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篇1
蓝牙系统采用分散式（Scatter）结构，设备间以及从方式构成微微网（Piconet），支持点对点和点对多点通信。它采用GFSK调制，抗干扰性能好，通过快速跳频和短包技术来减少同频干扰，保证传输的可靠性。使用的频段为无需申请许可的2.4GHz的ISM频段。
蓝牙协议从协议来源大致分为四部分：核心协议、电缆替代协议（RECOMM）、电路控制协议和选用协议。其中核心协议是蓝牙专利协议，完全由蓝牙SIG开发，包括基带协议（BB）、连接管理协议（LMP）、逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）以及服务发现协议（SDP）。蓝牙协议从体系结构又可分为底层硬件模块、中间协议层和高端应用层三大部分，其中链路管理层（LM）、基带(BB)和射频层（RF）构成蓝牙的底层模块。由此可见，基带层是蓝牙协议的重要组成部分。本文主要对蓝牙技术中最重要的基带数据传输机理进行分析。
1基带协议概述
图1给出蓝牙系统结构示意图。在蓝牙系统中，使用蓝牙技术将设备连接起来的网络称作微微网（Piconet），它由一个主节点（MasterUnit）和多个从节点(SlaveUnit)构成。主节点是微微网中用来同步其他节点的蓝牙设备，是连接过程的发起者，最多可与7个从节点同时维持连接。从节点是微微网中除主节点外的设备。两个或多个微微网可以连接组成散射网（Scatternet）。
图2给出蓝牙协议结构示意图。基带层位于蓝牙协议栈的蓝牙射频之上，并与射频层一起构成蓝牙的物理层。从本质上说，它作为一个链接控制器，描述了基带链路控制器的数字信号处理规范，并与链路管理器协同工作，负责执行象连接建立和功率控制等链路层的，如图3所示。基带收发器在跳频（频分）的同时将时间划分（时分），采用时分双工（TDD）工作方式（交替发送和接收），基带负责把数字信号写入并从收发器中读入数据。主要管理物理信道和链接，负责跳频选择和蓝牙数据及信息帧的传输、象误码纠错、数据白化、蓝牙安全等。基带也管理同步和异步链接，处理分组包，执行寻呼、查询来访及获取蓝牙设备等。
在蓝牙基带协议中规定，蓝牙设备可以使用4种类型的地址用于同场合和状态。其中，48位的蓝牙设备地址BD_ADDR（IEEE802标准），是蓝牙设备连接过程的唯一标准；3位的微微网激活节点地址AM_ADDR，用以标识微微网中激活成员，该地址3位全用作广播信息；8位的微微网休眠节点地址PM_ADDR，用以标识微微网中休眠的从节点。微微网接入地址AR_ADDR，分配给微微网中要启动唤醒过程的从节点。
当微微网主从节点通信时，彼此必须保持同步。同步所采用的时钟包括自身不调整也不关闭的本地设备时钟CLKN，微微网中主节点的系统时钟CLK以及为主节点时钟对从节点本地设备时钟进行周期更新以保持主从同步的补偿时钟CLKE。
与其它无线技术一样，蓝牙技术中微微网通过使用各种信道来实现数据的无线传输。其中，物理信道表示在79个或者23个射频信道上跳变的伪随机跳频序列，每个微微网的跳频序列是唯一的，并且由主节点的蓝牙设备地址决定；此外，蓝牙有5种传送不同类型信息的逻辑信道，它们分别为：
(1)LC信道：控制信道，用来传送链路层控制信息；
(2)LMC信道：链接管理信道，用在链路层传送链接管理信息；
(3)UA信道：用户信道，用来传送异步的用户信息；
(4)UI信道：用户信道，用来传送等时的用户信息；
(5)US信道：用户信道，用来传送同步的用户信息。
在蓝牙系统中，主从节点以时分双工（TDD）机制轮流进行数据传输。因此，在信道上又可划分为长度为625μs的时隙（TimeSlot），并以微微网主节点时钟进行编号(0-227-1)，主从节点分别在奇、偶时隙进行数据发送。
2蓝牙数据传输
蓝牙支持电路和分组交换，数据以分组形式在信道中传输，并使用流控制来避免分组丢失和拥塞。为确保分组包数据正确传输，还进行数据的白化和纠错，下面分别对这些传输机制进行分析。
2.1蓝牙分组
分组包数据可以包含话音、数据或两者兼有。分组包可以占用多个时隙（多时隙分组）并且可以在下一个时隙继续发送，净荷(Payload)也带有16位的错误校验识别和校验（CRC）。有5种普通的分组类型，4个SCO分组包和7个ACL分组包。一般分组包格式如图4。
图3基带层抽象
其中，接入码(Accesscode)用来定时同步、偏移补偿、寻呼和查询。蓝牙中有三种不同类型的接入码：
(1)信道接入码（CAC）：用来标识一个微微网；
(2)设备接入码（DAC）：用作设备寻呼和它的响应；
(3)查询接入码（IAC）：用作设备查询目的。
分组头（Header）包含6个字段，用于链路控制。其中AM_ADDR是激活成员地址，TYPE指明分组类型，FLOW用于ACL流量控制位，ARQN是分组包确认标识，SEQN用于分组重排的分组编号，HEC对分组头进行验。蓝牙使用快速、不编号的分组包确认方式，通过设置合适的ARQN值来区别确定是否接收到数据分组包。如果超时，则忽略这个分组包，继续发送下一个。
2.2链接及流控制
蓝牙定义了两种链路类型，即面向连接的同步链路（SCO）和面向无连接的异步链路（ACL）。SCO链接是一个对称的主从节点之间点对点的同步链接，在预留的时间里发送SCO分组，属于电路交换，主要携带话音信息。主节点可同时支持3个SCO链接，从节点可同时支持2～3个链接SCO，SCO分组包不支持重传。SCO链路通过主节点LMP发送一个SCO建立消息来建立，该消息包含定时参数（Tsco和Dsco）。
ACL链接是为匹克网主节点在没有为SCO链接保留的时隙中，提供可以与任何从节点进行异步或同步数据交换的机制。一对主从节点只可以维持一个ACL链接。使用多个ACL分组时，蓝牙采用分组包重发机制来保证数据的完整性。ACL分组不指定确定从节点时，被认为是广播分组，每个从节点都接收这个分组。
蓝牙建议使用FIFO（先进先出）队列来实现ACL和SCO链接的发送和接收，链接管理器负责填充这些队列，而链接控制器负责自动清空队列。接收FIFO队列已满时则使用流控制来避免分组丢失和拥塞。如果不能接收到数据，接收者的链接控制器发送一个STOP指令，并插入到返回的分组头（Header）中，并且FLOW位置1。当发送者接收到STOP指示，就冻结它的FIFO队列停止发送。如果接收器已准备好，发送一个GO分组给发送方重新恢复数据传输，FLOW位置0。
2.3数据同步、扰码和纠错
由于蓝牙设备发送器采用时分双工（TDD）工作机制，它必须以一种同步的方式来交替发送和接收数据。微微网通过主节点的系统时钟来实现同步，并决定其跳频序列中的相位。在微微网建立时，主节点的时钟传送给从节点，每个从点节给自己的本地时钟加上一个偏移量，实现与主节点的同步。在微微同生存期内，主节点不会调整自己的系统时钟。为了与主节点的时钟匹配，从节点会偏移量进行周期的更新。蓝牙时钟应该至少具有312μs的分首辨率。主节点分组发送的平均定时与理想的625ms时隙相比，偏移不不能超过20ppm，抖动（Jitter）应该少于1ms。
在分组数据送出去并且在FEC编码之前，分组头和净荷要进行扰码，使分组包随机化。接收数据分组包时，使用盯同的白化字进行去扰处理。
为了提高数据传输可靠性及系统抗干扰性，蓝牙数据传输机制采用三种纠错方式：1/3率FEC编码方式（即每一数据位重复3次）、冗余2/3率FEC编码方式（即用一个多项式发生器把10位码编码成15位码）以及数据自动请求重发方式（即发送方在收到接收方确认消息之前一直重发数据包，直到超时）。
图4蓝牙分组包格式
3蓝牙设备连接
蓝牙链接控制器工作在两种主要状态：待令（Standby）和连接（Connection）。在蓝牙设备中，Standby是缺省的低功率状态，只运行本地时钟且不与任何其他设备交互。在连接状态，主节点和从节点能交换分组包进行通信，所以要实现蓝牙设备之间的互相，彼此必须先建立连接。由于蓝牙使用的ISM频带是对所有无线电系统都开放的频带，会遇到各种各样的干扰源，所以蓝牙采用分组包快速确认技术和跳频方案来确保链路和信道的稳定。在建立连接和通信过程中使用跳频序列作为物理信道，跳频选择就是选择通信的信道。
3.1跳频选择
跳频技术把频带分成若干个跳频信道（HopChannel）。无线电收发器按一定的码序列（以产生随机数的方式）不断地从一个信道跳到另一个信道，并且收发双方都按这个规律才能通信并同步。跳频的瞬时带宽很窄，通过扩频技术展成宽频带，使干扰的影响最小。当一个设备被激活时，该设备被分配32个跳频频点，以后该设备就在这些跳频点上接收和发送信息。通用跳频选择方案由两部分组成，即选择一个序列并在跳频频点上映射该序列。对于每一情况，都需要从-主和主-从两种跳频序列。蓝牙系统中使用的跳频序列有如下几种：
(1)呼叫跳频序列：在呼叫（Page）状态使用；
(2)呼叫应答序列：在呼叫应答（PageResponse）状态使用；
(3)查询序列：在查询（Inquiry）状态使用；
(4)查询应答序列：在查询应答（InquiryResponse）状态使用；
(5)信道跳频序列：在连接（Connection）状态使用。
3.2蓝牙连接建立
从待令状态到连接状态的过程就是连接建立过程。通常来讲，两个设备的连接建立过程如下：
首先，主节点使用GIAC和DIAC来查询范围内的蓝牙设备（查询状态）。如果任何附近的蓝牙设备正在监听这些查询（查询扫描状态），就发送它的地址和时钟信息后，从节点可以开始监听来自主节点的寻呼消息（寻呼扫描），主节点在发现附近的设备之间可以寻呼这些设备（寻呼状态），建立链接。在寻呼扫描的从设备被这个主节点寻呼后，就会以DAC（设备访问码）来响应（Slaveresponsesubstate）。主节点在接收到从节点的响应后，便可以以送主节点的实时时钟、BD_ADDR、BCH奇偶位和设备类（FHS分组包），最后在从节点已经接收到这个FHS分组之后，进入连接状态。具体过程如图5。
由图5可见，在蓝牙连接建立的呼个不同阶段，主节点和从节点分别处于不同的状态，这些状态包括：
查询（Inquiry）：查询是主节点用来查找可监视区域中的蓝牙设备，以便通过收集来自从节点响应查询消息中得到该节点的设备地址和时钟，查询过程使用IAC；
查询扫描（InquiryScan）：蓝牙设备周期地监听来自其他设备的查询消息，以便自己能被发现。扫描过程中，设备可以监听普通查询接入码（GIAC）和特定查询接入码（DIAC）；
查询响应（Inquiryresponse）：从节点以FHS分组响应查询消息，它携带从节点的DAC、本地时钟等信息；
寻呼（Page）：主节点通过在不同的跳频序列发送消息，来激活一个从节点并建立连接，寻呼过程使用DAC；
寻呼扫描（PageScan）：从节点周期性地在扫描窗间隔时间内唤醒自己，并监听自己的DAC，从节点每隔1.28s在这个扫描窗上根据寻呼跳频序列选择一个扫描频率；
