第四代移动通信系统的跨层设计

　　【摘要】随着移动通信业务增加，通信行业已经普及了第三代通信系统。

　　但是，3G已不能满足人们对于通信服务的更多需求，所以，通信公司全面的展开了对第四代移动通信系统4G的铺设、研究并随之将进行使用。

　　4G综合了第一代、第二代和第三代通信系统的各类优点，更全面的发展了通信行业。

　　本文对第四代通信系统的跨层设计给出了有利的思想提议。

　　【关键词】4G技术4G的跨层设计

　　移动通信经过现代长期的发展，主要有三个阶段：1G、2G和3G。

　　每个阶段都在不断的创新发展，以实现更大的突破。

　　现如今，3G时代正值高潮，它的频带相对2G更宽，数据传输更快，系统的通信更方便以及广泛应用无线传输提高了工作效率。

　　尽管这样的3G，仍然的无法满足人们对多媒体通信更高的需求，因此，对第四代移动通信系统的研究是必要的，也是推动通信产业发展的必然动力。

　　一、4G概述

　　第四代移动通信技术主要技术使用的是光带接入式和网络分布式，使用非对称传输，传输数据的速率高达2Mb/s，甚至更高。

　　4G提供了150Mb/s的影像服务，为用户创造出了三维立体的图像感，高质量的为使用用户服务。

　　通信4G系统主要有广带无线局域网、广带无线固定接入、移动广带系统以及互操作的广播网络。

　　二、4G主要技术

　　2.1IPv6

　　IPv6技术主要指的是，在第四代通信系统中数据流的传输都必须建立在上IP连接的一种全分组方式，IPv6技术已经逐渐成为通信系统的主要技术之一。

　　在使用IPv6技术时，通过对IPv6的可移动性、服务、地址进行考虑，以便更好的进行通信。

　　2.2正交频分复用

　　正交频分复用技术(OFDM)是一种多载波调制的技术。

　　在发送端，正交频分复用技术就是合理的划分信道进，划分出多个正交子信道，可以把高速传播的数据信号转换成并行低速传送的子数据流，让所有的子数据流在合适的子信道上传送。

　　在接收端，接收到数据流后，使用一定的相关技术把正交信号进行分块处理，这样既保证了信号的带宽不会超过信道带宽，又能减少各个信号之间的干扰，保证了信号传送的准确性。

　　2.3软件无线电技术

　　软件无线电技术是用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”的无线通信，它采用的是数字信号处理，将宽带模数变换器(A/D)及数模变换器(D/A)尽可能地靠近射频天线，建立一个具有“A/D-DSP-D/A”模型的通用的、开放的硬件平台，在这个硬件平台上尽量利用软件技术来实现电台的各种功能模块。

　　软件无线电技术是软件化、计算密集型的操作形式。

　　2.4定位

　　定位技术是计算和预定移动终端进行位置的一种跟踪技术。

　　目前使用广泛的定位技术有GPS卫星定位、蓝牙定位、WIFI网络定位、GPRS/CDMA移动通讯技术定位以及PPD定位技术等。

　　在第四代移动通信系统中，可在不同系统中移动终端进行通信的方式不同，所以要定位跟踪移动通信终端，从而保证通信数据的高质量传输，提高通信质量。

　　2.5智能天线

　　智能天线技术是指在阵列天线或波束间不产生切换的一种多波技术。

　　智能天线采用的是空分复用技术，由于信号在传播方向上有所差别，所以可将同时隙、同频率的信号划分。

　　它可以成倍地扩展通信容量，并和其他复用技术相结合，最大限度地利用有限的频谱资源。

　　另外采用智能天线可以有效的解决在移动通信中的时延扩散、瑞利衰落、多径、共信道干扰等现象，使通信质量受到严重影响。

　　这一技术促进了无线通信的快速发展，同时有效解决了频谱资源供应缺乏的问题，因此该技术对于4G系统的发展至关重要。

　　图1为智能天线覆盖面积同普通天线覆盖面积对比。

　　三、第四代移动通信系统的跨层设计

　　3.1设计难题

　　现如今在建设实现4G的过程中，也有一些需要解决的问题：

　　(1)市场压力。

　　有相关人士认为：当今技术在2G和3G之间过度，近期内3G网络将会很快全部覆盖，而随着使用3G的用户越来越多，人们对3G的所有功能也越来越了解，3G也将成为一个过去，为满足人们各方面的网络需求，4G不得不成为当今网络的热点。

