時間：2022-07-23 22:04:38
序論：在您撰寫傳輸機理論文時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
關鍵詞：藍牙基帶數據傳輸設備連接
藍牙（Bluetooth）是一種新型、開放、低成本、短距離的無線連接接技術，可取代短距離的電纜，實現話音和數據的無線傳輸。這種有效、廉價的無線連接技術可以方便地將計算機及外設、移動電話、掌上電腦、信息家電等設備連接起來，在它可達到的范圍內使各種信息化移動便攜設備都能實現無縫資源共享，還可通過無線局域網（WirelessLAN）與Internet連接，實現多媒體信息的無線傳輸。
藍牙系統采用分散式（Scatter）結構，設備間以及從方式構成微微網（Piconet），支持點對點和點對多點通信。它采用GFSK調制，抗干擾性能好，通過快速跳頻和短包技術來減少同頻干擾，保證傳輸的可靠性。使用的頻段為無需申請許可的2.4GHz的ISM頻段。
藍牙協議從協議來源大致分為四部分：核心協議、電纜替代協議（RECOMM）、電路控制協議和選用協議。其中核心協議是藍牙專利協議，完全由藍牙SIG開發，包括基帶協議（BB）、連接管理協議（LMP）、邏輯鏈路控制和適配協議（L2CAP）以及服務發現協議（SDP）。藍牙協議從體系結構又可分為底層硬件模塊、中間協議層和高端應用層三大部分，其中鏈路管理層（LM）、基帶(BB)和射頻層（RF）構成藍牙的底層模塊。由此可見，基帶層是藍牙協議的重要組成部分。本文主要對藍牙技術中最重要的基帶數據傳輸機理進行分析。
1基帶協議概述
圖1給出藍牙系統結構示意圖。在藍牙系統中，使用藍牙技術將設備連接起來的網絡稱作微微網（Piconet），它由一個主節點（MasterUnit）和多個從節點(SlaveUnit)構成。主節點是微微網中用來同步其他節點的藍牙設備，是連接過程的發起者，最多可與7個從節點同時維持連接。從節點是微微網中除主節點外的設備。兩個或多個微微網可以連接組成散射網（Scatternet）。
圖2給出藍牙協議結構示意圖?；鶐游挥谒{牙協議棧的藍牙射頻之上，并與射頻層一起構成藍牙的物理層。從本質上說，它作為一個鏈接控制器，描述了基帶鏈路控制器的數字信號處理規范，并與鏈路管理器協同工作，負責執行象連接建立和功率控制等鏈路層的，如圖3所示?；鶐瞻l器在跳頻（頻分）的同時將時間劃分（時分），采用時分雙工（TDD）工作方式（交替發送和接收），基帶負責把數字信號寫入并從收發器中讀入數據。主要管理物理信道和鏈接，負責跳頻選擇和藍牙數據及信息幀的傳輸、象誤碼糾錯、數據白化、藍牙安全等。基帶也管理同步和異步鏈接，處理分組包，執行尋呼、查詢來訪及獲取藍牙設備等。
在藍牙基帶協議中規定，藍牙設備可以使用4種類型的地址用于同場合和狀態。其中，48位的藍牙設備地址BD_ADDR（IEEE802標準），是藍牙設備連接過程的唯一標準；3位的微微網激活節點地址AM_ADDR，用以標識微微網中激活成員，該地址3位全用作廣播信息；8位的微微網休眠節點地址PM_ADDR，用以標識微微網中休眠的從節點。微微網接入地址AR_ADDR，分配給微微網中要啟動喚醒過程的從節點。
當微微網主從節點通信時，彼此必須保持同步。同步所采用的時鐘包括自身不調整也不關閉的本地設備時鐘CLKN，微微網中主節點的系統時鐘CLK以及為主節點時鐘對從節點本地設備時鐘進行周期更新以保持主從同步的補償時鐘CLKE。
與其它無線技術一樣，藍牙技術中微微網通過使用各種信道來實現數據的無線傳輸。其中，物理信道表示在79個或者23個射頻信道上跳變的偽隨機跳頻序列，每個微微網的跳頻序列是唯一的，并且由主節點的藍牙設備地址決定；此外，藍牙有5種傳送不同類型信息的邏輯信道，它們分別為：
(1)LC信道：控制信道，用來傳送鏈路層控制信息；
(2)LMC信道：鏈接管理信道，用在鏈路層傳送鏈接管理信息；
(3)UA信道：用戶信道，用來傳送異步的用戶信息；
(4)UI信道：用戶信道，用來傳送等時的用戶信息；
(5)US信道：用戶信道，用來傳送同步的用戶信息。
在藍牙系統中，主從節點以時分雙工（TDD）機制輪流進行數據傳輸。因此，在信道上又可劃分為長度為625μs的時隙（TimeSlot），并以微微網主節點時鐘進行編號(0-227-1)，主從節點分別在奇、偶時隙進行數據發送。
2藍牙數據傳輸
藍牙支持電路和分組交換，數據以分組形式在信道中傳輸，并使用流控制來避免分組丟失和擁塞。為確保分組包數據正確傳輸，還進行數據的白化和糾錯，下面分別對這些傳輸機制進行分析。
2.1藍牙分組
分組包數據可以包含話音、數據或兩者兼有。分組包可以占用多個時隙（多時隙分組）并且可以在下一個時隙繼續發送，凈荷(Payload)也帶有16位的錯誤校驗識別和校驗（CRC）。有5種普通的分組類型，4個SCO分組包和7個ACL分組包。一般分組包格式如圖4。
圖3基帶層抽象
其中，接入碼(Accesscode)用來定時同步、偏移補償、尋呼和查詢。藍牙中有三種不同類型的接入碼：
(1)信道接入碼（CAC）：用來標識一個微微網；
(2)設備接入碼（DAC）：用作設備尋呼和它的響應；
(3)查詢接入碼（IAC）：用作設備查詢目的。
分組頭（Header）包含6個字段，用于鏈路控制。其中AM_ADDR是激活成員地址，TYPE指明分組類型，FLOW用于ACL流量控制位，ARQN是分組包確認標識，SEQN用于分組重排的分組編號，HEC對分組頭進行驗。藍牙使用快速、不編號的分組包確認方式，通過設置合適的ARQN值來區別確定是否接收到數據分組包。如果超時，則忽略這個分組包，繼續發送下一個。
2.2鏈接及流控制
藍牙定義了兩種鏈路類型，即面向連接的同步鏈路（SCO）和面向無連接的異步鏈路（ACL）。SCO鏈接是一個對稱的主從節點之間點對點的同步鏈接，在預留的時間里發送SCO分組，屬于電路交換，主要攜帶話音信息。主節點可同時支持3個SCO鏈接，從節點可同時支持2～3個鏈接SCO，SCO分組包不支持重傳。SCO鏈路通過主節點LMP發送一個SCO建立消息來建立，該消息包含定時參數（Tsco和Dsco）。
ACL鏈接是為匹克網主節點在沒有為SCO鏈接保留的時隙中，提供可以與任何從節點進行異步或同步數據交換的機制。一對主從節點只可以維持一個ACL鏈接。使用多個ACL分組時，藍牙采用分組包重發機制來保證數據的完整性。ACL分組不指定確定從節點時，被認為是廣播分組，每個從節點都接收這個分組。
藍牙建議使用FIFO（先進先出）隊列來實現ACL和SCO鏈接的發送和接收，鏈接管理器負責填充這些隊列，而鏈接控制器負責自動清空隊列。接收FIFO隊列已滿時則使用流控制來避免分組丟失和擁塞。如果不能接收到數據，接收者的鏈接控制器發送一個STOP指令，并插入到返回的分組頭（Header）中，并且FLOW位置1。當發送者接收到STOP指示，就凍結它的FIFO隊列停止發送。如果接收器已準備好，發送一個GO分組給發送方重新恢復數據傳輸，FLOW位置0。
2.3數據同步、擾碼和糾錯
由于藍牙設備發送器采用時分雙工（TDD）工作機制，它必須以一種同步的方式來交替發送和接收數據。微微網通過主節點的系統時鐘來實現同步，并決定其跳頻序列中的相位。在微微網建立時，主節點的時鐘傳送給從節點，每個從點節給自己的本地時鐘加上一個偏移量，實現與主節點的同步。在微微同生存期內，主節點不會調整自己的系統時鐘。為了與主節點的時鐘匹配，從節點會偏移量進行周期的更新。藍牙時鐘應該至少具有312μs的分首辨率。主節點分組發送的平均定時與理想的625ms時隙相比，偏移不不能超過20ppm，抖動（Jitter）應該少于1ms。