从节点响应（SlaveResponse）：从节点在寻呼扫描状态收到主节点对自己的寻呼消息即进入响应状态，响应主设备的寻呼消息；
主节点响应（MasterResponse）：主节点在接收到从节点对它的寻呼消息的响应后，主节点发送一个FHS分组给从节点，如果从节点响应回答，主节点就进入连接状态。
3.3连接状态
连接（connection）状态以主节点发送一个POLL分组开始，表示连接已经建立，此时分组包可以在主从节点之间来回发送。连接两端即主从节点都使用主节点的接入码和时钟，并且使用的跳频为信道跳频序列。即在连接建立后，主节点的蓝牙设备地址（BD_ADDR）决定跳频序列和信道接入码。在连接状态的蓝牙设备，可以有以下几个子状态：
Active:在这个模式下，主从节点都分别在信道通过监听，发送和接收分组包，并彼此保持同步；
Sniff:在这个模式下，从节点可以暂时不支持ACL分组，也就是ACL链路进入低能源sleep模式，空出资源，使得象寻呼、扫描等活动、信道仍可用；
Park：当从节点不必介入微微网信道，但仍想与信道维持同步，它能进入park（休眠）模式，此时具有很少的活动而处于低耗模式，从节点放弃AM_ADDR，而使用PM_ADDR。
篇2
该模块采用Chipcon公司的超低功耗FSK调制解调芯片CC1000和Microchip公司的低功耗单片机PIC16F73，从而保证了系统的超低功耗。同时，为了适应电池供电系统的应用，该模块支持查询方式的无线通信，可以使系统的平均工作电流低至10μA。该模块具有8组信道，可以实现点对点、点对多点的半双工通信，并且提供标准串行数据接口，支持TTL、RS232和RS485通信接口，可以方便地与其它控制器或计算机连接。
图1
1模块硬件设计
模块结构框图如图1所示。
作为工作在物理层和数据链路层的底层通信设备，该系统完成数据的调制解调、假数据过滤、数据组合、解码数据帧、数据校验等功能。在接收过程中完成数据由电信号向位流、由位流数据向字节，由字节向数据帧的变换，而在发送过程中则完成接收到的逆向过程。数据发送过程中数据流的变化如图2所示。
调制解调由CC1000完成。系统采用频移键控调制（FSK），载波频率为434MHz，带宽为64kHz，数据采用差分曼彻斯特编码发送，空中发送数据速率可以根据需要设置，最高FSK数据速率为76.8kpbs。CC1000采用三线命令接口和两线数据接口，可编程配置载波频率和数据速率等内容。有关CC1000的详细内容见参考文献。
模块控制器在发送时从用户接口接数据和命令，并将用户数据转换成数据帧传送给CC1000，控制CC1000进行数据发送。在接收时，控制器接收从CC1000传送过来的数据，分析数据，过滤噪声，将数据由位流转换为字节，进行校验并将用户数据通过串行口传送给用户，使用户可以实现所发即所收。
模块是为低功耗系统而设计的，除了具有SLP引脚可以直接休眠模块外，还有一些专门设计的命令来支持使用查询方式的通信。PCMD、RX、TX三线组成模块的三线接口，配置命令时PCMD必须为高电平。配置命令工作时序如图3所示。
发送数据时PCMD应置为低电平，通过串行口发送数据即可。模块使用时间间隔区分数据帧，如果有传输半个字节的时间没有接收到数据，则认为此前接收到的为一帧数据，系统将编码该帧数据并通过CC1000进行调制和发送。因此，如果用户数据是以数据帧的格式发送的，用户应当连续发送数据，以避免模块将一帧数据分割为两帧数据发送，从而降低发送效率。模块只能进行半双工通信，没有数据发送时模块处于接收状态；有休眠信号时模块进入体眠状态，此时模块无法接收和发送数据，只有将模块唤醒后，才能发送和接收数据。READY信号是模块工作状态指示信号。当READY长时间处于低电平状态时，可以使用RST将模块复位，重新设置模块的工作状态，以避免模块处于错误工作状态。
2软件设计
系统软件采用专门为PIC单片机进行了优化，能够为PIC系列单片机产生优质高效的代码，具体内容参考文献。系统控制器软件设计是本系统的核心内容，由于控制器要完成与用户和CC1000双方的通信及数据封装，因此系统软件借用Windows系统的消息循环机制设计，采用消息循环的体系结构。这种结构使得程序结构清晰、可扩展性强、可移植性强。经过长时间的初中，证明这种结构非常适合单片机系统软件的开发。
图4为程序初始化和主函数部分的结构框图。系统程序总线结构采用消息驱动机制。在系统内部寄存器和变量初始化完成后便可以进入消息循环程序查询系统消息。系统消息一般是CPU外部或内部的事件通过CPU中断系统激励CPU运行的。为了能够使系统产生和响应消息，必须启动CPU的中断系统，因而在进入消息循环前启动CPU定时中断、串行通信中断、外部触发中断。程序初始化部分在CPU上电或复位后只执行一次，CPU在正常工作时即将终都在消息循环中反复检测消息是否存在，并根据消息的种类做不同的操作，最后清除相应的消息标志，再进行循环检测消息。本系统中消息共有三种，分别是程序节拍控制信号、与CC1000通信的信号以及与用户通信的信号。程序节拍控制信号控制程序的运行过程，包括时间信号、外部中断信号（休眠、唤醒）以及其它定时动作信号；与CC1000通信的信号包括CC1000状态转换信号、接收完成信号、发送开始信号以及发送完毕信号等，负责管理与CC1000的通信和控制工作；与用户通信的信号包括接收用户数据完毕信号、用户数据发送完毕信号以及向用户发送数据开始信号等，负责与用户的通信管理。程序的消息循环结构如图5所示。
3模块性能
3．1模块功能
作为一款专门为低功耗系统而设计的无线数字传输模块，该模块具有低电平供电、低功耗的特点。供电电压范围为3V～12V。当供电电压为3V时，在接收状态下，模块电流为9.6mA；在发送状态下，模块电流为25.6mA；在休眠状态下，模块电流为2μA。通信系统使用查询方式工作时，处于接收的工作电流计算公式如下，即若休眠时间为dsl，检测信号时间为tdt，那么平均工作电流为（单位为μA
）：
Ip=(tsl×2+tdt×9600)/(tsl+tdt)
因此，如果一个系统的休眠时间为8s,检测时间为13μA。这样，5400mAh的锂电流可以使用47年！当然，实际使用中应该计算模块处于接收状态时的电流，此时模块的功耗就取决于模块工作的情况和传输数据量的大小，但是其极低的待机功耗对于移动设备来说是十分重要的。
3．2通信可靠性
通信误码率可以使用如下近似公式计算：
Pe≈Ne/N
式中，N为传输的二进制码元总线；Ne为被传输错的码元数，理论上应有N∞。
在实际使用中，N足够大时，才能够把Pe近似为误码率。经过对模块的测试，在数据速率为2400bps、通信距离为100m(平原条件)时，通信误码率为10-3～10-5。在数据速率提高时，通信误码率会增加，但是通信模块可采用多项技术来提高通信可靠性。在物理层，模块采用差分曼彻斯特编码技术发送数据，从而保证通信中的同步问题；而在数据链路层，使用CRC（循环冗余编码）进行数据帧校验，用以保证数据到达用户应用层以后的可靠性。当然，用户在应用层还可以采取多种通信协议来进一步提高通信的可靠性。
3.3通信距离
在无线通信中，通信距离与发射机发送信号的强度和接收机接收灵敏度有着直接关系。本模块的发送功率为10dBm，而在数据速率为2400bps、带宽为64kHz、通信二进制误码率为10-3条件下，模块的接收灵敏度为-110dBm。在天线高于地面3m的可视条件下，可告通信距离（误码率小于10-3）大于300m。在市区环境中，可靠通信距离在10m左右。
图5
4模块应用
篇3
传统的金刚石合成机控制系统是由一个PLC和一个可显示终端构成。这种传统的控制系统一般具有如下缺点：
(1)系统所有的工作都由PLC完成，其控制精度较差，致使合成的金刚石质量较差；
(2)显示终端的平面尺寸过小，这一方面使得操作人员观察系统的状态很不方便，另一方面也常常会引起误操作；
(3)金刚石合成工艺复杂，需控制的参数很多，但原控制系统不能对参数进行保存，这样在根据不同产品和工艺要求对部分参数进行调整时，每次都必须重新设置所有的参数，操作非常麻烦；
（4）界面不友好；
（5）不能通过控制系统自动考核操作人员的工作质量。
为了提高控制精度、方便操作，开发新的控制系统迫在眉睫。笔者针对以上问题，将IPC与PLC有机结合在一起，开发了一套新的控制系统。通过该系统可在上位机（IPC）和PLC之间通过RS－232与RS－485进行大量串口通信。
2VC串口通信分析
在32位Windows系统下使用VC开发串口通信程序通常有如下4种方法：
（1）使用Microsoft公司提供的名为MSCOMM的通信控件；
（2）直接使用Windows应用程序接口（API）；
（3）自行设计一个串口通信类；
（4）通过开发一个ActiveX控件来实现串口通信功能。
在上述几种方法中，实际上还是使用WindowsAPI函数，然后把串口通信的细节给封装起来，同时提供给用户几个简单的接口函数。上述几种方法各有优缺点，但在实际情况下，大多数编程人员喜欢使用API函数自行设计串口通信类。
用WindowsAPI函数进行串口通信的编程流程如图1所示。其中打开串口是确定串口号与串口的打开方式；初始化串口用于配置通讯的波特率、每字节位数、校验位、停止位和读写超时等；读写串口用于向串口进行发送数据和从串口接收数据；关闭串口用于将串口关闭并释放串口资源（Windows系统下串口是系统资源）。
由于绝大多数控制系统中串口通信是比较费时的，而且监控系统还要进行数据处理和显示等，所以一般采用多线程技术，并用AfxBeginThread（）函数创建辅助线程来管理串口通信，这样，主进程就能在进行串口读写的同时，处理数据并完成用户指令的响应，但是设计时一定要处理好数据的共享问题。
串口读写既可以选择同步、异步方式，也可以选择查询、定时读写和事件驱动方式。由于同步方式容易造成线程阻塞，所以一般采用异步方式；而查询方式要占用大量的CPU时间，所以一般采用定时读写或者事件驱动方式，事件驱动方式相关文献较多，故此重点讨论定时读写方式。定时读写方式就是上位机向下位机发送固定格式的数据，在下位机收到后向上位机返回状态信息数据。由于数据的传输需要时间，所有上位机发送数据后就调用＿sleep（）函数进行休眠，休眠的时间可根据需要进行不同的设置。这样，可以节省CPU时间，以使系统能够很好地进行监控工作和处理其它事务。
3VC串口通信的设计与实现
笔者在Windows系统下，采用面向对象的方法和多线程技术，并使用VisualC6．0作为编程工具开发了一个通用串口通信类CSerialPort，该CSerialPort类封装了串口通信的基本数据和方法，下面给出CSerialPort类的简单介绍。
CSerialPort类头文件中的主要成员变量和成员函数如下：
ClassCSerialPort
{
private:
HANDELm_hPort;
DCBm_Dcb;
COMMTIMEOUTSm_TimeOuts;
DWORDm_Error;
Public:
CSerialPort();／／构造函数