　　当3G普遍时，4G就会随之涌出。

　　但是，4G相对3G是一个大的跨越，人们还需要一个适应过度期，所以在人们慢慢接受并适应4G的过程中，4G的发展与成长就会受到一定的限制。

　　(2)太高速率不符合理论。

　　4G采用的是高速率传输，人们会觉的使用高速率传输上网极其快速又方便，但是，有一些相关的研究提出，4G的传输速率达到了100Mbit/s，这与实际达到的速率值不服，所以实际根本不会达到这个值，专家认为，要发展4G，必须解决速率问题，将高速率运用的实际当中，为4G发展奠定基础。

　　因此，4G的普及也需要解决传输速率的问题。

　　(3)电磁兼容性差。

　　电磁兼容性是设备或系统在其电磁环境中不对运行的任何设备产生电磁骚扰的能力。

　　电磁兼容性包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁骚扰不能超过一定的限值;另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁骚扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。

　　3.2跨层设计

　　对于第四代移动通信系统的跨层设计首要的设计思想就是：打破传统通信系统框架。

　　要发展4G，就不能拘泥于传统的2G、3G的通信系统思想，要大胆的尝试新的资源，能够有效的联合各协议层来传递状态参数和质量参数，充分利用还网络资源，达到通信系统服务质量的改善。

　　而今，有很多相关人士提出了多种跨层设计方案，比如，在无线通信中，分析TCP协议栈，利用信息的交换来实现优化。

　　在实际应用中，无线信道参数和通信协议中频谱的动态特性相互照应，所以要找到相应的频谱并对其进行有效的管理及规划，从而设计出一个跨层的管理方案，实现物理层通信协议栈的相互联系。

　　四、结束语

　　当代移动通信系统已经成为各大系统的重要支柱。

　　在信息迅速发展的社会，移动通信产业已经占领了信息企业的主流，而如今正在发展的4G作为移动通信产业的龙头技术，带领着整个移动通信产业的快速发展。

　　目前4G系统朝着更快、更稳、更有效的方向发展，还向着合理的价格发展。

　　第四代移动通信系统的跨层设计可以提高各通信层次的相互性和自适应性，所以，跨层设计对第四代移动通信系统的发展有着至关重要是作用。

　　参考文献

　　[1]田国栋.解析第四代移动通信[J].商场现代化，2011，14(6)：25

　　[2]李钏，陈广泉.无线认知网络的跨层设计[J].山东通信技术，2009(4)

　　[3]林志勇.论第四代移动通信(4G)关键技术[J].商品与质量・学术观察，2011，24(7)：97-98

　　在系统分析的基础上，设计出能满足预定目标的系统的过程。系统设计内容主要包括：确定设计方针和方法,将系统分解为若干子系统,确定各子系统的目标、功能及其相互关系，决定对子系统的管理体制和控制方式，对各子系统进行技术设计和评价，对全系统进行技术设计和评价等。

　　第一篇

　　1串口通信

　　采用MSComm控件实现PC机与单片机之间的串口通信[11]。

　　MSComm控件通过OnComm事件响应函数编程实现数据的接收与发送。

　　1.1串口设置在ClassWizard(类向导)中为MSComm控件定义成员对象(m_ctrlComm)，设置串口属性。

　　1.2接收信息PC机接收电子罗盘航向角和电池电量信息。

　　使用ClassWizard为MSComm控件添加OnComm()事件响应函数。

　　当下位机发送数据时，触发On-Comm()事件，将字符保存到Byte数组rxdata[]中，根据通信协议对接收到的数据进行分类存储与处理，主要代码如下:1.3探测器运动的控制为了控制探测器运动，添加了前进、左转、右转、加速、减速和停止6个动作按钮。

　　当动作按钮被按下时，PC机向单片机发送相应的命令控制探测器运动，动作按钮的设计原理类似。

　　“前进”动作按钮的设计过程如下:使用ClassWizard为“前进”动作按钮添加消息响应函数OnButtonQianjin()，根据通信协议，当“前进”动作按钮被按下时，PC机向单片机发送命令“s11100p1”。

　　由于串口初始化中设置二进制读/写方式，因此需将其转换为二进制，字符转换及发送代码如下:1.4航向角数据的提取按下“航向角”命令按钮时，PC机向单片机发送命令“s12020p1”，单片机采集当前电子罗盘航向角信息，并向PC机发送信息，PC机接收信息并将其存储于缓冲区，对接收信息进行分析处理，提取航向角数据并实时显示。