在分組數據送出去并且在FEC編碼之前，分組頭和凈荷要進行擾碼，使分組包隨機化。接收數據分組包時，使用盯同的白化字進行去擾處理。
為了提高數據傳輸可靠性及系統抗干擾性，藍牙數據傳輸機制采用三種糾錯方式：1/3率FEC編碼方式（即每一數據位重復3次）、冗余2/3率FEC編碼方式（即用一個多項式發生器把10位碼編碼成15位碼）以及數據自動請求重發方式（即發送方在收到接收方確認消息之前一直重發數據包，直到超時）。
圖4藍牙分組包格式
3藍牙設備連接
藍牙鏈接控制器工作在兩種主要狀態：待令（Standby）和連接（Connection）。在藍牙設備中，Standby是缺省的低功率狀態，只運行本地時鐘且不與任何其他設備交互。在連接狀態，主節點和從節點能交換分組包進行通信，所以要實現藍牙設備之間的互相，彼此必須先建立連接。由于藍牙使用的ISM頻帶是對所有無線電系統都開放的頻帶，會遇到各種各樣的干擾源，所以藍牙采用分組包快速確認技術和跳頻方案來確保鏈路和信道的穩定。在建立連接和通信過程中使用跳頻序列作為物理信道，跳頻選擇就是選擇通信的信道。
3.1跳頻選擇
跳頻技術把頻帶分成若干個跳頻信道（HopChannel）。無線電收發器按一定的碼序列（以產生隨機數的方式）不斷地從一個信道跳到另一個信道，并且收發雙方都按這個規律才能通信并同步。跳頻的瞬時帶寬很窄，通過擴頻技術展成寬頻帶，使干擾的影響最小。當一個設備被激活時，該設備被分配32個跳頻頻點，以后該設備就在這些跳頻點上接收和發送信息。通用跳頻選擇方案由兩部分組成，即選擇一個序列并在跳頻頻點上映射該序列。對于每一情況，都需要從-主和主-從兩種跳頻序列。藍牙系統中使用的跳頻序列有如下幾種：
(1)呼叫跳頻序列：在呼叫（Page）狀態使用；
(2)呼叫應答序列：在呼叫應答（PageResponse）狀態使用；
(3)查詢序列：在查詢（Inquiry）狀態使用；
(4)查詢應答序列：在查詢應答（InquiryResponse）狀態使用；
(5)信道跳頻序列：在連接（Connection）狀態使用。
3.2藍牙連接建立
從待令狀態到連接狀態的過程就是連接建立過程。通常來講，兩個設備的連接建立過程如下：
首先，主節點使用GIAC和DIAC來查詢范圍內的藍牙設備（查詢狀態）。如果任何附近的藍牙設備正在監聽這些查詢（查詢掃描狀態），就發送它的地址和時鐘信息后，從節點可以開始監聽來自主節點的尋呼消息（尋呼掃描），主節點在發現附近的設備之間可以尋呼這些設備（尋呼狀態），建立鏈接。在尋呼掃描的從設備被這個主節點尋呼后，就會以DAC（設備訪問碼）來響應（Slaveresponsesubstate）。主節點在接收到從節點的響應后，便可以以送主節點的實時時鐘、BD_ADDR、BCH奇偶位和設備類（FHS分組包），最后在從節點已經接收到這個FHS分組之后，進入連接狀態。具體過程如圖5。
由圖5可見，在藍牙連接建立的呼個不同階段，主節點和從節點分別處于不同的狀態，這些狀態包括：
查詢（Inquiry）：查詢是主節點用來查找可監視區域中的藍牙設備，以便通過收集來自從節點響應查詢消息中得到該節點的設備地址和時鐘，查詢過程使用IAC；
查詢掃描（InquiryScan）：藍牙設備周期地監聽來自其他設備的查詢消息，以便自己能被發現。掃描過程中，設備可以監聽普通查詢接入碼（GIAC）和特定查詢接入碼（DIAC）；
查詢響應（Inquiryresponse）：從節點以FHS分組響應查詢消息，它攜帶從節點的DAC、本地時鐘等信息；
尋呼（Page）：主節點通過在不同的跳頻序列發送消息，來激活一個從節點并建立連接，尋呼過程使用DAC；
尋呼掃描（PageScan）：從節點周期性地在掃描窗間隔時間內喚醒自己，并監聽自己的DAC，從節點每隔1.28s在這個掃描窗上根據尋呼跳頻序列選擇一個掃描頻率；
從節點響應（SlaveResponse）：從節點在尋呼掃描狀態收到主節點對自己的尋呼消息即進入響應狀態，響應主設備的尋呼消息；
主節點響應（MasterResponse）：主節點在接收到從節點對它的尋呼消息的響應后，主節點發送一個FHS分組給從節點，如果從節點響應回答，主節點就進入連接狀態。
3.3連接狀態
連接（connection）狀態以主節點發送一個POLL分組開始，表示連接已經建立，此時分組包可以在主從節點之間來回發送。連接兩端即主從節點都使用主節點的接入碼和時鐘，并且使用的跳頻為信道跳頻序列。即在連接建立后，主節點的藍牙設備地址（BD_ADDR）決定跳頻序列和信道接入碼。在連接狀態的藍牙設備，可以有以下幾個子狀態：
Active:在這個模式下，主從節點都分別在信道通過監聽，發送和接收分組包，并彼此保持同步；
Sniff:在這個模式下，從節點可以暫時不支持ACL分組，也就是ACL鏈路進入低能源sleep模式，空出資源，使得象尋呼、掃描等活動、信道仍可用；
Park：當從節點不必介入微微網信道，但仍想與信道維持同步，它能進入park（休眠）模式，此時具有很少的活動而處于低耗模式，從節點放棄AM_ADDR，而使用PM_ADDR。
4藍牙完全機制
關鍵詞:藍光盤密集波分復用
隨著藍光盤攝像機和錄像機的出現，電視傳媒行業從傳統磁帶記錄走向了光盤記錄。雖然這是光技術在廣電領域應用的一小步，卻是廣電科技與時俱進的一大步。
大約40年前，人類已經擁有第一根海底光纜。光通訊，在電信高端領域，方興未艾。時至今日，在實驗室，日本NEC和法國阿爾卡特公司分別實現了總容量為10.9Tb/s(273x40Gb/s)和總容量為10.2Tb/s(256x40Gb/s)的傳輸容量最新世界記錄。而單模光纖的無中繼傳輸已經達到4000KM。從技術上看，再有5年左右的時間，實用化的最大傳輸鏈路容量有可能達到5-10Tb/s。簡言之，網絡容量將不會受限于傳輸鏈路。
以下我們分別對光存儲和光傳輸方面做以詳細闡述。
一光存儲
資訊對儲存容量需求日增，光存儲技術在記錄密度、容量、數據傳輸率、尋址時間等關鍵技術上有著巨大的發展潛力。業界一直在積極開發更高容量的各種儲存技術。藍紫色激光存儲技術（Blue-VioletLaser）、磁光盤存儲技術、做為硬盤（HDD）技術和磁光盤技術的結合的近場光盤技術超解析度儲存技術（SuperRENS）、3D立體儲存技術（MultiLayers；MultiLevel）以及熒光多層光盤技術FDM（FluorescentMultilayerDisc）等相繼問世。
傳統CD和DVD上有一層薄薄的反射層，和許多肉眼看不見的凹凸，它包含二進制信息。為了從這些盤片上讀出數據，由一個半導體激光發生器產生特定波長的激光束，射向旋轉中的光盤片，然后反射光通過棱鏡和透鏡構成的組鏡機構再射向接收數據的光電裝置，而這個光電裝置連接的電路能夠辯識出激光所反射回來的數據。在光盤上，數據是凹槽(pits)及平面(lands)的型式來加以編碼，而光電裝置的電路能辯識出激光射中的平面及射中凹槽的所走距離差這就稱為相位提升(PhaseShift)，而這個技術就是在光盤中資料儲存與讀取的基礎。經由光電讀取裝置，反射回到的凹槽與平面的變化將會轉換成1與0的數位訊號，從而構成數據流特征。DVD之所以容量比CD大，無非是在同樣面積的盤片上凹凸更多罷了。若要有效地縮小記錄點大小以提升記錄密度，必須使用短波長的光源；或者使用高折射系數的介質；或者提升透鏡的NA（數值孔徑）值。顯然在一個存儲容量巨大的盤片上，紅色激光根本無法辨識那么多更密集的凹凸了。因此索尼及其它公司紛紛轉向藍色激光的研究。藍色激光的波長較短，因此驅動器可以辨識出更小半徑的凹凸，盤片的容量就可以做的更大?，F在的藍光盤技術不管是日歐韓9家AV產品制造商聯合制定的新一代光盤規格"藍光光盤"，還是東芝和NEC向DVD論壇提出的"AOD（高級光盤，暫定名）"規格，只不過是商家為自己謀求更高的商業利潤而制定的不同的標準罷了。就核心技術上而言，沒有太大的區別。讓我們再深入了解一下藍光盤和高密度光存儲技術的發展趨勢。