virtual～CSerialPort();／／析构函数
／／InitPort()函数实现初始化串口
BOOLInitPort(
char＊str＝“com1”,
UINTBaudRate＝9600,
UINTParity＝0,
UINTByteSize＝8,
UINTStopBits＝1,
UINTReadMultiplier＝0,
UINTReadConstant＝0,
UINTWriteMultiplier＝10,
UINTWriteConstant＝1000);
DCBGetDCB();／／获得DCB参数
／／SetDCB()函数实现设置DCB参数
BOOLSetDCB(
UINTBaudRate＝9600,
UINTParity＝0,
UNITByteSize＝8,
UINTStopBits＝1);
／／GetTimeOuts()函数获得超时参数
COMMTIMEOUTSGetTimeOuts();
／／SetTimeOuts()函数设置超时参数
BOOLSetTimeOuts(
UINTReadMultiplier＝0,
UINTReadConstant＝0,
UINTWriteMultiplier＝10,
UINTWriteConstant＝1000);
／／WritePort()函数实现写串口操作
voidWritePort(HANDLEport,CString);
CStringReadPort(HANDLEport);／／读串口操作
BOOLClosePort();／／关闭串口
};
下面对该类的重要函数作以说明：
(1）在构造函数CSerialPort（）中已对该类的数据成员进行了初始化操作。
（2）初始化串口函数InitPort（）函数用于完成串口的初始化工作，包括打开串口、设置DCB参数、设置通信的超时时间等。
打开串口使用CreateFile（）函数，其中InitPort（）函数中的第一个参数为要打开的串口，通常将该参数赋给CreateFile（）函数中的第一个参数；设置DCB参数应调用该类中的SetDCB（）函数，并将InitPort（）函数中的第2至第5参数赋给SetDCB（）函数；设置通信的超时时间应调用该类中的SetTimeOuts（）函数，并将InitPort（）函数中的第6至第9参数赋给SetTimeOuts（）函数。另外，该串口是系统资源，应该根据不同要求对其安全属性进行设置。
（3）SetDCB（）函数用于设置DCB参数，包括传输的波特率、是否进行奇偶校验、每字节长度以及停止位等。
（4）SetTimeOuts（）函数用于设定访问的超时值，根据设置的值可以计算出总的超时间隔。前面两个参数用来设置读操作总的超时值，后面两个参数用来设置写操作总的超时值。
（5）WritePort（）函数用来完成向串口写数据。由于该系统需要对多个串口进行通信，所以首先应把串口号作为参数传递给该函数；接着该函数把按参数传递过来的、要发送的数据进行编码（也就是加入校验，这样能减少误码率），然后再调用WindowsAPI函数WriteFile（）并把数据发送到串口。
（6）ReadPort（）函数用来完成从串口读数据，由于有多个串口，所以应把串口作为参数传递进来，然后调用API函数ReadFile（），并把下位机发送到串口，数据读出来放到缓存里面，接着对数据进行处理以将其变换成字符串（CString）类型并返回。
（7）GetDCB（）函数主要用于获得串口的当前配置，可通过调用API函数GetCommState（）来实现，然后再进行相应的处理。
（8）GetTimeOuts（）函数用于获得访问超时值。
（9）ClosePort（）函数可用来关闭串口。因为在Windows系统中串口是系统资源，因而在不用时，应将其释放掉，以便于其它进程对该资源的使用。
4基于串口通信的金刚石合成控制
金刚石合成控制系统采用主从式控制方式，上位机为微机、下位机为PLC。上位机的主要功能是对系统进行实时监控，下位机的主要功能是对系统进行实时控制。上位机采用Windows98操作系统，其监控程序可用VC开发，上、下位机之间通过RS－232与RS－485串口进行通信，它们之间采用的通信波特率为9600bps，无奇偶校验，每字节8位，并有1位停止位。上、下位机之间传送的数据格式可自己定义。由于传输数据时可能会引起错误，所以加入了校验算法。该系统通过上位机向下位机发送数据，下位机收到后就把当前系统的状态参数返回给上位机。由于该系统中所控制的参数具有迟滞性，所以应采用定时发送数据的方法来采集现场状态信息。
上位机编程时，可用VC6．0生成一个对话框类型的程序框架，然后将自己编写的CSerialPort类加入到该工程中，并在主界面类CCrystal中添加一个CSerialPort类的成员变量serial。当监控系统开始工作时，可用AfxBeginThread函数创建辅助线程来管理串口通信，当调用CSerialPort类中的WritePort函数向串口发送数据后，可调用＿sleep函数使辅助线程休眠一段时间，以便使PLC有充分的时间返回数据；接着再调用CSerialPort类中的ReadPort（）函数并从串口读数据，然后再调用＿sleep（）函数使辅助线程再休眠一定的时间。这样设计后，当进行串口通信时，主线程就能继续完成监控功能和处理其他事务。辅助线程函数的主要代码如下：
UINTSerialPro（void＊param）
{
Ccrystal＊mdlg＝（Ccrystal＊）param
CStringstr；
intflag＝1；
／／如果初始化串口失败返回
if（！InitPort（“com2”））
{AfxMessageBox（“打开串口2失败”）；
return0；
}
／／循环读写串口，直到结束
while（flag）
{
／／这里把要发送的数据传送给变量str
……
／／向串口写数据
mdlg－＞serial．WritePort(hport，str);
／／让辅助线程休眠100ms
＿sleep(100);
／／从串口读数据并赋给变量str
str＝mdlg－＞serial．ReadPort(hport);
／／这里把从串口得到的数据进行处理
篇4
20世纪的最后十余年的时间里，更是科技日新月异、信息技术更新提速的年头，数码技术、光纤卫星通讯技术、电脑网络技术大放异彩。在所有这些技术逐渐走向融合和协调的基础上，世界性的因特网迅速崛起，成为人类历史上前所未有的崭新媒介，它不但打破了地域限制和国家疆界，还打破了文字、声音、图象等各种符号形式的隔膜，更使得个人的单向传播（自我传播）、人际传播、组织传播、大众传播等各个层次类型和规模的传播走向统一。其影响的触角也正伸向人类社会生活的各个方面，渗透到全世界的各个角落。对于传媒界而言，这些变化中包含着新的挑战和机遇，对于传播学研究界而言，这些令人激动的变化构成推动媒介分析研究的动力：一方面，要对信息传播新技术、新媒介、新环境、新实践作出深刻的分析和解释，离不开传播学理论的指导。另一方面，传播领域层出不穷的新变化，将一系列有关信息传播高新技术同社会发展的关系新传播研究课题摆在了学术界面前。将传播学理论研究和应用研究相结合，从前人的成果中获取启示，而又追求联系实际充实传播学理论，这是时代赋予传播学界的双重任务。媒介分析作为以媒介技术为焦点、以媒介分析及其发展同人类社会变迁的关系为核心的研究部类，正为这样的研究提供了极好的切入口。
一提到媒介分析理论，很多人第一个想起的名字便是麦克卢汉，殊不知，麦克卢汉的媒介分析理论在很大程度上是受英尼斯的影响，他自己也把英尼斯称为“良师”。早在20世纪50年代初期，英尼斯就在他的专著《帝国与传播》、《传播系统的偏向性》中广泛分析了人类转播的各种形式、各种技术手段，提出了一种把传播技术及其发展同人类社会变迁、文明发展史联系起来考察的媒介理论。比起麦克卢汉的媒介分析理论，英尼斯的媒介理论要早问世十多年。
英尼斯从20世纪40年代初起，在他生命的最后10来个年头里，他把传播置于人类历史运转的核心位置进行研究，并在此基础上形成了他的媒介理论。这一理论认为，一切文明都有赖于对空间领域和时间跨度的控制，与之相关的是传播媒介的时空倾向性，因而文明的兴起与衰落同占支配地位的传播媒介息息相关。英尼斯认为任何传播媒介都具有时间偏向或空间偏向，也就是说，传播媒介或具有长久保存但却难于运输的倾向性，或具有易于运输却难以保存的倾向性，前者便于对时间跨度的控制；如羊皮纸、石头等，英尼斯将其称为“偏向时间的媒介”；后者便于对空间的控制，如轻便的纸张，英尼斯将其称为“偏向空间的媒介”。根据英尼斯的观点，就这两种媒介同权利结构的关系而言，“偏向时间的媒介”有助于树立权威，从而利于形成等级森严的社会体制；“偏向空间的媒介”则有助于远距离管理和广阔地域的贸易，有助于帝国领土扩展，从而有利于形成中央集权但等级制度不强的社会体制。英氏还探讨了媒介的时间偏向和空间偏向两者之间的平衡对社会稳定的影响。他的媒介理论认为，建立在强调时间偏向的传播手段或强调空间偏向的传播手段基础上的两种不同的权威和知识垄断——宗教的或国家政府的，道德的或科技的，是帝国兴衰的主要动力、文明兴衰的主要动力。这种理论还把时间偏向和空间偏向视为辨证的统一体，认为一味地向时间倾斜和向空间倾斜会造成社会不稳定，一个稳定的社会离不开维护时间倾向和空间倾向间平衡地机制。
英尼斯的媒介理论最重要的一个特点是作者对科技理性的怀疑态度，尽管英氏很看重媒介技术发展史在文明发展史上的作用，但他并未从新的传播媒介的出现中看到解决现代文明中如下重要问题的希望：如何发展道德的力量去和物质科学所释放出来的力量向抗衡，以维持一种社会的平衡。例如，他在《传播系统的偏向性》一书中，英尼斯对知识的机械化中所隐伏的问题作了如下的评论：“机械化强调了复杂性和混乱，它造成了知识领域的垄断。对于任何文明而言，如果它不屈服于这种知识的垄断的影响，对此进行一些批判性的调查和提出批判性的报告已成为极其重要的事项。思想自由正处于被科学、技术和知识的机械化及伴随他们的西方文明摧毁的危险之中。”也许尽管英尼斯在对待科技的态度方面的悲观论调和怀旧情绪并不可取。但是他对现代西方文明过于强调物质科技的力量，忽视道德力量的批判性思考确是每一个习惯于独立思考的知识分子所必须尊重的。
假如说英尼斯是将媒介技术与人类文明发展史联系起来进行思考的先驱，那么麦克卢汉则是继续开拓这一领域、并在传播学领域研究中确立以媒介技术为焦点的研究传统的关键人物。麦克卢汉提出的媒介理论以其一系列大胆新颖的论点，迅速在西方学术界引起了重视，非但如此，他还在美国媒体与大众之间掀起了一阵麦氏风暴。
麦克卢汉最为重要的一个论点应该是“媒介即讯息”，这即是麦克卢汉与另一学者合著的一本重要著作的书名，也是其媒介理论的发人深思的主题。麦氏从功能和效果两个方面阐述了“媒介即讯息”的论点。首先，麦氏从媒介技术的功能作用的角度理解“内容”，提出任何媒介的“内容”总是另一媒介。“言语是文字的内容，正如文字是印刷的内容一样。而印刷则是电报的内容。如果有人要问，‘那么言语的内容是什么？’那么就有必要回答说，‘它是思想的实际过程，这本身就是非言语的’”。此外，麦克卢汉还从媒介技术的社会影响、效果的角度赖理解“内容”，认为一种新的媒介一旦出现，无论它传递的是什么样的讯息内容，这种媒介本身就会引发社会的某种变化，这就是它的内容，也就是它带给人类社会的讯息。