　　电子罗盘采用NMEA-0183传输协议[12]，信息结构为$HCHDT，<1>，T*hh。

　　信息以“$”开始，以“”结束。

　　“HCHDT”为一帧数据的帧头，<1>为航向角，格式为0.0到360.0，T为真，<*>为校验和标志，为校验和。

　　信息处理方法:通过搜寻“$HCHDT”，判断是否为一帧数据的帧头。

　　识别帧头后，通过逗号个数的计数值，提取出航向角数据信息。

　　1.5电池电量数据的提取为了直观显示电池所剩电量，将其分为4个等级:100%、75%、50%和25%。

　　按下“电池电量”命令按钮，PC机发送命令“s13001p1”，单片机采集当前电池剩余电量信息，并向PC机发送信息，PC机接收信息并将其存储于缓冲区，对接收信息进行分析处理，提取电量数据并实时显示。

　　2视频捕获

　　VC++提供的vfw32.lib库文件以及AVICap窗口类，便于访问视频硬件，并控制视频捕获[13]。

　　导入vfw32.lib库文件，并在对话框源文件中添加#include“vfw.h”语句。

　　在对话框中添加图形控件(IDC_PICTURE)作为捕获父窗，在其头文件中加入全局变量HWNDgWndCap，在其初始化函数OnInitialDialog()中，采用capCreateCaptureWindow函数创建视频捕获窗，采用CapDriverConnect()函数实现捕获窗与捕获设备的连接，采用Preview(预览模式)显示视频。

　　3结语

　　基于VC++设计了岩腔三维地貌探测器上位机监控系统，运用MSComm控件实现PC机与单片机之间的串口通信，编程简便，工作可靠;采用VFW进行实时视频显示，界面友好，切实有效。

　　通过上位机监控界面按钮操作实现探测器运动控制、电子罗盘航向角测量、电池剩余电量监测、盐腔三维地貌视频实时显示保存等功能。

　　作者：关利乐 马春燕 陈晓恒 单位：太原理工大学 信息工程学院 电气与动力工程学院 煤矿装备与安全控制山西省重点实验室

　　第二篇

　　1测试系统

　　1.1测试内容根据生产实际测试要求，需要测试传感器的如下电学功能参数:1)高低电流值:指轮速传感器输出脉冲信号的导通电流值(高电流)和关断电流值(低电流);

　　2)高低电流比:指导通电流和关断电流的比值;3)高低脉冲时间:指一个周期内输出脉冲信号中高电平和低电平的持续时间;

　　4)占空比:指高电平在一个周期之内所占的时间比率;5)电容值:霍尔芯片中为了提高电磁兼容性而封装的电容的值。

　　1.2测试原理主动式轮速传感器是利用霍尔原理工作的，测试原理如图2所示。

　　测试轮是一个刚性脉冲圈，等间距分布着48个相等齿高和齿宽的齿。

　　轮速传感器中封装有霍尔芯片和永磁铁，霍尔芯片位于测试轮和永磁铁之间，能够检测齿经过传感器时所引起的磁通变化。

　　当测试轮转动时，轮速传感器会受到测试轮的激励，交替变化的齿隙会引起恒定磁场中的相应波动。

　　磁通量的连续变化产生相应的信号，再通过信号放大和调理转换成输出电流信号的脉冲沿。

　　轮速数据以方波脉冲的形式作为外加电流来传递，脉冲频率与轮速呈比例，而且能一直检测到车轮几乎停止(0.1km/h)。

　　在测试电路中，可使用75Ω的采样电阻器以使其转换为电压波形，再用数据采集卡进行采集。

　　2测试系统设计

　　2.1测试系统硬件设计根据测试项目要求搭建的轮速传感器测试系统，主要由工控机、数据采集模块(数据采集卡、GPIB卡、LCR测试仪)、运动控制部分(数字I/O卡、伺服驱动器、伺服电机)和人机交互部分组成，其连接见图3。

