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無(wú)數(shù)數(shù)據(jù)傳輸:從模擬數(shù)傳電臺(tái)到數(shù)字?jǐn)?shù)傳電臺(tái)

無(wú)數(shù)數(shù)據(jù)傳輸:從模擬數(shù)傳電臺(tái)到數(shù)字?jǐn)?shù)傳電臺(tái)

自十九世紀(jì)末馬可尼發(fā)明無(wú)線電以來(lái),采用電臺(tái)(英文RADIO即無(wú)線電)通過(guò)無(wú)線電波傳遞信息已與人類的生活越來(lái)越密不可分,從航海、軍用、廣播電視到移動(dòng)電話都是電臺(tái)的范疇,傳輸?shù)男畔哪M信息的電碼、話音、圖像到全部數(shù)字化的各種數(shù)據(jù)流,電波工作的頻段從長(zhǎng)波、短波、超短波到微波、紅外線和光(纖),采用的通信技術(shù)從模擬調(diào)制到數(shù)字調(diào)制、從單信道到多信道、從常規(guī)固定頻道到跳頻、從單載波到多載波、從頻分(FDMA)到時(shí)分(TDMA)再到碼分(CDMA)、從窄帶64Kbps到寬帶幾十Mbps,采用的器件(技術(shù))從電子管、晶體管、集成電路、單片機(jī)、DSP到軟件無(wú)線電…… 調(diào)制(即把要傳輸?shù)男畔⒄{(diào)整到與傳輸?shù)耐ǖ榔ヅ洌┦请娕_(tái)的關(guān)鍵技術(shù),沒有調(diào)制,任何信息都搬不到空中成為電波,亦就沒有電臺(tái)。更重要的是,先進(jìn)的調(diào)制方式可以在有限的射頻帶寬內(nèi)更遠(yuǎn)更可靠地傳輸更高速的數(shù)據(jù)。調(diào)制方式根據(jù)調(diào)制信號(hào)是模擬的(如音頻信號(hào))還是數(shù)字的(如RS232異步串行數(shù)據(jù))的,分為模擬調(diào)制(如FM調(diào)頻和AM調(diào)幅)和數(shù)字調(diào)制,目前大量民用的對(duì)講機(jī)和第一代大哥大手機(jī)是模擬調(diào)頻的,還有調(diào)頻廣播等。數(shù)字調(diào)制分為線性幅度調(diào)制和頻率相位調(diào)制(參1:P333,下同)。數(shù)字頻率調(diào)制有FSK(如低速1200bps無(wú)線尋呼,參1:P335)、CPFSK(如數(shù)字?jǐn)?shù)傳電臺(tái),參1:P336)、GMSK(如GSM第二代數(shù)字手機(jī),參1:P337)、四電平調(diào)頻 (高速FLEX尋呼, 參1:P337)。數(shù)字調(diào)頻的調(diào)制可以通過(guò)VCO壓控振蕩(參1:P251)實(shí)現(xiàn),亦用數(shù)字式調(diào)頻(參1:P252)實(shí)現(xiàn)。數(shù)字調(diào)頻的解調(diào)分相干解調(diào)(參1:P253)和非相干解調(diào)(參1:P266)。 1、模擬數(shù)傳電臺(tái) 數(shù)傳電臺(tái)是無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)的簡(jiǎn)稱,而數(shù)據(jù)傳輸最早出現(xiàn)的應(yīng)用是數(shù)據(jù)遙控遙測(cè),有別于目前無(wú)線微波電臺(tái)、無(wú)線以太網(wǎng)、GPRS手機(jī)等先進(jìn)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備,習(xí)慣上,數(shù)傳電臺(tái)就指?jìng)鬟b控遙測(cè)數(shù)據(jù)用的電臺(tái),我國(guó)無(wú)線電管理部門把223~235M/821~ 825M/2.4~2.4835GHz等頻段指配給數(shù)傳業(yè)務(wù)(參2)。數(shù)據(jù)遙控遙測(cè)是隨著采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理而應(yīng)生的業(yè)務(wù),而六、七十年代只有模擬FM調(diào)制技術(shù)的音頻(300~3400Hz)通信電臺(tái),因此把101010……數(shù)據(jù)流通過(guò)單頻(如FSK的1=1200 Hz,0=1800 Hz)來(lái)代表,再作為音頻信號(hào)進(jìn)行模擬FM調(diào)制就實(shí)現(xiàn)了早期的數(shù)傳電臺(tái),其本質(zhì)是預(yù)FSK(或MSK、GMSK)調(diào)制加FM調(diào)頻這樣的二次調(diào)制(參3),如下圖所示:
模擬數(shù)傳電臺(tái)示意圖 以嘉興藍(lán)波數(shù)傳電臺(tái)N88X為例,其實(shí)質(zhì)就是采用單片機(jī)(232數(shù)據(jù)打包解包、電臺(tái)收發(fā)控制等)及專用FSK(或MSK、GMSK)芯片預(yù)調(diào)制而做成無(wú)線MODEM,再配上日本日精模擬FM調(diào)頻對(duì)講機(jī)(藍(lán)波公司提供的日精電臺(tái)N889信產(chǎn)部電臺(tái)入網(wǎng)證書中注明調(diào)制方式為FM,http://www.rec198.com)。 由于調(diào)頻對(duì)講機(jī)和MODEM已大量普及民用,價(jià)格低(如日精ND889 25W電臺(tái),成本約為500元人民幣,藍(lán)波4800MODEM成本約為200元人民幣)是它的最大優(yōu)勢(shì),但缺陷亦是明顯的,廣大用戶及專業(yè)人員都知道,這種二次調(diào)制的由MODEM加調(diào)頻電臺(tái)拼湊起來(lái)的二加一數(shù)傳電臺(tái)產(chǎn)品有:⑴速率低,⑵會(huì)丟字頭,⑶會(huì)出現(xiàn)尾噪聲亂碼,⑷沒有其它任何附加功能等特點(diǎn)。藍(lán)波公司編的ND88X系列說(shuō)明書中強(qiáng)調(diào)MODEM數(shù)據(jù)的收發(fā)需要有嚴(yán)格的時(shí)序與電臺(tái)的收發(fā)相配合正是基于上述問(wèn)題,但模擬電臺(tái)收發(fā)起停的一致性要精確到毫秒是不可能的,所以丟字頭和出亂碼是必然的(而通話對(duì)講差300毫秒亦不會(huì)丟字)。需要指出的是,隨著DSP數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,這種模擬電臺(tái)加MODEM的模擬數(shù)傳電臺(tái)在國(guó)外已基本被數(shù)字調(diào)制的數(shù)字?jǐn)?shù)傳電臺(tái)淘汰,盡管國(guó)內(nèi)市場(chǎng)——電力用戶負(fù)荷監(jiān)控系統(tǒng)(注意:不是電力調(diào)度通信系統(tǒng),電力調(diào)度通信系統(tǒng)要求很高,以電力行業(yè)的實(shí)力,用的是光纖通信,而且是多種通信手段并存的)及水利等部門還在用,亦是日精主要用戶群,但原因很簡(jiǎn)單:電力用戶負(fù)荷、水利雨量/水位等數(shù)據(jù)傳輸沒有多少實(shí)時(shí)性要求(1200bps,一天數(shù)次采集)、可靠性要求不高(一次不對(duì)再傳一次),某個(gè)用戶的負(fù)荷監(jiān)控不到亦沒任何關(guān)系,既不影響供電,也不影響抄表收費(fèi)(各地供電部門經(jīng)常與我們做交流,很多電力用戶負(fù)控系統(tǒng)是應(yīng)付達(dá)標(biāo)創(chuàng)一流評(píng)比的擺設(shè),與電力調(diào)度通信根本是兩碼事)。 2、數(shù)字?jǐn)?shù)傳電臺(tái) 正象第一代模擬調(diào)頻手機(jī)(大哥大)有雜音大、功能少、對(duì)講機(jī)能收聽等缺點(diǎn),公眾移動(dòng)通信已為數(shù)字調(diào)制GMSK的GSM系統(tǒng)替代,并很快發(fā)展到第三代數(shù)字調(diào)制加擴(kuò)頻技術(shù)的3G一樣;市場(chǎng)不大的遙控遙測(cè)數(shù)傳領(lǐng)域亦由模擬調(diào)頻電臺(tái)加MODEM的模擬數(shù)傳電臺(tái)發(fā)展為各種用DSP實(shí)現(xiàn)的數(shù)字調(diào)制(如CPFSK、GMSK等)的數(shù)字?jǐn)?shù)傳電臺(tái)。如深圳華夏盛公司的WDS2710是用CPFSK調(diào)制的數(shù)字?jǐn)?shù)傳電臺(tái)(華夏盛提供的信產(chǎn)部電臺(tái)入網(wǎng)證書中注明調(diào)制方式為CPFSK,http://www.sinosun.cn)。如下圖所示:
