發(fā)布時間：2023-07-14 16:35:00
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的通信標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
【論文摘要】：在許多基于單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，系統(tǒng)需要實現(xiàn)遙控功能，而紅外通信則是被采用較多的一種方法。紅外通信具有控制簡單、實施方便、傳輸可靠性高的特點，是一種較為常用的通信方式。
在許多基于單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，系統(tǒng)需要實現(xiàn)遙控功能，而紅外通信則是被采用較多的一種方法。紅外通信具有控制簡單、實施方便、傳輸可靠性高的特點，是一種較為常用的通信方式。紅外線通信是一種廉價、近距離、無線、低功耗、保密性強(qiáng)的通訊方案，主要應(yīng)用于近距離的無線數(shù)據(jù)傳輸，也有用于近距離無線網(wǎng)絡(luò)接入。從早期的IRDA規(guī)范（115200bps）到ASKIR（1.152Mbps)，再到最新的FASTIR（4Mbps），紅外線接口的速度不斷提高，使用紅外線接口和電腦通信的信息設(shè)備也越來越多。紅外線接口是使用有方向性的紅外線進(jìn)行通訊，由于它的波長較短，對障礙物的衍射能力差，所以只適合于短距離無線通訊的場合，進(jìn)行"點對點"的直線數(shù)據(jù)傳輸，因此在小型的移動設(shè)備中獲得了廣泛的應(yīng)用。
1.紅外通信的基本原理
紅外通信是利用950nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體，即通信信道。發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號調(diào)制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。接收端將接收到的光脈轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)，還原為二進(jìn)制數(shù)字信號后輸出。常用的有通過脈沖寬度來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈寬調(diào)制（PWM）和通過脈沖串之間的時間間隔來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈時調(diào)制（PPM）兩種方法。
簡而言之，紅外通信的實質(zhì)就是對二進(jìn)制數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)，以便利用紅外信道進(jìn)行傳輸；紅外通信接口就是針對紅外信道的調(diào)制解調(diào)器。
2.紅外通訊技術(shù)的特點
紅外通訊技術(shù)是目前在世界范圍內(nèi)被廣泛使用的一種無線連接技術(shù)，被眾多的硬件和軟件平臺所支持：
⑴通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換實現(xiàn)無線的數(shù)據(jù)收發(fā);
⑵主要是用來取代點對點的線纜連接；
⑶新的通訊標(biāo)準(zhǔn)兼容早期的通訊標(biāo)準(zhǔn)；
⑷小角度（30度錐角以內(nèi)），短距離，點對點直線數(shù)據(jù)傳輸，保密性強(qiáng)；
⑸傳輸速率較高，目前4M速率的FIR技術(shù)已被廣泛使用，16M速率的VFIR技術(shù)已經(jīng)。
3.紅外數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的用途
紅外通訊技術(shù)常被應(yīng)用在下列設(shè)備中：
⑴筆記本電腦、臺式電腦和手持電腦；
⑵打印機(jī)、鍵盤鼠標(biāo)等計算機(jī)設(shè)備；
⑶電話機(jī)、移動電話、尋呼機(jī)；
⑷數(shù)碼相機(jī)、計算器、游戲機(jī)、機(jī)頂盒、手表；
⑸工業(yè)設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備；
⑹網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備，如調(diào)制解調(diào)器。
4.紅外數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的缺點
⑴通訊距離短，通訊過程中不能移動，遇障礙物通訊中斷;
⑵目前廣泛使用的SIR標(biāo)準(zhǔn)通訊速率較低（115.2kbit/s）;
⑶紅外通訊技術(shù)的主要目的是取代線纜連接進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，功能單一，擴(kuò)展性差。
5.紅外通信技術(shù)對計算機(jī)技術(shù)的沖擊
紅外通信標(biāo)準(zhǔn)有可能使大量的主流計算機(jī)技術(shù)和產(chǎn)品遭淘汰，包括歷史悠久的調(diào)制解調(diào)器。預(yù)計，執(zhí)行紅外通信標(biāo)準(zhǔn)即可將所有的局域網(wǎng)(LAN)的數(shù)據(jù)率提高到10Mb/s。
紅外通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的發(fā)射功率很低，因此它自然是以電池為工作電源的標(biāo)準(zhǔn)。目前，惠普移動計算分公司正在開發(fā)內(nèi)置式端口，所有擁有支持紅外通信標(biāo)準(zhǔn)的筆記本計算機(jī)和手持式計算機(jī)的用戶，可以把計算機(jī)放在電話機(jī)的旁邊，遂行高速呼叫，可連通本地的因特網(wǎng)。由于電話機(jī)、手持式計算機(jī)和紅外通信連接全都是數(shù)字式的，故不需要調(diào)制解調(diào)器。
紅外通信標(biāo)準(zhǔn)的廣泛兼容性可為PC設(shè)計師和終端用戶提供多種供選擇的無電纜連接方式，如掌上計算機(jī)、筆記本計算機(jī)、個人數(shù)字助理設(shè)備和桌面計算機(jī)之間的文件交換；在計算機(jī)裝置之間傳送數(shù)據(jù)以及控制電視、盒式錄像機(jī)和其它設(shè)備。
6.紅外通信技術(shù)開辟數(shù)據(jù)通信的未來
