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關鍵詞:通信,電子戰,技術
電子戰主要包括:即電子支援措施(ESM)、電子對抗措施(ECM)、電子反對抗措施,通信對抗措施既是電子對抗的重要組成部分,又是通信的伴生物,它的主要任務是:截收,檢測、測向定位和識別敵方的通信信號,進而采取通信干擾措施,達到阻止破壞或削弱敵人C41系統,同時又要保護己方通信暢通是雙方在通信領域內為爭奪制電磁權而展開的電子對抗,專家認為:未來戰爭,交戰雙方誰贏得了制電磁權,誰就贏得戰爭的主動權,乃至整個戰爭。
一、現代通信對抗的特點
通信對抗經過幾十年的發展,進入當今的信息時代,已發生了深刻的變化,注入了很多新的內容。主要表現為:
1、通信對抗技術與通信技術同步發展,并且兩者出現了交叉與交融
通信方式從單網臺工作向綜合多網臺發展時,通信對抗也迅速從單部干擾機作戰轉向系統對抗。新的通信方式跳頻、擴頻通信一出現,則多種干擾樣式,跳頻、擴頻通信干擾也立即跟上。當C41作為一種系統開始成為現代戰場體系的核心,世界各國對于C4CM(C41對抗措施)的研究很快成為熱門課題。通信對抗技術的向前發展,又推動了通信方式的不斷更新。
――如今,對于研究通信技術一方,希望利用通信抗干擾原理,在確保已方通信的同時,向敵方實施干擾;對于研究通信對抗一方,也希望在向對方施放干擾時,能將已方的通信信息調制在干擾載波上發射出去。這樣,既能保護已方的通信,又能破壞敵方的通信,并將兩種目標同時實現。
2、通信對抗的工作頻段向兩極擴展
隨著通信的發展,通信對抗的工作頻段由低端深入到超長波甚至聲納波段,以對付海上艦船、海底潛艇的通信。由高端擴展到毫米波、亞毫米波乃至光通信。這樣使通信對抗在頻域上能與雷達對抗、光學對抗、聲學對抗等的工作頻段相融。
3、通信對抗己發展成為系統對抗,電子一體化成為發展趨勢
在現代戰爭中,C41系統日趨成熟,使系統對抗、體系對抗成為現代高技術戰爭的基本特征。系統對抗的核心就是作戰雙方在保持已方的C41系統發揮正常效能、設法去破壞或削弱對方的C41系統,是雙方以已方的C4CM破壞對方的C41系統的對抗。由于各種電子對抗的工作頻段都在相應擴展,通信情報、雷達情報、光電情報的相互支援,多種干擾手段的綜合使用,促使通信對抗的一體化發展成為必然趨勢。
4、通信對抗成為一種獨立隨電子戰兵器
目前,通信對抗廣泛使用于陸、海、空和其他兵種。例如,有通信偵察車、測向車、干擾車,通信偵察船、艦載通信干擾系統,無人機載通信對抗系統,直升機通信對抗系統,遠距離作戰的通信電子戰專用飛機,通信偵察衛星等。這些戰略和戰述通信對抗裝備,已成為現代戰爭中的重要手段。
二、通信抗干擾主要技術
(一)擴展頻譜抗干擾技術
1、跳頻擴頻技術(FH-SS):跳頻技術是用擴頻碼去進行頻移鍵控,使載波頻率不斷跳變而擴展頻譜的一種方法,因技術比較成熟,抗干擾能力較強,已在戰術通信中得到廣泛應用。國外自60年代起開始研究,到了80年代,跳頻電臺已成為世界各主要國家的重要通信裝備,到了90年代更融入了DSP技術和計算機網絡技術,目前正向著適應、高速,變數率和寬帶的方向發展。
(1)自適應跳頻,使得適應帶寬和速率調整更加靈活。典型設備美國的Milsta軍事星在EHF頻段因頻譜資源豐富,可在1GHz的頻帶內實現快速寬帶跳頻,使得現有的干擾技術無法對它實施有效的干擾。英國Racal公司生產的Panther-H高頻電臺有通用定頻、自適應定頻和智能跳頻三種方式。在智能跳頻方式中可對128個頻率掃描,從中選出一組靜噪頻率據稱這種智能跳頻方式在傳輸質量上優于傳統方式。采用跳速多變的方式,可不斷打亂敵方的偵察和跟蹤部署,是有效的抗跟蹤干擾措施之一。