1、藍光盤技術
藍光盤技術屬于相變光盤（PhaseChangeDisk)技術，它與傳統光盤記錄不同，傳統光盤的記錄和讀出原理是利用磁技術和光技術相結合來記錄和讀出信息，而相變光盤的記錄和讀出原理只是用光技術來記錄和讀出信息。相變光盤利用激光使記錄介質在結晶態和非結晶態之間的可逆相變結構來實現信息的記錄和擦除。在寫操作時，聚焦激光束加熱記錄介質的目的是改變相變記錄介質晶體狀態，用結晶狀態和非結晶狀態來區分0和1；讀操作時，利用結晶狀態和非結晶狀態具有不同反射率這個特性來檢測0和1信號。
實際的藍光盤應用藍紫色激光技術，能在直徑12公分的盤片上，儲存兩小時的高清晰度視音頻信號，在2002年2月的初期版本中，透過使用405nm的藍紫色電射半導體，NA（數值孔徑）值為0.85的讀取頭、以及0.1mm的光學透射保護層架構，藍光盤可以將12公分的單面光盤片資料儲存容量提升到27GB。它可以記錄兩小時的高清晰度視音頻信號，以及超過13小時的標準電視信號。
在資料轉換率方面，藍光盤可以將高清晰度的電視節目，以36Mbps的速度從攝像機轉換到播放媒體上，并能維持節目品質。另外，它還具有任意影像捕捉，以及重覆播放等功能。
在兼容性方面，由于藍光盤采用MPEG2碼流壓縮技術，因此它同時適用于數字廣播系統，可執行電視臺多種視頻記錄與播放。
另外，在資料安全性部分，藍光盤也采用了一種獨特的ID寫入模式，可確保資料安全，并為盜版問題提出一套保護版權的解決方案。
2、高密度光存儲技術的發展趨勢
（1）采用近場光學原理設計超分辨率的光學系統，使數值孔徑超過1.0，相當于探測器進入介質的輻射場，從而能夠得到超精細結構信息，突破衍射極限，獲得更高的分辨率，可使經典光學顯微鏡的分辨率提高兩個數量級，面密度提高4個數量級。
（2）以光量子效應代替目前的光熱效應實現數據的寫入與讀出，從原理上將存儲密度提高到分子量級甚至原子量級，而且由于量子效應沒有熱學過程，其反應速度可達到皮秒量級（1O-12秒），另外，由于記錄介質的反應與其吸收的光子數有關，可以使記錄方式從目前的二存儲變成多值存儲，使存儲容量提高許多倍。
（3）三維多重體全息存儲，利用某些光學晶體的光折變效應記錄全息圖形圖像，包括二值的或有灰階的圖像信息，由于全息圖像對空間位置的敏感性，這種方法可以得到極高的存儲容量，并基于光柵空間相位的變化，三維多重體全息存儲器還有可能進行選擇性擦除及重寫。
（4）利用當代物理學的其它成就，包括光子回波時域相干光子存儲原理、光子俘獲存儲原理、共振熒光、超熒光和光學雙穩態效應、光子誘發光致變色的光化學效應、雙光子三維體相光致變色效應，以及借助許多新的工具和技術，諸如掃描隧道顯微鏡（STM）、原子力顯微鏡（AFM）、光學集成技術及微光纖陣列技術等，提高存儲密度和構成多層、多重、多灰階、高速、并行讀寫海量存儲系統。
3、新型光盤技術的應用
大量的信息要求有大容量的存儲設備，光存儲驅動器和幾種光儲存媒體均將呈現出足夠快的增長趨向。光存儲市場的發展，將改變聲音圖象及其它數據的存儲方式及傳播方式。光存儲產品可以利用自動換盤系統，組成光盤庫、光盤塔、光盤陣列，實現提高整個系統的容量、數據傳輸率及多數據存儲的可靠性。如果將光盤庫、光盤塔及光盤陣列與自動換盤系統有機結合，可以大大提高系統容量、數據傳輸率和顯著改善存儲數據的可靠性。
在技術上，磁帶已經基本上沒有潛力了，而且與非線性的編輯系統存在明顯的矛盾；專業光盤雖然不會在很短的時間內取代磁帶，但其非線性、高密度、低成本、高傳輸速度的優勢已經帶來了良好的開端。Sony公司不失時機的推出光盤專業攝錄像器材，這些設備使用基于藍紫色激光技術的光盤作為存儲介質，充分發揮非線性記錄方式帶來的靈活性。例如：PDW-3000專業藍光盤編輯錄像機(演播室機型)，它可記錄和重放IMX/DVCAM格式，具有完善豐富的輸入輸出接口，包括傳統視音頻和網絡接口。它的雙光頭設計可實現高速文件讀出。它具有快速圖像搜索，圖像索引功能和光盤的隨機訪問功能，可以快速定位到所需圖像。它具有場景選擇隨機存取能力，使得任意定位素材段成為可能，跳過不必要的素材。特別值得提出的是這種錄像機可以將高低分辨率素材同時記錄在光盤上，高分辨率素材用于高質量節目的制作和輸出，低分辨率素材可用于編輯，瀏覽等等，低分辨率素材還可以為互聯網播出等用途提供數據。二光傳輸
讓我們再來看看光傳輸，現在各省市有線電視臺網絡中在主干線多使用光纜傳輸信號，在電視臺內部的新聞網或制作網也使用光纖代替電纜傳送素材文件。眾所周知，光纖傳輸比傳統電纜傳輸有頻帶寬、容量大、損耗低、保真度高、抗干擾等優點。而隨著光電子器件的持續發展，光纖工藝的提高，以及光纖技術和IT技術的相互滲透和融合，光傳輸技術有了相當大的發展，這對電視臺通信架構的改變起到了巨大的推動作用。以下是對滿足電視臺需求的光傳輸技術的具體闡述。
1、光纖技術的介紹
（1）單波長技術
對于業務量和距離長度要求不大時，普通的單波長技術就已能滿足需求。幾年前單波光纖的數據傳輸就已能達到10Gbps。目前在單波長上進行數據傳輸已經能夠做到40G的帶寬，雖然這已經是單波長所能夠傳輸的極限，并且實用的傳輸容量也沒有這么大，但相對電視臺內部網近距離的視音頻傳輸要求已經夠用。
單波技術基于電時分復用（ETDM）技術，但由于微電子技術和光纖色散的限制，微電子技術難以支持電時分復用有新的突破。光纖上的色散是10Gbps及其以上速率系統傳輸距離的主要制約因素，且隨著比特率越高而影響越大。
（2）密集波分復用
對于傳輸量更大，傳輸距離更遠的要求，僅靠提高單信道系統的速率已沒有空間，另一種途徑就是使用復用技術。光復用的方式有很多種，目前比較成熟并已進入大規模商用階段的是光波分復用，尤其是DWDM--密集波分復用。（DWDM：DenseWavelengthDivisionMultiplexing）
DWDM技術簡單地說是在一根光纖上接入不同波長的光信號，使傳輸容量比單波長傳輸容量增加幾倍甚至上百倍。提到DWDM，不能不提摻鉺光纖放大器（EDFA）。EDFA的出現使得DWDM得以實用。EDFA是一種全光放大器，它的使用取代了原來光-電-光的中繼再生方式，突破了光電、電光轉換的速度瓶頸，使長距離、大容量、高速率的光纖通信成為可能，是DWDM系統及未來高速系統、全光網絡不可缺少的重要器件。EDFA工作窗口在1530-1565nm，對波分復用中的每個波長補充功率，并經過若干個EDFA再用再生器來消除色散的影響。
使用DWDM，可以大大提高光纜傳輸容量，節省光纖，降低傳輸成本。DWDM目前可商用的水平，我國的傳輸容量為80Gbps，國外如朗訊公司的傳輸容量為400Gbps，實驗室的水平則已超過Tbps。
（3）新型G.655光纖
（4）全波光纖
使用全波光纖，增加傳輸頻帶。在未來的電視臺光纖網中，除了傳輸多路的視音頻數據以外，還會傳輸大量的管理數據。充分地拓展可用頻帶已成為關鍵。而在光纖的另一個低損窗口1.31um，雖然石英光纖在此波段時的色度色散為零，但由于1385nm附近存在著一個OH-離子吸收峰，對光纖傳輸能產生較大的衰減。而由此誕生的全波光纖采用了一種全新的生產工藝，幾乎可以完全消除由OH-峰引起的負面影響，并且使用與普通的G.652匹配包層光纖一樣的標準。