目前，符合紅外通信標(biāo)準(zhǔn)要求的個人數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)助理設(shè)備、筆記本計算機(jī)和打印機(jī)已推向市場，然而紅外通信技術(shù)的潛力將通過個人通信系統(tǒng)(PCS)和全球移動通信系統(tǒng)(GSM)網(wǎng)絡(luò)的建立而充分顯示出來。由于紅外連接本身是數(shù)字式的，所以在筆記本計算機(jī)中不需要調(diào)制解調(diào)器。便攜式PC機(jī)有一個任選的擴(kuò)展插槽，可插入新式PCS數(shù)據(jù)卡。PCS數(shù)據(jù)卡配電話使用，建立和保持對無線PCS系統(tǒng)的連接；擴(kuò)展電纜的紅外端口使得在PCS電話系統(tǒng)和筆記本計算機(jī)之間容易實現(xiàn)無線通信。由于PCS、數(shù)字電話系統(tǒng)和筆記本計算機(jī)之間的連接是通過標(biāo)準(zhǔn)的紅外端口實現(xiàn)的，所以PCS數(shù)字電話系統(tǒng)可在任何一種PC機(jī)上使用，包括各種新潮筆記本計算機(jī)以及手持式計算機(jī)，以提供紅外數(shù)據(jù)通信。而且，由于該系統(tǒng)不要求在計算機(jī)中使用調(diào)制解調(diào)器，所以過去不可能維持高性能PC卡調(diào)制解調(diào)器運(yùn)行所需電壓的手持式計算機(jī)，現(xiàn)在也能以無線方式進(jìn)行通信。紅外通信標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)者還在設(shè)想在機(jī)場和飯店等地點使用步行傳真機(jī)和打印機(jī)，在這些地方，掌上計算機(jī)用戶可以利用這些外設(shè)而勿需電纜。銀行的ATM(柜員機(jī))也可以采用紅外接口裝置。
預(yù)計在不久的將來，紅外技術(shù)將在通信領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用，數(shù)字蜂窩電話、尋呼機(jī)、付費電話等都將采用紅外技術(shù)。紅外技術(shù)的推廣意味著膝上計算機(jī)用戶不用電纜連接的新潮即將到來。由于紅外通信具有隱蔽性，保密性強(qiáng)，故國外軍事通信機(jī)構(gòu)歷來重視這一技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。這一技術(shù)在軍事隱蔽通信，特別是軍事機(jī)密機(jī)構(gòu)、邊海防的端對端通信中將發(fā)揮出重要的作用。正如前面所述，它還將對計算機(jī)技術(shù)產(chǎn)生沖擊，對未來數(shù)據(jù)通信產(chǎn)生重大影響。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：儀表著陸系統(tǒng) 下滑信標(biāo) 場地測量 天線 機(jī)械安裝
中圖分類號：TN820 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0073-02
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1 下滑道的形成及其受影響的因素
儀表著陸系統(tǒng)（Instrument Landing System ILS）是國際民航組織（ICAO）確認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)精密進(jìn)近和著陸設(shè)備，儀表著陸系統(tǒng)的下滑信標(biāo)設(shè)備通過下滑天線陣向空中發(fā)射無線電信號，為航空器提供進(jìn)近和著陸所需的下滑道信號。下滑信標(biāo)天線陣?yán)玫孛鎸o線電波反射的原理，使航空器接收到實際天線和以地面為鏡面的鏡像天線共同輻射的合成波形，通過調(diào)整實際天線的掛高，即改變實際天線和鏡像天線的間隔，產(chǎn)生相應(yīng)仰角的下滑道。
由于下滑信標(biāo)工作在UHF頻段，工作波長在1米左右，反射面的不平整、障礙物、天線安裝的三維位置誤差等都是影響輻射信號的基本因素，這些因素都需要在設(shè)備電氣調(diào)整前作好了解。隨著下滑信標(biāo)在全國機(jī)場的普及，特別是在某些地質(zhì)、地形條件不佳的機(jī)場，場地問題越發(fā)引起設(shè)備管理人員的關(guān)注。
2 下滑信標(biāo)場地的要求及對下滑信標(biāo)相關(guān)參數(shù)的影響
下滑信標(biāo)安裝場地對于輻射信號主要考慮兩個因素：（1）鏡像反射面是否平整：由于反射面不平整就不能形成清晰的鏡像，實體天線和鏡像天線就不能合成預(yù)期的場型；（2）障礙物產(chǎn)生的二次反射：若下滑天線前方存在地面障礙物，就可能會產(chǎn)生二次發(fā)射，若二次反射有足夠能量到達(dá)下滑道，就會使下滑道波形產(chǎn)生畸變。
民用航空通信導(dǎo)航監(jiān)視臺（站）設(shè)置場地規(guī)范（MH/T4003.1-2014）將下滑天線前的場地劃分成臨界區(qū)、敏感區(qū)，規(guī)定了相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的場地要求[1]。其中A區(qū)為臨界區(qū)，該區(qū)域內(nèi)地面不規(guī)則或存在障礙物都會對下滑信標(biāo)的信號造成不可接受的干擾。敏感區(qū)是臨界區(qū)的延伸，是指在該區(qū)域內(nèi)障礙物可能會影響下滑信標(biāo)的信號造成干擾。場地對輻射場型的影響的大小也取決于不同天線的方向性圖等特性，所以不同廠家或天線陣的形式，決定著臨界區(qū)、敏感區(qū)的大小少稍有不同。
由于A區(qū)是下滑天線陣及其鏡像天線形成下滑道信號的主要區(qū)域即波束形成區(qū)（BFA），這個區(qū)域包含第一菲涅耳區(qū)，其場地的平整度對下滑信號的形成起決定性作用，可以認(rèn)為BAF區(qū)域是下滑信標(biāo)天線系統(tǒng)的一部分，而且它的前向坡度（FSL）和側(cè)向坡度（SSL）會影響下滑道的各參數(shù)。
下滑臺址和下滑角的確定在《國際民航航空公約》附件10、14等有明確的要求，該文只關(guān)注BAF區(qū)域的前向坡度（FSL）、下滑天線陣的后撤距離D和下滑角θ等參數(shù)的關(guān)系，有以下公式[2]：
（1）
其中，Y是跑道入口點相對于下滑天線反射面在跑道入口處豎直投影點的高度差，如果跑道入口點高于該投影點，則Y為正值，實際上，Y是與SSL相關(guān)的。
可見，下滑角，天線在跑道端口后撤的距離，跑道入口高度等參數(shù)是相互聯(lián)系的，在工藝設(shè)計時，基于機(jī)場運(yùn)用方式、地形條件等因素，需使上述參數(shù)均符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。在符合規(guī)范的地形條件下，我們按工藝設(shè)計的要求施工，設(shè)備經(jīng)正常的電氣調(diào)整，就能滿足工作的需要。