(2)功率自適應跳頻是通信方對每個有效頻率自適應地調整發射功率,使功率輸出在滿足收端正常接收的情況下達到最低,提高信號的隱蔽性,從而達到抗干擾目的,其關鍵技術是寬帶、大動態范圍的可變增益功率放大器。以色列Yadiran通信公司的HF-6000自適應HF/SSB跳頻電臺,可在全頻段自適應跳頻,其跳速在15-20跳/秒范圍可變。具有自適應射頻功率輸出,自動化信道頻率選擇,機內自動建立鏈路等功能。
(3)跳頻空閑信道搜索跳頻(跳頻Fcs)是一種新的跳頻自適應技術。法國Thomson-CSF公司的新型戰術通信系列電臺PR4G在1996年的改進中增加了跳頻空閑信道搜索功能,這種方式在每次通話前對全部信道進行空閑信道檢測,即使大部分頻率擾,仍可保持通信。
(4)差分跳頻(DFH)技術是一種新的跳頻技術,美國Lockheed Sanders公司1995出品的HF增強型相關跳頻電臺(CHESS)是一種能保障低截收和檢測概率及高抗干擾能力的高速短波跳頻系統。它是新一代短波擴展頻譜技術的代表。跳速5000跳/秒,信道探鍘每秒開銷200個頻率,其余4800個頻率用于傳數據。
2、直接序列擴頻(DS)技術
直接序列擴頻是一種真正對抗的抗干擾體制,它將有用信號在很寬的頻帶上進行擴展,使單位頻帶內的功率變小,即信號的功率譜密度變低,通信可在信道噪聲和熱噪聲的背景下,用很低的信號功率譜進行通信,使信號淹沒的噪聲里,敵方不容易發現信號。該技術的特點是信號隱蔽性好,截獲概率低,并能抗多徑干擾,而且容易實現碼分多址(CDMA)體制。
3、跳時擴頻(TH)
由于簡單的跳時抗干擾性不強,很少單獨使用,常與其它方式組合使用。此外還有將以上各種方式集成后混合擴頻技術,進一步增強了系統抗干擾性。限于篇幅限制,不做詳細討論。
(二)非擴頻類的通信抗干擾技術
1、自適應天線技術
對于空間不同方向來的各種干擾,自適應天線可以通過調整其備單元上的振幅和相位分布,波瓣在這些干擾方向上形成零點,從而減小或避免干擾信號的影響,如果干擾源在空間不斷運動,自適應天線則可以相應改變波瓣零點的位置,繼續對干擾信號進行抑制。如果干擾信號是寬帶的,自適應天線還可以在對應的方向處,形成較寬角度的凹口,以對抗寬頻帶干擾。美軍的第三代國防衛星通信系統(DSCS一Ⅲ)就使用了抗干擾的自適應調零天線。
2、猝發通信技術
所謂猝發通信技術是先將信息存儲起來,然后在某一瞬間以正常時10-100倍或更高速率猝發。一方面可使用較大的脈沖功率來抵御有意干擾,另一方面由于發射時間的隨機性和短暫性使偵收概率大大降低。國外一些數據通信設備如美國Racal公司的6288型數據終端,以色列TADIRAN公司生產的配有TMD--326猝發通信終端的PRC-174電臺都具有信息猝發能力。
3、糾錯編碼和交織編碼
采用數字技術和糾錯編碼技術在一定程度上可提高抗干擾性。糾錯編碼能糾正因受干擾而產生的錯誤,是一種有效的輔EcCM措施。
GMDSS由衛星通信系統和地面無線電通信系統組成。它主要包括遇險報警與值守、搜救協調通信與救助現場通信、定位、海上安全信息播發、常規公眾業務通信及駕駛臺與駕駛臺間互通信等功能。作為SOLAS公約締約國,我國自1999年2月1日起要求符合SOLAS公約第一條要求的所有船舶和300總噸以上的貨船應按要求強制配備GMDSS設備,中國船級社也對20米以上非公約尺度船舶配備GMDSS設備也做了相應強制性規定。海岸電臺作為水上安全監管和搜尋救助的重要環節,代表國家承擔了水上無線電通信系統中部分MF/HF/VHF通信工作,具體包括公益性的遇險安全值守及后續通信、常規公眾業務通信及海上安全信息播發等業務。
2.GMDSS復審與現代化進展