數(shù)字?jǐn)?shù)傳電臺(tái)示意圖 與手機(jī)的GMSK數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)一樣,CPFSK數(shù)傳電臺(tái)有別于模擬調(diào)頻電臺(tái)加MODEM的數(shù)傳電臺(tái)的核心是基帶信號(hào)處理(參1:P215的“4.6部分響應(yīng)技術(shù)”)。CPFSK采用DSP數(shù)字信號(hào)處理完成用兩個(gè)Nyguist波形、根自乘余弦響應(yīng)值之和的帶根雙二進(jìn)制濾波的基帶信號(hào)處理以及Viterbi軟判決譯碼等,這是單片機(jī)加FSK芯片等永遠(yuǎn)亦不可能實(shí)現(xiàn)的。 與模擬手機(jī)到數(shù)字手機(jī)的變革一樣,用數(shù)字調(diào)制的數(shù)傳電臺(tái)實(shí)現(xiàn)了模擬調(diào)制的數(shù)傳電臺(tái)不可能實(shí)現(xiàn)的高速(19200bps)、高可靠(不丟字頭、不亂碼)及附加功能(如功率計(jì)、場(chǎng)強(qiáng)儀、誤碼儀、網(wǎng)管功能,參數(shù)狀態(tài)動(dòng)態(tài)智能化管理,詳見:“美國(guó)MDS/日本日精/深圳華夏盛數(shù)傳電臺(tái)大比拼”,http://www.sinosun.cn)。 基于DSP的數(shù)字調(diào)制數(shù)傳電臺(tái)從2000年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)以來(lái),盡管成本價(jià)格遠(yuǎn)高于模擬電臺(tái),由于其高速、高可靠及遠(yuǎn)距離傳輸?shù)让黠@優(yōu)勢(shì)而得到了在石油/天然氣、水/電力/熱網(wǎng)/煤氣、鐵路/交通/公安/安防/消防、路燈/地震/氣象/環(huán)保、GPS、金融、冶金/化工及工業(yè)過(guò)程控制自動(dòng)化等數(shù)據(jù)采集與控制應(yīng)用,并深受好評(píng)。可以預(yù)見,與公眾移動(dòng)通信或國(guó)外數(shù)傳電臺(tái)市場(chǎng)的變革一樣,基于DSP的數(shù)字?jǐn)?shù)傳電臺(tái)隨著成本價(jià)格的下降,必將在遙控遙測(cè)領(lǐng)域取代基于MODEM的模擬調(diào)頻數(shù)傳電臺(tái),使得我們的無(wú)線遙控遙測(cè)及工控自動(dòng)化系統(tǒng)更實(shí)時(shí)高速、更安全可靠、更靈活方便…… 參考文獻(xiàn): 1、西安電子科技大學(xué)郭梯云、劉增基、王新梅、詹道庸、楊洽等教授編著,中國(guó)國(guó)通信學(xué)會(huì)主編,人民郵電出版社出版的通信 工程叢書《數(shù)據(jù)傳輸》,1998年10月 2、信息產(chǎn)業(yè)部無(wú)線電管理局編,人民郵電出版社出版《中華人民共和國(guó)無(wú)線電頻劃分規(guī)定》 3、國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布 中國(guó)人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16611-1996,《數(shù)傳電臺(tái)通用規(guī)范》
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