另外，前向坡度（FSL）和側(cè)向坡度（SSL）還決定了天線機(jī)械安裝的前向偏置量和橫向偏置量。也就是說，BAF區(qū)的地形參數(shù)對天線機(jī)械安裝的設(shè)置和下滑角、入口高度等參數(shù)起決定作用，所以我們建議將BAF區(qū)域的地形測繪數(shù)據(jù)作為天線調(diào)試資料的一部分歸檔保存，便于日后的維護(hù)工作，并對BAF區(qū)域的地形變化如地面沉降、植被、樹木等進(jìn)行定期檢查。
3 下滑臺場地測量和天線機(jī)械安裝及調(diào)整的方法
3.1 下滑臺址及天線陣基礎(chǔ)的測量定位
下滑臺機(jī)房土建施工前及天線陣基礎(chǔ)工藝安裝時需對機(jī)房和天線陣基礎(chǔ)進(jìn)行測量定位，一般可根據(jù)機(jī)場場道施工已有的基準(zhǔn)點作為基準(zhǔn)，使用全站儀進(jìn)行測量，確定機(jī)房和天線陣基礎(chǔ)的準(zhǔn)確位置，并需根據(jù)工藝施工圖對下滑臺周邊的地形（標(biāo)高、坡度、密實度）進(jìn)行復(fù)核，如有差異需與建設(shè)單位、設(shè)計單位聯(lián)系。因為若下滑天線陣的后撤距離、坡度等出錯，可能使跑道入口高度等參數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)，使該下滑臺不能通過飛行校驗，造成不可挽回的損失。
BAF區(qū)域的地形測量可參照NORMARK
安裝手冊[3]，以跑道入口點為三維坐標(biāo)原點，通過測量多點的標(biāo)高，分別代入式（2），可求出三個系數(shù)，，的平均值，它們分別代表跑道入口處的平均表面標(biāo)高，前向坡度FSL的正切值和橫向坡度SSL的正切值。
（2）
其中，求前向坡度時，取樣點在下滑天線陣前方300-350米分別與儀表著陸系統(tǒng)B點和A點連線的外側(cè)20米圍成的區(qū)域內(nèi)均勻選?。磺髾M向坡度時，取樣點在下滑天線陣前方300-350米分別與儀表著陸系統(tǒng)B點和跑道入口點連線的外側(cè)20米圍成的區(qū)域內(nèi)均勻選取。
3.2 天線掛高及調(diào)整
根據(jù)下滑天線陣的原理可知，天線掛高是決定下滑角的主要因素，同時還會影響下滑道寬度，一般天線陣前都有前向坡度，計算天線掛高時要根據(jù)設(shè)計圖紙要求的標(biāo)稱下滑角θ和上文所述測算出的FSL，按以下公式計算：
（3）
其中，λ為下滑臺工作波長。
除了準(zhǔn)確的天線掛高，天線陣各天線間還需要有準(zhǔn)確的高度比。對于零基準(zhǔn)天線陣上天線掛高是下天線的2倍，即天線的高度比為2：1，由于高度比發(fā)生變化會引起下滑角、下滑道寬度和對稱性等變化，NORMARC 3545 M型天線技術(shù)說明書要求上下天線的間距誤差容限為，所以，飛行校驗時，如要通過天線掛高調(diào)整下滑角時，需同時調(diào)整每個天線的掛高并保持高度比不變。
3.3 下滑天線陣前向偏置及調(diào)整
下滑天線陣各天線饋電及下滑角的設(shè)計是基于每個下滑天線及其鏡像天線同在反射地面的垂直面上，不然每個下滑天線之間將產(chǎn)生相位誤差。下滑天線鐵塔基于穩(wěn)定性考慮是垂直水平面安裝的，當(dāng)反射地面與水平面存在坡度時，在天線安裝時需把天線陣的每個天線調(diào)整到同一平面上，此平面垂直于反射面，如圖1。具體前置量可按公式（4）計算：
（4）
若以上天線為基準(zhǔn)，天線陣前方為上坡時，則中天線前置量為，下天線前置量為。
我們使用MATLAB軟件對M型天線的前向偏置進(jìn)行模擬，可知它對遠(yuǎn)場DDM- 曲線的影響是非常明顯的，隨著前置量由默認(rèn)的前置量到增加60MM，下滑角由3°減低到2.78°，而且低角度的DDM線性嚴(yán)重變差，另減小前置量時，情況和增加時相似。所以在安裝時要重視天線前置的準(zhǔn)確調(diào)整，需通過下滑天線陣場地的前向坡度的測量計算得出前置量，NORMARC 3545 M型天線技術(shù)說明書要求前向偏置的安裝誤差需控制在范圍內(nèi)[5]，安裝調(diào)整后可使用經(jīng)緯儀在下滑天線鐵塔一側(cè)來檢查。在實際飛行校驗時，如實測的下滑角數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)值有較大的出入或下滑道對稱性較差，需檢查前向偏置量是否有存在差錯才進(jìn)行下一步的調(diào)整。
3.4 下滑天線陣橫向偏置及調(diào)整
由于下滑天線陣一般安裝在跑道中心線一旁120米處，對于近場每個天線到達(dá)航空器時將產(chǎn)生相位差，通過天線橫向偏置來補(bǔ)償此相位誤差。通過天線橫向偏置，跑道中心線及其延長線上的點到三個天線的距離一樣，如圖2。圖上標(biāo)出了上、下天線相對中天線的橫向偏置量，是與下滑天線安裝場地的側(cè)向坡度有關(guān)系的，橫向偏置量的誤差容限為。
4 不規(guī)范場地的天線機(jī)械調(diào)整
在實際機(jī)場建設(shè)中，一些地質(zhì)、地形條件復(fù)雜的機(jī)場，地形條件很難滿足原工藝設(shè)計的要求，而且對地形條件的改造需大量的資金，在這種情況下只能對天線和設(shè)備的某些電氣參數(shù)的調(diào)整進(jìn)行折中、優(yōu)化，使飛行校驗的各參數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)容限內(nèi)。該文僅闡述通過對天線機(jī)械安裝的調(diào)整來改善下滑道某些參數(shù)的常用方法，其基本思路是在對遠(yuǎn)場下滑道影響不大的基礎(chǔ)上，改善近場下滑道特性或避開下滑天線前方特定障礙物。對天線默認(rèn)設(shè)置的改變需作好記錄歸檔，便于日常維護(hù)和跟蹤。
4.1 調(diào)整天線橫向偏置改變跑道入口高度
在不規(guī)范的場地情況下，在滿足下滑角情況下，入口高度超出標(biāo)準(zhǔn)時，對于M型天線陣（圖2所示），可增大或減小橫向偏置量，改變近場時天線間的輻射相位從而使入口高度降低。
4.3 通過扭轉(zhuǎn)天線改變跑道入口高度
正常的天線機(jī)械安裝要求每個天線正面朝向前方，使每個天線在每一方向的輻射參數(shù)一致。但是我們可以利用天線方向性圖在遠(yuǎn)場方向變化平緩、近場方向迅速變小的特性，通過扭轉(zhuǎn)天線偏向或偏離跑道，改變近場時上下天線的輻射功率比來調(diào)整近場仰角從而改變?nèi)肟诟叨取?/p>
4.3 通過扭轉(zhuǎn)天線避開下滑天線前方特定障礙物
利用天線方向性圖的特性，通過扭轉(zhuǎn)天線偏離特定障礙物，使特定障礙物的反射功率變小，從而改善下滑道特性。
5 結(jié)語
下滑天線安裝場地及天線機(jī)械安裝都是影響輻射信號的重要因素，是設(shè)備電氣調(diào)整的前提和基礎(chǔ)，只有場地滿足規(guī)范要求，天線機(jī)械安裝達(dá)到規(guī)定精度才能為后續(xù)設(shè)備電氣調(diào)整的順利完成創(chuàng)造條件。在不規(guī)范的場地條件難以改變時，才通過天線的機(jī)械安裝的調(diào)整和電氣調(diào)整來改善下滑道的某些參數(shù)。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；ZIGBEE技術(shù)；協(xié)議棧；物理層；數(shù)據(jù)鏈路層