隨著近些年來通信和信息網絡技術的迅猛發展,國際海事組織(IMO)和國際電信聯盟(ITU)積極推進水上遇險及安全通信領域新技術、政策和頻譜需求研究,以滿足航運界的日益增長的通信信息服務需求。
2. 1IMO相關工作進展
2008年IMO的無線電通信與搜救(COMSAR)分委會第12次會議首次提出審議GMDSS需求,2009年IMO的海安會(MSC)第86次會議批準了COMSAR第13次會議關于“開展對 GMDSS要素和程序復審問題范圍研究”的提案,并于次年的COMSAR第14次會議上成立特別工作組。按照該工作組計劃,已于2012年2月COMSAR第16次會議確定GMDSS復審和現代化研究范圍和任務;海安會第90次會議正式批準并啟動GMDSS復審和現代化項目。
該項目分為高級復審和詳細復審兩個階段,其中2012至2014年開展高級復審,高級復審包括:(1)對GMDSS已有九項功能進行復審;(2)對正在使用無線電通信優先等級順序進行復審;(3)對海區劃分及設備配備需求進行復審;(4)對船舶類別差異性要求的審查;(5)對遇險通信和其他類型的通信分離審查等5個方面內容。目前GMDSS高級復審已基本完成,高級復審報告在2015年導航、通信與搜救(NCSR)分委會第1次會議上已獲得通過。
在高級復審基礎上,2015至2017年計劃進行詳細復審,詳細復審包括:(1)GMDSS功能要求變化而帶來的要求及解決建議;(2)GMDSS遇險報警傳輸途徑與岸-岸通信;(3)用甚高頻(VHF)+衛星替代中頻(MF)/高頻(HF)和數字選擇性呼叫(DSC)設備;(4)窄帶印制電報(NBDP)在GMDSS中的作用;(5)中高頻誤報警跟蹤調查機制;(6)結合IMO對e航海研究,以及ITU對無線電頻譜的研究,考慮未來水上甚高頻數據交換系統(VDES)的引入等15個方面內容。
2.2 ITU相關工作進展
由于國際水上無線電通信技術主要由ITU無線電通信組(ITU-R)主導,NCSR分委會就GMDSS復審和現代化工作與ITU-R保持了密切聯系。ITU在2012年世界無線電通信大會上通過了與GMDSS復審與現代化工作密切相關的兩項重要議題
(1)359號決議審議頻譜劃分規則以支持IMO的GMDSS現代化和e航海戰略;
(2)360號決議審議有助于引入可能的新的通信技術應用和新應用方面的規則條款并考慮調整相應的頻譜劃分,以改善水上無線電通信質量。該決議建議在ITU-R研究結果基礎上修訂了國際《無線電規則》以引入更多水上無線電通信應用。
3.GMDSS現代化背景下水上數字無線電通信技術
通過對IMO和ITU最新會議文件研究,筆者認為為滿足船舶從泊位到泊位間航行的通信信息服務需求,GMDSS復審及現代化必然將推動傳統水上無線電通信向著數字化,高帶寬,全覆蓋等方向不斷發展,進而形成新一代的水上無線電數字通信網。下面對ITU-R推薦的GMDSS現代化部分關鍵通信技術進行簡要探討。
3.1水上中頻安全信息數字廣播系統(NAVDAT)
根據ITU-R M.2010技術建議方案,中頻水上安全信息數字廣播系統(NAVDAT)是ITU-R推薦的基于中頻500kHz建立岸到船的(NAVDAT)數字通信技術方案。
NAVDAT采用10kHz帶寬發射,通過正交頻分復用數字調制技術,在16-QAM調制模式下,NAVDAT理論數據傳輸速率可達25kbps。考慮糾錯編碼率后實際傳輸速率約為18kbps,是現有航行警告電傳系統(NAVTEX)5 0 b p s的3 6 0倍,可有效解決當前NAVTEX系統因速率低導致的業務過載和及時性等不足。NAVDAT可播發包括文本、圖像、音頻、數據集等多種數據格式。實現對航行警告、氣象警告、搜救信息、海盜警告、遇險等優先信息,氣象預報、波浪潮流信息、VTS交通信息、引航信息、航標信息、AIS報告等航行信息及電子海圖更新、港口信息和交通狀態圖等來自安全和可控的信息源的所有相關信息的廣泛播發,有效播發范圍約300海里,可實現對A1,A2海區覆蓋。
