發(fā)射信號(hào),不滿足功率譜密度約束的應(yīng)用場(chǎng)景,本文提出了6種實(shí)現(xiàn)方案如表2所示。值得注意的是,表中的通信距離與速率僅是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的全天線情況,對(duì)于多天線與定天線情形不予考慮。
表中標(biāo)注:“R”為射頻(Radio Frequency)電路;“P”為物理層(PHF)基帶處理;“RP”為“R”+”P”的組合;“A”為通信芯片的有效面積,mm2。
3 結(jié)論
目前,超寬帶通信技術(shù)已日趨成熟,但對(duì)于其應(yīng)用場(chǎng)景的綜合性能方面的分析還比較欠缺。本文以現(xiàn)有的研究為基礎(chǔ),對(duì)其實(shí)現(xiàn)方案的模型進(jìn)行了詳細(xì)的分析,同時(shí)以是否滿足功率譜密度約束為條件,采用超寬帶通信、速率以及功率損耗等作為主要的分析指標(biāo),提出了6種滿足約束條件的該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案的應(yīng)用場(chǎng)景,對(duì)超寬帶通信技術(shù)的應(yīng)用提供了有力的參考依據(jù)。
篇9
混沌擴(kuò)頻通信使用混沌序列代替擴(kuò)頻通信的PN 碼，混沌序列的研究為選擇擴(kuò)頻碼開辟了新的途徑?；煦缡怯纱_定性方程產(chǎn)生的，只要方程參數(shù)和初值確定就可以重現(xiàn)混沌現(xiàn)象，而且由于它對(duì)初值極端敏感，所以混沌過程既非周期又不收斂[3].從理論上，混沌序列是非周期序列，具有逼近于高斯白噪聲的統(tǒng)計(jì)特性，并且混沌序列數(shù)目眾多，更適合應(yīng)用于擴(kuò)頻通信中作為擴(kuò)頻序列碼。混沌系統(tǒng)有著對(duì)初始條件特別敏感的特點(diǎn)，對(duì)于一個(gè)確定的混沌系統(tǒng)，兩個(gè)非常接近的初始條件（或參數(shù)）經(jīng)過長時(shí)間發(fā)展后，可以輸出完全不相關(guān)的結(jié)果。這樣就可以很方便的產(chǎn)生出大量的不相關(guān)的混沌序列，只需通過簡單的改變初始值。同時(shí)，這些混沌序列具有良好的相關(guān)特性，從有限長序列中不可能導(dǎo)出系統(tǒng)的初始條件，從而可達(dá)到保密通信的目的，這些特點(diǎn)使得混沌系統(tǒng)很適合于產(chǎn)生擴(kuò)頻通信中系統(tǒng)性能優(yōu)良的擴(kuò)頻序列。由此，本文用混沌序列作為擴(kuò)頻序列進(jìn)行了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的Simulink 建模仿真，仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方法的正確性，先進(jìn)性。
2 混沌擴(kuò)頻的基本原理
2.1 混沌擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的框圖設(shè)計(jì)
該擴(kuò)頻系統(tǒng)的原理框圖如圖1 所示，它按功能主要可以分為5 個(gè)部分：混沌序列產(chǎn)生部分、擴(kuò)頻調(diào)制部分、信道部分、解擴(kuò)部分和誤碼比較部分。信號(hào)在系統(tǒng)的處理過程為：
（1）先由信源端隨機(jī)生成準(zhǔn)備傳送的有用信號(hào)，有用信號(hào)經(jīng)過信息調(diào)制形成數(shù)字信號(hào)。
（2）然后由混沌序列生成模塊產(chǎn)生混沌序列去調(diào)制數(shù)字信號(hào)以展寬信號(hào)的頻譜，將擴(kuò)展頻譜的寬帶信號(hào)經(jīng)信道傳送，疊加上信道噪聲。
（3）經(jīng)過信道傳送以后，由本地產(chǎn)生的與發(fā)送端相同的混沌序列去完成相關(guān)檢測(cè)，即將收到的寬頻信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)。
（4）經(jīng)過解擴(kuò)的信號(hào)再經(jīng)過信息解調(diào)，恢復(fù)出發(fā)送的信號(hào)。將恢復(fù)出的信號(hào)與發(fā)送端的原始信號(hào)同時(shí)送入誤碼比較器進(jìn)行比較，計(jì)算出系統(tǒng)的誤碼率。
2.2 混沌序列性質(zhì)分析
目前應(yīng)用于產(chǎn)生擴(kuò)頻偽隨機(jī)序列碼的混沌映射主要有：Logistic 映射、改進(jìn)型Logistic映射、Chebyshev 映射和Tent 映射。這幾種混沌映射都屬于離散時(shí)間混沌系統(tǒng)，是目前研究較為集中的幾種映射。本文中選用Logistic 映射動(dòng)力方程[4].它具有很好的自相關(guān)性和互相關(guān)抑制性。 對(duì)于保密通信而言，既要求對(duì)初值的敏感性又要求信號(hào)的隨機(jī)性，敏感性越強(qiáng)同時(shí)隨機(jī)性越好，則保密性越強(qiáng)。這些特性可由概率統(tǒng)計(jì)特性均值、自相關(guān)和互相關(guān)性來定量描述。
當(dāng)混沌序列無限長時(shí)，Logistic 序列的自相關(guān)特性和白噪聲是一致的。Logistic 序列越長，互相關(guān)性越好。在碼分多址系統(tǒng)中，最主要的干擾是多址干擾，衡量抗多址干擾能力的主要指標(biāo)主要是碼間互相關(guān)性的大小。利用概率密度函數(shù)，可以計(jì)算得到所關(guān)心的一些統(tǒng)計(jì)特性p（x）關(guān)于偶對(duì)稱，自相關(guān)函數(shù)近似為δ 函數(shù)，互相關(guān)為零。其概率統(tǒng)計(jì)特性與白噪聲一致，適合于在保密通信中的應(yīng)用。