中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）18-4220-03
Zigbee為一種標(biāo)準(zhǔn)化的無線通信技術(shù)，以滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低成本、低功耗的需要[1]。它是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)之間的技術(shù)方案，主要應(yīng)用于短距離的無線連接。Zigbee作為新興的短距離無線通信技術(shù)，正有力地推動低速率個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。它以靈活、機(jī)動的組網(wǎng)方式，使用CSMA/CA信道接入機(jī)制，以及數(shù)據(jù)確認(rèn)和加密機(jī)制，網(wǎng)狀多路徑數(shù)據(jù)傳輸，使得Zigbee技術(shù)自正式推出以后，就得到科學(xué)和商業(yè)的廣泛關(guān)注[6-7]。正如Zigbee聯(lián)盟主席所說，Zigbee技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最好的選擇[2-3]。
Zigbee協(xié)議棧與傳統(tǒng)的計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)一樣，通過層來量化它的各個簡化標(biāo)準(zhǔn)，每層負(fù)責(zé)執(zhí)行該層特定的功能，同時為上層提供服務(wù)。其協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)如圖1所示：物理層（PHY）和媒體訪問控制層（MAC）由IEEE802.15.4[4-5]協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)提供。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)致力于提供一種低復(fù)雜度、低成本、低功耗和低速率的無線通信技術(shù)，對信道選擇、能量檢測、鏈路質(zhì)量、清除信道評估（CCA）、信標(biāo)管理、信道接入、時隙管理、發(fā)送連接與斷開連接等進(jìn)行了規(guī)范。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義了兩種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：精簡功能設(shè)備（RFD）和全功能設(shè)備（FFD）。FFD具有路由能力，在點對點拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中可與任意節(jié)點進(jìn)行通信；RFD功能有限，不管在何種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中只能與其父節(jié)點FFD設(shè)備進(jìn)行通信。網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用框架層由Zigbee聯(lián)盟制定，對網(wǎng)絡(luò)建立、設(shè)備的連接與斷開、幀安全機(jī)制，設(shè)備對象等進(jìn)行了規(guī)范。Zigbee標(biāo)準(zhǔn)在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上定義了三種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：協(xié)調(diào)器設(shè)備（ZC）、路由器設(shè)備（ZR）和終端設(shè)備（ZED）。應(yīng)用框架層為Zigbee技術(shù)的實際應(yīng)用提供一些應(yīng)用框架模型，用戶可根據(jù)自己的應(yīng)用需求來開發(fā)應(yīng)用。各層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的特性將在后面章節(jié)詳細(xì)介紹。
1 物理層概述
IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)說明了使用的無線頻段、物理層和MAC層。針對不同的國際和地區(qū)，Zigbee技術(shù)允許其使用不同的工作頻率。IEEE801.15.4工作在3個不同的ISM頻段：2.4GHz（全球通用頻段）和868/915MHz。3個頻段共規(guī)范了27個物理信道，其中2.4GHz頻段定義了16個信道，915MHz頻段定義了10個信道，868MHz頻段定義了1個頻段。對于各個國家和地區(qū)采用的工作頻率范圍的不同，為提供數(shù)據(jù)的傳輸速率，IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)針對不同的頻率范圍規(guī)定了不同的調(diào)制方式。因而在不同的頻率段中，其數(shù)據(jù)傳輸速率不同，具體調(diào)制方式和傳輸速率如表1所示。
Zigbee技術(shù)對發(fā)射功率也進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)范，遵照不同國家和地區(qū)制定了不同的最大發(fā)射功率，發(fā)射功率范圍為0～10dBm，其通信距離為10～300m。在誤碼率小于1%的條件下，Zigbee的接收靈敏度為-85dBm。為適應(yīng)低速率、低功耗的無線通信傳輸，IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)物理層定義了適用于3個頻段的通用規(guī)范，包括以下三類：
1）接收機(jī)能量檢測（ED，energy detection）：EQ用來評估信道帶寬內(nèi)接收機(jī)的信號能量，其檢測結(jié)果以8個比特的整數(shù)來表示，通過物理層原語PLME-ED.confirm向媒體訪問控制層的管理實體報告所檢測的結(jié)果。
2）鏈路服務(wù)質(zhì)量（LQI，Link quality indicator）。LQI用來評估接收機(jī)所接收的數(shù)據(jù)包強(qiáng)度和品質(zhì)，其數(shù)值用一個8比特的整數(shù)來表示，其值的大小表示鏈路質(zhì)量的高低，并通過物理層原語PD-DATAA.indication發(fā)送給媒體訪問控制層。