技術上,由于集成了船舶位置和水上移動識別碼(MMSI),NAVDAT支持一般性廣播、區域性廣播和選擇性廣播等多種播發方式,并在需要時可實現對授權用戶的加密廣播。此外,NAVDAT采用與NAVTEX類似的時隙分配方式,可重用現有的NAVTEX系統基礎設施,并支持通過數字接口擴展,對GMDSS現代化的新通信應用及信息服務提供了良好的開放性。
東海航海保障中心于2013年起開展NAVDAT試驗系統研究工作,并完成了電子海圖遠程更新傳輸試驗。東海航海保障中心已于2016年1月1日起在上海提供NAVDAT試運行服務;目前系統數據傳輸速率約18kbps,并基本實現對A1,A2海區覆蓋。
3.2水上高頻數字化數據交換及電子郵件系統
根據ITU-R M.1798-1技術建議方案,水上高頻數字通信采用自適應通信技術,能自動評價各信道通信質量并根據信道通信質量來選擇最佳工作信道,經由高頻海岸電臺可實現與互聯網互通。它共推薦了三套技術方案。
(1)使用數字信號處理(DSP)技術和正交頻分多路傳輸的調制解調協議,可有效解決頻率選擇,頻譜使用等問題。該類高頻數字通信設備使用32個載波,4相位波形,中心頻率1700Hz。因為單一分載波帶寬小,能容忍中等衰減;故多載波方法可評估到衰退信道而不需要補償器,使得多載波的通信能夠簡單進行,設備缺點主要是是對頻偏和振蕩器相位噪聲較敏感。目前物理層原碼基本速率為1684bps。
(2)電子郵件系統(Global Link Network)基于Pactor-Ⅲ協議,使用18個子載波,物理層原碼基本速率為3600bps,頻道帶寬為3kHz雙工信道。
(3)寬帶高頻數字傳輸系統基于船舶通信互聯網協議系統(Internet Protocol for Boat Communications),采用OFDM+xQAM或OFDM+QPSK調制方式,最佳傳輸速率為22kbps,頻道帶寬為10-20kHz的雙工通道。
高頻通信主要以天波方式靠電離層反射傳播,可實現數千公里遠程通信,故在通信領域得到了廣泛應用,是海岸電臺遠距離通信保障的有效手段。南海航海保障中心2014進行了長達2000公里的高頻組網通信測試,完成了與移動電話的數字化語音、文本短信的高頻數字通信。
3.3VDES
根據ITU-R M.1842-1技術建議方案,VDES系統集成了自動識別系統(AIS)、特殊應用報文(ASM)和寬帶甚高頻數據交換(VDE)三項功能,不僅能實現船-船、船-岸間的數據交換,還為未來實現衛星與船舶的遠程雙向數字通信預留了空間。
該系統的優點是在保障AIS已有功能應用基礎上,通過ASM和VDE全面強化船舶通信的數據傳輸能力。具體來說VDES為不同內容及格式的信息劃分了專用頻譜:與航行安全密切相關的船舶位置和航行狀態信息仍保留在AIS專用信道下,以減輕該信道負擔,并保證其不被占用;與導航無關的水文氣象等非安全信息由ASM承載,并為其配置兩個25kHz信道;而對于其他內容更豐富、格式更靈活的信息則依托100kHz的雙頻信道由VDE完成傳輸,大大提高船-船及船-岸的數字通信速度。
對航海者來說,VDES系統對船舶位置報告和安全性相關信息給予最高優先級,開辟專用頻段保障信息傳輸,其次是使用更靈活,航海者可根據需要主動向其他船舶、港口推送或定制信息,最后是依托信道調整使得信息傳輸速度極大提升,VDES系統的理論傳輸速率可達到307kbps。
4.結束語