麦克卢汉另一个重要的观点就是其“媒介是人体的延伸”理论。他把媒介技术比作人体或人类感官的延伸，并提出了“感官的平衡”的概念。他指出，使用不同的传播技术会影响人类感觉的组织。例如，文字与印刷媒介是视觉器官——眼睛的延伸，广播是听觉器官——耳朵的延伸，而电视则是全身感觉器官的延伸。麦氏根据人类历史上占主导地位的传播方式手段的演变，把人类社会分为三个主要时期：口头传播时期、文字传播时期以及电子传播时期。在每个时期，人类感官之间的相互作用以及思维的方式都有其自己的特点。与此相应的是部落文化、脱离部落文化和重归部落文化。他认为人的感觉需要平衡，任何一种感觉一旦占据主导地位，那么另外的感觉的作用被人们所疏远，这样的个体不会是健全的。而新兴的电子传播时期，将会使人重新走向和谐，使人的各种感觉重新达到平衡状态。另外，麦还有关于“冷媒介、热媒介”的理论。
二人把媒介技术置于人类文明发展史的大背景进行考察，强调媒介技术本身的作用，在传播学研究中开创了以媒介技术为焦点的新的研究传统。这是此二人学说的重要历史地位。但是，他们的理论也存在着重要的缺陷：陷入了唯技术决定论的悖论。他们的媒介理论都失之于过分强调媒介技术的作用，把媒介描绘称导致社会变动的最大动力。从而被学界批评为陷入唯技术决定论的极端。这是我们在阅读他们的著作，吸取其精华思想时所必须警醒的。除此之外，两人在写作中，常常对一些基础的定义未作明确的界定，而为了追求一种夸张的风格造成了思维逻辑上的混乱。这一点也同样需要读者加以注意。
与此二人形成鲜明反差的是英国著名学者，西方批判学派中的社会文化学派的理论先锋、西方的文化批评家雷蒙·威廉斯。威廉斯毕生致力于文化研究，于他而言，大众传媒研究是其中一个重要组成部分。他认为，文化研究就是研究整个生活方式的组成部分之间的关系。首先，他认为，对媒介文化研究要运用一种整体的、历史的、动态的观点。其认为，文化现象（包括媒介文化）是和所有社会现象紧密联系的一部分，它们的变化牵涉到所有社会现象包括内在结构的变化，是一个永不停止的运动过程，“在任何时候，它都即包括对现代的反应，也包括对历史的延续。”其次，他把文化研究同社会制度联系在一起，试图探询文化制品与社会制度之间的关系。这可以从他以下观点看出来：第一，强调社会传播过程就是意义和定义在社会上建立并且历史地演变的过程，强调传播和社会制度机构、习俗之间关系密切。第二，指出大众传播的商业形式并非象某些人吹嘘的那样是自由的大众传播模式，而是一种实际上由商业系统控制社会的模式。第三，指出文化现象的复杂性以及传媒文化中的种种问题的社会性。他反对非此即彼的简单两分法去看待社会文化问题，大众文化中存在着内容低劣等问题，但并不是孤立的，他主张把他们看作社会问题，其背后有着复杂的社会原因，这其中包括：对过去真正的通俗文化传统的蔑视；作为人类文化伟大成就的伟大文化传统又被搞成少数人的独占；投机商们的乘虚而入。
对于传媒科技发展与社会关系这一问题，威廉斯批评了传播界占有显赫地位的两位大师的理论，一是拉斯韦尔的传播模式，二是麦克卢汉的媒介理论。威廉斯对拉斯韦尔的传播模式颇为不满，他认为这一模式遗漏了对真正社会与文化过程至关重要的“意向”问题，如果忽略了为什么目的而传播，那么就等于忽略了所有真正的社会与文化过程。这涉及到传播过程所指向的意向和利益等问题。他进一步指出，西方传媒的真正意向常常与有关当局公开宣言的意向有很大的区别，并与那些假象的一般的社会过程中的情形有很大区别。只有对意向的正确分析，才能更深的理解西方传媒的内在制度。
威廉斯也在以下几个方面对麦克卢汉的媒介理论提出了自己的批评，首先，他认为在麦氏的媒介理论中，实际上见不到社会的踪影，它丝毫不能解释不同的媒介特征与特定的历史文化情境及意向之间的相互关联。麦氏的理论虽然关注到不同媒介不特殊性，但只是把它们臆断地指派给媒介的心理功能。其次，麦氏的理论不但认可西方社会与文化的现状，而且尤其认可这种社会文化状况的内在倾向。也就是说，它缺乏对西方社会与文化状况及其发展趋势的理性批判，最后，麦的理论中还存在着严重的逻辑混乱的缺陷。
在提出对这两者进行批评的同时，威廉斯也谈到了自己对媒介文化意向与社会科技发展关系的看法：第一，所有技术的创造与发展都是为了有助于已知的人类实践，这是基本的意向因素，但却不是唯一的。第二，在许多情况下，技术往往产生原先并未预料到的使用情况与效果，他们也是对初使意向的真正的修正。第三，真正的决定是一个过程，一个牵涉到整个现实的社会过程，受到各种因素的制约。
总之，媒介技术是媒介发展的一个重要层面，它往往能引起巨大的传播方式的变革，从而导致社会本身巨变。所以媒介技术不仅仅是一个技术性的定义，其蕴涵的社会含义值得更多有识之士对其进行更深入的研究。
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电力线高速数据传输使电力线做为通信媒介已成为可能。铺设有电力线的地方，通过电力线路传输各种互联网的数据，就可以实现数据通信，连成局域网或接入互联网。通过电源线路传输各种互联网数据，可以大大推进互联网的普及。此项技术还可以使家用电脑及电器结合为可以互相沟通的网络，形成新型的智能化家电网，用户在任何地方通过Internet实现家用电器的监控和管理；可以直接实现电力抄表及电网自动化中遥信、遥测、遥控、遥调的各项功能，而不必另外铺设通信信道。因此，研究电力
线通信是十分必要的。
1OFDM基本原理
正交频分复用OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)是一种正交多载波调制MCM方式。在传统的数字通信系统中，符号序列调制在一个载波上进行串行传输，每个符号的频率可以占有信道的全部可用带宽。OFDM是一种并行数据传输系统，采用频率上等间隔的N个子载波构成。它们分别调制一路独立的数据信息，调制之后N个子载波的信号相加同时发送。因此，每个符号的频谱只占用信道全部带宽的一部分。在OFDM系统中，通过选择载波间隔，使这些子载波在整个符号周期上保持频谱的正交特性，各子载波上的信号在频谱上互相重叠，而接收端利用载波之间的正交特性，可以无失真地恢复发送信息，从而提高系统的频谱利用率。图1给出了正交频分复用OFDM的基本原理。考虑一个周期内传送的符号序列(do，d1，…，dn-1)每个符号di是经过基带调制后复信号di=ai+jbi，串行符号序列的间隔为t=l／fs，其中fs是系统的符号传输速率。串并转换之后，它们分别调制N个子载波(fo，f1，…，fn-1)，这N个子载波频分复用整个信道带宽，相邻子载波之间的频率间隔为1／T，符号周期T从t增加到Nt。合成的传输信号D(t)可以用其低通复包络D(t)表示。
其中ωi=-2π·f·i，f=1／T=1／Nt。在符号周期[O，T]内，传输的信号为D(t)=Re{D(t)exp(j2πfot)}，0≤t≤T。
若以符号传输速率fs为采样速率对D(t)进行采样，在一个周期之内，共有N个采样值。令t=mt，采样序列D(m)可以用符号序列(do，d1，…，dn-1)的离散付氏逆变换表示。即
因此，OFDM系统的调制和解调过程等效于离散付氏逆变换和离散付氏变换处理。其核心技术是离散付氏变换，若采用数字信号处理(DSP)技术和FFT快速算法，无需束状滤波器组，实现比较简单。
2电力线数传设备硬件构成
电力线数据传输设备的硬件框图如图2所示。
2.1数字信号处理单元TMS320VC5402
用数字信号处理的手段实现MODEM需要极高的运算能力和极高的运算速度，在高速DSP出现之前，数字信号处理只能采用普通的微处理器。由于速度的限制，所实现的MODEM最高速度一般在2400b／s。自20世纪70年代末，Intel公司推出第一代DSP芯片Intel2920以来，近20年来涌现出一大批高速DSP芯片，从而使话带高速DSPMCODEM的实现成为可能。
TMS320系列性价比高，国内现有开发手段齐全，自TI公司20世纪80年代初第一代产品TMS32010问世以来，正以每2年更新一代的速度，相继推出TMS32020、TMS320C25、TMS320C30、TMS320C40以及第五代产品TMS320C54X。
根据OFDM调制解调器实现所需要的信号处理能力，本文选择以TMS320VC5402作为数据泵完成FFT等各种算法，充分利用其软件、硬件资源，实现具有高性价比的OFDM高速电力线数传设备。
TMS320C54X是TI公司针对通信应用推出的中高档16位定点DSP系列器件。该系列器件功能强大、灵活，较之前几代DSP，具有以下突出优点：
速度更快(40～100MIPS)；
指令集更为丰富；
更多的寻址方式选择；
2个40位的累加器；
硬件堆栈指针；
支持块重复和环型缓冲区管理。
2.2高频信号处理单元
主要实现对高频信号的放大、高频开关和线路滤波等功能，并最终经小型加工结合设备送往配电线路。信号的放大包括发送方向的可控增益放大(前向功率控制)，接收方向AGC的低噪声放大部分。其中高频开关完成收发高频信号的转换，实现双工通信。同时使收发共用一个线路滤波器，这样可以节省系统成本。2．3RS一232接口单元
用户数据接口采用RS一232标准串行口。串口的数据中断采用边沿触发中断，串口中断程序完成用户数据的发送与接收。将接收到的用户数据暂存到CPU的发送缓冲区中，等到满一个突发包时就发送到DSP进行处理。
3参数设计
3．1保护时间的选择
根据OFDM信号设计准则，首先选择适当的保护时间，=20μs，这能够充分满足在电力系统环境下，OFDM信号消除多径时延扩展的目的。
3．2符号周期的选择
T>200μs，相应子信道间隔，f<5kHz，这样在25kHz带宽内至少要划分出5个子信道。另外子信道数不能太多，增加子信道数虽然可以提高频谱传输效率，但是DSP器件的复杂度也将增加，成本上升，同时还将受到信道时间选择性衰落的严重影响。因此，考虑在25kHz的带宽内采用7个子信道。
3.3子信道数的计算
子信道间隔：
各子信道的符号周期：T=250μs
考虑保护时间：=20μs，则有Ts=T+=270μs
各子信道实际的符号率：
总的比特率：3.71kbps×25子信道×2b／symbol=185.5kb／s
系统的频谱效率：β=185.5kbps／100kHz=1.855bps／Hz<2bps／Hz
可以看出，这时系统已经具有较高的频谱效率。25路话音信号总的速率与经串并变换和4PSK映射后的各子信道上有用信息的符号率相比，每个子信道还可以插入冗余信息用于同步、载波参数、帧保护和用户信息等。需要指出的是：