由于開放了這一低損窗口，全波光纖的可用波長范圍增加了100nm，使光纖的全部可用波長范圍由大約200nm增加到300nm，可復用的波長數大大增加，而且在上述波長范圍內，光纖的色散僅為1550nm波長區的一半，因而，容易實現高比特率長距離傳輸。同時，由于波長范圍大大擴展，一方面可以將不同的波長分配不同的數據流，從而改進網絡管理；另一方面，允許使用波長間隔較寬、波長精度和穩定度要求較低的光源、合波器、分波器和其它元件，使元器件的成本大幅度下降，從而降低整個系統的成本。
此外摻鐠光纖放大器（PDFA）的研制成功也解決了1310nm波長光的中繼問題。摻鐠光纖放大器工作在1300nm波長窗口，以摻鐠光纖作為增益介質。在實用過程中，可分別使用PDFA和EDFA對1310nm和1550nm波長的光信號進行功率放大和補償衰耗。
無論是工作在1550nm的G.655光纖，還是使用1310nm的全波光纖，最新的光纖技術帶來的是更高的傳輸速度和更大的傳輸容量，這為電視臺使用光纖傳輸多種數據打下了堅實的基礎。由于突破了傳輸瓶頸，在傳輸視音頻信號的同時還可傳輸大量的管理信息，包括文件的元數據以及其他SNMP數據流。這也為建立基于IP的視頻管理網絡鋪平了道路。
2、因特網技術和光纖技術的結合
隨著因特網技術的快速發展，ATM、SDH、IP等技術不斷融入到光成域網的建設中。目前代表發展方向的是IPoverWDM技術，其中比較成熟的解決方案是GEOverDWDM（GE：千兆以太網）。GEOverDWDM對于有線電視網絡最大的好處就是可以實現在原有光纖網絡基礎上平滑、連續性的網絡升級，同時可以和原有的10Mb/s、100Mb/s以太網無縫連接，能降低系統的成本和復雜性，保護廣電系統的投資。
IPoverDWDM通俗的說法就是讓IP數據包直接在光路上傳送，減少網絡層之間的冗余部分，能夠省去網絡運營商的成本，同時也降低用戶使用通信業務的費用。GEoverDWDM是IPoverDWDM的一種廉價方式，適用于廣電系統城域IP骨干網的建設。
千兆以太網（GE）技術是目前技術成熟的最快速以太網技術，它可以提供1Gbps的帶寬，由于采用和傳統10Mb/s、100Mb/s以太網同樣的幀格式和幀長，因此GE可以在原有低速以太網基礎上實現平滑過渡。目前GEOverDWDM使用光放大器后的傳輸距離已可達到640公里。在現有的有線電視網絡基礎上，使用千兆以太網技術，具有一定的現實經濟意義?？梢灶A見，GEOverDWDM技術將成為廣電網絡中城域網的理想方案。
隨著各種光傳輸技術不斷地投入使用，整個電視臺的網絡架構將會發生巨大改變，而全光網和光接入網的建設和發展，使這種趨勢越來越明顯。
三光應用
由以上光記錄和光傳輸的介紹，我們可以了解到光技術已經逐漸滲透至專業視頻領域。以下為筆者設想的以光技術為基礎構建的新型電視臺IT制作網。相對于傳統電視臺制作網它將具備以下特性：
1.首先是高效的資源共享能力。可以實現快速的數據存取、遷徙及交換。
2.由于光盤錄像機的出現，文件化的素材交換方式得以實現，解決了傳統電視臺制作網素材上下載消耗時間的瓶頸。
3.具有智能化的網絡監控管理功能。
4.整個網絡具備可擴展性，強容錯性，高兼容性以及與其他網絡的互換性。
我們可以設想以下的以光技術為基礎的全光業務網，當然這里的全光目前不會是完全的光技術，也包含節點轉換上使用的一些光電和電光設備。前期節目素材由光盤攝像機采集，光盤攝像機可以是高端的SONY的PDW藍光盤攝像機，它的記錄文件格式是MPEG24：2：2P@MLIMX或者是DVCAM格式；也可以是低端的東芝的家用DVD光盤錄像機，它的記錄格式是MPEG2TS流。以上文件格式的素材在攝像機內部被刻錄到藍光盤或普通的DVD碟片上。通過相應的光盤錄像機或專用的光盤驅動器由光纖實時傳輸并存儲到后期編輯制作單元。制作單元為現有的電視臺制作工作站，由后期編輯制作單元來進行原始素材的編輯及后期處理工作，各種特效、字幕、配音、片頭等在此處完成。制作完的節目由光纖無損地送入中央存儲部分的光盤庫中，一方面用于播出。另一方面，可以實現節目的存儲和歸檔或者利用光盤錄像機下載，便于以后的索引和節目調用?；赟NMP（簡單網絡管理協議）技術的系統監控單元通過與各單元交換信息，實時監測系統在節點光交換設備和傳輸通路上的光纖狀況。采用光纖作為工作站點連通的物理方式，用于數據的遷徙，設備和業務運營管理等控制信息的傳遞。采用光盤庫作為中央存儲單元，其管理軟件可以區分短期存儲的播出節目和長期存儲以供后用的節目。短期存儲的節目存儲在一級光盤庫，節目播出后定時刪除。長期存儲節目編目后放至二級光盤庫，作為媒體資源有原則的開放，不同級別的用戶通過光纖有償或免費獲取媒體資源。一級光盤庫為在線存儲體，容量以電視臺內部人員充分使用即可，它是提供給電視臺內部用戶使用的高速媒體資源共享體，滿足包括播出，節目制作，節目下載的宿求。二級光盤庫為近線存儲體，為海量存儲，它的媒體資源存儲主要為節目的再利用和再加工服務，另外為電視臺以外的用戶提供VOD或者媒體資源再利用和交換的宿求。
以上設想的網絡比較現今的網絡，由于光技術的使用，可以突顯出高速共享的精神，達到用戶所見所得的需求。真正實現網絡化、數字化的實時的信息交換。
雖然我國在船舶技術管理上有了長足的進展，但是由于設備落后，技術人員匱乏等方面的原因也存在一些問題，大致分一下幾種情況。
1．高素質船舶技術管理人員缺乏
船舶技術管理水平高低的最關鍵因素是人，尤其是高素質船舶技術管理人員他們將決定著整個技術水平的高低，但是由于我國航運事業發展較快，高等院校培養的技術人員數量有限，同時這些理論人員只有和實踐相結合才能磨練出高水平高素質的高素質船舶技術管理人員。另一方面隨著新型船舶的應用及各種新技術、新手段船舶管理中的應用這些都對船舶技術管理人員提出更高的要求，顯然目前的船舶技術管理人員還達不到這種要求。第三，同時船上生活比較單調、枯燥乏味，條件比較艱苦，易造成高素質船舶技術管理人員大量流失。
2．船舶管理制度不完善
在對船舶進行技術管理的過程中，涉及到多系統復雜的技術操作和技術要求，建立制度化是保障技術人員按照規范操作的必備條件之一，通過制度化規范操作，防止因不當操作導致的船舶事故發生。但是目前由于從事航運的技術人員文化水平不高，公司規模大小不一，企業制度建設不健全不完善，這些都影響到船舶管理技術水平的高低。
3．船舶技術管理提升資金投入少
船舶的設備正在不斷更新，船舶相應的技術也在不斷進步，給船舶技術的管理帶來了困難和挑戰，船舶管理技術的提升必須讓技術管理人員進行進修和培訓，這些培訓都需要相應的資金，但是現在船舶公司并不太重視員工培訓，對船舶技術管理提升資金投入少也影響技術的提升。
二、提高船舶技術管理水平的建議及對策
船舶技術管理涉及到船舶企業從企業組織結構到管理模式，從制度到個體等各個方面，提高船舶技術管理水平，可以通過改變傳統船舶技術管理模式，創建管理新模式、加強船舶技術管理制度化建設、加大船舶技術提升的資金支持和培訓機制建設、提高船舶技術管理的信息化水平、建立完善的提升船舶技術管理的激勵機制等方面進行。
1．改變傳統船舶技術管理模式，創建管理新模式