關鍵詞:數字微波通信;衛星數字通信;廣播運輸;運用
對現在社會上的通信技術來說,廣播傳輸的運用在很大的程度上是需要通信技術的參與,尤其是現在社會上廣泛應用的微波傳輸技術。在很大的程度上來說,現在我國社會上存在的兩種微波傳輸技術主要包括數字微波通信和衛星數字通信這兩個方面,而且這兩個方面在廣播運輸中都有非常廣泛的應用。而且在我國現在使用的廣播電視的傳播途徑主要有三個方面,這三個方面主要包括光纜、地面微波和衛星傳輸。對這三個方面來說可以說各有的優點和缺失,因此在進行廣播傳輸的過程中需要選擇缺失最小的方法進行合理的方法進行使用,只有這樣才能在很大的程度上實現廣播的傳輸。
1 數字微波通信
1.1 數字微波通信的基本功能及特點
數字微波通信的重點在于微波技術的運用,這就要求對微波的含義和相應的特征有一個全面的了解。在很多情況下可以了解到微波是屬于無線電波的一種,而且還具有一定的高頻率性,對微波的長度在相關的物理研究中可以清楚的了解微波是一種波長比較短的無線電波,所以可用的微波的頻帶比較寬,而且性能也比一些低頻率的電波的性能更加良好。另外由于微波在社會上的數字化方面得到廣泛的應用,這也從側面表示了微波是具備信息存儲量較大的特點。在微波使用的現階段中,主要使微波的技術包括數字微波通信,這種數字微波通信在相應的社會實踐中可以發現數字微波通信技術是具有投資較低,便捷可靠,而且抗干擾的能力良好的特點,這些特點的存在使得數字微波通信在廣傳輸中得到廣泛的應用。
1.2 數字微波通信系統的基本原理
很多無線電波的傳輸方式在相關的物理研究中都可以發現其傳輸方式與光波的傳輸方式有很大的相似,都是屬于只能直線射進,在遇到障礙時會發生阻斷或者反射的情況。這種與光波、相似的特點從一定的程度上決定了數字微波通信的主要特點。通信的主要特點。切在進行地球與相應空間之間的傳輸過程中,由于傳輸的空間比較廣泛,距離也比較遠,這就會導致在進行傳輸的過程中需要設立相關的中轉站機構,也就是說在進行傳輸的過程中是在一種接力的過程中進行的,這種做法能夠減少相應傳輸信息的損害,使得信息的傳輸達到全面完善的傳輸。
而且在進行數字微波通信的傳輸過程中,由于設立了相應的空間中轉站,這就在很大的程度上決定了數字微波通信兩個終端之間對信息傳輸的根本要求,而且對設立的中轉站的要求在于設立的中轉站的數量,由于距離過遠,所設置的中轉站的數量在幾個到幾十個范圍,數量的多少也通常由距離的長短決定。中轉站的存在是為了將終端所發送的信號進行一個接受,并將其放大,之后在轉入其他的中轉站的過程。這種中轉站的存在的根本目的是對進行傳輸的信息的質量有一定的保證。
1.3 數字微波通信在廣播電臺中的運用
在進行微波傳輸時數字化微波將采用相關數字化技術進行處理,其傳輸的質量具有高可靠性、具有較強的抗干擾力、能夠遠程傳輸等諸多優點。廣播電視大多使用多條路經終端傳輸設備,相關設備具有收、發端機兩部分。該設備有光端口和數字化微波端口,與光端和微波端都能夠方便連接。發端機能夠把數字化節目源樣點節目信號、相關數據及通道情況轉換為數字式序列,再通過編碼糾錯、交結、信號通道編碼與復接,然后分別傳送至光端調制機與微波端調制機進行傳輸,送至微波端調制機的相關信號經由天線與功放在進行發射。收端機解碼其所收編碼流,所解出信號通過交結、編碼糾錯電路得出相關數據與各類樣點信號,而后經由各相應接口電路將其恢復至數字化模擬信號。
2 衛星數字通信
2.1 衛星數字通信的基本功能及特點
廣播節目信號最主要的傳輸手段就是衛星數字通信,伴隨現代數字化技術快速的發展,其優勢尤為明顯。相比于微波數字通信等現代化傳輸手段,其具有低投資、覆蓋范圍較廣、設便捷、傳輸過程質量有保證、維護簡單、操作成本低等諸多優點。
