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超宽带是一类时域通信手段，其无线接入技术比普通科技手段的带宽高，有着高速率、开支少、能耗少的优势。相比于传统的无线通讯网络，这种技术无需载波，仅仅通过小周期的脉冲信号作为载体，以二进制信号进行传输。这种超宽带信号的频谱比较稀疏，信号强度是mW级别，能够抵御强干扰信号。相比于CDMA框架，此通信系统更利于实现，仅需较少的开支。
3未来无线通信领域的发展趋势
3.1无线通信领域技术互补性日益明显
无线通信技术种类逐渐增多，每种都有各自的优劣势与适用场合。3G相对适合于大范围与城际漫游的数据传输需求，而无线局域网则适合于中距离范围内的信号传输，超宽带技术适合于近距离、超高速的无线通讯。所以在发展无线网络通信技术的历程中，我们应当依照不同消费者的个性化需求，甄选出最适合的无线通讯手段，使得无线通信业务有着多元化未来，更好地处理移动通信应用中的各类难题。在不远的将来，无线宽带接入技术仍会朝着高带宽、大范围传输的方向不断发展。未来仍有可能会孕育出更先进的技术手段。现阶段的无线宽带接入技术应用于受限条件下的高速度传输，其话音通讯性能仍然与公众移动通讯手段相距甚远。因此，我们应着眼于未来，不断挖掘其技术优越性，弥补移动网络的应用缺陷，以更好地服务大众，同时避免资源浪费。
3.2蓝牙技术将革新无线通信业的发展
在蓝牙技术的发展大潮中，众多企业都在探究和制造以蓝牙技术为主导的电子产品，譬如某集团研制了以蓝牙技术为基础的无线耳机等。芯片设计研发团队成功开发了在蓝牙技术所需频段内的专用IC，同时配备了与之匹配的应用硬件软件套装，便于其他客户或应用厂商可以快速掌握此芯片的应用之道，并生产出以蓝牙技术为本的新产品。除此之外，软件开发企业研发出了大量适用于蓝牙技术的软件，被广泛应用于电脑、手机等。大部分电子产品都能借助蓝牙技术以无线方式连接成网络，使人们可以自由地传输讯息。蓝牙技术的产生推动了无线通信业的进一步发展，计算机业和电器行业都得益于蓝牙技术的发展，并加大了对蓝牙技术开发的投资力度。
3.3无线网络通信技术的融合趋势
3.3.1无线技术与蜂窝网技术的融合
为了完成其计费与检测功能，短距离无线通信技术被应用于电子产品中。无线通信技术在近些年来迎来了更快速的发展，愈来愈多的短距离无线接入技术被应用于社会生活的各个层面，譬如蓝牙技术有效融合了短距离无线技术与蜂窝网技术。
3.3.2移动通信技术和无线宽带接入技术的融合
移动通信业务的发展成熟，与宽带业务领域的拓宽，直接推动了多种宽带接入技术的产生和发展。譬如无线局域网技术推动了3G通讯技术的其他应用。而且移动通信技术和无线宽带接入技术互惠互利，并在4G时代完美地融合成一个健全的系统。
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1.2一种短距离无线通讯全新技术
近距离无线通讯协议目的就是每一种信息设施可以完成无缝资源共同享用。不管是手机、电脑计算机、PDA、打印机，亦或是数码相机、MP3播放器都可以相互传送语音消息、文字记录、图像、文件消息等等。所以在实现协议栈时，应该和不同的操控体系以及通信协议具有良好的接口端。但是现在很多协议在这方面的建设和实现具备一定的缺点和不足之处，致使体系不能完成跨平台通讯，唯独同种产品之间的通讯。一种全新的短距离无线通讯技术是BT技术，它在很多方面都具备很大的优势，采用全向天线；更加容易地发现设施；支持终端的迁移性能；视距对信号传递没有影响；全双工的运作形式，适宜开展话音业务；支持点到多点的连接形式，容易组成小型局域网络；并且可以经过无线局域网和特网连接，完成多媒体信息的无线传递。
1.3总体设计方案
用BT协议作为背景，提供无线通讯协议体系设计以及实现新型机制。我们建设的协议栈是对主机协议栈的整体实现，让它涵括了主机协议栈的全部系恶意，二元电话操控协议简称为TCS、服务发现协议简称为SDP以及主机操控端口简称为HCI等等。全部的协议栈是由四个部分组成的。
（1）体系模块。每个协议在开启时需要朝着BT体系模块注册。BT体系模块维持了BT主机协议的FSM案例表。一个BT主机协议栈可以采用这些小洗衣机其余的BT主机协议栈实行通讯。这个模块在每个平台上不一样的，因为并不是全部的体系都需要全部的协议模块。
（2）通用函数库模块。涵括了为各种协议模块维持FSM所需求的通用代码，像定时器的治理、进程之间的通讯等等。它还涵括了平台有关的代码。如果来自不一样的BT主机协议的FSM案例对于公共资源的需求，这个模块会负责为这些需求实行调度。
（3）协议栈的每个协议模块。全部协议模块都是采用ANSIC编组的，可以不需要改动就可以在每个平台上进行迁移。每一个BT主机协议被实现作为一个FSM。当协议进行初始化的时候，它会为相对应的FSM生成一个跳转矩阵，该FSM是由状态和事件牵引的。跳转矩阵的各项显示对一个指定形态下的指定事件的治理函数。在协议进行初始化期间，FSM会被形成开始形态。
二、体系无关的实现形式
在协议进行初始化时，会为相对应的FSM产生一个跳转矩阵，这个FSM是有形态以及事件牵引的。在协议进行初始化期间，FSM会被调制成初始形态。当协议的FSM收取到一个事件，它首要检索任务就是FSM现在是否正在治理事件。如果FSM繁忙，那么把这个时间植入到事件队列之中等待治理，否则的话，FSM就会立马进行治理。
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1.2作者通过对张集（张家口至集宁）铁路内蒙古段为调查对象
对光纤直放站在解决弱场覆盖和位置定位的问题上做过一部分分析，得出了以下结果。张集铁路内蒙古段共有5个中间站:友谊水库、兴和、庙梁、西土城、古营盘，线路地形虽没有高山、隧道，但沿线路段有部分丘陵及小山包，多处有挖方地段，路堑最高有近50米，站间距一般在20公里以上,其中庙梁至西土城站间距离28.6公里，线路存在弯道。安照铁路无线列调场强覆盖的要求，车站信号传输距离应达到站间距的一半，为达到这一要求，并根据以上地形特点，在区间增设光纤直放站以加强信号覆盖，这无疑是一个非常明智的选择。
1.3光纤直放站由近端机和远端机组成
近端机设在通信机房内,远端机设在区间,在近端机和远端机之间利用有线通信沿线敷设的20芯光缆中的11芯、12芯光纤，将车站无线信号转换成光信号传输到光纤直放站远端机，再由远端机天线继续进行发射已增强信号覆盖。
2进行铁路无线通信光纤直放站建设的最佳位置选址工作
2.1铁路无线通信光纤直放站与交通运输总站之间一定要有传输介质的存在
这样才能确保铁路无线通信光纤直放站能及时获取运输总站发出的信息，从而根据铁路无线通信光纤直放站所处的地段，运用信息放大器来增加信息量的发射功率，让列车接收到电讯号更加准确。