3）清除信道評估（CCA，Clear channel assessment）。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的物理層協(xié)議規(guī)范了3種清除信道評估模式。
① 清除信道評估模式1：若通過能量檢測，其信道能量大于閾值能量時，則返回忙的信息。
② 清除信道評估模式2：載波判斷，當(dāng)清除信道評估檢測到一個擴(kuò)展的調(diào)制信號時，給出一個忙的信息。其中這個信息可能高于或低于能量檢測門限值。
③ 清除信道評估模式3：當(dāng)清除信道評估檢測到一個擴(kuò)展信號時，且擴(kuò)展信號攜帶的能量大于閾值能量，則返回忙的信息。
對于以上任意一種清除信道評估模式，如果物理層正在接收數(shù)據(jù)時，若收到PLME-CCA請求原語，清除信道評估也會返回忙的信息。當(dāng)檢測到信道忙時，物理層用PLME-CCA.confirm原語向媒體訪問控制層發(fā)送一個具有BUSY狀態(tài)的信息，當(dāng)檢測信道空閑時，發(fā)送一個具有IDLE狀態(tài)的信息到媒體訪問控制層。
2 媒體訪問控制層（MAC）
2.1 MAC層概述
在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)中，給出了MAC協(xié)議的規(guī)范，以便于接入物理層無線信道。MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)為物理層與網(wǎng)絡(luò)層之間的數(shù)據(jù)傳輸提供一個接口，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送、接收和處理排列中清除一個MAC層服務(wù)數(shù)據(jù)單元。MAC層管理服務(wù)允許上層與MAC層管理實體之間傳輸管理指令，其主要功能為設(shè)備通信鏈路的連接和斷開管理、信標(biāo)管理、個域網(wǎng)信息庫管理、孤點管理、復(fù)位管理、接收管理、信道掃描管理、通信狀態(tài)管理、設(shè)備的狀態(tài)管理、啟動、網(wǎng)絡(luò)同步、輪詢管理等。
2.2 信道掃描
所有設(shè)備都必須能夠?qū)λ?guī)定的一系列信道進(jìn)行被動和孤點掃描，同時FFD還具有能進(jìn)行能量檢測和主動掃描。在FFD作為個域網(wǎng)協(xié)調(diào)器前，首先進(jìn)行能量檢測或主動掃描，或者在選擇與一個個域網(wǎng)建立連接前，執(zhí)行主動或被動掃描；設(shè)備通過孤點掃描來鎖定失去連接的父節(jié)點。對于RFD可選擇能量檢測掃描或主動掃描來選擇合適的信道連接網(wǎng)絡(luò)。
1）ED信道掃描
通過一次掃描各個信道，設(shè)備節(jié)點可以得到各個信道的峰值能量。通過這個信息，設(shè)備節(jié)點可以選擇合適出信道，以接入到網(wǎng)絡(luò)。對每一個邏輯信道，MAC層管理實體設(shè)置相應(yīng)的信道序列號，且切換到相應(yīng)的信道，在[aBaseSuperframeDuration×（2n+1）]個符號周期內(nèi)重復(fù)地對該信道進(jìn)行能量檢測（其中n為掃描參數(shù)值0-14之間），在此期間內(nèi)所得到的最大能量檢測值。其中設(shè)備能夠存儲1到信道能量檢測最大值之間的數(shù)值。
2）被動信道掃描
設(shè)備在選擇與一個個域網(wǎng)建立連接之前，可以執(zhí)行被動掃描。與主動掃描類似，它允許設(shè)備鎖定它所在的個域網(wǎng)中任何發(fā)送信標(biāo)的協(xié)調(diào)器。在PAN描述器的最大值或已經(jīng)掃描所有信道后，掃描結(jié)束。
3）孤立信道掃描
對每一個邏輯信道，設(shè)備首先設(shè)置當(dāng)前信道值，且切換到相應(yīng)的信道，然后發(fā)送一個孤立通告命令；這時接收機(jī)處于工作狀態(tài)，接收時間最多為aResponseWaitTime個符號周期，在等待時間內(nèi)接收協(xié)調(diào)器重新連接命令，設(shè)備關(guān)閉接收機(jī)。當(dāng)設(shè)備受到重新連接命令或者已經(jīng)掃描過所有規(guī)范的邏輯信道后，孤立信達(dá)掃描結(jié)束。
2.3 MAC層幀結(jié)構(gòu)
MAC層幀結(jié)構(gòu)由三個部分組成：MAC層幀頭、可變長MAC載荷和幀尾。幀控制域包括幀類型的定義、地址子域與其他控制信息，定義幀的類型、格式等。在地址域中，存在著兩種地址：64位的IEEE MAC地址和16位的Zigbee網(wǎng)絡(luò)地址，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，可以采用任意一種尋址方式。幀載荷域的長度可變，不同幀類型所包含的不同的信息。在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)中，給出了4種幀的定義：信標(biāo)幀、數(shù)據(jù)幀、確認(rèn)幀和命令幀。信標(biāo)幀和數(shù)據(jù)幀包含高層信息，而確認(rèn)幀和命令幀由MAC層產(chǎn)生。
3 結(jié)論
Zigbee技術(shù)為一Zigbee為一種標(biāo)準(zhǔn)化的、能滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低成本、低功耗需要的無線通信技術(shù)。該文對Zigbee協(xié)議棧中的相關(guān)信息做了詳細(xì)的介紹。首先介紹了Zigbee協(xié)議棧的整體結(jié)構(gòu)，從物理層到應(yīng)用層，逐一分析了Zigbee標(biāo)準(zhǔn)各層的特點。重點介紹了Zigbee標(biāo)準(zhǔn)的頻段和通用規(guī)范、信道掃描的分類和幀結(jié)構(gòu)。
參考文獻(xiàn)：
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R&S高端矢量信號發(fā)生器SMW200A于2013年正式面世，其功能經(jīng)過三年來不斷豐富和完善，已經(jīng)成為集毫米波寬帶信號發(fā)生器、多通道射頻信號發(fā)生器和MIMO信道衰落模擬器于一體的矢量信號產(chǎn)生平臺。 SMW200A單臺儀器就能覆蓋100kHz到40GHz的頻率范圍，內(nèi)部基帶的調(diào)制帶寬高達(dá)2000MHz。
SMW200A通過外置上變頻器（例如SGS100A或SGT100A）可以外部擴(kuò)展最高六條射頻通道，加上本身具有的兩條射頻通道，總共八條。配置2個基帶模塊和4個信道模擬模塊后，可以實現(xiàn)4×4、8×2、2×8、8×4、4×8等MIMO信道衰落模擬，或者LTE-Advanced載波聚合模式下的4x4 MIMO場景模擬。在SMW200A面世之前，上述場景的模擬都需要多臺儀器來實現(xiàn)。