2.3 混沌序列與PN 序列的比較
在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，大都采用線性或非線性移位寄存器產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼作為擴(kuò)頻序列，例如，m序列和Gold 序列。然而，這些序列碼集中的碼個(gè)數(shù)都很有限。在具有大容量的CDMA通信系統(tǒng)中，這些序列的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了容量的要求。另外，他們提供的保密性也很有限，容易破譯。根據(jù)以上所述的混沌序列的特性，可將混沌序列代替一般的偽隨機(jī)序列來作為擴(kuò)頻系統(tǒng)的擴(kuò)頻序列，即所謂的混沌擴(kuò)頻序列。
使用混沌擴(kuò)頻序列主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)[5]: （2）混沌序列容易產(chǎn)生和存儲(chǔ)。混沌序列只需要一個(gè)模型和初始條件就可以產(chǎn)生，而m序列、Gold 碼等PN 序列，由多級(jí)移位寄存器或其它延遲元件通過線性反饋產(chǎn)生，要獲得不同的隨機(jī)序列，必須對(duì)其產(chǎn)生的隨機(jī)二進(jìn)制序列進(jìn)行緩存，不如混沌序列產(chǎn)生方便。
（3）混沌序列對(duì)初始參數(shù)極其敏感，即使對(duì)相差為10?6的兩個(gè)初值，經(jīng)過混沌模型數(shù)次迭代后產(chǎn)生的序列也將變得毫不相關(guān)，這樣可通過混沌模型產(chǎn)生大量不相關(guān)的序列。而m序列和Gold 碼序列長度只能固定，并且序列的數(shù)量有限。
（4）混沌序列的保密性要好于PN 序列。混沌序列具有確定的、隨機(jī)的和不可預(yù)測(cè)的特征，并且具有連續(xù)寬頻譜特征?；煦缦盗袥]有周期，類似于一個(gè)隨機(jī)過程，且任意截取一段序列，均不能預(yù)測(cè)出整個(gè)序列，不同于普通擴(kuò)頻系統(tǒng)中的偽隨機(jī)序列。
可見，混沌序列用于擴(kuò)頻調(diào)制，理論上可以進(jìn)一步改善其性能。
3 MATLAB/SIMULINK 簡介
MATLAB 是美國Mathworks 公司生產(chǎn)的一個(gè)為科學(xué)和工程計(jì)算專門設(shè)計(jì)的交互式大型軟件，是一個(gè)可以完成各種精確計(jì)算和數(shù)據(jù)處理的、可視化的、強(qiáng)大的計(jì)算工具。MATLAB軟件包括兩大部分：數(shù)值計(jì)算和工程仿真。其數(shù)值計(jì)算部分提供了強(qiáng)大的矩陣處理和繪圖功能；在工程仿真方面，MATLAB 提供的軟件支持幾乎遍布各個(gè)工程領(lǐng)域，并且不斷加以完善。SIMULINK 是基于框圖的仿真平臺(tái)，它掛接在MATLAB 環(huán)境上，以MATLAB 強(qiáng)大的計(jì)算功能為基礎(chǔ)，以直觀的模塊框圖進(jìn)行仿真和計(jì)算。在SIMULINK 環(huán)境下使用通信系統(tǒng)仿真模塊庫中的模塊，可以很方便的進(jìn)行通信系統(tǒng)的仿真，直觀的圖形輸出讓我們可以很清楚地看到仿真結(jié)果。
4 混頻擴(kuò)頻系統(tǒng)的建模與實(shí)現(xiàn)
4.1 混沌擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真模型設(shè)計(jì)
在 simulink 環(huán)境下，在通信系統(tǒng)仿真模塊庫中選擇本系統(tǒng)仿真所需要的各個(gè)模塊，搭建仿真模型，如圖3 所示。
4.2 系統(tǒng)仿真結(jié)果與性能分析
5 結(jié)論
本文給出了一種基于MATLAB/SIMULINK 的混沌擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真模型，驗(yàn)證了基于混沌序列的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的工作機(jī)理。從仿真的結(jié)果中的誤碼率和信號(hào)波形兩個(gè)方面都可以驗(yàn)證利用混沌序列進(jìn)行擴(kuò)頻通信是一種更為優(yōu)良、可靠的通信傳輸手段。本文所設(shè)計(jì)的仿中國科技論文在線真框圖，具有良好的性能和可視化的優(yōu)點(diǎn)，下一步可以研究具有自適應(yīng)特性的、對(duì)調(diào)制方式、載波數(shù)、擴(kuò)頻碼的參數(shù)可以適時(shí)更改的、更加智能化和實(shí)用化的混沌序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。隨著第三代通信的發(fā)展，保密傳輸變得越來越重要了，混沌序列直接擴(kuò)頻提供了比傳統(tǒng)的擴(kuò)頻系統(tǒng)更好安全性[7].比如非周期性、對(duì)初始值及參數(shù)的敏感性、非二元性、偽隨機(jī)性等都在傳輸安全中有更好的優(yōu)越性，再加上混沌序列具有無窮的多樣性，從而為通信質(zhì)量和系統(tǒng)容量的提高奠定了理論基礎(chǔ)[8, 9]。
[2] 胡健棟，鄭朝輝等。碼分多址與個(gè)人通信[M].北京人民郵電出版社，1996.
篇10