①由于OFDM信号时频正交性的限制条件，在此设计中尽管采用了25个子载波并行传输也只能传25路语音。如果要传8路语音，经串并转换和16QAM映射后，各个子信道上有用信息的符号率为1.855bps／Hz，最多还可以插入的冗余信息为O.145bps／Hz，在实际传输中这是很难保证的传输质量的，因此该设计相对于M-16QAM采用4个子载波传输6路话音并不矛盾。
②在此设计中，为冗余信息预留了较多的位，其冗余信息与有用信息的比值为0.59，大于iDEN系统的0.44。这是考虑到OFDM信号对于载波相位偏差和定时偏差都较为敏感，这样就可以插入较多的参考信号以快速实现载波相位的锁定、跟踪及位同步；另一方面对引导符号间隔的选择也较为灵活，在设计中选择引导符号间隔L=10。
③OFDM信号调制解调的核心是DFT／IDFT算法。目前，普遍采用DSP芯片完成DFT／IDFT，因此有必要对设计所需的DSP性能进行估计。根据设计要求，至少要能在250μs内完成32个复数点的FFT运算。我们知道，N个复数点的FFT共需要2Nlog2N次实数乘法和3Nl0g2N次实数加法。假设实数乘法和实数加法都是单周期指令，以32个复数点为例，这样共需要800个指令周期，即20μs，因此采用TMS320VC5402能够满足设计要求(TMS320VC5402的单指令周期为10ns)。
4.1调制部分的软件设计
此程序作为子程序被调用之前，要发送的数据已经被装入数据存储器，并将数据区的首地址及长度作为入口参数传递给子程序。程序执行时，首先清发送存储器，然后配置AD9708的采样速率，之后允许串行口发送中断产生，使中断服务程序自动依次读取发送存储器中的内容，送入AD9708变换成模拟信号。之后程序从数据存储器读取一帧数据，经编码，并行放入IFFT工作区的相应位置，插入导频符号并将不用的点补零。随后进行IFFT，IFFT算法采用常用的时域抽点算法DIT，蝶形运算所需的WN可查N=512字的定点三角函数表得到。由于TMS320VC5402的数值计算为16位字长定点运算方式，所以IFFT采用成组定点法，既提高了运算精度又保证了运算速度。然后对IFFT变换后的结果扩展加窗，并将本帧信号的前扩展部分同上帧信号的后扩展部分相加，加窗所需窗函数可查表得到。窗函数存放在窗函数表中，是事先利用C语言浮点运算并将结果转换为定点数存放在表中的。
经实测，从读取串行数据到加窗工作完成最多占用75个抽样周期(75×125μs)的时间，而发送一帧信号需512+32=544个抽样周期(544×125μs)。这说明C5402的运算速度足够满足需要。
当上一帧信号发送完毕，程序立即将以处理好的本帧信号送入发送存储器继续发送，并通过入口参数判断数据是否发送完毕。
4.2解调部分的软件设计
用TMS320VC5402实现的流程分同步捕捉及解调两个阶段。同步捕捉阶段执行时，首先清接收存储器，配置AD9057的采样速率，然后开串行口接收中断，使接收中断服务程序接收来自AD9057的采样数据并依次自动存入接收存储器。
每得到一个新的样点，程序先用DFT的递推算法解调出25路导频符号，并对导频均衡。之后分别同参考导频符号矢量600h+j600h进行点积，这里用导频符号矢量的实部与虚部的和代替点积，即可反映相关函数的规律，以简化运算。求得25路导频与参考导频的相关值后暂时保存，并分别与前一个样点所保存的各导频相关值比较(相减)，用一个字节保存比较结果的正负号(每路导频占1bit)。在处理前一个样点的过程中，也用一个字节保存它同其前一样点的导频相关值比较的正负号。对这两个字节进行简单的逻辑运算，即可判断出各导频是否在前一个样点处出现峰值。倘若25路导频中有20个以上的导频同时出现峰值，则认为该样点以前的N=512个样点即为捕捉到的一帧信号，程序进入解调阶段；否则等待接收新的采样点继续进行同步捕捉。
解调阶段首先对捕捉到的帧信号进行实信号的FFT变换，仍然采用成组定点法，之后进行均衡。然后利用导频算出本地抽样时钟的延迟τ，在计算中应尽量避免出现除法，可将常数分母取倒数后提前算出，作为乘法的系数。为了保证其后二维AGC的精度，计算中τ精确到O.1μs。接下来根据τ调整抽样时钟，程序将调整量通知串行口发送中断服务程序后，继续执行二维AGC，而由中断服务程序在每次中断响应时间命令，每次可以调整下一采样时刻提前(或落后)1μs。
二维AGC分两步进行。首先根据τ对均衡后的调制矢量进行相位校正，这里需要利用FFT变换所使用的512字的三角函数表，用一个指针指向三角函数表的表头，根据τ及三角函数表角度间隔算出多少路子信道才需要将指针下移一格，通过这种查表的方法可以简洁地确定各子信道的校正量。经相位校正后，即可利用导频进行幅度校正。
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1．2．1分析学习的内容统计每位护理人员的穿刺成功率，分析不成功的原因，如血管选择错误、胶布固定不牢等前十位原因，制作柏拉图进行分析。
1．2．2培训指导老师根据小儿头皮静脉穿刺统计结果，选择静脉穿刺成功率高的5名护理人员为培训教师，护理部予以发放小儿头皮静脉培训教师证书的同时召开培训教师会议，针对柏拉图分析制定改进措施，由培训老师实施。1周后培训教师对小儿头皮静脉的1次穿刺成功率均达到98％。
1．2．3制作S－OJT模块模块是指导S－OJT的实施的一组材料，主要包括培训目标、学员条件、培训资源等内容。召开4次培训教师会议，确定小儿静脉穿刺培训资源及流程。利用HS6E型高级婴儿头皮静脉穿刺训练模型进行训练。①对小儿穿刺部位进行评估，并进行物品、光线、心理以及与患儿及家属语言沟通的准备。②预先判断选择的穿刺部位，如能一针穿刺成功，点头表示“是”，并进行下一步操作；如不能，摇头表示“否”，并放弃穿刺，重新准备，或者更换护理人员。③借助没有打开的静脉留置针或者棉签测量针尖的位置。判断输液过程中是否会给患儿活动带来不便或引起患儿疼痛、输液不畅等。如“是”则重新准备或者要求培训教师帮助。如“否”，则继续下一步。④如与判断、测量结果一致，静脉穿刺完成，正确指导家长抱起患儿。如与判断、测量结果不一致，分析原因。⑤反馈矫正。根据分析结果，进行信息反馈，找出残缺知识点，对残缺知识点进行有效的矫正和补救或在培训教师的协助下纠正。
1．2．4实施S－OJT按照流程设计，实施S－OJT，培训合格者允许独立进行临床实践操作。
1．2．5评价S－OJT对S－OJT的评价包括组织背景评价、培训投入评价以及对培训效果和培训流程的评价。
1．3评价方法在每次头皮静脉穿刺结束后，记录2组护理人员一次穿刺成功情况。
1．4统计学方法所有数据录入SPSS15．0统计软件进行分析，采用χ2检验和秩和检验。
2结果
2013年12月－2014年2月，实验组进行小儿头皮静脉穿刺160例，一次穿刺成功149例，一次穿刺成功率93．13％；对照组穿刺136例，一次穿刺成功106例，一次穿刺成功率77．94％。实验组护理人员头皮静脉一次穿刺成功率明显高于对照组（χ2＝14．203，P＜0．01）。
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1 传输资源管理范围及组成
传输网管管理的资源数据按来源分为动态数据与静态数据。动态数据包括：网元、拓扑、托架、机盘、端口、CTP、交叉连接及子网连接。静态数据包括：省、地市、区域、站点、机房、ODF、DDF、综合柜、光交接箱、接头盒、管道、管道段、管孔、子管、人手井、杆路、杆路段、吊线、电杆、直埋、直埋段、标石、光缆及电路。
2 动态更新功能
动态更新功能的目前主要针对于能与传输网管相连的直真系统，就是电路资源管理系统。相作为作为传输专业的资源维护人员，面对随时都会进行的新增设备、传输环网调整、配合BSC、交换、支撑等部门的网络调整及电路申请都需要花费大量时间创建新数据并更新大量传输资源资料，资源管理系统的动态更新能极大的减少工作量来提高工作效率。目前直真资源管理系统中动态资源准确性从两方面得到了保障，一是技术上保证其准确，首先一次性采集入库所有动态数据，通过分析EMS上报的对象改变类型通知，实现动态数据的实时增删；二是从管理流程上建立一项机制，对于各厂家EMS作出的任何可能影响其北向接口的操作均需要事前通知综合网管 。直真传输资源管理系统通过与设备厂家网管（例华为T2000网管）接口对接实现设备、通道资源等数据同步，来实现对设备及电路等资源信息的动态维护和管理。传输网静态资源管理，主要是通过数据库的形式，再现全网资源情况，实现对传输资源的有效管理，同时提供把资源能力迅速转化为电信业务能力的有效手段，通过对资源利用的描述和统计，为运行维护和工程建设提供有效的支撑。静态资源的准确性作为与动态资源相辅相成的基础数据也在一定程度上保障了动态资源数据的可靠性。静态资源的数据准确性从两方面得到了保障，一是从技术上保证数据整理时统一模板中的数据可以由系统逐条录入，也可以通过导入程序批量入库。在逐条录入的时候通过使用枚举、非空、数据类型等限制提高录入的准确性。二是传输网络工程新增设备、线路等静态资源后，由数据维护人员采用数据整理时的统一模板整理，由传输网管维护人员负责数据的检查与导入。直真系统通过建立采集任务来对新设备进行数据采集，采集完毕后维护人员将设备的站点、机房、网元归属、端子端口信息、ODF、DDF等静态信息以EXCEL表格形式导入直真系统来进行网元信息补充。对电路通道更新直真系统也是通过与设备厂家接口对各EMS上电路路径更新的数据进行采集来实现电路通道动态更新管理。当前直真资源管理系统主要是综合网管和中兴、烽火、华为三个厂家的corba接口不稳定。综上所述，传输资源管理系统应以动态更新为根本朝综合资源管理系统迈进，传输作为连接的纽带将无线和交换专业相结合，以电路调单为基础，把电路的全程资料统一管理，最大限度的为各专业提供一个更新快速、完整、准确的资料库。
3 报表功能
2013年，集团公司对各项报表的要求日益严格，为了更好的完成各项传输报表，提高报表质量，各分公司都要花费一定时间来整理上报各项数据。传输报表包括：传输网络月报、网络季报、财务月报、财务季报、单节点单链统计、各交换局互开电路表等传输资源报表。各报表包含的内容涵盖了传输自建及租用资源线路、设备、电路、网络资源占用情况及规模。传输资源系统应具备统计查询、分析功能，实现对所有传输资源的各种信息统计查询、统计分析功能，并提供灵活报表生成、定制等功能；实现对各种资源数据的多种查询方式的综合查询功能，包括：基本属性信息、资源占用情况、关联信息等查询、分析功能。
4 总结
传输网络资源管理作为传输网的重要组成部分，日益成为运营商所关注的一个焦点，通过对既有资源的有效利用和调配，能够快速的转化为业务能力，为市场竞争提供有力的支撑。目前的电信行业竞争已经从网络资源的规模竞争，逐步发展到以客户为中心的网络运行质量保障、运行成本控制、服务竞争阶段。因此，河北移动关注的问题也逐渐变为如何提供更好的通信服务，提高通信服务价值，继续保持并增加利润。资源管理系统可以通过对资源进行有效的管理和经营，充分发挥出资源的潜力，是解决这一问题的重要手段和前提。
篇8
and Microsystems
2008, 563pp.