2.2在列车形式在云贵山区这样崎岖的山谷里的时候
由于回音而可能造成对铁路无线通信光纤直放站发出信号的干扰，在列车行驶在这样的路线中时，可能由于回音与无线网络信号混杂而产生电磁波。电磁波对铁路无线通信光纤直放站发出的无线信号有着极大的干扰作用，从而使得全车的信号覆盖率降低。就是因为这样，在这种山谷地区，应该加大对这铁路无线通信光纤直放站的建设，通过建设成功的多座铁路无线通信光纤直放站之间的联系作用，才能抵抗电磁波的冲击。因此，在设置铁路无线通信光纤直放站的位置时应该考虑：远端机覆盖相互独立，不会因为一台设备而使其它设备中断。
2.3在选择建设铁路无线通信光纤直放站车站的地址时
应当避免噪音对铁路无线通信光纤直放站的影响。铁路无线通信光纤直放站在接收电台接收端接收列出发出的信号时，也会收到其他噪音的影响，使得信息质量存在严重问题。这些杂音会混杂在铁路无线通信光纤直放站发出的信号里，破坏铁路无线通信光纤直放与列车的有效平衡。因此，选址的时候要充分考虑植物的优势，植物会对噪音有吸收作用，对铁路无线通信光纤直放站的功能有所提升。
2.4在选址的时候要考虑电力系统供应方便的地方作为铁路无线通信光纤直放站的建设地点
由于铁路无线通信光纤直放站需要可靠的电源，在铁路系统一般选择沿铁路两边架设的10kV自闭和贯通电源，两路电源一主一备，因此，要考虑电力电缆方便过轨的地方。如果电力供应不可靠，会严重影响铁路无线通信光纤直放站与列车之间的实时交流，造成列车驾驶员无法对前方路段进行了解。
3对铁路光纤直放站位的建设位置做出恰当的调整
3.1直放站附近地势起伏较大时
应选择高地段进行立塔，这样可以减少铁塔高度以降低成本及延长传输距离。
3.2在建设铁路光纤直放站位时
应考虑发射塔与电气化铁路回流线的安全距离，一般选择塔身最近处距回流线不小于3.5米。
3.3电力系统的供应对铁路光纤直放站的影响
铁路光纤直放站也需要电力的供应。如果，在铁路光纤直放站的电力系统时断时续会对网络信号的传输起到阻碍的作用。因此，有铁路光纤直放站应该建设在电力系统供应充足的电线杆附近，能源源不断的获得电力的供应，从而保证铁路光纤直放站发出的网络讯号的完整性。
3.4铁路光纤直放站位置一般有设计定位
设计定位时分析地形，并进行场强测试，但由于设计进行场强测试时，一般路基还没有成效，特别是无法测出高挖方地段的场强，而且设计进行场强测试时发射及接收和线路竣工后车站电台发射及列车台接收还有误差，因此要根据需要进行调整。
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（一）无线移动通信系统架构
针对当前煤矿生产对无线移动通信系统的需求，利用4G中的TD-LTE通信技术来实现高传输速率的宽带无线网络，建立信息化、自动化、智能化于一体的煤矿安全生产管理系统，打破当前煤矿系统安全生产局面，将煤矿井下传感器、视频等各类业务数据进行统一的网络部署，有效解决信息孤岛的问题，确保煤矿安全生产，从而提高煤矿的生产效率。因此，建立基于分时长期演进（TD-LTE）的宽带无线网络，由于基于4G通信技术的无线移动通信系统可以在频谱带宽20MHz下可以实现上行峰值速率和下行峰值速率分别为50Mb/s，100Mb/s，其接入时延可以小于100ms，如表1所示[3]，表示4G通信系统与3G无线通信系统的对比，因此，采用TD-LTE无线通信技术不仅可以满足语音和数据业务的实时传输，也可以有效避免数据丢包、延时等问题。下面对基于4G通信技术的无线移动通信系统进行对比分析：1.基于TD-LTE通信技术的系统架构。TD-TLE煤矿无线通信系统网络总体架构主要由基站、接入网关、BRAS及核心网通信构成，其中，核心网网元可以实现语音通信、数据传输及集群呼叫功能，其主要通过IMS+EPC+DSS集群模式来实现的[4]。2.建立基于TD-LTE通信技术的基站通信系统。将Femto/Pico基站应用于无线通信系统建设中，增强区域的覆盖范围，通过自身的传输网络统一接入到安全网关中，采用IPSEC的方式，以保证网络传输安全。当基站通过提供WLANAP来承载数据业务过程中[5]，其也可以通过PDG直接接入网络来承载数据业务，为了确保提高高质量、高传输速率的数据和语音业务，则可以通过直接接入3GPP核心网来满足不同的产品需求，实现统一的业务活动，建立以SmallCell为基站的网管系统，从而实现下层无线网络通信系统与上层网管系统的对接。3.建立基于IMS+EPC+DSS集群模式的核心网[6]。在系统中设置核心网，其主要作用是提供用户连接、系统管理、网络承载等功能，分析该系统的核心网系统AXUNiEPC-5[7]，其主要依托电信级EPC核心网的优势来实现网元MME、PGW等功能融为一体的模式，该核心网实现了移动办公、遥感业务、监视控制及电子商务等基本业务，其可以为用户提供安全可靠的LTE接入。另外，核心网系统还利应用了IMS系统，其是一种全新的多媒体业务形式，其不仅可以满足多样化的多媒体业务需求，还可以实现LTE语音业务系统，并且DSS核心网可以实现LTE的集群呼叫功能，DSS与EPC相比，其都采用了ATCA架构，并且都可以实现设备小型化的核心网。4.建立综合应用无线通信系统平台。利用分布式高性能计算机框架架构来建立一个安全、可靠、统一的综合应用系统平台，为了构建灵活、适用强的处理平台，应在软件处理平台基础上增加分析处理数据的专用支持工具，如支持LTE、Wi-Fi网络和终端的基站系统[8]，实现数据传输、视频及语音等各类业务，提供统一的数据存储及应用接口，从而实现自动化管理的应用系统。
（二）无线移动通信系统功能概述
1.调度功能。调度系统是煤矿生产的重要通信手段，生产调度员通过利用调度功能来统筹调度所有资源，并对煤矿生产中各种突发状况进行处理，以保证煤矿生产顺利进行。调度功能主要包括生产进程管理、煤矿生产流程整合及资源分配等功能。2.语音业务。其主要包括以下几种业务：第一，移动电话，其可以提供语音通信功能；第二，紧急呼叫业务，当煤矿井下的集群用户发起紧急呼叫，呼叫中心将会做出答复，其类似与电话业务，具有简单方便、快速的特点；第三，主叫号码识别显示业务，其主要功能是提供主叫用户号码给被叫用户。3.集群通信。为了实现用户之间的通信，利用无线集群通信系统来实现自动化的信息共享功能，与公众无线移动通信相比，无线集群通信系统不仅可以提供系统内部的全呼、组呼之外，还可以提高双向通话功能，通过建立优先等级呼叫和紧急呼叫功能，以满足煤矿生产安全部门指挥调度的需求。4.增殖数据服务。在增殖数据业务中，主要包括提供视频通话、物联网接入、手机终端定位、多种数据等业务，其中，对于视频通话，通过手机实时进行无线视频业务，以便于井上工作人员的判断和决策；数据网接入，通过利用3G通信技术来实现终端及无线传感器等接口的采集，并利用物联网提供终端接入；手机终端定位，即利用4G无线通信技术来实现语音通话及矿用无线通信手机终端定位，即通过操作人员携带的手机与基站之间的信号传输来获得操作人员在井下的信息，这样地面上的工作人员则可以通过计算机来了解井下工作人员的信息，其可以确保煤矿井下的安全生产，同时也可以提供实时信息；数据业务，为了满足煤矿井下多种业务对宽带的需求，实现高速分组无线数据业务，并通过智能手机绑定内部系统，实现信息、视频监控及安全生产实时监控等功能，将综合自动化系统应用于系统中，实现组态软件实时显示功能，当煤矿井下出现异常情况，系统将会提供自动报警提示功能。