目前，我國大型石化企業(yè)在廠內(nèi)的通訊方式，一般仍然采用傳統(tǒng)的有線傳輸方式，即依靠有線通訊電纜來傳輸信號(hào)，配合以傳統(tǒng)的程控交換機(jī)和防爆電話，防爆揚(yáng)聲器等等設(shè)備終端來實(shí)現(xiàn)在防爆區(qū)與非防爆區(qū)之間的通訊。這樣的通訊系統(tǒng)龐大，線纜眾多不易于人員維護(hù)，加之廠區(qū)內(nèi)部腐蝕性氣體，工作環(huán)境，自然環(huán)境等經(jīng)年累月極容易造成設(shè)備的線纜損壞，影響通訊，由于是有線電纜連接在事故發(fā)生時(shí)更加容易遭受破壞。一旦通訊中斷，對(duì)企業(yè)的事故救援，員工的人身安全，都造成巨大的損失。所以要大力發(fā)展無線通訊網(wǎng)絡(luò)在企業(yè)的應(yīng)用。 1、無線通訊技術(shù)的重要作用
石化工廠廠區(qū)面積大，人員分布散，防爆區(qū)內(nèi)移動(dòng)作業(yè)人員和零散作業(yè)人員眾多。無線通訊系統(tǒng)對(duì)滿足人員通訊需要，加強(qiáng)防爆區(qū)內(nèi)分布人員的動(dòng)態(tài)管理，優(yōu)化廠區(qū)網(wǎng)路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)安全生產(chǎn)，調(diào)度指揮的有線，無線互聯(lián)互通，相互結(jié)合的信息傳遞，保證企業(yè)安全高效的生產(chǎn)具有十分重大的現(xiàn)實(shí)意義。
2、常用的無線通訊技術(shù)分析
目前廣泛應(yīng)用的無線通訊技術(shù)主要有GPRS/CDMA、數(shù)傳電臺(tái)、擴(kuò)頻微波、無線網(wǎng)橋及衛(wèi)星通信、短波通信技術(shù)等。 2.1 數(shù)字電臺(tái)用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)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(jì)算機(jī)、RTU、PLC等數(shù)據(jù)終端連接，實(shí)現(xiàn)透明傳輸。數(shù)傳電臺(tái)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(tái)技術(shù)比較成熟，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。但隨著GPRS/CDMA技術(shù)的日漸成熟，相應(yīng)的設(shè)備價(jià)格的降低，使得在很多應(yīng)用場(chǎng)合中數(shù)傳電臺(tái)被GPRS/CDMA所取代。但同時(shí)，數(shù)傳電臺(tái)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(tái)也不斷涌現(xiàn)。
2.2 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(shí)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(duì)點(diǎn)網(wǎng)間互聯(lián)而設(shè)計(jì)。它是一種在鏈路層實(shí)現(xiàn)LAN互聯(lián)的存儲(chǔ)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(xiàng)技術(shù)都可以用來傳輸對(duì)帶寬要求相當(dāng)高的視頻監(jiān)控等大數(shù)據(jù)量信號(hào)傳輸業(yè)務(wù)。
3、短距離無線通訊技術(shù)簡介
“藍(lán)牙（Bluetooth）”是一個(gè)開放性的、短距離無線通訊技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也是目前國際上最新的一種公開的無線通訊技術(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)各種通訊設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)無縫資源共享，也可以實(shí)現(xiàn)在各種數(shù)字設(shè)備之間的語音和數(shù)據(jù)通訊。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(dòng)通訊設(shè)備，使設(shè)備去掉了連接電纜的不便，通過無線建立通訊。 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(Frequency Hopping)和時(shí)分多址(Time Division Multi-access—TDMA)等先進(jìn)技術(shù)，為固定與移動(dòng)設(shè)備通訊環(huán)境建立一個(gè)特別連接。作為一個(gè)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)用最快的無線通訊技術(shù)，它必將在不久的將來滲透到生活的各個(gè)方面。
4、超寬帶(UWB)技術(shù)研究
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)等通訊設(shè)備中使用。隨著無線通訊的飛速發(fā)展，人們對(duì)高速無線通訊提出了更高的要求，超寬帶技術(shù)又被重新提出，并倍受關(guān)注。UWB是指信號(hào)帶寬大于500MHz或者是信號(hào)帶寬與中心頻率之比大于25%的無線通訊方案。與常見的使用連續(xù)載波通訊方式不同，UWB采用極短的脈沖信號(hào)來傳送信息，通常每個(gè)脈沖持續(xù)的時(shí)間只有幾十皮秒到幾納秒的時(shí)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。在高速通訊的同時(shí)，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(duì)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)通訊方式，它有望在無線通訊領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。UWB的特點(diǎn)如下：