Hardcover
ISBN 9789812833587
G Di Francia等著
本书为第12届意大利传感器与微系统会议论文集。这次会议由意大利传感器与微系统协会于2007年2月12-14日在Napoli城镇举行。本书收录了本次会议上的近80篇论文,为传感器与微系统及其相关技术领域的发展提供了一个独特的视角。
传感器与微系统是一门多学科交叉的综合性学科,它涉及材料科学、化学、应用物理、电子工程、生物技术等许多领域。本书将收录的79篇论文依据其所属的不同领域共分为9个部分:1.生物传感器,包含用于血糖生物传感器的敏感元件的制备与特性等10篇文章;2.生理参数监测,包含了对一种用于糖尿病人呼吸标志物检测的氧化铟传感器的研究等4篇文章;3.气体传感器,包含用多孔硅推动硅技术的极限:一种CMOS气体敏感芯片、用基于碳纳米管的纳米复合层涂覆的薄膜体声波谐振器制成的蒸汽传感器、饮水机中水和酒精蒸发速率的检测等15篇文章;4.液相传感器,包括用于水和空气环境化学检测的基于二氧化锡颗粒层的光纤传感器等4篇文章;5.化学传感器阵列和网络,包含了一个用于易挥发性有机化合物分析的多通道的石英晶体微天平、一种用于酒质量分析的新型便携式微系统的发展等9篇文章;6.微制造与微系统,包括通过实验研究湿多孔硅的拉曼散射现象、多孔硅上高流速渗透膜在氢过滤装置中的应用等13篇文章;7.光学传感器与微系统,包括金属包层的漏波导化学和生化传感应用、结构光纤布拉格栅传感器:前景与挑战等14篇文章;8.物理传感器,包括通过多像素的光子计数快速闪烁读出等6篇文章;9.系统和电子接口,包括能够估计并联电容值的非校准的高动态范围电阻传感器前端等4篇文章。
本书介绍了传感器与微系统在意大利的发展状况与趋势,对于从事传感器与微系统方面的研究人员及工程师们,它是一本十分有价值的参考读物。
孙方敏,
博士生
篇9
前言
切削力的测量不仅可以研究切削机理、计算功率消耗、优化切削用量和刀具几何参数、校核切削力和切削温度理论计算的准确性，更重要的是，可以通过切削力的变化来监控切削过程，反映刀具磨损或破损、切削用量合理性、机床故障、颤振等切削状态。
1 计算机向单片机传输命令和数据
通过对单片机的编程来控制USB接口芯片，接收和响应主机对设备发出的命令。在测力系统中，单片机的编程设计程序通常由三部分组成：
第一、初始化单片机和所有的外围电路。
第二、主循环部分，其任务是可以中断的。
第三、中断服务程序，其任务是对时间敏感的，必须马上执行。
当应用程序中的“数据采集”按钮按下后，USB进入主循环函数，将从端点缓冲区中提取命令，并按照命令的要求，调用相应的函数，如采集数据，桥路调零，设置频率等。关键的几个函数如下：
(1) AfxBeginThread( WriteCommand, &mMainWrite)；//启动一个线程，调用传输命令函数
(2) open_ file(threadParam->pipe-name)；//创建文件句柄
(3) open_dev()；//创建设备句柄
(4) DeviceIoControl(hDevice，IOCTL_ WRITE_REGISTERS,
(PVOID)&ioBlock,sizeof(IOBLOCK)，NULL,O,&nBytes,NULL);
//DeviceIoControl函数发送控制代码到指定的设备驱动上，使得相应的设备完成数据输出的功能。论文格式。
(5) WriteFile(hFile,threadParam->pcIoBuffer，threadParam->uiLength,&nBytes，NULL)；
//写文件函数将数据传送到单片机的缓冲区中。论文格式。
2 单片机向计算机传输数据其流程
单片机向计算机传输流程
经过模数转换后的数据首先保存在单片机的数据缓冲区中，当单片机接收到主机发来的IN命令时，调用如下函数将数据传送到计算机的内存中。论文格式。
1) AfxBeginThread( ReadData, &m一ainRead)；//启动一个线程，调用读取数据函数
2) open_ file(threadParm一>pipe name);； //创建文件句柄，准备读取数据
3) open dev ()；//创建设备句柄
4) DeviceIoControl (hDevice，IOCTLesWRITE REGISTERS,
(PVOID)&ioBlock，sizeof(IO_BLOCK)，NULL,O,&nBytes,NULL)；
//DeviceIoControl函数发送控制代码到指定的设备驱动上，使得相应的设备完成数据输入的功能。
5) ReadFile(hFile，threadParam->pcIoBuffer， threadParam->uiLength,&nBytes, NULL)；
//读文件函数将数据从单片机的缓冲区读入到threadParam->pcIoBuffer内存中。
3结论
利用单片机实现切削力测量中USB数据传输功能，以达到对切削力的测量的监控。实现了生产过程中连续自动采样、实时显示、过载报警。
参考文献：
[1]师汉民.金属切削过程中的分叉与突变现象兼论切削过程的可控性问题[J].应用力学学报,1999,16(1):15～20.
[2]丛力,丛贵梁等.功率监控在机床中的应用[J].组合机床与自动化加工技术,10:29～31,1999.
[3]李熙亚，王卫平.车削切削力不确定性的模糊-灰色预测[J].工具技术，2002,36(8):26-29.
[4]陶永兰，等.切削力数据采集和处理系统[J].试验技术与试验机，1997,37(2):49-50.
篇10
2计算机技术论文产出结构分析
2.1计算机技术各领域论文产出权重的年度变化
从2000~2005年，计算机技术各领域数量占整个计算机技术领域的比重每年虽然都有变化，但总的分布格局未被打破。计算机的应用所占比重一直居于每年的主导地位，除2003年占39.19%外，其它几年均在40%以上；计算机软件年所占比重在27%左右，居第二位；计算机硬件年所占比重在22%左右，略低于计算机软件，居第三位；计算机技术理论在整个计算机技术领域所占比重最小，年所占比重在7%左右，居四个领域的最后一位。从各领域的权重发展变化状况分析，计算机的应用呈上下波动，总体下降的局面；计算机软件总体发展平衡，略有降低；计算机硬件呈缓步上升的势头；计算机技术理论作为计算机发展的基础，呈现不断上升的态势。计算机技术各领域论文产出权重的年度变化见表2。
2.2计算机技术论文各领域产出数量的年度变化
2000~2005年，从计算机各领域的数量及增长率来年看，计算机技术理论呈现正负相间的增长格局，年增长率于2002年达到高峰，为76.18%，2005年比2004年下降了27.64%，为6年间的降幅最大值，但总体来说，2000~2005年发表的论文数量从2818篇增加到6407篇，增加了3589篇，增长率达到127.36%；计算机软件从2001~2004年一直呈现增长态势，2002~2003年增长速度较快，年增长率为38.00%、34.38%，而2005年则出现负增长，降幅达到27.9%；计算机硬件论文的发表从2001年至2004年呈现持续的大幅增长，其中2001～2003年连续3年增长率均在45%左右，但2005年数量大幅下降，较2004年减少了10640篇，降幅达到计算机技术各领域年下降幅度的最大值39.85%；计算机的应用年度情况与计算机软件论文年度变化情况相类似，于2001年始增长，2003-2004年出现较快的增长，年增长率为30%左右，2005年也同样地出现负增长，下降幅度为29.83%。计算机技术论文各领域产出的年度变化情况见表3。
3结语
3.1计算机技术领域总体发展速度较快，而且正在步入转型期
2005年是现代计算机发明60周年，也是个人电脑发明30周年。可以不夸张地讲，建立在计算机技术基础上的计算机以及计算机网络，推动了整个世界的高速发展；创造了今天世界的繁荣。计算机是新技术革命的一支主力，也是推动社会向现代化迈进的活跃因素。计算机科学与技术是第二次世界大战以来发展最快、影响最为深远的新兴学科之一。但是目前计算机技术的发展正进入一个从技术到设备的转型期，发展速度有所减缓，但这并不妨碍计算机产业已在世界范围内发展成为一种极富生命力的战略产业。
根据对同时段数量统计，2000~2005年间，中国计算机技术领域数量的年平均增长率为15.5%，低于中国工业技术领域22.0%的增长率。但2000~2004年间，计算机技术领域数量的年平均增长率为27.3%，高于工业技术领域22.0%的增长率。2005年，计算机技术论文的发表出现负增长，但仍占工业技术领域的11.34%，表明计算机技术已在2000~2004年间处于快速的发展时期，2005年，与全球计算机技术发展一样出现拐点和发展颈瓶（见表4）。
3.2计算机的应用是计算机技术研究的重点
计算机的应用是近年来重点发展的领域，涉及广泛，包括科学计算（或称为数值计算）、过程检测与控制、信息管理（数据处理）、计算机辅助系统人工智能、信息高速公路及电子商务等。目前，计算机的应用已从工业技术领域深入到社会及人们的日常生活之中，国际互联网Internet和多媒体技术的发展已使人们能够以光的速度在全球范围相互传输信息，遨游广阔的世界，它极大地推动全球范围科技、文化的交流，推动金融、电子商务的发展，促使传统产业发生巨大的变化，人们生存在一个无所不在的数字化世界中。计算机的应用已从少数专家掌握的技术变成了普通人可以参与的活动，从而极大地推动了计算机技术的发展。
2000~2005年，我国计算机的应用数量从19441增加到30118篇，6年间增长了144.3%，论文数量在计算机技术领域中所占比重最大，为41.23%，远高于计算机技术其他领域的比重（计算机理论所占比重为7.78%、计算机软件占27.45%、计算机硬件占23.54%）。从以上数据可知，计算机的应用是计算机技术中最受重视的领域，已成为计算机技术中最具开拓价值及产业化的领域（见表5）。
3.3计算机硬件发展迅速
计算机硬件是计算机技术的物质体现形式，主要包括个人电脑（PC机）、外部设备及网络设备，其中PC机包括台式PC机、笔记本电脑、PC服务器和工作站等。我国整个计算机产业的发展重点在硬件制造业上，约占计算机产业总产出70%左右。随着我国经济建设步伐的加快，几大信息工程相继实施，对我国计算机硬件工业产生了巨大的推动作用。在日益激烈的市场竞争中，我国已涌现出一大批具有自主知识产权的知名品牌，如联想、方正等。我国的计算机硬件研究也在产业发展中获得了长足的进步。
2000年至2005年，我国计算机硬件数量从7212增加到16060篇，6年间增长了122.7%，年平均增长率在计算机技术所有领域中最快，为23.32%，高于计算机技术其他领域的比重（计算机理论年平均增长率为23.24%、计算机软件为14.64%、计算机硬件为11.98%，见表6）。从以上数据可知，计算机硬件研究在计算机技术中发展最快，也是产业化最迅速发展的领域。
篇11
在水声数字通信系统中，由于声波传播的多途效应造成的码间干扰是获得高速数据传输的主要障碍，有效的解决方法是在接收机中使用均衡器。采用传统的自适应均衡技术抑制多途效应的影响，需要周期地发送训练序列，降低了水声信道的带宽利用率。而盲均衡技术不需要训练序列，可有效地提高信息的传输速率[3]，因此，研究相应的盲均衡算法在水声信道中的性能是非常必要的。
时变衰落信道水声信道的多途效应和多普勒效应都很严重，在某些情况下，接收端和发射端之间的漂移以及传输介质的改变，都会引起严重的相位起伏，相位在0°～360°之间随机分布，给相干接收带来很大的困难，必须进行信道均衡和相位跟踪，否则无法进行正确的解码。因此相干水声通信中的载波同步与恢复对数据解调至关重要。过去人们研究一个衰落信道的均衡问题时，都是以信号载波已经得到恢复为前提的，而且接收机的载波恢复和信道均衡分开进行，然而这种做法对时变性很强的水声信道来说是不合适的[4]。
传统的cma算法性能稳定且容易实现，但由于cma的代价函数中只利用了信号的幅度信息，而没有相位信息，因此对相位而言是“盲”的[5]，难以完成载波恢复。为了克服相位误差引起的性能下降，均衡后必须使用载波跟踪环路来恢复载波相位。
综上所述，载波恢复盲均衡算法的研究对提高水声通信质量是非常必要和有实际意义的。
二、研究现状
最初解决这类问题的方案是由均衡器和一个单独的载波跟踪环组成[4]，如一阶锁相环(pll)。盲均衡算法与载波相位无关，因此能够在载波恢复环路锁定之前进行快速的初步收敛，使信号星座较为正常，有利于进行载波恢复和相位信号检测[12]。
后来，由falconer提出将载波恢复系统和自适应均衡器的参数调整相联合，使二者的功能相互补充，从而提高相干水声通信系统的性能[6]。随后又陆续提出了一些常数模与载波恢复联合的算法[8-10]，如文献[8]中提出的修正的常数模算法(mcma)、文献[11]中提出的改进的载波恢复cma算法、他和amin提出的利用信号星座图匹配误差的算法[7]等。
文献[13]根据16qam信号星座图的特点，通过对修正的常数模算法(mcma)的性能进行分析，在cma代价函数的基础上进行修改，得到了一种具有相位纠正能力的误差函数。使用该误差函数进行冷启动，算法收敛能力较强，收敛速度与cma接近。进一步地，当判决错误率达到足够低的水平时，再切换到判决导引算法模式，并采用判决域的方式进行切换，降低了算法的稳态误差。
文献[14]提出了一种用于qpsk信号的快速载波恢复常数模盲均衡算法fcrcma(fastcarrierrecoveryconstantmodulusalgorithm)。首先根据qpsk信号的特点和“归一化lms算法”的思想，提出了一种能够快速收敛的误差函数，用所构造的新的误差函数代替mcma算法的误差函数，得到了一种新的载波恢复盲均衡算法。
文献[15]利用极性算法能将乘法运算变为比较运算，将多位运算变为一位运算的特点，将极性算法引入到一种基于统计特性均衡准则的线性均衡器与判决引导均衡器中，并与锁相环(phase-locked loop，pll)技术相结合，提出一种基于联合极性迭代的载波相位恢复盲均衡算法。 该算法利用极性算法来减小计算量， 利用判决引导算法来减小均方误差， 利用锁相环技术来克服多径衰落信道引起的载波相位旋转，兼具了线性均衡器、判决引导算法、极性算法及锁相环的优良性能。
三、研究内容
(1)研究水声信道的物理特性，如传播损失、多径扩展和多普勒扩展等以及水声信道的数学模型。
(2)研究抗多径盲均衡理论的置零准则和最小均方误差准则，分析两种准则下均衡器的性能。
(3)研究载波相位恢复盲均衡的原理。
(4)对经典的载波恢复算法进行分析研究和性能对比。
(5)针对所研究的载波恢复算法的性能缺陷进行分析，并提出相应的性能改进(降低均方误差、降低误码率、加快收敛速度或降低运算量等)方法。
四、研究方案与路线
(1)研究几种深海信道和浅海信道模型，分析每种信道的多途特征，确定相应的抗码间干扰的方法。进一步地，分析信道引起的相位旋转问题。
(2)研究修正的常数模算法mcma、正方形等高线算法sca、多模算法mma等代价函数，从理论上说明其完成载波相位恢复的机理。
(3)研究载波恢复盲均衡算法代价函数的凹性，了解算法是否收敛到局部最小值、能否收敛到全局最优等。
(4)分析基于小波变换的盲均衡、基于支持向量机的盲均衡等方法的特点。
(5)在前面分析研究的基础上，分析以上各载波恢复盲均衡算法的性能，找出其不足并提出相应的改进算法。
(6)通过计算机仿真检验所有算法的性能。
五、主要参考文献
[1] m stojanovic.underwater acoustic communications[c]. oceans'95 conference proceedings， 1995：435-440.