SMW200A內(nèi)置各種重要的數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)選件，包括LTE、LTE-Advanced、5G、3GPP FDD/HSPA/HSPA+、GSM/EDGE/EDGE Evolution、TD-SCDMA、CDMA2000/1xEV-DO和WLAN IEEE 802.11a/b/g/n/ac/ad等，這些數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)選件均為儀器內(nèi)置，所有操作和配置都在儀器界面上簡單、快速地完成，無需外部電腦，從而簡化調(diào)試，節(jié)省時間。由于R&S SMW200A可以配置成多通道，可以快速、方便地產(chǎn)生多制式調(diào)制信號，對于目前熱門的多模基站測試十分方便。
SMW200A射頻性能良好，例如在1GHz頻點，偏離載波20kHz位置，單邊帶相位噪聲典型值為-139dBc。 160MHz的WLAN IEEE 802.11ac信號，調(diào)制質(zhì)量實測EVM值可到-49dB，其帶內(nèi)頻響僅為0.05dB。因此可作為模塊級開發(fā)和測試中所需的高質(zhì)量信號激勵源，如發(fā)射機(jī)調(diào)制器、混頻器、小信號放大器、功放，接收機(jī)低噪放，IQ解調(diào)器、濾波器、ADC需要高性能的射頻/中頻信號源進(jìn)行分析驗證。SMW200A信號輸出功率大，可應(yīng)用于大功率功放測試、收發(fā)信機(jī)阻塞測試等需要中、高功率信號驅(qū)動的場景。SMW200A可應(yīng)用于接收機(jī)系統(tǒng)級驗證中，如靈敏度測試、模擬遇到阻塞干擾、鄰道干擾、接收互調(diào)影響等。
此外，方便、直觀是R&S SMW200A操作界面的基本理念，使用觸摸屏以及框圖式菜單結(jié)構(gòu)，用戶可以方便直觀地配置信號，并通過視圖觀測生成信號的整個流程。
SMW200A技術(shù)特點總結(jié)：
工作頻率范圍：100kHz ～ 40GHz。
高功率輸出(無需選件)：保證值+18dBm，典型輸出+26dBm。
極優(yōu)異的信號質(zhì)量：-139dBc/Hz @ 1GHz，20kHz offset。
內(nèi)置基帶源可最大支持2GHz射頻帶寬。
具有極優(yōu)異的幅度平坦響應(yīng)：≤ 0.4dB (2GHz帶寬內(nèi))。
支持實時產(chǎn)生矢量調(diào)制信號，同時支持波形文件播放的方式。
內(nèi)部ARB存儲空間最大可擴(kuò)展至2G Samples。
支持無線信道衰落模擬功能，可模擬真實環(huán)境對信號的影響。
友好的操作界面，模塊化菜單接口，且支持觸摸操作。
SMW200A主要應(yīng)用
下一代移動通信標(biāo)準(zhǔn)5G預(yù)計在2020年實現(xiàn)商用。目前為止，5G技術(shù)還處在預(yù)研階段，其技術(shù)規(guī)范還沒有統(tǒng)一定義，所以各大公司都在對5G技術(shù)進(jìn)行積極的研究和討論，還需要完成許多研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作。5G不僅僅是LTE-A的簡單演進(jìn)，還會創(chuàng)造一個全新的技術(shù)框架體系，以滿足高速數(shù)據(jù)應(yīng)用場景和容納爆發(fā)式增長的無線終端。5G滿足系統(tǒng)容量和高數(shù)據(jù)率的方法之一就是把頻譜擴(kuò)展到毫米波頻段、采用Massive MIMO技術(shù)以及新型空中接口和多址技術(shù)。羅德與施瓦茨公司已經(jīng)為開發(fā)者評估5G移動通信網(wǎng)絡(luò)提供了有力的技術(shù)支撐，主要包括：
毫米波l段寬帶信號產(chǎn)生
微波頻段是5G對無線移動通信顛覆式的創(chuàng)新。傳統(tǒng)的移動通信工作頻段主要集中在3GHz以下，使得頻譜資源已經(jīng)十分擁擠。而在毫米波頻段可用頻譜資源豐富，能夠有效緩解頻譜資源緊張的現(xiàn)狀。為了滿足5G網(wǎng)絡(luò)10Gbps級的數(shù)據(jù)速率，同時也需要更大的帶寬。矢量信號發(fā)生器SMW200A單臺儀表可以實現(xiàn)最高40GHz載波2GHz帶寬信號的產(chǎn)生。由于內(nèi)置梳狀信號發(fā)生器作為校準(zhǔn)源，SMW200A內(nèi)置基帶電路產(chǎn)生的2GHz帶寬的信號無須額外的校準(zhǔn)，即可達(dá)到優(yōu)于0.4dB的帶內(nèi)平坦度。
目前，已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的毫米波寬帶通信標(biāo)準(zhǔn)是802.11ad，主要用于實現(xiàn)家庭內(nèi)部無線高清音視頻信號的傳輸，為家庭多媒體應(yīng)用帶來更完備的高清視頻解決方案。802.11ad拋棄了擁擠的2.4GHz和5GHz頻段，使用高頻載波的60GHz頻譜。由于60GHz頻譜在大多數(shù)國家有大段的頻率可供使用，因此802.11ad可以在波束賦形技術(shù)的支持下實現(xiàn)多信道的同時傳輸，最大數(shù)據(jù)率可達(dá)速度是7Gbps。SMW200A通過外置的毫米波上變頻器可將內(nèi)部2GHz帶寬的802.11ad基帶信號上變頻到60GHz頻段，0.4dB的帶內(nèi)平坦度使得EVM在60GHz頻率仍然保持在-32.2dB。
由于毫米波頻段的信道模型不同于傳統(tǒng)的6GHz以下移動通信頻段，所以針對該頻段的信道特性探測需求也越來越突出。R&S公司可以提供完整的信道探測方案，使用SMW200A和高頻寬帶頻譜儀FSW，頻率最高可達(dá)110GHz，帶寬最高可達(dá)2GHz。配合R&S最新的信道測量軟件TS-5GCS可以進(jìn)行信道沖擊響應(yīng)、功率時延特性（PDP）、多普勒時延特性等參數(shù)測試。
Massive MIMO和多通道波束賦形信號產(chǎn)生
根據(jù)統(tǒng)計學(xué)原理，當(dāng)基站側(cè)天線數(shù)遠(yuǎn)大于用戶天線數(shù)時，基站到各個用戶的信道將趨于正交，用戶間的干擾將趨于消失，而巨大的陣列增益也能夠有效地提升每個用戶的信噪比，從而在相同的時頻資源上支持更多的用戶。作為近年來備受關(guān)注的技術(shù)之一，多天線技術(shù)經(jīng)歷了從無源到有源，從二維到三維（3D），從高階MIMO到大規(guī)模天線陣列（例如64、128天線陣列）的發(fā)展。Massive MIMO通常和波束賦形技術(shù)結(jié)合在一起使用，可以在三維空間形成具有高空間分辨能力的高增益窄細(xì)波束，能夠提供更靈活的空間復(fù)用能力，改善接收信號強(qiáng)度并更好地抑制用戶間干擾，從而實現(xiàn)更高的系統(tǒng)容量和頻譜效率。