傳統的船舶技術管理模式往往缺乏統一性，經常管理混亂，經常出現問題分析不明、計劃控制不力、人才缺乏、組織內部沖突等各種矛盾，使得船舶組織管理失去應有的活力。因此應打破各自為政的封閉式管理，構建開發新的技術管理模式。多項目船舶技術管理模式就是一種新的技術管理模式。多項目管理模式簡單地說就是一個項目部門同時管理多個項目，采取組織、協調、調配等管理手段，協調現行船舶技術管理組織中所有的項目的篩選、評估、計劃、執行與控制等各項工作，并將多個項目有機的組合起來，進行綜合統計、分析、比較、協調和均衡統籌的項目管理方式。這既是一種思想，也是一種方法。通過創建新型的船舶技術管理模式能夠實現讓船舶技術管理的決策層，管理層，和基層之間建立雙向互動的聯系。實現船舶技術管理的計劃性和資源平衡和共享，最終追求整個船舶技術管理水平的提升。
2．加強船舶技術管理制度化建設
制度能使工作規范化，保證船舶技術管理的正常進行避免雜亂無章和亂無頭緒的狀態。船舶技術管理制度建設應制定總指揮負責管理工作的總體協調與安排，審批船舶重點檢修項目安全控制措施，指定專人對船舶的運行維修負責。貫徹執行國家安全環保法規和條例，以及公司的各項安全環保規章制度。比如對船舶維修過程的技術管理應該制定詳細、具體的方案，對每一步驟都要有明確的要求和安全環保注意事項，所有控制措施落實專人負責。同時要對檢修項目進行危害辨識和風險評價，依照辨識和評價結果，根據安全環保法律法規、技術標準、規范、管理規定，參照以往事故案例、經驗教訓，制定科學合理的檢修方案。
3．建立完善的提升船舶技術管理的激勵機制
船員對提升船舶技術管理水平有一定的認知誤區，也缺乏一定的能動性，只憑借自覺自愿有時很難達到應有的提升船舶技術水平的要求。應建立一套完善的提升船舶技術管理的激勵機制，通過對船員者的激勵，讓他們自覺自愿的進行自身技術和能力的提升。具體可以從以下幾個方面考慮。
（1）給船員提供提升船舶技術的經費和補助。通過資金扶植和獎勵，能夠讓船舶從業者享受企業提供的進修機會和培訓機會，用于自身能力的提高。這種方式要比簡單的命令和硬性規定更能調動進修培訓的積極性。
（2）建立相應的競爭機制。如果自由培訓沒有考核可能也會使培訓流于形式，船舶公司可以通過舉辦各種形式的活動和技能比賽，一方面給參與進修的船舶從業者一個展示的平臺，給沒參加技術培養的人員以榜樣的作用。另一方面通過競爭性比賽對參與船舶進修和培訓的人員來說也是一種寬松的考核方式，達到監督培訓效果和提升業務能力的作用。
（3）激勵機制要把精神獎勵納入激勵范圍。人的需求即有物質的，又有精神的。在建立激勵機制的時候可以考慮建立必要的精神激勵機制，通過各種表彰和技術能手稱號等精神激勵能讓船舶技術能力強的船舶從業者獲得精神上的滿足和成就感，讓員工認為自己的工作很有價值或很有創造性時往往會有很大的工作熱情，同時對其它員工也有很好的引領作用。
4．加大船舶技術提升的資金支持和培訓機制建設
船舶技術作為一個前沿領域從理論到技術上發展和變化很快，技術水平日新月異，因此要想提升船舶技術的管理水平必須要進行進修和培訓，及時掌握先進的理論和技術，這些需要一定的財力支持和資金投入。在培訓機制的建設時應建立健全人才培訓機制，通過制度化的定期培訓和不定期的業務培訓，然后在結合船舶營運的周期性變化合理安全培訓日程和內容。在培訓時還要做到崗位培訓與實踐相結合，結合崗位的特點和所需要的知識和技術開展相應的培訓后要融入日常工作中進行鍛煉、磨合達到技術的提升。對職工定崗定責，建立責任追究制度，同時結合崗位技能進行培訓和鍛煉，進行規范化操作，達到的防止事故發生目的。
5．提高船舶技術管理的信息化水平
提高船舶技術管理的信息化水平是提高船舶航運企業效率的重要途徑?，F代企業只有提升企業的效率才能獲得良好的效益。通過船舶技術管理的信息化建設能輕松的構建立體的綜合的組織結構網絡，讓船舶航運企業內部的管理更順暢也更便捷，也更有利于船舶技術管理水平的提升。在進行船舶技術管理的信息化建設過程中應著力構建技術培訓信息化，讓培訓技術和實際工作的結合，這樣既不耽誤工作又不耽誤學習達到工作學習的雙收益。提高船舶技術管理的信息化水平的過程中還應該著力構建船舶航運企業內部各部門及各崗位的信息化建設。通過信息化建設能及時讓管理者了解各個部門的工作狀況并及時提出相應的決策，對于執行者也能及時了解高層的決策部署，調整工作部署和工作安排。
三、結語
關鍵詞：AT89C51串行口無線數字電臺串行通信
一般的數字采集系統，是通過傳感器將捕捉的現場信號轉換為電信號，經模/數轉換器ADC采樣、量化、編碼后，為成數字信號，存入數據存儲器，或送給微處理器，或通過無線方式將數據發送給接收端進行處理。無線數據傳輸系統就是樣一套利用無線手段，將采集的數據由測量站發送到主控站的設備。
1系統組成
系統組成如圖1、圖2所示。
系統由測量站和主控站兩部分組成。測量站主要完成對現場信號的采集、存儲，接收遙控指令并發送數據。主控站的主要工作是發送遙控指令、接收數據信息、進行數據處理和數據管理、隨機顯示打印等。
2AT89C51與數字電臺的串行通信
Atmel公司的AT89C51單片機，是一種低功耗、高性能的、片內含有4KBFlashROM的8位CMOS單片機，工作電壓范圍為2.7～6V（實際使用+5V供電），8位數據總線。它有一個可編程的全雙工串行通信接口，能同時進行串行發送和執著收。通過RXD引腳（串行數據接收端）和TXD引腳（串行數據發送端）與外界進行通信。
2.1通信協議與波特率
數字電臺與單片機、終端主控機的通信協議為：
通信接口——標準串行RS232接口，9線制半雙工方式；
通信幀格式——1位起始位，8位數據位，1位可編程數據位，1位停止位；
波特率——1200baud。
數字電臺選用Motorola公司的GM系列車載電臺，工作于VHF/UHF頻段，可進行無線數傳（9線制標準串行RS232接口），也可進行話音通信；采用二進制移頻鍵控（2FSK）調制解調方式，符合國際電報電話咨詢委員會CCITT.23標準。在話帶內進行數字傳輸時，推薦在不高于1200b/s數據率時使用。實際使用時，電臺工作于220～240MHz頻率范圍，采用半雙工方式（執行收、發操作，但不能同時進行）即可滿足系統要求。
2.2AT89C51串行口工作方式
AT89C51串行口可設置四種工作方式，可有8位、10位和11位幀格式。本系統中，AT89C51串行口工作于方式3，即鳘幀11位的異步通信格式：1位起始位，8位數據位（低位在前），1位可編程數據位，1位停止位。
發送前，由軟件設置第9位數據（TB8）作奇偶校驗位，將要發送的數據寫入SBUF，啟動發送過程。串行口能自動把TB8取出，裝入到第9位數據的位置，再逐一發送出去。發送完畢，使TI=1。
接收時，置SCON中的REN為1，允許接收。當檢測到RXD（P3.0端有“1”到“0”的跳變（起始位）時，開始接收9位數據，送入移位寄存器（9位）。當滿足RI=0且SM2=0或接收到的9位數據為1時，前8位數據送入SBUF，第9位數據送入SCON中的RB8，置RI為1；否則，這次接收無效，不置位RI。
串口方式3的波特率由定時器T1的溢出率與SMOD值同時決定：
方式3波特率=T1溢出率/n
當SMOD=0時，n=32；SMOD=1時，n=16。T1溢出率取決于T1的計數速率（計數速率=fosc/12）和TI預置的初值。
定時器T1用作波特率發生器，工作于模式2（自動重裝初值）。設TH1和TL1定時計數初值為X，則每過“28-X”個機器周期，T1就會發生一次溢出。初值X確定如下：
X=256-fosc×(SMOD+1)/384×BTL
本系統中，SMOD=0，波行率BTL=1200，晶振fosc=6MHz，所以初值X=F3H。