[2] 刘伯胜，雷家煜.硕士论文水声学原理[m].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2002.
[3] m stojanovic.recent advances in high-speed underwater acoustic communications [j].ieee journal of oceanic engineering (s0364- 9059)，1996,，21(2)：125-136.
[4] tsai k d ，yuan j t. a modified constant modulus algorithm(cma) for joint blind equalization and carrier recovery in two-dimensional digital communication systems. signal processing and its applications,proceedings. seventh international symposium on，volume 2，july 1-4;2003：563–566
[6] kocic m，brady d ，stojanovic m. sparse equalization for real-time digital underwater acoustic communications. oceans '95 conference proceedings，vol. 3：1417-1422
[5] mathis h.nonlinear functions for blind separation and equalization.ph.d.dissertation. swiss federal institute of technology，001
[7] he l，amin m.a dual mode technique for improved blind equalization for qam signals.ieee signal processing letters， 2003;10(2)：29-31
[8] godard d n.self-recovering equalization and carrier tracking in two-dimensional data communication systems. ieee transactions on communications，1980;28(11)：1867-1875
[9] oh k n， chin y o. modified constant modulus algorithm：blind equalization and carrier phase recovery algorithm. ieee international conference on 'gateway to globalization', seattle，1995;vol.1：498-502
[10] lin j c ，lee l s. a modified blind equalization technique based on a constant modulus algorithm.ieee international conference on conference record， 1998; vol.1：344-348
[11] lin j c. 51lunwen.com/shuoshikait/ blind equalization technique based on an improved constant modulus adaptive algorithm.proc.iee， 2002;149(1)：45-50
[12] johnson c r jr, schniter p， endres j t，et al.blind equalization using the constant modulus criterion：a review. proceedings of the ieee, 1998;86(10)：1927-1949
[13] yecai guo.blind equalization algorithm suitable for 16qam signals for carrier recovery of underwater acoustic channel，2008
[14] yanping zhang.a fast blind equalization algorithm for carrier recovery of underwater acoustic channel，2004
[15] yecai guo. mixed sign iteration based blind equalization algorithm
for carrier phase recovery of qam signals
二、论文工作实施计划
(一) 论文的理论、硬件要求、应达到的程度和结果
水声信道的物理特性，如传播损失、多径扩展和多普勒扩展等以及水声信道的数学模型。抗多径盲均衡理论的置零准则和最小均方误差准则，载波相位恢复盲均衡的原理。对经典的载波恢复算法进行分析研究和性能对比。针对所研究的载波恢复算法的性能缺陷进行分析，并提出相应的性能改进(降低均方误差、降低误码率、加快收敛速度或降低运算量等)方法，通过计算机仿真检验所有算法的性能。在学术期刊发表学术论文。
(二)论文工作的具体进度与安排
起讫日期 工作内容和要求 备注
2010.4-7 翻阅资料，了解水声通信的原理及特点
2010.7-10 翻阅资料，了解载波相位恢复和盲均衡的原理和特点。
2010.11-12 翻阅论文，完成开题报告。
2011.1-3研究几种深海信道和浅海信道模型，分析每种信道的多途特征，确定相应的抗码间干扰的方法。进一步地，分析信道引起的相位旋转问题。
2011.4-6 研究修正的常数模算法mcma、正方形等高线算法sca、多模算法mma等代价函数，了解其完成载波相位恢复的机理。
篇12
所谓无线充电技术通常指的是电能的无线传输技术，通俗的说，就是不借助实物连线实现电能的无线传达。这样做的好处是方便、快捷，减少在苛刻条件下使用电缆带来的危险性等。关于无线充电技术的研究开始较早，早在1900年，尼古拉・特拉斯就开始无线电能传输的实验，经过一百多年的发展，关于无线传电的方法多种多样，但是基本原理大概可以分为以下三种：电磁感应式、无线电波式、谐振耦合式，通过非辐射磁场内两线圈的共振效应实现中距离的无线供电。
从表1对比可知， 谐振耦合式无线充电技术的非辐射性、高效率等优点是其它无线充电技术无法相比的。所谓谐振耦合式就是利用接收线圈的电感和并联的电容形成共振回路，在接收端也组成同样共振频率的接收回路，利用谐振形成的强磁耦合来实现高效率的无线电能传输。该技术的出现引起了国内外学术界与工业界的巨大兴趣，被公认为目前最具发展前景的一种无线能量传输技术方案。
但是目前基于谐振耦合式的无线充电技术的研究偏向理论化，缺乏对实际应用有定量指导意义的研究成果，同时此技术传输功率较小远远不能完成大功率能量传输，也存在着能量损失较高等缺陷。但毋庸置疑，谐振耦合式无线充电技术对充电设备位置的灵活性以及充电设备的高效匹配性具有重要的实用价值。
二、国内外研究现状
无线能量传输的构想最早可以追溯到19世纪80年代，由著名电气工程师（物理学家）尼古拉・特斯拉（Nikola Tesla）提出。为证实这一构想，特斯拉建造了巨大的线圈用于实验使用。由于实验耗资巨大，最终因财力不足没有得到实现，随后也一直被技术发展水平所限制。
国外对无线充电技术的研究开展的比较早。1968 年，美国著名电气工程师P. E. Glaser在W. C. Brown提出的微波无线能量传输（WPT）概念的基础上提出了卫星太阳能电站（SSPS）的概念。随后美国，日本和欧洲等国都试图把这项技术作为获取新能源的手段，但由于该方案在技术上要求很高，故在实际使用上存在一定的局限性。随后，一家名为 Powercast 的公司推出了一款利用无线电波充电的充电装置，实现了距离为1米左右的低功率无线充电。
另一方面，在20世纪70年代，美国出现了电磁感应能量传输原理的无线电动牙刷。这项应用的传输功率和传输距离都不是很理想，但其无线的特征却恰好满足了其特殊条件下的应用要求。近年来，美国、日本、新西兰、德国等国家相继在这项技术上继续深入研究，目前已经研发了很多实用的产品：美国通用汽车公司研制出的 EV1 型电车；日本大阪幅库公司研制出的单轨型车和无电瓶自动货车；2013年10月，瑞典汽车制造商沃尔沃声称成功地研制出电磁感应式无线充电汽车。
国内对无线充电技术的研究相对较晚。目前在无线电波和电磁感应无线能量传输方面取得的主要成果有：2005年8月，香港城市大学电子工程学系教授许树源教授宣布成功研制出“无线电池充电平台”；中科院严陆光院士带领的研究小组从高速轨道交通的角度对运动型应用进行了性能分析；2007年2月，重庆大学自动化学院非接触电能传输技术研发课题组突破技术难点，设计的无线电能传输装置实现了600至1000W的电能输出，传输效率达到 70%。
谐振耦合式方案是2006年由美国麻省理工学院物理系助理教授 Marin Soljacic 所带领的研究团队提出来的。并于 2007 年 7 月 6 日在科学杂志《Science》上发表成果文献。团队利用该方案，成功的点亮了距离为2米外的一个60 瓦的灯泡，传输效率为40%左右。此项称为“Witricity”技术，该技术树立了无线充电技术发展史的里程碑。一年后，Marin Soljacic团队声称已将传输效率提高至90%。
由于该技术极具前景和市场，世界各国的相关机构和公司也不约而同的进行深入研究。2010 年 1 月，海尔在美国拉斯维加斯举行的国际消费电子展（CES）上展出了最新概念产品无尾电视。一方面，产品运用无线通信技术传输视频信号；另一方面，又使用谐振耦合式充电技术供电，真正实现了无线化。
三、发展疑难点及解决方案
3.1 如何克服干扰源的影响
无线能量传输系统工作在包含各种用电设备的电磁环境中，易受到外界电磁源的干扰。一方面，磁耦合谐振无线能量传输系统以磁场为能量传输介质，任何能感应到磁场的元件都可能成为负载，这种情况为无源干扰源，称为负载类干扰，干扰源称为负载类干扰体；另一方面，外磁场也会影响能量传输系统的磁场，这种情况为有源干扰，其干扰源为干扰场源。这些干扰都会降低系统的传输效率。根据无线输电原理，本文提出以下两个解决方案：（1）选择隔磁的充电空间。为了避免干扰源对能量传输系统的影响，可以把能力传输系统与干扰源隔离，故可以利用电磁屏蔽技术，使系统不受外界干扰源影响。电磁屏蔽的工作原理是利用反射和衰减来隔离电磁场的耦合，所以可以制作屏蔽体，来保护系统免受外界电磁波干扰。如屏蔽导电漆就是能用于喷涂的一种油漆，干燥形成漆膜后能起到导电的作用，从而屏蔽电磁波干扰。（2）控制能量传输系统的谐振频率。由磁耦合谐振式无线能量传输机理的研究知，能量传输系统对干扰源的频率十分敏感。在实际应用中，0.5～25MHz 尚属于空白应用频率段，因此可以在设计能量传输系统的时候，使系统的谐振频率满足电磁耦合的同时尽量处于0.5～25MHz之间，这样有可能降低实际应用中的电子设备对无线能量传输系统的影响。
3.2 如何提高传输距离
美国麻省理工学院物理系助理教授 Marin Soljacic 所带领的研究团队成功地点亮了距离为 2 米外的一个 60 瓦的灯泡。但目前这种技术的最远充电距离只能达到2.7m，传输距离较近严重限制了它的应用。由于传输距离的远近与能量传输系统的电路结构密切相关，现提出如下解决思路：改变电路参数角度来提高传输距离。研究表明，传输距离受到频率、线圈参数等的影响。线圈的谐振频率越高，传输的距离越远；线圈的线径越大，传输的距离越远；线圈的直径越大，传输的距离越远；线圈的匝数越多，近距离传输效果强于远距离传输效果。因而可以综合频率、线圈参数等因素，选定合适的电路器件，使系统传输距离较远。