4.1 抗干擾性能強(qiáng)：UWB采用跳時(shí)擴(kuò)頻信號(hào)，系統(tǒng)具有較大的處理增益，在發(fā)射時(shí)將微弱的無線電脈沖信號(hào)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。 4.2 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。 4.3 帶寬極寬：UWB使用的帶寬在1GHz以上，高達(dá)幾個(gè)GHz。超寬帶系統(tǒng)容量大，并且可以和目前的窄帶通訊系統(tǒng)同時(shí)工作而互不干擾。 4.4 消耗電能少：通常情況下，無線通訊系統(tǒng)在通訊時(shí)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(shí)才發(fā)送脈沖電波，所以消耗電能少。 4.5 保密性好：UWB保密性表現(xiàn)在兩方面：一方面是采用跳時(shí)擴(kuò)頻，接收機(jī)只有已知發(fā)送端擴(kuò)頻碼時(shí)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。 4.6 發(fā)送功率非常?。篣WB系統(tǒng)發(fā)射功率非常小，通訊設(shè)備可以用小于1mW的發(fā)射功率就能實(shí)現(xiàn)通訊。低發(fā)射功率大大延長了系統(tǒng)電源工作時(shí)間。 4.7 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(shí)更容易集成到CMOS電路中。
5、結(jié)束語
總之，無線通訊方式由于其建立物理鏈路簡單易行，成本低，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求及時(shí)調(diào)整項(xiàng)目方案，靈活性好，系統(tǒng)的功能擴(kuò)展方便，因此特別適合石化行業(yè)對(duì)通信鏈路的要求。
參考文獻(xiàn)
[1]方旭明，何蓉.短距離無線與移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)[M].北京：人民郵電出版社，2004.
篇11
一、 超短波通信技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀
超短波電臺(tái)在開始發(fā)展的時(shí)候體積較大，主要應(yīng)用于機(jī)載、車載、艦載或固定通信臺(tái)站。在現(xiàn)代，超短波電臺(tái)一般使用的是電子管，只有VHF頻段，通過電容或電感調(diào)諧放大，激勵(lì)器通過轉(zhuǎn)接多個(gè)倍頻和濾波，促進(jìn)多波道的實(shí)現(xiàn)。在器件和技術(shù)的限制下，超短波電臺(tái)在使用過程中存在的問題比較多，例如可靠性差、維護(hù)檢修困難等問題。
隨著電子元器件技術(shù)的發(fā)展，超短波電臺(tái)具有以下幾點(diǎn)更加顯著的優(yōu)勢(shì)：一是采用頻率合成器和電子存儲(chǔ)等先進(jìn)設(shè)備，從而提高了穩(wěn)定性;二是采用合成射頻功率，發(fā)射功率可以提高;三是采用自動(dòng)增益、自動(dòng)電壓等控制電路可以使整機(jī)的可靠性得以提高。目前隨著大量通信新技術(shù)的發(fā)展，超短波的應(yīng)用也越來越廣泛，并在應(yīng)用中不斷完善，逐步實(shí)現(xiàn)了全頻段和模塊化結(jié)構(gòu)以及大規(guī)模集成，并可以進(jìn)行傳輸保密性信息?，F(xiàn)在已經(jīng)研制出新一代的電臺(tái)，具有體積更小、集成化更高以及重量輕的優(yōu)勢(shì)，并且使頻段得到了擴(kuò)展，促進(jìn)了通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
二、 超短波通信新技術(shù)的概述
無線通信技術(shù)已經(jīng)在我國的各個(gè)領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，其電磁信號(hào)的密度大量增加，導(dǎo)致電磁環(huán)境變得復(fù)雜，這需要超短波具有更強(qiáng)的抗干擾性功能。以下介紹了幾種超短波通信新技術(shù)：
1、 擴(kuò)頻通信技術(shù)
擴(kuò)頻通信技術(shù)就是將頻譜通信進(jìn)行擴(kuò)展，它是通過擴(kuò)展函數(shù)將傳輸信息的頻譜擴(kuò)展為寬頻信號(hào)，接收端接收到信號(hào)之后把頻譜進(jìn)行還原，以此來獲得信息的一種通信方式。這種通信方式可以把相關(guān)信息隱藏在噪聲電平中，這樣很難使敵方發(fā)現(xiàn)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了抗干擾性的目的。在擴(kuò)頻通信中需要對(duì)擴(kuò)頻方式進(jìn)行合理的選擇，一般采用的是混合擴(kuò)頻方式與混沌直接序列擴(kuò)頻方式?；旌蠑U(kuò)頻方式的優(yōu)點(diǎn)是可以不受寬帶、單頻和中繼轉(zhuǎn)發(fā)干擾;混沌直接序列擴(kuò)頻方式的優(yōu)點(diǎn)是，可以有效控制系統(tǒng)的誤差，在保持其誤差不變的前提下，可以抵抗對(duì)二進(jìn)制混沌直接序列擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的解擴(kuò)方式，確保信息傳輸?shù)陌踩浴?/p>