2.3AT89C51與數字電臺的硬件連接
AT89C51與數字電臺的硬件連接如圖3所示。
系統采用異步串行通信方式傳輸測量數據。利用單片機串口與數字電臺RS232數據口相連。電臺常態為收狀態（PPT=0，收狀態；PPT=1，發狀態），單片機P3.5腳輸出高電平。單片機使用TTL電平，電臺使用RS232電平，由MAX232完成TTL電平與RS232電平之間的轉換。3片光電耦合器6N137實現單片機與電臺之間的電源隔離，增強系統抗干擾性能。
單片機通過帶控制端的三態緩沖門74HC125、非門74HC14控制電臺的收發轉換，以及指令的接收和數據發送。接收時，P3.5=1,c2=1，74HC125B截止；P3.5經74HC14反相、光電隔離，使電臺PPT腳為低電平，將其置為接收狀態；同時c1=0，74HC125A導通，接收的指令由電臺的RXD端輸入，經MAX232電平變換、光電隔離、74HC125A緩沖門，送入單片機RXD腳。發射時，P3.5=0，經74HC14反相、光電隔離，使電臺PPT腳為高電平，將其置為發射狀態；同時c1=1，74HC125A截止，c2=0，74HC125B導通，數據由單片機TXD腳輸出，經74HC125B緩沖門、光電隔離、MAX232電平變換，通過電臺TXD端口將數據發送出去。
3通信軟件設計
通信軟件至關重要，一旦出現問題，整個系統就會癱瘓。采取差錯控制與容錯技術是非常重要的。
*主控站發送的指令中包含一定數量的同步符55H和3字節的密碼。測量站在連續收到5個同步符后進行密碼驗證，驗證通過后正式接收指令字節；如未通過，則測量站發一信號讓主控站重發，三次驗證不過則停發該命令。測量站發/主控站收時，驗證方式與此相同。驗證通過后，測量站開始發送數據。
*一個指令由3字節構成，第二字節等于第一字節加上35H，第3字節等于第二字節加上36H。如果收到的指令不符合此規則，則重發該命令，連續三次錯誤時停發。
*主控站每發一個指令，測量站都回送一個應答信號。該應答信號中包含原指令樣本。
下面給出單片機串行口與電臺的基本通信程序。
初始化程序：
BTLEQU2FH；波特率放在內部RAM的2FH單元
MOVTMOD，#21H；T0方式1，16位計數器，T1方式2，串口用
SETBTR0；啟動T0
MOVBTL，#0F3H；波特率設定為1200
MOVSCON，#0C0H；串口方式3，9位數據，禁止接收
接收及驗證程序：
NUMEQU2BH；同步符個數值存放在內部RAM的2BH單元
TEMPEQU2CH
ROM-CH：DB55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H
DB55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H；20字節同步符
MIMDB''''WSC''''：3字節密碼“WSC”
SETBP3.5；置電臺收狀態
SETBREN；允許串口接收
A1：MOVNUM，#0；記錄連續到同步符55H的個數
A2：JBRI，A2；串口有數據轉A3
A3：CLRRI；清接收中斷標志
MOVA，SBUF；讀串口數據
CJNEA，#55H，A1；不是同步符轉A1
INCNUM；收到的同步符個數加1
MOVA，NUM；取收到的同步符個數
CJNEA，#5，A2；未收夠連續5個55H轉A2
A4:MOVNUM,#0;密碼驗證，記錄收到密碼字節數
A5：MOVDPTR，#MIM；密碼字符首址
MOVA，NUM
MOVCA，@A+DPTR；查表取密碼
MOVTEMP，A；保存密碼
JBRI，A6；串口收完一個字節轉A6
…
A6：CLRRI；清接收中斷標志
MOVA，SBUF；讀串口數據
CJNEA，TEMP，A4；與密碼不符轉A4
INCNUM；收到的密碼個數加1
MOVA，NUM；取已收到的密碼字節數
CJNEA，#3，A5；密碼未收完轉A5
發送程序：
CLRP3.5；置電臺發狀態
MOVB，#23
MOVDPTR，#ROM-CH
B1：CLRA
MOVCA，@A+DPTR；查表發送同步符和密碼共24字節
INCDPTR
LCALLSEND-CH；調發送單字節子程序
DJNZB，B1
…
CLRA
MOVDPTR，#7000H；外部RAM數據首址，發送外部RAM中的數據到電臺
B2：CJNER4，#0，B3
CJNER3，#0，B3；R4R3=發送字節數
B3：MOVXA，@DPTR；取數據
INCDPTR
LCALLSEND-CH
CJNER3，#0，B4
CJNER4，#0，B5
B4：DECR3
LJMPB2
DECR3
DECR4
LJMPB2
…
SEND-CH：SETBTB8
MOVSBUF，A
DB0，0，0，0，0，0，0，0
JNBTI，$；延時4μs
CLRTI
RET
關鍵詞：無線通信低功耗移頻鍵控PIC16F73單片機芯片CC1000調制解調芯片
在工業、科學研究以及醫療設備中，目前出現了大量需要進行通信的設備，這些設備通信距離較近、數據量較小、不適合布線。比如自動抄表系統、酒店點菜系統以及現場數據采集系統等，其中有很多設備是可移動的，而且要求何種小便于攜帶。因此，要求其通過設備具有體積小、功耗低、成本低、使用方便等特點?；谶@些需求，本文給出了一款超低功耗的無線數字傳輸模塊的設備及實現方法。
該模塊采用Chipcon公司的超低功耗FSK調制解調芯片CC1000和Microchip公司的低功耗單片機PIC16F73，從而保證了系統的超低功耗。同時，為了適應電池供電系統的應用，該模塊支持查詢方式的無線通信，可以使系統的平均工作電流低至10μA。該模塊具有8組信道，可以實現點對點、點對多點的半雙工通信，并且提供標準串行數據接口，支持TTL、RS232和RS485通信接口，可以方便地與其它控制器或計算機連接。
圖1
1模塊硬件設計
模塊結構框圖如圖1所示。
作為工作在物理層和數據鏈路層的底層通信設備，該系統完成數據的調制解調、假數據過濾、數據組合、解碼數據幀、數據校驗等功能。在接收過程中完成數據由電信號向位流、由位流數據向字節，由字節向數據幀的變換，而在發送過程中則完成接收到的逆向過程。數據發送過程中數據流的變化如圖2所示。
調制解調由CC1000完成。系統采用頻移鍵控調制（FSK），載波頻率為434MHz，帶寬為64kHz，數據采用差分曼徹斯特編碼發送，空中發送數據速率可以根據需要設置，最高FSK數據速率為76.8kpbs。CC1000采用三線命令接口和兩線數據接口，可編程配置載波頻率和數據速率等內容。有關CC1000的詳細內容見參考文獻。
模塊控制器在發送時從用戶接口接數據和命令，并將用戶數據轉換成數據幀傳送給CC1000，控制CC1000進行數據發送。在接收時，控制器接收從CC1000傳送過來的數據，分析數據，過濾噪聲，將數據由位流轉換為字節，進行校驗并將用戶數據通過串行口傳送給用戶，使用戶可以實現所發即所收。
模塊是為低功耗系統而設計的，除了具有SLP引腳可以直接休眠模塊外，還有一些專門設計的命令來支持使用查詢方式的通信。PCMD、RX、TX三線組成模塊的三線接口，配置命令時PCMD必須為高電平。配置命令工作時序如圖3所示。