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1.2无线通信技术
无线电通信是指利用（电磁波）的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式。目前主要利用的无线通信技术有：2G（包括GSM、CDMA）、3G（包括wcdma、cdma-2000、TD-SCDMA）、4G(LTE-A)、WiMax、UWB、RFID以及WiFi。UWB和RFID主要用于短距离的无线通信。无线移动通信技术主要经历了4个发展时期。第一个发展时期。最早的移动通信电话采用模拟蜂窝通信技术和FDMA技术。由于受到传输能力的限制，不能用于长途漫游，只能作为一种区域性通信手段。第二个发展时期。这一时期，信息技术得到了极大的发展，因此移动通信采用了GSM和GPRS通信技术。由此，正式步入了数字化时代。在这一时期，为了增强数据传输效率，通信运营商开发出了EDGE技术，也就是人们常说的2.5G技术。第三个发展时期。这一时期主要的技术为3G技术。3G技术有不同的技术标准。分别为：WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000以及WiMax。目前各项标准都开发的比较成熟，使用范围也在不断的扩大。第四个发展时期。4G技术的广泛应用。4G能够满足更高的传输要求，通信速度更快、网络频谱更宽，通信方式更为灵活，同时实现终端设备的智能化。2013年12月4日国家工信部正式向中国移动、中国电信和中国联通三大运营商4G牌照，标志着我国正式步入4G时代。
1.3无线通信工程的特点
1.工程位置不固定。
无线通信工程要确保通信信号的质量和传输效率，就要保证工程的通信容量和覆盖面积。由于工程的区域通常比较分散，因此工程位置不固定。在一些人口密集的地区，通过设置加大容量的基站，保证通信的质量和效率。在偏远的地区设置基站，确保交通不便利的地区位于信号的覆盖范围之内。
2.工程干扰因素较多。
在进行基站建设时，常常会遇到周围居民因担心辐射而阻挠基站建设，同时在较远地区搭建信号塔和摆放通信设备时，还可以能要租用民宅，由于部分房屋的图纸很难寻找，往往对设备的安装造成影响。
3.运输线路较长。
通信工程主要利用传输光缆进行信息传输。因此在铺设时不但光缆的长度很长而且光缆间的间距小，在不同的地区或者地段的工作量相当之大。
二、无线通信工程发展现状和4G技术的介绍
2.1无线通信工程的发展状况
1.无线通信包含了无线通信设备的制造开发以及通信的服务行业两个大的部分。
一般来说，无线通信的服务行业主要是通过无线网络的通信技术运营实现的。
2.通信工程最重要的部分为通信制造。
目前我国主要普及的是3G技术，正在推广4G技术。3G技术为通信行业的发展带来了更广阔的市场和发展前景。目前，通信制造业不断进行改造和完善，出现了很多先进的通信产品。目前2013年全国3G用户高达9万余户。
3.通信工程的发展过程中最重要的支柱之一就是电信行业的发展。
我国电信行业近几年迅速发展主要是依靠3G时代的发展，因此我国要为能够更好地促进3G时代的发展做更多的努力，从而达到普及扩大通信工程的目的。但是就目前而言，我国很多企业在发展的过程中，还是存在一些技术或者资金相对不足的现象。
2.24G技术的介绍
4G移动系统网络结构可分为三层：物理网络层、中间环境层、应用网络层。物理网络层提供接入和路由选择功能，它们由无线和核心网的结合格式完成。中间环境层的功能有QoS映射、地址变换和完全性管理等。物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的，它使发展和提供新的应用及服务变得更为容易，提供无缝高数据率的无线服务，并运行于多个频带。
1.OFDM技术
在3G向4G转变的过程中，OFDM是关键的技术之一。它包含了V-OFDM，W-OFDM，F-OFDM，MIMO-OFDM，以及多带-OFDM这些类型。OFDM是多载波调制的一种，它的各种载波是相互正交的，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，然后进行子信道传输。由于子信道可以看成平坦性衰落，所以就消除了信道间的干扰。OFDM对脉冲噪音以及信道快衰落有很强的抵抗力。
2.SDR软件无线电技术
由于4G系统中的软件系统比较复杂，因此将SDR引入到4G移动通信系统之中。SDR能够减低系统开发的风险，减少硅芯片的容量，从而降低产品的开发成本和生产成本。SDR是以现代通信为基础，以数字信号处理为核心，实现把无线和通信功能编译为多信号进行传输，满足用户在不同地点对接入网络的需求。
3.SA智能天线技术
SA采用天线的原理进行无线信息传输。主要是利用信号传播方向的差异，讲同频率、同时隙的信号加以区分，能够最大限度的利用有限的频谱。智能天线技术可以成倍的扩充通信容量，可以有效解决大量用户产生时延扩散、瑞利衰落、多径、共信道干扰等影响。
4.MIMO技术
无线电传输信号时，每个信号都是一个空间流，使用单输入输出的系统只能收发一个空间流，而MIMO允许多个天线同时收发多个空间流。因此MIMO有时被称作空间多样。只有站点（移动设备）或接入点（AP）支持MIMO时才能部署MIMO。目前它在3G通信系统中得到了广泛的应用，同时也是4G的关键技术。
5.载波聚合技术
LTE-A通过“载波聚合”（SpectrumAggregation）的方式进行带宽增强，即把几个基于20MHz的LTE设计捆绑在一起，通过提高可用带宽，LTE-A将带宽扩展到100M。但是实际上很可能没有一整块的空闲带宽，所以LTE-A允许离散频带的聚合。在具体应用中还面临很多问题，如载波聚合时多个可选载波是否需要划分可用集合和各种集合的等级划分；在切换中载波变化的通信问题；载波变化时的信令传输问题；各个载波的激活和去激活过程。这些问题都在3GPP会议中提出并存在多种方案。
6.无线中继技术