2、 跳頻通信技術(shù)
為了使通信的抗干擾性功能進(jìn)一步提高，研發(fā)了跳頻通信技術(shù)，并被廣泛使用。跳頻通信技術(shù)就是通信雙方的載波頻率與偽隨機(jī)碼同步變化[1]。使用這種技術(shù)可以發(fā)揮抗干擾的作用，同時(shí)還可以使信息被截獲的概率有效降低。如果采用的是穩(wěn)定性較強(qiáng)的視距傳播方式的超短波技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)寬頻段或全頻段跳頻。另外，為了在通信中獲得有效的對(duì)抗效果，可以選擇折中方式，可以有效獲取最好的系統(tǒng)性能。例如為了使反應(yīng)速度更快，可以增大發(fā)射功率，為了加強(qiáng)跳頻對(duì)抗性能，可以增加信號(hào)寬帶。跳頻通信技術(shù)還有跳速高頻段集全等優(yōu)勢(shì)，它是抗干擾性通信中主要采用的技術(shù)。
3、 通信反對(duì)抗技術(shù)
隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，微處理器在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣泛。由于目前的病毒程序逐漸猖獗，給通信系統(tǒng)帶來了很大干擾，并可以通過無保護(hù)通信進(jìn)入指揮控制中心，所以一些發(fā)達(dá)國家正在研制潛伏式進(jìn)攻裝備。為了阻止病毒入侵，超短波電臺(tái)采取了輔助天線對(duì)抗的對(duì)策，即零位天線調(diào)整器，它可以對(duì)傳輸信號(hào)與干擾信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，從而使其抗干擾性能得到了有效提高。
4、 自適應(yīng)通信技術(shù)
通信的最基本的要求就是在短時(shí)間內(nèi)建立聯(lián)絡(luò)，自適應(yīng)通信技術(shù)的實(shí)施可使超短波具備自適應(yīng)的能力，可以不受環(huán)境影響而進(jìn)行有效地通信。自適應(yīng)通信技術(shù)主要有兩個(gè)環(huán)節(jié)，就是檢測(cè)預(yù)置信道(自動(dòng)信道檢測(cè))與對(duì)最佳的工作效率進(jìn)行自動(dòng)選擇(自動(dòng)頻率選擇)。不受外界因素的干擾，并可以增強(qiáng)抗干擾能力，同時(shí)還可以對(duì)中斷的線路進(jìn)行自動(dòng)接通和恢復(fù)。自適應(yīng)通信技術(shù)可根據(jù)信道質(zhì)量的好壞來對(duì)傳輸速率進(jìn)行合理選擇，同時(shí)還可以使誤碼率得到有效降低。自動(dòng)調(diào)整輸出功率，以此來提升通信的效率[2]。
三、 超短波通信新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
隨著人們對(duì)通信需求的提高，超短波通信技術(shù)也跟著進(jìn)一步發(fā)展起來[3]。使其通信設(shè)備在原有基礎(chǔ)上不斷智能化、模塊化、微型化和綜合化的方向發(fā)展。
1、 智能化
超短波電臺(tái)采用微控制器作為主控單元，使結(jié)構(gòu)簡單化，也提高了可靠性。在其功能中增加了智能化，使超短波電臺(tái)實(shí)現(xiàn)地址、工作方式和頻率以及密鑰等通信參數(shù)的預(yù)制和靜噪自動(dòng)調(diào)整、故障自動(dòng)檢測(cè)和定位、工作方式自動(dòng)調(diào)換和天線參數(shù)自動(dòng)匹配以及自適應(yīng)通信等。
2、 模塊化
超短波電臺(tái)的型號(hào)及種類有很多，這給電磁頻譜管理等方面帶來了一定的不便，所以需要超短波技術(shù)在發(fā)展中做好合理的規(guī)劃。其中功率合成技術(shù)是目前較為成熟的技術(shù)，按照功率等級(jí)將各種功率設(shè)計(jì)成積木式模塊，在通信時(shí)可按需求形成各種功率的電臺(tái)，促進(jìn)在不同距離中無線通信聯(lián)絡(luò)任務(wù)的順利完成。
3、 微型化
近年來較為成熟的新技術(shù)主要包括表面安裝技術(shù)和微帶技術(shù)以及片狀元件。其中微帶技術(shù)中的微帶線具有頻帶寬、器件匹配合理、體積小和成本低等優(yōu)勢(shì);片狀元件的體積比較小，重量比較輕;表面安裝技術(shù)可對(duì)片狀元件進(jìn)行快速安裝的一種技術(shù)，它可以通過一條自動(dòng)化流水線而完成任務(wù)。根據(jù)這些超短波通信新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可以使電臺(tái)的頻率提高、安裝速度加快、降低成本、功能消耗減小、便于輔助設(shè)計(jì)及制造等。
4、 綜合化
在通信中通過各種業(yè)務(wù)多樣化的需求，也對(duì)超短波功能有了綜合化的需求。隨著超短波綜合化的迫切需求，指出了一部超短波電臺(tái)需要具備通話和電報(bào)以及圖像的功能。各種通信業(yè)務(wù)，同時(shí)可以采用調(diào)頻、數(shù)據(jù)、調(diào)幅、單邊帶以及保密話等多樣化的工作形式。
結(jié)束語