　　2.1.1工控机工控机是测试系统的核心，也是测试软件的载体，其运行的稳定与否直接关系到测试工作能否可靠进行。

　　系统采用研华的IPC—610工控机，结构紧凑，扩展灵活，具有良好的稳定性，适于在工业环境中使用。

　　测试中负责处理LCR测试仪测量的数据和数据采集卡采集的数据，并将结果显示在软件界面上。

　　2.1.2数据采集模块数据采集卡主要完成对传感器输出信号数据的采集。

　　系统选用凌华PCI—9816数采卡，通过容量为512MB板载内存存储数据波形，以供工控机处理。

　　该卡具有4通道同步单端模拟输入，并配备了4个高线性度的16位A/D转换器，每通道采样率最高可达20MSPS。

　　在实际测试中经过验证，可以很好地满足系统的精度要求。

　　GPIB通信协议转换卡安装在工控机中，用于连接LCR测试仪和工控机，从而实现信息的发送和接收。

　　其中的LCR测试仪选用安捷伦LCR4263B，用于测量传感器中的电容值，它能快速准确地通过GPIB线缆传输测试数据，测试频率可达100kHz。

　　2.1.3运动控制部分测试过程中，伺服电机带动测试轮转动，负载小。

　　选用施耐德Lexium23系列超低惯量伺服驱动器和伺服电机，可以满足要求。

　　采用伺服位置控制方式，通过数字I/O卡向伺服驱动器的/PULSE，PULSE和/SIGN，SIGN口输出脉冲信号，以控制伺服电机的速度和方向。

　　2.1.4人机交互部分人机交互由键盘、鼠标和显示器组成，能完成产品型号输入、测试软件调用、测试结果显示、电机启停控制等功能。

　　2.2测试系统软件开发2.2.1软件功能与界面测试系统软件采用LabVIEW作为开发平台，人机交互界面友好，功能强大，其主要功能包括传感器参数数据采集、实时显示、自动存储、分析计算和自动判断、错误显示，对测试过程和步骤进行自动化控制[5～6]。

　　根据生产实际分析，本测试软件分为5个部分:1)载入测试文件:输入产品型号，载入对应的测试文件，准备开始自动测试。

　　2)校准模式:连接信号源和标准电容，用以校准并显示结果。

　　3)波形显示分析:显示并分析数据波形。

　　4)手动模式:手动控制继电器，信号灯和伺服电机。

　　5)自动测试模式:产品自动测试与结果显示。

　　其中，自动测试模式直接用于生产中轮速传感器的测试，界面由5个模块构成:结果显示、参数显示、数据统计、测试状态和产品不良提示。

　　在测试结果显示模块中，可显示测量到的各参数的值，以及各参数允许的最大值和最小值，通过比较用以判断是否通过测试。

　　在测试参数显示模块中，可显示产品型号、工装型号和测试节拍。

　　在测试数据统计模块中，可实时显示产品不良数、产品通过数、测试产品总数等信息。

　　在测试状态模式中，可实时显示测试过程中的各个状态，以方便实时监控。

　　在测试不良提示模块中，可显示产品测试不良的类别和个数，以供技术人员监控产品质量，若出现较多测试不良，可及时采取措施，保证产品质量。

　　2.2.2软件流程测试软件流程图如图4所示。

　　测试前，软件先搜寻插入工控机的板卡，若搜寻成功，软件加载相应驱动并初始化，以做好测试前的准备。

　　再输入产品型号，更换工装和校准测试轮位置，通过扫描枪扫描工装二维码确认换型状态以后，按下开始按钮开始测试。

　　测试过程中，软件会响应触发事件逻辑执行各个VI，从而完成整个测试。

　　通过GPIB卡和GPIB电缆传送执行指令，驱动LCR测试仪，完成对电容的测量;数据采集卡通过高频信号线，采集轮速传感器输出电流在电阻器两端的电压脉冲信号。

　　所有项目测试完成后，软件根据各个项目的测试结果与各测试项目标准参数进行比较，判断产品是否合格，并显示在自动测试界面上。

　　测试通过，需要手动进行热刻印打标;测试不通过，需要把报废品放入废料盒，并通过光电传感器检测，否则，不能进行下一次检测。

　　每一组测试，软件还会统计不良品数和测试节拍，并实时显示测试状态。

　　测试完成后，项目测试数据和测试结果会自动存储到硬盘里，以方便技术人员查看和产品质量分析。

　　3测试举例

　　在正常生产环境下对DF11S型汽车轮速传感器共100只产品进行了测试，测试结果如表1所示。

　　从表中数据可以看出:本测试系统测得的数据具有一致性好、精度高、稳定性好等特点，证明了该测试系统的设计满足要求。

　　4结束语

　　本文设计了一种基于LabVIEW的汽车轮速传感器功能测试系统，实现了对轮速传感器电学功能的自动测试。

　　通过生产现场对产品连续大批量的测试，所得数据准确可靠，证明了系统的高稳定性。

　　测试精度达到0.1%，测试速度达到10.5s/pcs，满足了生产中对测量的快速和高精度要求。

　　本系统人机接口良好，运行稳定可靠，减少了人工因素的影响，保证了产品出厂合格率在100%的水平，满足了现代化生产对测试的要求。

　　作者：殷苏民 陆文俊 江煜 朱锦萍 王祖声 单位：江苏大学 机械工程学院 机械电子工程系