發送數據時PCMD應置為低電平，通過串行口發送數據即可。模塊使用時間間隔區分數據幀，如果有傳輸半個字節的時間沒有接收到數據，則認為此前接收到的為一幀數據，系統將編碼該幀數據并通過CC1000進行調制和發送。因此，如果用戶數據是以數據幀的格式發送的，用戶應當連續發送數據，以避免模塊將一幀數據分割為兩幀數據發送，從而降低發送效率。模塊只能進行半雙工通信，沒有數據發送時模塊處于接收狀態；有休眠信號時模塊進入體眠狀態，此時模塊無法接收和發送數據，只有將模塊喚醒后，才能發送和接收數據。READY信號是模塊工作狀態指示信號。當READY長時間處于低電平狀態時，可以使用RST將模塊復位，重新設置模塊的工作狀態，以避免模塊處于錯誤工作狀態。
2軟件設計
系統軟件采用專門為PIC單片機進行了優化，能夠為PIC系列單片機產生優質高效的代碼，具體內容參考文獻。系統控制器軟件設計是本系統的核心內容，由于控制器要完成與用戶和CC1000雙方的通信及數據封裝，因此系統軟件借用Windows系統的消息循環機制設計，采用消息循環的體系結構。這種結構使得程序結構清晰、可擴展性強、可移植性強。經過長時間的初中，證明這種結構非常適合單片機系統軟件的開發。
圖4為程序初始化和主函數部分的結構框圖。系統程序總線結構采用消息驅動機制。在系統內部寄存器和變量初始化完成后便可以進入消息循環程序查詢系統消息。系統消息一般是CPU外部或內部的事件通過CPU中斷系統激勵CPU運行的。為了能夠使系統產生和響應消息，必須啟動CPU的中斷系統，因而在進入消息循環前啟動CPU定時中斷、串行通信中斷、外部觸發中斷。程序初始化部分在CPU上電或復位后只執行一次，CPU在正常工作時即將終都在消息循環中反復檢測消息是否存在，并根據消息的種類做不同的操作，最后清除相應的消息標志，再進行循環檢測消息。本系統中消息共有三種，分別是程序節拍控制信號、與CC1000通信的信號以及與用戶通信的信號。程序節拍控制信號控制程序的運行過程，包括時間信號、外部中斷信號（休眠、喚醒）以及其它定時動作信號；與CC1000通信的信號包括CC1000狀態轉換信號、接收完成信號、發送開始信號以及發送完畢信號等，負責管理與CC1000的通信和控制工作；與用戶通信的信號包括接收用戶數據完畢信號、用戶數據發送完畢信號以及向用戶發送數據開始信號等，負責與用戶的通信管理。程序的消息循環結構如圖5所示。
3模塊性能
3．1模塊功能
作為一款專門為低功耗系統而設計的無線數字傳輸模塊，該模塊具有低電平供電、低功耗的特點。供電電壓范圍為3V～12V。當供電電壓為3V時，在接收狀態下，模塊電流為9.6mA；在發送狀態下，模塊電流為25.6mA；在休眠狀態下，模塊電流為2μA。通信系統使用查詢方式工作時，處于接收的工作電流計算公式如下，即若休眠時間為dsl，檢測信號時間為tdt，那么平均工作電流為（單位為μA
）：
Ip=(tsl×2+tdt×9600)/(tsl+tdt)
因此，如果一個系統的休眠時間為8s,檢測時間為13μA。這樣，5400mAh的鋰電流可以使用47年！當然，實際使用中應該計算模塊處于接收狀態時的電流，此時模塊的功耗就取決于模塊工作的情況和傳輸數據量的大小，但是其極低的待機功耗對于移動設備來說是十分重要的。
3．2通信可靠性
通信誤碼率可以使用如下近似公式計算：
Pe≈Ne/N
式中，N為傳輸的二進制碼元總線；Ne為被傳輸錯的碼元數，理論上應有N∞。
在實際使用中，N足夠大時，才能夠把Pe近似為誤碼率。經過對模塊的測試，在數據速率為2400bps、通信距離為100m(平原條件)時，通信誤碼率為10-3～10-5。在數據速率提高時，通信誤碼率會增加，但是通信模塊可采用多項技術來提高通信可靠性。在物理層，模塊采用差分曼徹斯特編碼技術發送數據，從而保證通信中的同步問題；而在數據鏈路層，使用CRC（循環冗余編碼）進行數據幀校驗，用以保證數據到達用戶應用層以后的可靠性。當然，用戶在應用層還可以采取多種通信協議來進一步提高通信的可靠性。
3.3通信距離
在無線通信中，通信距離與發射機發送信號的強度和接收機接收靈敏度有著直接關系。本模塊的發送功率為10dBm，而在數據速率為2400bps、帶寬為64kHz、通信二進制誤碼率為10-3條件下，模塊的接收靈敏度為-110dBm。在天線高于地面3m的可視條件下，可告通信距離（誤碼率小于10-3）大于300m。在市區環境中，可靠通信距離在10m左右。
圖5
4模塊應用
無線智能IC卡水表由負責顯示和讀寫IC卡的上位機和負責閥門控制的下位機組成，上位機和下位機之間的通信使用無線數字傳輸模塊完成，系統結構如圖6所示。上位機負責人機接口，包括顯示下位機狀態、顯示剩余水量、讀取IC卡以及與下位機通信等功能，下位機完成水脈沖計數并接收上位機的指令控制閥門開關狀態。由于本系統采用電池供電，所以要求系統的功耗必須非常低。水表的上位機和下位機均采用Microchip公司的低功耗單片機PIC16F73，下位機工作在查詢狀態。
論文摘要:本文從現有存儲式電子壓力計的技術現狀出發，分析了在井下高溫、高壓、遠距離條件下，實現壓力、溫度數據實時可靠采集、傳輸、分析的壓力計——直讀式電子壓力計的數據傳輸方案和實施，并從技術需求分析、通訊方案選擇、單芯遠距離傳輸、曼徹斯特碼編解碼的軟硬件設計等方面，對直讀式電子壓力計數據傳輸方案進行了深入研究。試驗數據分析結果表明，本文研究結果解決了直讀式電子壓力計的關鍵技術，增強了電子壓力計在油田測井領域的市場競爭力。
一、引言
目前存儲式電子壓力計已廣泛應用于國內各大油田高溫井下壓力和溫度的測量。存儲式電子壓力計在工作過程中，儀器內的單片機系統和各種傳感器共同完成井下壓力和溫度的采集，并以數字量形式存儲于電可改寫型存儲器中，待測試過程完成后，再將壓力計返回地面，用專門配套研制的數據回放儀與壓力計連接，通過軟件和硬件接口通訊進行數據的接收、回放和處理，使用很不方便，影響生產。
因此，為克服存儲式電子壓力計的上述缺點，提高油田生產效率，提升電子壓力計在油田測井領域的市場競爭力，必須研制在井下高溫、高壓、遠距離條件下，實現壓力、溫度數據實時可靠采集、傳輸、分析的壓力計——直讀式電子壓力計。
二、直讀式電子壓力計技術需求分析
（一）功能及主要技術指標要求
直讀式電子壓力計實現井下壓力和溫度參數的測量，并將測量結果通過單芯鎧裝電纜實時傳送至地面解碼控制儀，主要技術指標要求如下所示。
a)壓力測量范圍：（0～30、45、60、80）MPa；壓力測量誤差：0.04%F.S；
b)溫度測量范圍：（-20～+150）℃,測量誤差：±1℃；
c)傳輸距離不小于6000m；通訊誤碼率1.0×10-7。
（二）基本方案及工作原理
直讀式電子壓力計由井下電子壓力計和地面解碼控制儀兩部分組成，其中井下電子壓力計由壓力傳感器、溫度傳感器、信號放大電路、模數轉換電路、單片機系統、編碼電路、數字通訊接口電路和裝載于單片機系統中的相關工作軟件組成，解碼控制儀由解碼電路、通訊接口電路、通用計算機(油田配置)和相關工作軟件組成。
工作過程中，井下電子壓力計由地面解碼控制儀通過單芯鎧裝電纜提供能源，溫度和壓力傳感器分別將環境壓力和溫度轉換為電信號輸出，該電信號經放大和模數轉換后由單片機系統進行數據實時采集和處理，然后按一定周期經數字通訊口輸出。井下電子壓力計和井上解碼控制儀之間通過單芯鎧裝電纜連接，解碼控制儀中通訊接口電路接收井下電子壓力計輸出的壓力和溫度數據，并經解碼后輸入計算機中進行實時分析和處理。
三、數據傳輸方案選擇
設備之間數據通訊通常有并行通訊和串行通訊兩種方案，并行通訊的缺點是傳輸距離短，通訊信道所占點號多，而串行通訊與之相反。根據井下電子壓力計與井上解碼控制儀的數據傳輸特點，需選擇串行數據傳輸方式。
在曼徹斯特編碼中，用電壓跳變的相位不同來區分邏輯1和邏輯0，即用正的電壓跳變表示邏輯0，用負的電壓跳變表示邏輯1。