隨著超短波通信業(yè)務(wù)量的不斷增加，也推動(dòng)了超短波新技術(shù)的發(fā)展，而且其應(yīng)用也越來越廣泛，在無線電通信領(lǐng)域中的地位也跟著逐步提高。超短波通信新技術(shù)在發(fā)展中不斷完善，使其新技術(shù)開始逐步走向成熟，在未來的超短波通信技術(shù)的應(yīng)用中，必將在各個(gè)通信領(lǐng)域中發(fā)揮其越來越大的作用。
篇12
在油田偏遠(yuǎn)油區(qū)生產(chǎn)過程中，對(duì)相關(guān)生產(chǎn)參數(shù)及油井視頻進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控對(duì)偏遠(yuǎn)油井的安全生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。但由于偏遠(yuǎn)油區(qū)裝置遠(yuǎn)離油田總部，應(yīng)用有線的通訊方式，施工困難且周期長、靈活性差。而無線通訊方式由于其建立物理鏈路簡單易行，成本低，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求及時(shí)調(diào)整項(xiàng)目方案，靈活性好，系統(tǒng)的功能擴(kuò)展方便，因此特別適合偏遠(yuǎn)油區(qū)對(duì)通信鏈路的要求。
2常用的無線通訊技術(shù)
目前在油田現(xiàn)場(chǎng)廣泛應(yīng)用的無線通訊技術(shù)主要有GPRS/CDMA、數(shù)傳電臺(tái)、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(dòng)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(shì)，即信號(hào)覆蓋范圍廣。對(duì)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(tái)還無法為GPRS/CDMA信號(hào)完全覆蓋。此外經(jīng)過測(cè)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(hào)（例如視頻信號(hào)）遠(yuǎn)程無線傳輸。雖然有利用CDMA技術(shù)進(jìn)行視頻信號(hào)傳輸?shù)陌咐?，但效果并不理想?/p>
數(shù)字電臺(tái)用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)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(jì)算機(jī)、RTU、PLC等數(shù)據(jù)終端連接，實(shí)現(xiàn)透明傳輸。數(shù)傳電臺(tái)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(tái)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(cè)/數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)項(xiàng)目中。但隨著GPRS/CDMA技術(shù)的日漸成熟，相應(yīng)的設(shè)備價(jià)格的降低，使得在很多應(yīng)用場(chǎng)合中數(shù)傳電臺(tái)被GPRS/CDMA所取代。但同時(shí)，數(shù)傳電臺(tái)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(tái)也不斷涌現(xiàn)。結(jié)合數(shù)傳電臺(tái)誤碼率低、信道可靠的特點(diǎn)，數(shù)傳電臺(tái)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(shí)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(duì)點(diǎn)網(wǎng)間互聯(lián)而設(shè)計(jì)。它是一種在鏈路層實(shí)現(xiàn)LAN互聯(lián)的存儲(chǔ)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(xiàng)技術(shù)都可以用來傳輸對(duì)帶寬要求相當(dāng)高的視頻監(jiān)控等大數(shù)據(jù)量信號(hào)傳輸業(yè)務(wù)。
例如，對(duì)于遠(yuǎn)離陸地且無法進(jìn)行中繼的海上平臺(tái)，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(shí)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(duì)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(duì)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(tái)的緊急通信及小數(shù)據(jù)量傳輸應(yīng)該是一個(gè)比較好的選擇。
3環(huán)境因素對(duì)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?xiàng)l件對(duì)無線通信技術(shù)應(yīng)用的影響。
3.1對(duì)信號(hào)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(hào)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(shí)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(shí)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(duì)海上油田的無線通信應(yīng)用影響較大。