2.2 衛星數字通信系統的基本原理
衛星電視體系包括四個重要部分,即衛星發射站、衛星轉發器、監測站、接收站。轉發器主要接收由地面上行站所傳送過來的上行信號(C或Ku波段),且對其進行放大、變頻、然后再放大操作后,將其發射至地面接受范圍內,所以,轉發器實質上所起到的作用完全可以代替一個中繼站,它能夠在傳輸過程中將附加的噪聲降至最低且失真對廣播信號進行傳送。
2.3 衛星數字通信在廣播電臺的運用
廣播電視衛星相對于地面必須靜止,這樣可以方便觀眾使用便捷,不追蹤衛星與具有較強定向性的天線進行接收,所以需要運用同步赤道衛星,還需要確保衛星在其軌道中位置與狀態保持精確;廣播電視衛星務必具有足夠輻射的功率,廣播電視衛星同時需要具備高可信度與長壽命,從而減少停播故障,且規避了頻繁更換衛星和停播所需費用及損失。
2.3.1 衛星數字廣播
通過衛星來傳送廣播電視信號是衛星現代化技術飛躍性的發展,在廣播電視數字化傳輸體系中,衛星數字傳輸相當必要。
2.3.2 衛星轉播車和現場直播車
直播車與轉播車節目輸送方式更加豐富,使活動直播安全得到有力保障。相關車載體系統不但能夠高質量傳輸無線數字化信號,執行高質量轉播任務和相關直播操作,還能夠在非正常情況下,獨立應對緊急制作及相關傳輸任務。
結束語
多媒體廣播技術的發展帶動著相應數字化通信的進一步發展,使得相應的無線通信技術也有了新的發展方向。而且在現在社會上存在的微波傳輸技術中主要有兩項技術手段可以應用在相應的廣播通信技術上面,這兩項技術的特點都會使得廣播信息的傳輸能夠更加順利的進行,使其更加符合社會發展的需求。而且在現在社會上廣播信息的數字化也處在一個高速發展的過程,為了響應這種發展就需要對相關的技術做到更好的改善,使得廣播傳輸的質量和傳播道路都有相應的提高,從而使得廣播傳輸行業的發展更加符合社會的需求。
參考文獻
[1]趙孟,盧山.數字微波通信技術的發展及應用探析[J].信息與電腦(理論版),2013(7).
關鍵詞:計算機 網絡技術 發展
計算機網絡技術本身不僅是由其內在要素構成的一定結構形式的有機整體,也是與其他科學技術密切相聯而構成的具有立體網絡結構的有機整體。研究計算機網絡技術發展模式首先應從其宏觀層次的科學技術基礎與其群體技術的網絡結構來探討。對計算機網絡技術的科學技術基礎的梳理和分析即是對計算機網絡技術的秩序意義上的技術建制進行的探討。
一、計算機網絡技術發展模式內涵的界定
計算機網絡技術發展模式是指通過對計算機網絡技術發展的時空結構進行分析從而找出其發展的主要構架和各結構間內在作用機理。即通過對計算機網絡技術在發展過程中的影響因子、發展趨勢與過程的分析總結得出計算機網絡技術發展的結構狀態軌跡的范式。計算機網絡技術發展模式作為一種實踐工具,旨在揭示計算機網絡技術得以快速發展的成因。它形成于各種對計算機網絡技術發展理念的探索和實踐,立足于從哲學角度對計算機網絡技術快速發展現象的研究和分析。計算機網絡技術發展模式實質上提供了一種高新技術產業快速發展的有效的社會體制,它可以為未來計算機網絡發展甚至為其它領域的技術發展提供樣本和模式借鑒。
二、理論基礎為計算機網絡技術發展提供理論上的可行性