在油田測井中，井下電子壓力計在井下采集大量信息，并傳送給地面解碼控制儀；但井下電子壓力計到地面解碼控制儀這段信道的傳輸距離較長且環境惡劣，常用的NRZ碼不適合在這樣的信道里傳輸，而且NRZ碼含有豐富的直流分量，容易引起滾筒的磁化。曼徹斯特編碼方式使得信號以串行脈沖碼的調制方式在數據線上傳輸，和最常用的NRZ碼相比，消除了NRZ碼的直流成分，具有時鐘恢復和更好的抗干擾性能，這使它更適合于從井下到井上的信道傳輸，因而在井下電子壓力計和地面解碼控制儀之間選用曼徹斯特編碼使數據傳輸可靠性更高、傳輸距離更遠。
四、曼徹斯特碼編碼軟硬件設計
每一周期井下電子壓力計需將采集到的壓力和溫度兩個參數分別進行曼徹斯特編碼方式輸出，井下電子壓力計與地面解碼控制儀之間按如下通訊協議進行。
a)壓力與溫度均以字為單位進行傳送，先發送壓力字，后發送溫度字，一個壓力字和一個溫度字的組合稱為一個消息；
b)每一個字由20位組成，第1～3位為3個起始位，第4～19位為16個數據位，第20位為奇偶校驗位；
c)壓力字3個起始位電平為先高后低，溫度字起始位為先低后高，高低電平均各占一位半，壓力字與溫度字校驗位均采用奇校驗；
d)傳輸的波特率：5.7292kbps（175μs/位），傳輸一個消息共耗時3.5ms。為保證數據傳輸可靠性，井下電子壓力計同一消息在一個采樣周期內重復發送兩次，地面解碼控制儀根據校驗位判斷每個字的正確性。
由單片機編程輸出兩路I/O控制信號，經過濾波電路、運放電路、整型電路后，產生曼徹斯特編碼雙相電平信號，并經單芯鎧裝電纜送至地面解碼控制儀。為滿足曼徹斯特編碼格式及井下電子壓力計與地面解碼控制儀之間的通訊協議，井下電子壓力計軟件采用如下的編程方式輸出波形。
a）壓力字同步頭為262.5μs高電平后跟隨262.5μs低電平，溫度字同步頭為262.5μs低電平后跟隨262.5μs高電平；
b）若數據位為邏輯0，則在87.5μs低電平后跟隨87.5μs高電平；
c）若數據位為邏輯1，則在87.5μs高電平后跟隨87.5μs低電平；
d）校驗位的波形產生方式與數據位相同。
五、曼徹斯特碼解碼軟硬件設計
地面解碼控制儀需將井下電子壓力計輸出的曼徹斯特碼進行解碼，并按通訊協議用軟件將接收到的曼徹斯特碼數據轉換為井下電子壓力計測得的壓力和溫度數據，即地面解碼控制儀中的解碼過程為井下電子壓力計編碼過程的逆過程。曼徹斯特碼解碼過程可分為如下三部分：
a)同步字頭檢測，并辨別其為溫度數據還是壓力數據。
b)對曼碼形式的數據進行解碼，從曼徹斯特碼波形中分離出同步時鐘，并將時鐘和數據進行處理使曼碼數據轉化為非歸零二進制數據。
c)將串行數據轉化為并行數據，并進行奇偶校驗，以檢驗數據傳輸的正確性。
經過幾千米鎧裝電纜傳輸上來的數據，幅度衰減到毫伏級，因此井上需要精密的解碼電路，才能保證數據傳輸無誤碼率。井下傳輸上來的數據經過濾波電路、精密運算放大器、雙D觸發器輸出曼碼波形給單片機，經過單片機的程序轉化為井下的壓力與溫度數字量。
六、試驗結果
直讀式電子壓力計首臺產品完成廠內試驗后，到油田用8000m的鎧裝電纜連接井下電子壓力計和地面解碼控制儀，將電子壓力計下放到井下6500m的深度，在溫度高達150℃、壓力為30～60MPa的油井中測試壓力和溫度。在三次連續5個小時的測試過程中，數據傳輸準確可靠，沒有出現丟點現象，誤碼率為零。
七、結束語
試驗數據統計分析結果表明，本文研究結果解決了直讀式電子壓力計通訊方案、通訊協議、單芯遠距離傳輸、曼徹斯特碼編解碼軟硬件設計等關鍵技術，增強了電子壓力計在油田測井領域的市場競爭力。
參考文獻：
關鍵詞：線陣CCD光積分時間外總線自適應控制
線陣CCD在圖像傳感和測量技術領域的應用中發欣極為迅速。為滿足自適應測量的工程化需要，設計出了基于線陣CCD的單同軸電纜雙向時分復用傳輸外總線。
在數據采集測量系統中，CCD視頻信號的最大幅度需要調理到ADC的滿量程。CCD信號的最大幅值的決定因素有三個：CCD器件的光電靈敏度、光積分時間和屯照度。在選定CCD器件后，該值只取決于光積分時間和光照度。
在不同工作現場和工作現場的不同時段，光強是經常變化的，如果CCD器件的光積分時間固定，則光照度的變化將導致CCD視頻輸出信號幅值的變化。而實際上所希望的是，在光照度變化的情形下，應保持視頻輸出信號最大幅值穩定，這可通過光積分時間的自適應控制來實現。在CCD信號采用二值化數據處理和像元細分處理過程中，一幀數據中被檢測對象的量測信息往往在邊界特征和像元信號的幅度最值位置，故光積分時間的改變不影響靜態被測量。
1CCD器件驅動簡介
現以TOSHIBA的TCDl501C為例進行介紹，其驅動脈沖波形如圖1所示。
當SH信號為低電平時，Φ1(包括Φ1O和Φ1E)電極下的勢阱和存儲柵勢阱隔離，CCD處于光積分狀態；當SH為高電平時，SH電極下形成的深勢阱溝通了存儲柵勢阱和Φ1電極下的勢阱，信號電荷包全部轉到移位寄存器，而后在Φ1E，O，B和Φ1E，O，B脈沖的作用下依次移位，最后經輸出電路由OS端輸出。
SH的脈沖周期即為光積分時間。以像元信號的幅值為被控制量，通過改變SH的脈沖周期使視頻輸出的幅度最值保持在ADC的滿量程，從而實現光積分時間的自適應控制。
2系統組成
該采集系統包括三大部分：CCD傳感頭、信號采集板和微型機。傳感頭和采集板之間采用單同軸電纜作為雙向復用傳輸總線，其原理框圖如圖2所示。
CCD的各驅動信號由CPLD產生，視頻輸出經過驅動器進入同軸電纜。信號采集板通過ISA口和微機接口，板上采用FPGA作為電路的邏輯控制器，光積分脈沖由FPGA產生，其周期的調節由FPGA的VHDL軟件或微機采集軟件控制。在接口協議的調控下，將CCD視頻信號和光積分脈沖信號雙向時分復用單同軸電纜作為信號和控制的傳輸總線。
3總線的電氣接口原理
CCD傳感頭中晶振選定后，Φ1和Φ2的信號頻率也隨之確定，CCD像元視頻信號移位輸出時間也就固定了。例如：TCDl501C共5076個像元(除5000個曝光像元外，還有前64個和后12個啞元)，晶振頻率為20MHz，CPLD輸出的Φ1和Φ2頻率為2．5MHz，視頻輸出速率為5MHz，所以一幀CCD信號輸出時間為5076／5MHz=1．0152ms。如果光積分時間為2ms，則在剩余近lms的時間內，CCD輸出的是空操作，視頻信號幅值接近箝位高電平?？偩€原理和控制信號定時關系圖如圖3所示。
系統在上電初始狀態設置同軸電纜兩端開關電平，使光積分通道開通。從定時關系中可見，光積分脈沖的下降沿啟動ISA板和CCD傳感頭內部邏輯計數器，同時使電纜兩端開關控制信號由光積分通道切換到CCD信號通道。因為CCD器件首先輸出的是一定數量的啞元信號，所選擇的SPDT(單刀雙擲)開關的開關切換時間遠遠小于前面啞元信號的總輸出時間，故開關切換到CCD信號通道的時間對于曝光像元信號的輸出沒有任何影響。當計數到5076或5064(不計后12個啞元)時，電纜兩端兩開關控制信號再次變換極性，使電纜切換到光積分脈沖信號通道。其實，只要在下一個光積分脈沖到來前的空操作的任何時刻完成通道切換即可。
原本最顯然且直接的設計方案是采用另一條規范的總線(比如422總線)來專門傳輸由ISA板輸出的光積分控制信號，而由CCD視頻信號獨占同軸電纜，這樣也可滿足工程化的要求；而且422總線的雙絞線在惡劣環境下的傳輸距離和抗干擾性能也令人可以接受。
不過比較來說，單同軸電纜雙向復用總線更有優越性。
第一，原理更加簡潔實用，其接口協議比422接口協議還簡單；