LTE-A系统容量要求很高，这样的容量需要较高的频段。为了满足下一代移动通信系统的高速率传输的要求，LTE-A技术引入了无线中继技术。用户终端可以通过中间接入点中继接入网络来获得带宽服务。减小无线链路的空间损耗，增大信噪比，进而提高边缘用户信道容量。无线中继技术包括Repeaters和Relay。
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2系统性能分析
根据多径时变信道模型，假设接收天线总功率与发射总功率相等，且等于Pe，信道噪声是加性白高斯噪声，每根接收天线的噪声功率为σ2，则信噪比SNR:ξ=Pe/σ2。
2．1系统容量分析实际的无线信道是时变的，受到衰落的影响。对于单天线系统，即单输入单输出(SISO)系统的信道容量可用下式计算。图2给出了单输入单输出(SISO)系统和多输入单输出(MISO)系统的信道容量与发射天线数目之间关系的仿真结果，横坐标表示信道容量，纵坐标表示概率。其中，仿真参数设定为信噪比10dB，迭代次数为1000，接收天线为1，发射天线数目分别为1，2，3。仿真结果表明，SISO系统信道容量最小，发射天线数目从1依次增加时，信道容量也依次增加。图3给出了MIMO系统的信道容量与发射天线数目之间关系的仿真结果，横坐标表示信道容量，纵坐标表示概率。其中，仿真参数的设定同上，发射天线数目分别为2，3，4，接收天线对应为2，3，4。从仿真结果可以看出，MIMO系统信道容量随着收发天线数目的增加而增加。对比图2与图3发现，MIMO系统的信道容量显然比SISO系统的信道容量有了较大增加。
2．2误码率分析令xm(l)表示第m根天线的第l个子载波上的发射信号(l=0，…，L－1)，经历时变多径衰落信道传输和FFT变换后，在t时刻第n根接收天线的第l个子载波上得到的信号yn(t)可由下式得到。采用MATLAB对MIMO－OFDM系统在不同天线数目下进行误码率性能对比，具体实验流程如下:1)初始化过程。给定发射信号及时变多径衰落信道的冲激响应初始值。接收端采用最小均方误差(MMSE)检测算法。2)确定接收信号过程。输入数据经过串/并转换、空时编码、IFFT变换并添加循环前缀后经时变多径衰落信道到达接收方，根据式(5)确定接收信号形式。3)对接收信号去除循环前缀、FFT变换、空时译码及并/串变换后，计算MMSE检测加权矩阵，并进一步得到MMSE判决数据。4)误码率计算过程。根据数据检测与判决结果，与初始输入数据对比，计算系统误码率。基于上述分析与描述，设置的仿真参数如表1所示。仿真在收发天线数目相等的情况下进行，天线数目分别为1，2，3，多径数目假设为2，接收端采用MMSE检测。图4给出了收发天线数目相等，不同天线数目情况下的MIMO－OFDM系统的误码率性能，其中，横坐标表示信噪比，纵坐标表示误码率。从仿真结果可以看出，随着收发天线数目的依次递增，从1增加到3，在BER为0．02处，天线数目选取3相对于选取数目2和1分别有4dB和9．6dB的增益，系统的误码率依次下降且抗多径衰落的能力依次增强。图5反映的是多径对MIMO－OFDM系统性能的影响。图中，横坐标表示信噪比，纵坐标表示误码率。这里假设发射天线数目为2，接收天线数目为2，接收端采用MMSE检测，多径数目取2，4，6。分析发现，随着多径数目的递增，在BER为0．02处，多径数目选取6相对于选取数目4和2分别有4．3dB和9．7dB的增益，给定一定的信噪比值，误码率随着多径数目的递增而递减，此结果与MIMO－OFDM技术对抗多径衰落相符，是一种更适合于矿井巷道通信的无线技术。
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2.1LTE技术的创新应用
基于4G基础之上的无线通信LTE技术并没有沿用3G系统的关键技术，它采用了全新的设计理念，对技术进行了革新，实现应用的创新。LTE技术的结构主要是由NodeB构成的，它有助于减小延迟，简化技术，实现较低的成本和低复杂性。此外，其中含有的RNC节点也更少，对3GPP技术的贡献是非凡的。总的来说，LTE无线通信技术采用了频分多址系统，属于技术改进后的OFD-MA，它能够实现正交输送，并兼顾单载波传输低峰数值，减少成本花费。在此基础上，其内部还采用了扁平的网络结构，实现了多天线技术的运用，取消了RNC节点，并实现了分集、阵列、空分复用的增益，可以使不同方向的多个用户获得同时段服务，提升峰值数率和数据传送速度。
2.2LTE技术的实际应用
在科学技术日渐完善的大背景下，无线通信LTE技术已经逐步应用到了各行各业，且其技术特点也在日渐成熟。例如，在我国的上海世博会上，高清视频监控的初步演示就将LTE技术应用在了其中，将网络移动采编播设备利用到了系统之中。该技术的有效使用，能够实现视频、音频等素材的快速传回，提高新闻的时效性，满足新闻传播的诉求。从传播速度上考虑，用户在使用LTE无线通信技术后，下载容量40G的3D影片，不到两小时就可以完成，其速度提高了10倍以上。
2.3LTE技术的应用
展望一方面，LTE技术是由3G技术向4G技术演进的必经之路。其在应用过程中采用了最新的B3G或4G技术，如OFDM和MIMO等，在一定程度上而言可以说是4G技术在原有技术上的科学利用。它在具有LTE技术优越性的基础上，也更加接近4G系统技术。另一方面，LTE技术的产生应用并不是一个简单的过程，它主要是在与WiMAX的竞争中实现了发展。现如今，WiMAX的802.16e标准正在申请进入3G系统，802.16e技术更是入选了IMTAdvanced的候选行列，并坚持保存其原有的兼容特点。在未来的技术应用领域，势必会出现WiMAX技术与LTE技术的竞争局面，在高技术领域保持良好应用，促使其更好的发展。
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2.1针对性进行节能
想要有效地节能，首先要充分了解当前耗能现状，弄清楚哪些具体环节消耗的能源最高。无线通信网的节点有许多，也许一个节点的能耗看起来很少，但小数量的能耗乘以大数量的基础就会变得让人难以忽视。要做的就是找出这些节点，找出关键的环节。然后再根据这些环节对症下药，拟定节能的目标、指标，取消或是改造不必要的环节[2]。充分借鉴国外的经验，提出可行的提案，聆听多方面专家的意见，进行开放的讨论，全面地看待问题。之后再制定计划，重点关注那些高耗能环节，针对性实行节能管理。
2.2优化无线网络
优化无线通信的网络优化是帮助推行节能管理的好方式。主要有三个步骤，一是采集数据，二是分析性能，三是实施和测试方案[3]。采集数据是系统数据，包括网络总体的和主要结构的数据，从而更好地分析其网络性能和网络质量。至于分析性能，是基于采集到的系统数据，有效地分析数据，制定优化的方案。最后，要对无线网络的性能实施和测试方案。这个优化方案包括了很多的优化如设备、网络结构和硬件系统等方面。