布爾代數、包交換理論是計算機網絡技術誕生的重要理論準備和依據。計算機網絡技術能安全、可靠和高效地在一種網狀結構中傳遞計算機產生的數據信號,使不同計算機之間通過數據信號的傳播而連接形成了一個巨大的網絡。其中“數據信號”是相對于傳統電信中的“話音信號”和傳統廣播電視中的“視頻信號”等模擬信號而言。數字通信在與后來出現的包交換理論結合后便產生了真正意義上的現代計算機網絡技術。數字化信號的取值是離散的,幅值被限制在有限個數值之內。現在計算機網絡技術廣泛使用的二進制碼受到噪聲影響小而且非常利于計算機網絡終端的接受和使用。這個看起來簡單的0和1對計算機網絡的意義是不言而喻的,可以說沒有布爾定律就沒有數字化信號就更不會產生現代意義上的計算機網絡。數字化信號最早的理論依據可以追溯至1854年,當時英國數學家喬治·布爾發表的《思維規律研究》一文中,他設計了一套用以表示邏輯理論中一些基本概念的符號,并建立了應用這些符號進行運算的法則,成功的把形式邏輯歸結為一種代數演算,從而建立了邏輯代數(布爾代數)。他規定的一條特殊運算規則是 X2=X,其解只能取兩個值:0和1。X=1,表示命題為真,X=2 表示命題為假。布爾代數提出近一百年后的20世紀中葉才運用于計算機與計算機網絡。這一理論系統從提出到實際運用經歷的漫長的建制化過程,但并不妨礙布爾代數成為計算機網絡技術的理論基石。
在分組交換理論出現前的遠程終端聯機階段還不能稱之為現代意義上的計算機網絡,那時人們將彼此獨立的計算機用通信技術結合起來形成了計算機網絡前身。20 世紀六十年代,美國蘭德公司的PAUL BARAN,英國國家物理實驗室的DONALD DAVIS從不同角度提出了目前被稱為分組交換的網絡技術。分組交換技術將用戶傳送的數據分成若干個比較短的,標準化的“分組”進行交換和傳輸,每個分組由用戶數據以及必要的地址和控制信息組成,從而保證網絡能夠將數據傳遞到目的地。這種思想完全不同于不適合計算機網絡技術的電話網所采用的電路交換技術:電話網用戶通話前先建立連接,獨占資源。分組交換理論提出后,各國紛紛將其利用在了他們的第一代計算機實驗網絡。正是這一理論為今后計算機網絡技術提供了一個重要的技術秩序。
從計算機網絡的前身遠程終端聯機階段開始,計算機技術的發展就沒能離開科技理論的指導。從早期以數學、材料學、邏輯學、電磁學、微電子學、量子力學及控制論為基礎,到現在逐漸將光學、生物學及人工智能的納入自己的理論基礎領域,說明科學技術理論是計算機網絡技術發展的基礎。
三、相關群體技術的進步為計算機網絡技術創新提供了技術上的可能性
計算機網絡技術發展遵循連鎖模式,這個單元技術與群體技術是一個系統整體。計算機網絡技術它本身不僅是由內在要素構成的一定結構形式的有機整體,而且它與其他技術如計算機技術與通信技術,密切相關聯而構成具有立體網絡結構的有機整體。在計算機技術和通信發展到一定階段,計算機網絡技術便有了存在的土壤。例如,隨著世界第一臺電子計算機 ENIAC 的誕生和之后的計算機技術發展才有了計算機對互相信息交流的需求,在計算機出現后不到十年的時間,計算機網絡的前身遠程終端聯機系統應運而生。而遠程終端聯機階段的數據通信技術便是直接由當時傳統通信技術改進而來。
由于每一種特定單元技術都有自己固有的內在矛盾,因而隨著客觀技術 環境的變化,計算機技術和通信技術會不斷地更新自身原有的技術構成, 其中某項子技術的重大進步,都可能為計算機網絡技術創新提供可能性,包括如軟件技術、芯片技術、光纖技術、納米加工技術等等。另一方面,計算機網絡技術的這種變化,由于打破了原有群體技術的內在平衡,也勢必會引起其他相關的單元技術產生適應性調節,以達到群體技術自身的新的平衡,這樣又會引起其他單元技術乃至整個群體技術的發展。計算機網絡技術就是在這種平衡和不平衡的矛盾運動中得到不斷發展。
參考文獻