3.3 是否存在有害电磁辐射
磁耦合谐振式无线充电技术的原理告诉我们，由于电感线圈的存在，必然会产生磁力线辐射，那么这样的磁场会不会造成电磁辐射危害人们的身心健康呢？在电流的辐射方面，目前无线充电器基本上将交流电整流后转换为直流电，且功率极小，业内人士也一直在强调理论上对人的健康不构成威胁。但是辐射的问题，现在也只是停留在理论分析上，到底会不会，依旧是需要更进一步的理论分析和实验研究，只能让时间来证明。
四、发展前景及创新
4.1 RFID与无线充电技术的融合
射频识别技术是利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）传播来实现无接触式信息传递并通过所传递信息达到自动识别自标的一种技术，将RFID技术与无线充电技术相结合，对每个无线充电设备嵌入RFID电子标签，读写器通过射频信号同电子标签进行通信，保证被充电设备与充电系统的完全分离，实现能量的高效率无线传输。
4.2 智能家居与无线充电技术融合
智能家居是物联化的一个体现，最终发展方向之一是终端无线化。应用无线充电技术，可以使各家电系统自动获取电能，进一步实现智能家居的自动控制化。但在无线输电过程中产生的磁场是否会影响到各级系统装置的正常工作有待进一步考证。如果相互影响问题得到有效的解决，无线充电设备与常规家电设备能有效共存，则是智能家居与无线充电两大领域的完美结合，势必进一步改变人类生活。
4.3 电动汽车与无线充电技术融合
无线充电技术对手机等小型电子产品而言，是个锦上添花的新功能，对电动车产业而言，则可能是启动整个市场的关键。对电动汽车进行无线充电，没有外露的连接器，可以彻底避免漏电、跑电等安全隐患。同时采用电磁共振式无线充电技术，可以将电源和变压器等设备隐蔽在地下，让汽车在停车处或街边特殊的充电点充电。若能将无线充电技术应用于电动车产业，将是电动车行业的一大改革。
五、结束语
谐振耦合式无线充电技术是目前最被看好的无线充电技术之一，从长远来看具有广泛发展空间及应用前景。但是每一种无线输电方式都有一系列的关键问题需要解决，如何实现电磁共振式无线充电技术应用的大型化、高效化与距离化，是各国科学家探索研究的重点。随着技术水平的提升，无线充电技术发展迅速，应用逐渐成熟，技术普及逐步实现，在未来的各种场合，无线充电技术无疑将扮演重要角色，服务全人类。
参 考 文 献
[1] 曲立楠，磁耦合谐振式无线能量传输机理的研究，哈尔滨工业大学硕士论文，2010
篇13
近年来，随着通信系统及其用户数量大幅增加，移动通信系统中的无源互调产物，已成为影响系统通信质量的重要寄生干扰之一。因此科学有效的分析无源互调机理及测量其产物对提高整个通信系统的通信质量将具有重要的意义。为了比较全面地理解无源互调干扰问题，我们有必要首先了解无源互调的产生机理。在大功率卫星通信系统和移动通信系统中，微波器件的PIM干扰主要来自两种无源非线性：接触非线性和材料非线性。前者指的是具有非线性电流电压特性的任何金属接触； 后者指的是具有固有非线性导电特性的铁磁材料、碳纤维和铁镍钴合金。需要特别指出的是，除了上述两种无源非线性机理外，还可能存在一些其他的非线性效应，这对无源互调的产生也有一定的贡献。
二、无源互调的几种重要的机理分析
（一）接触非线性机理
接触非线性主要包括由材料结构和时间相关现象引起的非线性效应。由材料结构引起的非线性产生机理主要包括：由接合面上的点接触引起的机械效应；由点电子接触引起的电子效应；由点电子接触和局部大电流引起的热效应。由时间相关现象引起的非线性主要包括：斑点尺寸随着电流的通过而增大；由强直流电流引起的金属导体中离子的电迁移；引起接触面相对运动的热循环；引起接触面相对运动的振动和磨损；不同热膨胀系数的器件接触引起的热循环；金属接触的松动和滑动以及氧化层或污染物的增加。
1.量子隧穿与热电子发射效应
根据经典的理论，“金属-绝缘体-金属”（MIM）式的结构是无法实现电流传导的。但是，量子理论表明，对于表面氧化层很薄的情形，金属中的电子可以通过隧道效应穿过势垒，从一个金属到达另一个金属。从上个世纪五六十年代以来，人们对于MIM结构的导电机理做了大量的研究，研究结果表明：量子隧穿和热电子发射效应是金属-金属接触中产生PIM的两个重要因素。如果金属中的电子具有足够的能量越过介质形成的势垒从而形成金属之间的电流传导，则称这种现象为热电子发射电流；反之，当金属中的电子能量不太高且介质形成的势垒厚度较薄时，电子将通过量子隧穿效应实现电流传导。图1显示了薄势垒MIM结构的能带图及其相应的导电机理。
图1 薄势垒MIM结构的能带图及其导电机理
量子隧穿电流通常对势垒高度、外加偏压和介质层厚度等参数非常敏感，且具有很强的非线性特性。依据Simmons的研究成果，可由下式计算：
（1-1）
式中，
式中为势垒高度，单位为eV；为介质层厚度，单位为?；为MIM结构的偏压，单位为V；为电流密度，单位为A/cm2；为介质层的相对介电常数。
而热电子发射电流计算公式为：
（1-2）
式中T为温度，单位为K；k为波尔兹曼常数。
利用式（1-1）和式（1-2），在不同的参数条件下，可以对MIM结构的量子隧穿电流和热电子发射电流进行计算。结果表明：势垒高度、外加偏压、介质层厚度及相对介电常数这四个参数对量子隧穿电流和热电子发射电流的影响趋势是一致的，而且热电子发射电流还强烈地依赖于温度。这样，当MIM结构本身的参数相同时，可以通过调节温度的大小来控制MIM结构的主要导电过程。
2.微放电机理
微放电是在真空条件下大功率强微波电场作用下发生的一种射频击穿放电现象。为了简要描述微放电机理，我们以真空中的平行板为例。假设电子数为N的很多电子在时从一个极板（）发射（如图2），在RF电场驱动下到达另一极板（）。通过撞击，发射许多电子（数目为），为这次特别撞击的二次电子倍增系数，它是撞击能量和表面材料的函数。如果在狭缝中的飞行时间约等于RF周期的，或者等于RF周期的奇数倍，那么新发射的二次电子就可能被加速，直到再次撞击的极板，引发个二次电子的发射，式中是第二次撞击的二次电子发射系数。经过n次撞击后，放电后的电子数为。图2是时的微放电示意图。
图2 微放电示意图材料非线性机理
（二）材料非线性机理
1. 铁磁效应
铁磁材料具有很大的磁导率，在强磁场下会产生饱和，并随磁场非线性变化，显示出磁滞特性。铁、镍、钴及其合金、镧系元素（如稀土）等都是铁磁材料，它们能引起很强的PIM产物。铁磁非线性是由含有铁磁材料的金属器件在导电时因随电流流动使导体电路磁导率产生变化引起的，这和一个电路电感的非线性变化非常相似，它导致两个或两个以上信号产生非常强的PIM产物。这种非线性是一种磁饱和畸变的形式，且不随时间而变化，通常情况下比普通的接触非线性好得多（如图3所示）。
图3 铁磁非线性
2. 电热效应
近期的一些研究报导了微带传输线上电热引起的PIM产物。电热引起电导率的调制是传输线上PIM的支配性的物理机理，PIM的产生是由电流相关的非线性引起的。电热效应的基本过程是：导体中电流产生焦耳热，产生的热将跟踪电信号的包络，热的变化引起温度的变化，进而引起电导率变化，而电导率的变化反过来会影响导体中的电流，电流的变化必然导致焦耳热的变化，并进一步影响到电导率。这是一个不断反馈的过程，这种变化会在集总微波终端和衰减器上产生PIM失真。
（三）其他非线性效应
1. 表面效应
金属表面的磨损或污染可能会引起PIM失真，这种现象叫做表面效应。虽然人们普遍接受铜越粗糙产生的PIM电平越高的观点，但相关联的物理机理仍很模糊。表面焊接层对PIM的影响如图4所示。由图可知，缺少焊接层会引起更高的PIM产物，这是由于铜轻微地粘在基板上，降低了接口质量。
图4 三氟甲基焊接对PIM的影响
金属表面的磨损也会影响PIM的产生。在表面粗糙度的测试中，相对于电流方向做横向和纵向的擦磨处理。当残余PIM电平为-144dBm时，横向擦磨可使PIM电平增加13-22dB，而纵向擦磨使PIM电平增大1-4dB。综上所述，表面效应对PIM的产生是有贡献的。
三、无源互调的抑制措施
研究了无源非线性的类型和机理以后，为了尽量避免PIM产物带来的影响，我们可以采取若干措施使通信系统中的无源互调产物降到最低。其抑制措施主要包括以下几个方面：
（1）在通信系统中辐射信号能够到达的地方或者附近，尽量不要使用铁氧体、钴、镍、不锈钢等铁磁材料。如果必须使用，那么必须涂上一定厚度的银板或铜板。
（2）将金属接触减至最少，特别是松动接触和转动连接。如果确实不可避免，那么在这些接触或连接上应提供绝缘或可能的替代电流路径。
（3）在电流路径中要避免使用调谐螺钉或金属-金属接触的活动器件，如果非用不可，应将它们放在低电流密度区域。
（4）保持热循环尽可能小，因为材料和金属结的膨胀和收缩能够引起较大的PIM干扰。
（5）提高线性材料的连接工艺。若有可能就用捆绑连接，但要确保这些连接是可靠的，无非线性材料、无裂缝、无污染或无腐蚀。
（6）在传导路径中应使用较大的导体或金属之间有更大的接触面积来保持低的电流密度。尽量减少粗糙表面和尖锐边缘暴露在辐射信号区域。
（7）使用同轴电缆时，最好选用刚性屏蔽电缆。当使用编织电缆时，应选用最高填充因子的编织物。编织物不能用铁磁材料制造，铜镀银是最好的编织材料。电缆长度应尽量减至最短，特别是使用软波导或软电缆时。
（8）非线性元件，如集总虚拟负载、环形器、隔离器和某些半导体器件的使用应减至最少。
（9）高功率发射信号和低电平接收信号之间应由滤波器和物理分离法达到良好的隔离。如果将这两路信号设计成各自独立的信道，独立的发射、接收天线，则PIM产物可以得到很好的控制。
（10）频率计划应考虑高阶PIM产物，因为它们在某些通信系统中可能是潜在干扰信号。
（11）如果高低功率信号不可避免地要使用一个公共信道，那么降低PIM的出发点是合理地选择发射频率和接收频率。在多通道通信系统中，完全分离收发频率是不可能的。因此减小PIM干扰的最佳途径是把收发频率尽可能离得远些。
（12）采用合理的焊接，且尽量保证焊接面光滑，如果焊接面不光滑或有毛刺时也会导致PIM的产生。
（13）防止通信系统各种器件的锈蚀，尽量不要用手触摸元器件。在使用同轴电缆之前应从端器件开始逐一清理干净，接插件接头在每次使用后均应清洗。切记不要将接插件浸入液体清洗剂中，因为这样会使污染物进入其内死角。
除了上述措施外，良好的工艺、仔细的计划、严格的质量控制和高标准的操作维护措施同样非常重要。应注意的是，虽然在设计和制作阶段适当注意细节可以大大降低PIM电平，但是一个完全没有PIM干扰的通信系统是不可能存在的。
四、结论
通过对无源互调干扰的产生机理及其抑制措施的研究，我们明白了微波器件的PIM干扰主要来自两种无源非线性：接触非线性和材料非线性。接触非线性指的是任何具有非线性电流电压行为的接触引起的非线性；材料非线性指的是具有固有非线性导电特性的材料引起的非线性。从接触非线性机理、材料非线性机理和其他非线性效应三个方面，对无源互调的产生机理进行了分析和讨论。最后给出了通信系统中无源互调干扰的主要抑制措施。这将为下一步无源互调的分析与测量研究打下坚实的基础。
参考文献：
[1]张世全. 微波与射频频段无源互调干扰研究[D]：[博士学位论文]. 西安：电子科技大学，2004.
[2]Lui P. L. Passive intermodulation interference in communication systems. IEE Electronics & Communication Engineering Journal， 1990， 2（3）： 109-118.
[3]Helme B. G. M. Passive intermodulation of ICT components. IEE Colloquium on Screening Effectiveness Measurements. London， 1998， 1/1-1/8.