2.3建立完整系统
设计系统的内容要是完整的、全面的，同时要保证设计方案科学性和可操作性。系统通常是综合而严格的，也要符合当前技术的发展潮流，才能让系统保持先进性。合理布局，监测设备及其他设备要符合技术发展的趋势，考虑到安全性的原则的重要性，以确保整个系统的安全和可靠操作，我们要首先考虑系统的安全性和系统整体的可靠性。此外，节能系统要维修方便，而且维护费用低。整个投资要控制在合理范围内。满足以上，节能管理就有系统可依靠，就能更加科学和规范[3]。
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1．2PDT技术数字集群标准
PDT(专业数字集群标准，Pifv~eDigitalTrunking)是一种专网通信标准，它吸收了其他数字集群的优点，同时根据是集应用环境进行开发，更为注重安全保密性。支持端到端话音、数据加密，网络安全性强。新疆八个地州即实施PDT警用数字集群网改造项目，建设PDT数字集群通信网络，成为全国第一个实现超大区域覆盖、多中心联网的PDT数字集群网络。在处理应急突发事件时，该PDT数字集群网可满足各部门协同作战、统一指挥的需要，提高了一线作战部队的执行能力，节约了客户重复建网的成本，使得北疆在应对应急处突、反恐救援、重大活动安保等任务时做到科技化、信息化，助力整个北疆的指挥调度能力迈上一个新台阶。
1．3McWill技术
McWill技术兼具SCDMA和OFDMA的双重优点，具有较强的对抗相邻小区干扰的能力，可以有效提高系统同频组网能力。McWiLL技术由于系统本身的先进性，可用带宽更高，用户能够体验到更多的新业务，同时McWiLL系统支持深度定制，能够根据市场需求快速定制业务模式和产品形态，这些都是其他运营商所无法比拟的显著优势。例如，中国移动通信集团公司即利用McWiLL技术自身覆盖范围广、非视距效果好、建网成本低、建设周期短、施工维护难度小、抗高低温等优势，实现了对多个农村地区的无线信号覆盖。为有关党政部门行政办公、远程党员教育、维稳处突、应急指挥以及重点行业、企业信息化建设提供了高效的信息通信保障，很好地促进了农村地区信息化的全面快速发展。
2专网无线通信综合能力将得到不断提高
除了越来越高的技术水平，在综合能力方面，专网无线通信也将实现不断的提高。例如，在应用需求方面，今后的发展中，专网需要不断提高自身按照实际需求合理进行资源分配的能力，以及及时进行系统反响，更好地解决各种突发问题的应变能力。还有高效的指挥控制能力，以及灵活机动的重组能力等。而在技术能力方面，专网无线通信也有很长的路要走。例如不断提高自身的安全防护水平，以更好地保证广大用户的安全性；实现高效合理的模块化配置，并不断拓展业务范围，为用户提供更加人性化和多样化的服务，满足不断发展变化的用户需求的能力，以及多体制互通能力和现架构扩展能力等。
3专网功能将积极的渗透到公网之中
长期以来，在无线通信方面，公网始终处于较为领先的地位，相形之下，专网的无线通信发展存在明显的差距。以往，公网和专网总是各司其职，具有各自特定的覆盖面。随着专网无线通信的发展，公网将会逐渐的增加部分专网的功能，实现专网功能对公网的积极渗透。二者将会之间进行合作与交流，相互影响，相互融合，实现共同发展。例如，在发展3G无线网络的过程中，我国三甲通信运营商即尝试将固定电话和公共移动移动电话进行邮寄的结合，为广大用户提供“一个电话”(One—Phone)~务。从而实现了固话网络和移动网络之间的快速无缝转换，为广大用户提供了更加方便快捷的通话服务。因此，随着专网无线通信的发展，专网和公网之间的界限将会之间模糊起来，实现深层次的交流和影响。
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2.1系统的硬件规划
在硬件规划方面，文章以ZigBee无线微控器与电梯的管理做结合，依此建构低成本的电梯信息管理与监控系统，通过无线模块，管理者可以有效取得电梯运行的信息，其中实体的硬件架构规划上，无线控制器采用TI的ZigBee-CC2430模块。CC2430微控器，它是由TI公司收购无线单片机公司CHIPCON后推出的ZigBee无线单晶片，而CC2430也是一个真正符合IEEE802.15.4标准的晶片系统，ZigBee-CC2430除了包括RF收发器外，还内建加强型8051MCU、32／64／128KB的Flash、8KB的RAM以及ADC、DMA等。CC2430可工作在2.4GHz频段，2.4G频段为所谓的ISM频段，为专门提供给工业、科学与医学使用的免费频段，此外，CC2430采用低电压（2.0～3.6V）供电，且功耗很低（接收数据时为27mA，发送数据时为25mA），最大传送速率为250kbps。本系统通过无线模块CC2430的结合，可减少电路元件的使用，对于开发低功耗的无线相关产品有很大的帮助。系统的Master端与Client端之间使用2.4GHz无线通讯模块ZigBee-CC2430作为彼此连线的传输界面，Master端的无线微控器模块一方面以无线通讯的方式接收来自Client端的信息；另一方面则通过RS-232与电脑串列通讯埠连接，再经由程序的设计，PC端便可取得输出入的信息。至于Client端则以无线传输的方式周期性发送电梯运行信息给Master端。对于用户端而言，主要是要通过浏览器，经因特网取得电梯信息或进行电梯系统的管理（系统管理者）。
2.2系统软件设计规划
首先，用户端（可以是驾驶人员，也可以是系统管理者）可以使用任何可上网的装置（如智能型手机、PDA或电脑）连上服务器，电梯乘客可以通过网页查看目前电梯是否安全运行，而管理者则可经用户端浏览页面里的验证身份（帐号密码）登入至服务器管理者页面监控目前电梯状况、设定、查看资料等。因此，软件设计分成三个部分：无线通讯部分、伺服端的PC监控系统及伺服端的网络浏览程序。