3.2對(duì)技術(shù)應(yīng)用的影響
各項(xiàng)通信技術(shù)在海上油田應(yīng)用中還存在的另外一個(gè)問題就是其獨(dú)特的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。海上平臺(tái)一般空間狹小，還要考慮海上多風(fēng)，平臺(tái)最高點(diǎn)一般較低的特點(diǎn)。
首先是對(duì)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(duì)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(tái)的安裝變得十分困難。
此外，對(duì)于無人值守的平臺(tái)，設(shè)備必須具有高可靠性、可自動(dòng)維護(hù)、參數(shù)遠(yuǎn)程設(shè)置等功能。而對(duì)于衛(wèi)星通信、短波通信等要求平臺(tái)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(tái)視頻監(jiān)控中的應(yīng)用
在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)應(yīng)用測(cè)試。測(cè)試地點(diǎn)為淺海油井，測(cè)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(tái)一側(cè)首先通過視頻服務(wù)器將模擬視頻信號(hào)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?hào)傳輸?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(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行錄像存儲(chǔ)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。
篇13
本論文主要針對(duì)移動(dòng)業(yè)務(wù)運(yùn)營支撐系統(tǒng)在面向3G多媒體業(yè)務(wù)平臺(tái)時(shí)所需要進(jìn)行的轉(zhuǎn)變及設(shè)計(jì)展開分析討論，以期給出一些可供借鑒的平臺(tái)建設(shè)方案和技術(shù)指導(dǎo)，并與同行分享。
2 3G多媒體業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)要求分析
3G網(wǎng)絡(luò)所支持的業(yè)務(wù)與2G網(wǎng)絡(luò)相比有較大的變化，從基本的語音業(yè)務(wù)拓展到多媒體業(yè)務(wù)，新業(yè)務(wù)的特點(diǎn)對(duì)業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)提出了新的要求：
2．1 業(yè)務(wù)捆綁
3G業(yè)務(wù)眾多，針對(duì)用戶的消費(fèi)習(xí)慣細(xì)分客戶群，推出各種捆綁業(yè)務(wù)和服務(wù)營銷包，業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)需要支持業(yè)務(wù)捆綁打包銷售。
2．2 更靈活的計(jì)費(fèi)方式
3G業(yè)務(wù)增加了對(duì)QoS的要求，除了要實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)和按內(nèi)容計(jì)費(fèi)模式外，業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)還需要將QoS作為計(jì)費(fèi)要素之一。業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)還需要根據(jù)不同業(yè)務(wù)采用按時(shí)長、流量和使用次數(shù)等方式計(jì)費(fèi)。3G的計(jì)費(fèi)采集點(diǎn)眾多，協(xié)議復(fù)雜。業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)應(yīng)該能夠統(tǒng)一而不失靈活性地計(jì)費(fèi)。
3 移動(dòng)業(yè)務(wù)運(yùn)營支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)分析
3．1 基于軟交換技術(shù)的業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)開發(fā)
3．1．1 平臺(tái)的軟交換開發(fā)
隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，通過在一個(gè)公共的分組網(wǎng)絡(luò)中承載話音、數(shù)據(jù)、圖像已經(jīng)被越來越多的運(yùn)營商和設(shè)備制造商所認(rèn)同。在這樣的業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)融合的趨勢(shì)下，誕生了NGN(Next Generation Network)下一代網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)現(xiàn)在分組網(wǎng)絡(luò)中，采用分布式網(wǎng)。