這在測試過程中就需要產(chǎn)生對應(yīng)每根天線的多通道信號。矢量信號發(fā)生器SMW200A為MIMO系統(tǒng)測試提供了理想的選擇，它可以產(chǎn)生滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的無線移動通信MIMO和波束賦形信號，目前單臺SMW200A通過擴(kuò)展外置上變頻器最多可支持八根發(fā)射天線用于接收機(jī)測試。SMW200A配合外置上變頻器頻率可達(dá)到6GHz/20GHz/40GHz，帶寬160MHz或2000MHz。使用多臺SMW200A組合，可模擬天線數(shù)量沒有上限。同時，SMW200A還可以模擬完整的MIMO傳輸信道，最大支持32條衰落通道。
關(guān)鍵詞 數(shù)字集群民航空管系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用
中圖分類號：TN929 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）01-0003-02
數(shù)字集群通信系統(tǒng)近年來在全國民航得到了廣泛的應(yīng)用，隨著民航數(shù)字集群用戶數(shù)以及規(guī)模的持續(xù)增加，網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)模不斷增大，以數(shù)字集群通信指揮為主的移動指揮調(diào)度網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)量也日益增加。
民航數(shù)字集群通信系統(tǒng)目前承載著關(guān)系到民航系統(tǒng)各單位正常運(yùn)轉(zhuǎn)、安全運(yùn)營的指揮調(diào)度業(yè)務(wù)，伴隨著數(shù)字集群通信系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，民航系統(tǒng)對集群通信的要求也日益提高，要求在系統(tǒng)可靠性、滿足民航行業(yè)特殊需要和符合民航通信保障條例等要求。因此，當(dāng)用戶對數(shù)字集群通信系統(tǒng)提出更高要求時，應(yīng)充分挖掘數(shù)字集群通信的應(yīng)用潛力、提高數(shù)字集群通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行服務(wù)水平，滿足民航業(yè)不斷的發(fā)展需求。
1 數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)的特點
移動通信網(wǎng)分公眾移動通信網(wǎng)與專業(yè)移動通信網(wǎng)兩大領(lǐng)域。專業(yè)移動通信系統(tǒng)是在給定業(yè)務(wù)范圍內(nèi)，為部門、行業(yè)、集團(tuán)服務(wù)的專用移動通信系統(tǒng)，目前典型的應(yīng)用如公眾無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商、緊急服務(wù)部門、公眾服務(wù)部門及運(yùn)輸、公用事業(yè)、制造和石油等生產(chǎn)調(diào)度和指揮系統(tǒng)等。集群通信代表了專業(yè)移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向，是高級的移動調(diào)度指揮通信系統(tǒng)的典型形式。
集群通信的最主要通信特點是一呼百應(yīng)和快速接入響應(yīng)，運(yùn)作模式主要分為單工、半雙工工作模式，無線網(wǎng)絡(luò)中的信道資源是動態(tài)分配的，同時可以給與不同級別的用戶賦予不同優(yōu)先級以及和特權(quán)功能如強(qiáng)插、強(qiáng)拆功能等，集群通信還具有快速入網(wǎng)、指揮調(diào)度迅速、組呼、單呼、系統(tǒng)全呼、區(qū)域選擇、限時通話、遲后呼叫、優(yōu)先呼叫、自動重發(fā)等特殊功能。
集群通信目前主要分為模擬集群通信與數(shù)字集群通信，模擬集群移動通信網(wǎng)是在無線網(wǎng)絡(luò)接口上采用模擬調(diào)制解調(diào)方式，是較早投入運(yùn)營的集群通信模式，在1998年以前在網(wǎng)運(yùn)營的集群通信系統(tǒng)幾乎都采用的是模擬集群通信，但主要存在頻譜利用率低，所承載的業(yè)務(wù)種類有限，不能提供數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，保密性差極易被竊聽，終端體積大耗電量大攜帶不便等問題。數(shù)字集群通信系統(tǒng)是在無線網(wǎng)絡(luò)接口采用數(shù)字調(diào)制解調(diào)方式，能夠提供的業(yè)務(wù)主要包括調(diào)度指揮、數(shù)據(jù)傳輸、電話業(yè)務(wù)（含集群網(wǎng)內(nèi)互通電話或與公眾網(wǎng)間互通的電話）等業(yè)務(wù)類型。數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)很好的應(yīng)用了移動通信技術(shù)的最新成果，與模擬集群系統(tǒng)相比具有如下優(yōu)點：系統(tǒng)容量大、擴(kuò)容潛力大，無線頻譜利用率高；通信質(zhì)量好；承載的業(yè)務(wù)類型豐富（可傳輸數(shù)據(jù)、圖像等各類信息）；通信保密性高；集群終端設(shè)備小巧輕便、功能強(qiáng)大；與公網(wǎng)電話、數(shù)據(jù)等網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)簡便。
2 數(shù)字集群技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用情況
1998年3月國際電聯(lián) （ITU）制訂了數(shù)字集群通信系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)，主要有頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）、跳頻多址等三種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。從應(yīng)用情況來看，TETRA和iDEN兩個系統(tǒng)應(yīng)用較為廣泛（均采用時分復(fù)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）。