以下针对各部分的软件设计的功能与内容分别加以说明：一是在无线通讯设计方面。Master无线模块的主要功能为收集各个Client端（电梯运行端）的电梯运行信息，由于每个Client端的无线模块均设定了唯一的ID，因此，Master端的无线模块可以将具备ID的Client端信息送至PC加以处理。至于Client端无线模块的功能则是周期性的将电梯运行的即时电梯运行状态送至Master端。Master端也可以看成是一个无线的服务器，它能与多个Client端连线。Master端在启动后会进入待机状态，若Client端发送信息时，便会将所收到的数值传回PC端作监控。二是在服务器端监控设计方面。PC端的功能为电梯的资料汇整处理与监控，无论是电梯是否安全运行，都通过PC端进行监控，并将所取得的信息存入资料库中。此外，监控端还设计了其他实用功能。各功能简单说明如下：（1）趋势图：该功能让管理者查询到在一日、一周、一年所进出的电梯运行状况。（2）安全隐患明细表：该功能可以让管理者查询电梯安全隐患出现的时间与对应的原因。（3）故障查询：该功能是让管理者得知是否存在故障。三是在伺服端的网页浏览程序设计方面。该部分设计是要使管理者通过浏览页面呈现目前电梯的即时状况，网页的基本信息包括：Master端CC2430目前连线PC端状况、电梯安全状况、乘客数量显示。使用者通过服务器上的网页浏览程序直接读取资料库的内容，以呈现电梯的即时状况，其中呈现的页面以每秒扫描的方式进行资料的更新。浏览程序设计也结合AJAX控制项，该控制项的主要功能为在扫描更新电梯信息时，不会产生因刷新整个网页画面造成的闪烁情况，提供较舒适的网页阅读环境。另一方面，为区分网页提供的功能，另增设身份验证登入，除一般用户可获得电梯信息外，管理者则可直接在网页上进行日期方式读取资料库档案及搜寻范围等。
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NFC技术为广大使用者解决了很多以前不能在路上解决的问题，例如，着急出差却已经买不到票耽误了行程，NFC技术可以在网上迅速查到票的剩余情况并及时更新；在旅游的路上找不到路，NFC技术可以进行定位；着急打车却没有空车，NFC技术可以通过网络帮助使用者联系车辆并自动定位。
3、NFC的关键技术
3.1调制技术
NFC的工作频段是12.33-14.99MHz。为了保证NFC信号的频谱范围在13.56MHz频段内，NFC信号的波特率必须小于1Mbps。当数据传输速率大于1Mbps时，只有采用多进制调制才能满足高速传输要求。如果采用多进制ASK调制脉冲波形，则由于脉冲波形的调制度较低，多进信号的分辨率很低，这将导致系统输出信噪比的严重下降。多进制差分相移键控可解决这一难题。DPSK信号是利用前后两个相邻码元载波的相位差来传送数字信息，而与载波的幅度没有关系，因此调制信号的幅度在传输过程中始终保持不变。同时，在DPSK接收机中避免了复杂的相干解调，价格低廉、容易实现。因此在高速数据传输时，采用多进制DPSK调制是一种理想的选择。
3.2信源编码
随着数据传输速率的上升，脉冲的宽度变得越来越窄，对电路的脉冲响应要求也愈来愈高。为了减小电路的实现难度，在高速传输时可以采用Miller码进行信源编码。它是Manchester码的一种变形，Miller码的平均脉宽要比Manchester码宽，降低了编码硬件的实现难度。
3.3防冲突机制
如我们所知，NFC技术是两个技术设备相互靠拢就可以开启的网络，但并不是随便的两个设备都可以靠拢，NFC技术在启动之前，都是需要对周围可以连接的系统进行检测，看是否能够有空闲的设备供自己与之想靠拢，这是NFC技术在工作之前必须要确认的一个步骤，因为随便和其它设备相连，会导致网络混乱，网络突然断开，设备与设备之间的联系不紧密，会造成NFC技术的瘫痪。因此，在连接其他设备之前，NFC技术的设备通常都是先对周围进行扫描，当周围的射频场小，也就是说扫描后确定有未连接的设备，在对其他设备进行呼叫，相对近的设备会与这一台设备相连，连接成为网络。NFC技术中没有那两个技术设备是固定连接的，所以在确定了较近的设备正常工作后，会连接成为可安全使用的网络。
3.4传输协议
传输协议的设计主要考虑数据传输的有效性与可靠性。传输协议一般分为三个过程：协议激活、数据交换、协议关闭。3.4.1协议激活协议的激活包含属性的申请和参数的选择，激活的流程分为有源模式和无源模式两种。有源模式的协议激活流程为：第1步：主呼启动防冲突机制，进行系统初始化；第2步：主呼切换到有源模式并选择传输速率；第3步：主呼发送属性请求；第4步：被呼发出属性响应以回应主呼的属性请求，回应成功后选中该被呼作为连接对象；第5步：主呼如果检测到有冲突发生，重新发送属性请求；第6步：如果被呼支持主呼属性请求中的可变参数，主呼在收到被呼的属性响应后发送参数选择请求指令，以改变有关参数；第7步：被呼发出参数选择响应以回应主呼的参数选择请求，并改变有关参数（如果被呼不支持属性请求中的可变参数，则不需要改变有关参数）；第8步：利用数据交换协议传输数据。无源模式的协议激活流程与有源模式的协议激活流程基本类似，所不同的是在系统完成初始化后需要进行单用户设备检测。3.4.2协议关闭关闭协议包含信道的拆线和设备的释放。在数据交换完成后，主呼可以利用数据交换协议进行拆线。一旦拆线成功，主呼和被呼都回到初始状态。主呼可再次激活，但是被呼是通过释放请求指令切换到刚开机的原始状态。
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1．2TD－SCDMA无线通信技术
TD－SCDMA技术是ITU的第三代移动通信空间接口技术规范之一。TD－SCDMA的特点是上下行同频段，通过时隙配置为上下行信道提供无线承载。TD－SCDMA可支持速率为8kbit／s～2Mbit／s的语音、互联网等所有的3G业务。TD－SCDMA系统采用时分双工模式，它的一个载波占用1．6MHz的带宽，仅能提供速率为2Mbit／s的3G数据业务。并且在产业链方面TD－SCDMA不够成熟，终端数量较少。目前，TD－SCDMA矿用通信系统采用BBU（BuildingBasebandUnit）＋RRU（RadioRemoteUnit）拉远方式，BBU部署在地面，RRU作为井下无线站点部署在井下，地面与井下采用私有的IR接口，必须使用裸光纤，无法直接使用井下工业以太环网，且当BBU出现故障时，会导致全网无法工作。某个中间RRU故障会导致整个链上的RRU无法工作，维护、扩容较为困难。
1．3WCDMA无线通信技术
WCDMA技术是ITU正式的第三代移动通信空间接口技术规范之一，是集CDMA、FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess，频分多址）技术优势于一体、系统容量大、抗干扰能力强的移动通信技术［4］。WCDMA发展空间较大，技术成熟性最佳，有较高的扩频增益，可支持速率为8kbit／s～5．76Mbit／s的语音、互联网等所有的3G业务。WCDMA作为产业链最为成熟、网络部署最为广泛、终端最为丰富的3G技术，其网络除能实现语音通信功能外，还可提供高速率数据和图像传输功能。但是，传统WCDMA系统总体造价相对较高，不利于大规模推广，而且井下巷道错综复杂，其无线信号的全矿井无缝覆盖困难大。
1．4Femtocell无线通信技术