網(wǎng)管中心軟交換綜合網(wǎng)管系統(tǒng)遵循TMN系列規(guī)范設(shè)計(jì)，分為網(wǎng)元管理層、網(wǎng)絡(luò)管理層和業(yè)務(wù)管理層等功能層次。軟交換體系各種設(shè)備都提供相應(yīng)的管理器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的本地操作維護(hù)功能，同時(shí)在網(wǎng)管系統(tǒng)中可基于SNMP管理協(xié)議與TELNET實(shí)現(xiàn)對(duì)各設(shè)備的集中管理，包括相關(guān)參數(shù)的指配。
3．1．2 多媒體業(yè)務(wù)的平臺(tái)實(shí)現(xiàn)
在對(duì)3G多媒體業(yè)務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)布置中，采用WCDMA3G平臺(tái)協(xié)議，其中WCDMA系統(tǒng)設(shè)置了WAP網(wǎng)關(guān)、LCS定位服務(wù)平臺(tái)、MMS、Java平臺(tái)、短信中心和網(wǎng)關(guān)、流媒體服務(wù)器；CDMA2000系統(tǒng)設(shè)置了定位平臺(tái)、Java平臺(tái)、多媒體郵件平臺(tái)、流媒體平臺(tái)、WAP平臺(tái)、可視電話平臺(tái)、BREW平臺(tái)以及短信中心和網(wǎng)關(guān)。其中的多數(shù)業(yè)務(wù)平臺(tái)對(duì)于不同的3G技術(shù)是可以共用的，具體情況如下：
短信系統(tǒng)通過信令網(wǎng)與3{3網(wǎng)絡(luò)相連。WCDMA中，短信系統(tǒng)可以與核心網(wǎng)MSC相連，也可以通過Gd接口與SGSN相連。CDMA2000中，短信系統(tǒng)只與核心網(wǎng)MSC相連，由于WCDMA與CDMA2000所支持的信令協(xié)議不同，2種技術(shù)應(yīng)分別設(shè)置短信系統(tǒng)。
定位業(yè)務(wù)既可以通過信令網(wǎng)也可以通過IP網(wǎng)連接3G網(wǎng)絡(luò)。由于WCDMA與CDMA2000網(wǎng)絡(luò)所支持的協(xié)議不同，而且WCDMA、TD-SCDMA與CDMA2000在無線定位的實(shí)現(xiàn)方式上各不相同，3種技術(shù)應(yīng)分別設(shè)置。
WAP、Java、彩信、流媒體等同屬于口網(wǎng)上開展的業(yè)務(wù)，它們對(duì)不同技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)所支持的IP協(xié)議是通用的，只要承載在同一個(gè)IP平臺(tái)上，3種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)平臺(tái)共享。
3．2 運(yùn)營平臺(tái)對(duì)多媒體業(yè)務(wù)的接入設(shè)計(jì)
3G時(shí)代相比于2G時(shí)代，移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)成為了應(yīng)用的主流，這也是3G的魅力所在。然而，要實(shí)現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與平臺(tái)的接入，在目前的3G網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中也不是那么容易實(shí)現(xiàn)的。為此，本論文主要討論HSDPA(高速下行分組接入)多媒體數(shù)據(jù)的接入，從而實(shí)現(xiàn)3G平臺(tái)的多媒體業(yè)務(wù)運(yùn)營支撐。
HSDPA的基本原理是在R99的空中接口體系中，數(shù)據(jù)重傳方式是由RNC來負(fù)責(zé)完成的，數(shù)據(jù)重傳需要繞經(jīng)Iub接口。數(shù)據(jù)重傳的周期較長~NodeB僅僅起到一個(gè)根據(jù)RNC的指令完成物理層編碼、傳輸?shù)墓δ埽琋odeB本身基本不具有對(duì)物理資源的控制和調(diào)度能力，而在HSDPA中，為了在空中接口上實(shí)現(xiàn)更大的吞吐能力，對(duì)NodeB的功能進(jìn)行了增強(qiáng)，在NodeB的層面引入了物理層重傳和快速資源調(diào)度的概念，通過在更靠近空中接口的NodeB上引入這些原本只RNC才具有的功能，加快了重傳以及對(duì)空中資源調(diào)度的效率。
為了實(shí)現(xiàn)HSDPA的功能特性，以及更好的完善移動(dòng)多媒體數(shù)據(jù)在平臺(tái)上的介入，需要在物理層規(guī)范中引入設(shè)計(jì)三種新的物理信道：
3．2．1 高速下行鏈路共享信道(HS-DSCH)
在下行鏈路上，傳輸用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。采用固定的擴(kuò)頻因子，由于需要給公共信道、HS-SCCH及相關(guān)的DCH預(yù)留可用的信道碼，所以最大可用信道數(shù)為15。傳輸時(shí)間間隔定義為2 ms(3個(gè)時(shí)隙)，遠(yuǎn)小于R99中規(guī)定的10 ms、20 ms等長度。從而大大縮短了數(shù)據(jù)重傳時(shí)終端和NodeB之間的往返時(shí)延。
3．2．2 高速下行共享控制信道(HS-SCCH)
在下行鏈路上，傳送HSDPA的專用信令，如傳輸格式和系統(tǒng)資源指示等；采用固定的擴(kuò)頻因子SF=128，每個(gè)終端最多可以同時(shí)監(jiān)測(cè)4個(gè)HS-SCCH。
3．2．3 高速專用物理控制信道(HS-DPCCH)