目前,我省主要采用的窄帶調制解調技術主要有:(1)PSK相移鍵控。該方式通過調制載波的相位來傳輸數據,也是一種線性調制技術,同樣存在邊瓣再生的問題,特別在發生相位突變時,包絡不恒定而導致在通過帶限信道后頻譜發生擴散。(2)FSK頻移鍵控。通過2個不同的載波代表二進制數據中的2種狀態,來完成數據的調制,它屬于非線性調制。同時,不管調制信號如何改變,載波的幅度是恒定的,所以它也是一種恒包絡調制。它可以使用功率效率高的C類放大器,而不會使發送信號占用的頻譜增大;帶外輻射低;接收機設計簡單。不過其占用帶寬比線性調制大。在大多數情況下,數字調制是利用數字信號的離散值去鍵控載波。對載波的幅度、頻率或相位進行鍵控,便可獲得ASK、FSK、PSK等。這三種數字調制方式在抗干擾噪聲能力和信號頻譜利用率等方面,以相干PSK的性能最好,目前已在中、高速傳輸數據時得到廣泛應用。以上調制方式都屬于窄帶通信技術,同時窄帶通信技術還包括QAM調制、無載波調幅調相(CAP)、DMT調制及擴展頻譜技術等。窄帶通信方式易于實現,但抗干擾能力弱,配電網各頻帶的衰減隨著負荷的動態投切而隨機變化,會出現衰減很大的頻帶,這使得想要選出一段完美的電力線通信頻帶很難,通常依靠選擇載波頻率在衰減小的頻帶里或者均衡技術來克服信道的變化。但這使得均衡技術非常復雜,以至于成本難以接受。同時盡管接收機具有較窄的通帶,使僅有一部分噪聲進入接收機,由于接收裝置中的濾波器具有高品質因數,瞬間的脈沖噪聲會使其發生自干擾,而低品質的濾波器又會使通帶帶寬加大,令更多噪聲進入接收器。所以窄帶通信的抗脈沖噪聲性較差。
2波芯片在集抄中的應用
如圖1所示是典型的具有載波通訊功能的單相表設計原理框圖,載波電路的核心是載波發送和載波接收電路的設計及載波芯片調制電路的設計。如圖2所示是采用載波通訊方式的集抄方案拓撲圖。臺區集中抄表系統是以計算機應用技術、現代數字通信技術、低壓電力線載波數據傳輸技術為基礎的大型信息采集處理系統。由系統主站、臺區集中器、客戶側直接載波電能表,以及主站與集中器、集中器與載波電能表之間的數據傳輸信道組成。下面對集抄應用中的幾個載波相關功能進行說明和介紹。由于各個載波芯片廠家的方案略有不同,所以只是做原理性介紹。
2.1耦合電路(Coupling電路)。耦合電路如圖3所示,其是載波信號的輸出和輸入通路,并起隔離220V/50Hz的工頻的作用。該電路在設計時需考慮220V線路側的阻抗特性。信號耦合變壓器,220V線路側阻抗一般取3~30n。然后確定線圈初次級的匝數比或阻抗比。最后設計功率放大器的輸出匹配電阻。
2.2濾波電路(Filter電路)。如圖4所示濾波電路,該濾波器為帶通濾波器。其不僅要將帶外雜波濾除,還要保證前后級之間的阻抗匹配,以達到順利傳遞信號的目的。由于主晶振的工作頻率不同,載頻也不同;調制周波數和數據傳輸速率不同,帶寬也不同。因此,濾波器的參數在主晶振頻率不同時也將有所變化的。本電路的帶通頻率范圍是400kHz~600kHz。
2.3信號放大電路(PAMP電路)。如圖5所示為信號放大電路,其放大的目的是將濾波后的信號不失真的放大75倍以上,以達到30dB以上增益的要求。特別注意的是小信號的不失真。因為主要是完成小信號的放大。并注意電路本身的噪聲干擾不能過大。經該放大電路放大后可接入運算放大器繼續將信號放大。
2.4自動路由功能。集中器與載波表之間的傳輸距離受線路特性的影響,而一次成功的通信,首先要滿足本地接收信號的解調信噪比。根據我國電網的實際經驗,500m以內的范圍是單級載波可靠傳輸的理想距離。要做到任何情況下抄通率的100%,肯定需要中繼。在集抄系統中,自動路由算法包含在集中器內,通過載波協議,每一電表終端模塊都可作為其他電表的中繼。當需要中繼時,集中器能根據線路的情況,實時、智能、快速地調整路由,完成集中器到目的電表的通信,無需人工干預。而固定中繼是不可取的,既難以維護,實效性也差。綜合各地需求,集中器的自動路由最多要求達到7級,保證系統2km的最遠距離。
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