1．4．1Femtocell技术简介Femtocell又可称为毫微微小区、家庭基站［5］，是近年来根据3G发展和移动宽带化趋势推出的低功率、超小型化移动基站。Femtocell使用IP协议，通过用户已有的ADSL、LAN等宽带电路连接，远端由专用网关实现从IP网到移动网的联通。它的大小与ADSL调制解调器相似，具有安装方便、自动配置、自动网规、即插即用的特点。1．4．2Femtocell技术优势（1）可覆盖宏小区不能覆盖的地方。（2）可以减少来自于宏小区基站的高功率开销并提高宏小区基站的性能。（3）辐射更低，手机电池也更耐用。（4）为固网与移动网融合提供了一个理想的解决方案。Femtocell的网络架构如图1所示。目前业界主流的设备商主要采用的是把NodeB和RNC（RadioNetworkController，无线网络控制器）功能集成于一个接入设备的扁平化架构，由Femtocell网关提供标准的Iu接口。更进一步的扁平化架构可以把SGSN（ServingGPRSSupportNode，GPRS服务支持节点）／GGSN（GatewayGPRSSupportNode，网关GPRS支持节点）等功能集成于Femtocell接入设备。扁平化架构的优势是它符合下一代移动网络的发展趋势。由于独立节点的减少，使得网络端到端时延大大降低（降低40％左右），从而大大增强用户在使用高速数据业务和实时业务时的体验。同时，节点的减少也大大提高了网络的可靠性。
2基于Femtocell的矿用
WCDMA无线通信系统传统的矿用CDMA－2000，TDS－CDMA以及WCDMA系统总体造价相对较高，不利于大规模推广，而且井下巷道错综复杂，其无线信号的全矿井无缝覆盖困难极大；但随着Femtocell技术的应用，使得WCDMA无线技术应用到煤矿井下变得简单。针对煤矿井下的环境特点，提出了一种基于Femtocell的矿用WCDMA无线通信系统，系统结构如图2所示。从图2可看出，基于Femtocell的矿用WCDMA无线通信系统采用现有的IP网络传输，Femtocell通过工业以太网与地面主系统相连，井下通信的网络架构可采用标准的Femto网络架构，实现井下、井上通信的结合，传输使用矿区已经部署的井下工业以太环网。Femtocell基站集成了NodeB（即移动基站，一般由控制子系统、传输子系统、射频子系统、中频／基带子系统、天馈子系统等部分组成）和RNC的功能，它通过SIP（SessionInitiationProtocol，会话初始协议）／IMS（IPMultimediaSubsystem，IP多媒体系统）连接到地面核心网络（核心网包括移动交换中心MSC和用户归属位置寄存器HLR等），核心网络采用WCDMA专网的自建核心网。
2．1系统的关键技术
2．1．1即插即用Femtocell所扮演的角色类似于终端设备，因此，其使用方法必须简单明确，安装好Femtocell基站后，只要接通电源和网络就可以使用。Femtocell和服务器之间必须能自动完成IP连接和IP分配，能够进行远程的自动软件升级、自动网络规划（包括最小干扰频点的选择、扰码的自动分配、邻区列表的自动创建及发射功率的自动调整）。2．1．2接入控制接入控制主要有3个层面：①接入层的UE（UserExperience）接入鉴权。用户必须可以设置Femtocell的接入模式，如是否允许所有用户接入、能否设置不同的接入用户、Femtocell信号是否可以独享等。因此，Femtocell必须设置一个白名单编辑功能，以满足对Femtocell接入终端的控制。②Femtocell基站设备的接入控制。服务器要能够监控Femtocell基站的使用，并控制其IP接入。目前主要采用在Femtocell基站内置一张类似于SIM卡的信息鉴权设备，运营商可以在SIM卡上烧制相应的鉴权信息。③核心网3GPP标准的UE接入鉴权。Femtocell对用户的接入必须满足3GPP对3G的各项标准规定［6］。2．1．3IP传输网络质量要求因为Femtocell是完全通过IP网络实现与核心网的连接，因此，如何保证业务的QoS服务等级，特别是语音业务的QoS要求非常关键。因此，对于IP传输网络需要有一定的性能要求，如对满足语音业务、满足视频电话及PS384K业务在时延、抖动、丢包率、带宽等方面的指标均有最低要求。2．1．4时钟同步技术Femtocell基站主要通过接收周围宏基站信号来提取同步时钟信号，如果Femtocell完全处于孤岛环境，就需要通过自身的时钟振荡器来获取时钟。
2．2系统优势分析
综合了Femtocell技术与WCDMA技术的特点，基于Femtocell的矿用WCDMA无线通信系统主要有以下优势。（1）组网灵活。由于系统采用Femtocell技术和小型化设备，且可即插即用，系统安装维护方便，组网更加灵活。（2）稳定可靠。系统内设备采用电信级标准设计，确保系统可靠性。无线资源池共享技术的应用使得系统稳定性和可靠性大大提高，且满足突况下设备的资源需求；在正常情况下，设备运行负荷均衡，工作状态稳定。（3）业务丰富。系统不仅支持基本的高质量语音通信和短信业务，而且基于WCDMA的高带宽特性，可灵活承载移动办公、无线监控、生产巡检等各种数据业务。另外，可根据数字化矿山的特点，灵活定制适应于矿山安全生产的多种移动业务。（4）兼容性高。基于Femtocell的矿用WCDMA矿用无线通信系统设备采用国际通用通信标准设计，设备可以和不同制造商生产的公网模式的WCDMA制式终端兼容；可以和多家主流设备制造商生产的用户级交换机和局用交换机互通。
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以太网是应用最广的联网技术，它以可靠性高、媒体信息量大、易于扩展和更新等优点，在企业、学校等领域得到广泛的应用。根据IEEE802．3Ethernet标准规范，以太网每段同轴电缆长度不得超过500m，通过中继器互联后，网络最大距离也不得超过2．8km。在这种情况下，利用激光无线通信技术，超越以太网的地域限制，满足数据通信的需要，具有很强的应用价值。
1基于以太网的激光无线通信系统
将以太网和激光无线通信结合起来，充分发挥二者的优越性，可以大大提高系统的应用范围和可靠性。图1是基于以太网激光无线通信系统一端的原理框图，另一端的结构和本端呈对称状态。从计算机网卡出来的双极性MLT－3数据信号，由RJ45接口，经过耦合变压器后，变成单极性电平信号，送至以太网收发器，产生的高速PECL信号通过调制驱动电路对激光器直接强度调制，驱动激光器发光，载有信息的激光通过光学天线发射出去。接收端光学天线将激光信号接收汇聚在光敏管上，通过接收解调电路后，恢复出PECL高速数据信号，再经过耦合变压器送至计算机，从而完成整个通信过程。由图1可知，系统主要由三部分组成：以太网收发器、调制驱动电路和接收解调电路。下面分别就这三部分的电路设计进行详细说明。
2以太网收发电路
以太网收发电路由RJ45接口、耦合变压器、以太网收发器，以及收发器与调制驱动电路、接收解调电路之间的接口组成。其中以太网收发器是核心单元，直接决定了系统的工作性能。
2．1以太网收发器IP113
本系统采用ICPLUS公司出品的以太网至光纤收发器IP113芯片。IP113是二端口（包括TP端口和FX端口）10／100Mbps以太网集成交换器，由一个二端换控制器和两个以太网快速收发器组成。每个收发器都遵守IEEE802．3、IEEE802．3μ、IEEE802．3x规则。为帧缓冲保留了SSRAM，可以存储1K字节的MAC地址，全数字自适应调整和时序恢复，基线漂移校正，工作在10／100baseTX和100baseFX的全双工／半双工方式。使用2．5V单电源，25MHz单时钟源，0．25μm工艺，128脚PQFP封装。
图2是IP113内部原理框图。IP113工作在存储转发模式，Port1(TP端口)的速率是自适应调整的结果，因而不需要外加存储器以缓冲数据包。每个端口都有自己的接收缓冲管理、发射缓冲管理、发射排队管理、发射MAC和接收MAC。各个端口共享一个散列单元、一个存储器接口单元、一个空缓冲管理器和一个地址表。散列单元负责找出和识别地址。发射缓冲管理和接收缓冲管理通过存储器接口负责存储数据或者读出数据。发射MAC和接收MAC负责完成以太网的各种协议控制。接收MAC从收发器收到数据后，被放进接收FIFO，同时为数据传输请求接收缓冲管理。当接收缓冲管理接收到请求后，就从空的缓冲管理区获得一个空的存储块，并通过存储器接口单元将数据包写入。同时接收数据包也进入散列单元。散列单元从数据包里找出地址以建立地址表。IP113依据地址表决定是否转发或者丢弃数据包。两个端口共享一个空的缓冲管理，复位后，空缓冲管理提供两个地址的空存储区。当接收到一个数据包时，就找出一个新的空存储区；当转发一个数据包时，相应的存储区就释放。
2．2以太网收发电路设计
以太网收发电路如图3所示。主要由以太网收发芯片IP113、专用配置芯片EEPROM93C46、LED显示矩阵，以及IP113的Port1与TP模块、Port2与FX模块之间的接口组成。
图4IP模块电路图
IP113支持很多功能，通过设置适当的参数满足不同的需要，既可以由特定的管脚设定，也可以用EEPROM配置。为提高系统的整体性能，这里采用专用串行EEPROM93C46芯片。系统复位时，管脚LED＿SEL[1:0]分别作为93C46的时钟EESK和片选EECS，BP＿KIND[1:0]分别作为93C46地址EEDI和数据输出EEDO，将93C46内部的参数读入IP113内部的寄存器。复位结束后，这些管脚均变成输入信号，以使IP113脱离93C46而独立工作。
复位时，IP113首先读取93C46的00H中的内容，只有00H[15:0]＝55AAH时，才会继续从EEPROM中读取参数，否则以缺省值或特定的管脚电平值设置工作寄存器。01H中的值设置LED输出控制寄存器，控制两个LED矩阵的亮、灭和闪烁，以分别显示两个端口的连接、活动、全／半双工和速率（10Mbps／100Mbps）。02H中的值设置交换控制寄存器1，选择系统的流控制方式和冲突保护。03H中的值设置交换控制寄存器2，控制系统的丢包、地址失效、优先级和算法补偿。04H中的值设置收发器控制寄存器，其中04H[13:11]的5种取值：000、100、101、110和111，分别对应收发器的5种工作状态：NWAY、10Mbps(半双工)、10Mbps(全、半双工)、100Mbps(半双工)和100Mbps(全、半双工)。05H～0AH中的值分别设置收发器确认寄存器、测试寄存器和验证方式寄存器。
Port1的TXOP和TXOM是TP发射数据对，RXIP和RXIM是TP接收数据对。图4的TP模块电路中，RJ45接口将MLT－3码流以太网信号经过耦合脉冲变压器PE68515变为单极性信号。
Port2的FXRDP和FXRDM是FX的接收数据对，FXTDP和FXTDM是FX的发射数据对。FXSD是光电检测信号，当接收到的光信号经光电转换后电平低于1．2V时，FXSD输出连续的PECL电平。图5是FX模块的电路图，电路中采用标准的FDDI数据接口。由于调制驱动和接收解调电路采用5V电源，而系统其它部分均使用2．5V电源，FDDI中的信号均是PECL电平，因此必须经电平转换(如图5所示)，才能把这两部分联系起来。
3调制驱动电路设计
图6是调制驱动电路图，主要由MAXIM公司的155MHz的MAX3263芯片和内部带有监视二极管的激光器LD构成。MAX3263内部的主偏置电源提供温度补偿偏置和参考电压输出Vref1和Vref2，通过电阻R25、R26、R27和R28对内部的高速调制驱动电路、激光器和监视二极管进行编程。MAX3263的输出电流都被内部的镜像电流源控制，这些镜像电流源都有2Vbe的结温漂移，参考电压设置在2Vbe时，结温漂移可以被抵消。选择电阻R28以调节激光器静态偏置电流Ibo，使Ibo略小于激光器的阈值电流，以使激光器的输出具有良好的消光比。LD内部的监视二极管将光强变化转换为电流Ipin，经内部变换产生反馈电流Ibs，通过公式Ibo＝40(Ib＋Ibs)，将激光器的光强变化转换成偏置电流的一部分，反馈作用于激光器，保证输出稳定的光功率。输入的差分PECL信号RD、RD由内部的高速输入缓冲和共射极差分输出组成的调制器调制，调制电流的大小由R26确定的电流Im决定。选择R26的大小，使激光器有适当的调制电流，输出足够的光功率,并具有良好的消光比。同时应使OUT＋、OUT－端的电压在2．2V以上，以防激光器饱和。
图6调制驱动电路
4接收解调电路设计
图7是接收解调电路图，由MAX3963和MAX3964配以必要的器件组成。155MHz的低噪声芯片MAX3963组成前置放大器，其内部包含一个跨阻前置放大器和一个带射极跟随输出的倒相放大器，并集成了22kΩ的跨阻，可将PIN接收的微弱光电流转换成差分输出电压。266MHz的MAX3964组成后级放大调理电路。其内部有4个限幅放大器组成的串行功率检测器，每个限幅放大器都有一个全波对数检测器，用以检测输入信号功率的大小。4个检测结果在Filter端加在一起，通过电容C25进行滤波。电阻R30、R31、内部的1．2V参考电源和无光比较器共同构成阈值设置和噪声抑制功能。取R30＝100kΩ，R31可用100kΩ的电位器调节，则VTR在1．2～2．4V间变化。当输入信号幅值大于VTR时，输出稳定的PECL电平信号；当输入信号幅值小于VTR时，数据输出端OUT＋输出高电平，OUT－输出低电平，所有的限幅放大器拒绝接收输入信号，并且后级放大器输出无光告警PECL信号LOS＋。