iDEN系統(tǒng)為美國MOTOROLA公司于1994年推出的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，主要在北美、南美及亞洲等國投入商業(yè)運(yùn)營，網(wǎng)絡(luò)主要覆蓋日本、韓國、菲律賓以及美國、加拿大、巴西等美洲國家，目前已經(jīng)超過了1000萬用戶。該系統(tǒng)具有無線電話、指揮調(diào)度通信、無線尋呼以及無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>
TETRA系統(tǒng)是1995年歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織（ETSI）制訂的數(shù)字集群通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過不斷的修訂與完善，TETRA系統(tǒng)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)取得了很大的成功，它是歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)委員會唯一認(rèn)可的數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)，同時也被中國、美國、俄羅斯等國確認(rèn)為本國的數(shù)字集群通信的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)能夠取得最大成功的原因在于它提供了一種非常靈活的組網(wǎng)方式，具有良好的開放性、兼容性，同時在這個系統(tǒng)上可提供傳統(tǒng)集群語音通信、非集群業(yè)務(wù)以及具有話音、數(shù)據(jù)傳輸、短信等業(yè)務(wù)的點對點的通信模式，具有極其豐富的業(yè)務(wù)提供功能、靈活多變的組網(wǎng)模式，它是國際上目前技術(shù)最先進(jìn)、開放性最好、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)最嚴(yán)密、生產(chǎn)制造廠商最多的數(shù)字集群通信標(biāo)準(zhǔn)。
3 中國民航業(yè)數(shù)字集群發(fā)展及應(yīng)用情況
中國從1997年開始制訂中國的數(shù)字集群通信標(biāo)準(zhǔn)，主要參照TETRA和iDEN確定了兩種集群通信體制在2000年了中國《數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)體制》標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定TETRA體制主要用于建設(shè)專用指揮調(diào)度集群網(wǎng)（如交通運(yùn)輸、、公安、電力、石油、緊急服務(wù)等）以及公眾集群通信網(wǎng)，iDEN體制主要用于公用集群系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，806～821 MHz/851～866 MHz頻段為中國集群通信系統(tǒng)的工作頻段。
由于TETRA系統(tǒng)可完成集群指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)傳輸、短信、移動互聯(lián)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的通信及以上各種業(yè)務(wù)的點對點（移動臺對移動臺）的通信，基于TETRA體制在各方面的優(yōu)勢，中國民航業(yè)從2005年開始陸續(xù)在全國空管系統(tǒng)建設(shè)TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)以替換原有的模擬集群系統(tǒng)。目前在全國民航空管系統(tǒng)建設(shè)已建和運(yùn)營的TETRA數(shù)字集群網(wǎng)有：華東空管局、華北空管局、西南空管局、中南空管局、東北空管局、西北空管局等，已經(jīng)在北京、上海、廣州、成都、深圳、西安、昆明等各機(jī)場開通TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)。其中西北空管局西安咸陽國際機(jī)場800M數(shù)字集群系統(tǒng)于2011年11月投入建設(shè)，2012年3月成功替換原有的模擬集群系統(tǒng)正式投入運(yùn)行。該系統(tǒng)由歐宇航EADS的DXT3A交換機(jī)、TB3基站，調(diào)度臺、網(wǎng)管等組成，系統(tǒng)容量1500用戶，現(xiàn)有集群用戶數(shù)600多部、群組數(shù)量達(dá)到85個，同時西北空管局所轄的甘肅、青海、寧夏空管局也正在建設(shè)TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)。
4 中國民航空管系統(tǒng)數(shù)字集群的發(fā)展思路
中國民航空管系統(tǒng)提供的集群通信業(yè)務(wù)主要服務(wù)各機(jī)場運(yùn)行單位，如空管調(diào)度、機(jī)場安全、車輛管理、航空公司、飛機(jī)維修、機(jī)場維護(hù)、地勤服務(wù)等內(nèi)部通信業(yè)務(wù)，民航機(jī)場運(yùn)輸服務(wù)的性質(zhì)決定了集群通信業(yè)務(wù)要求具有實時性強(qiáng)、可靠性高、保密性強(qiáng)、業(yè)務(wù)量大等特點，同時民航各單位在機(jī)場的業(yè)務(wù)網(wǎng)點分布相對分散，業(yè)務(wù)類型多而各單位之間或不同部門之間多有密切聯(lián)系，集群通信系統(tǒng)作為一種用于集團(tuán)調(diào)度指揮通信的移動通信系統(tǒng)，為民航各單位提供了快速高效的移動通信指揮調(diào)度手段，在保障飛行安全及各駐場部門的正常運(yùn)營中發(fā)揮著不可替代的重要作用。
現(xiàn)今世界已經(jīng)進(jìn)入高度信息化、信息移動化的時代，信息化的水平高低已經(jīng)成為衡量民航業(yè)現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。民航空管系統(tǒng)更是一個高度依賴信息、通信的專業(yè)領(lǐng)域，在信息化的網(wǎng)絡(luò)時代，人們對通信網(wǎng)的依賴越來越強(qiáng)，尤其是對于移動通信、移動信息的獲取有了更高的要求，這就要求數(shù)字集群系統(tǒng)在提供安全、準(zhǔn)確和優(yōu)質(zhì)的語音通信的基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步發(fā)揮數(shù)字集群系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸、信息提供、電話互聯(lián)等方面的優(yōu)勢，為用戶提高服務(wù)品質(zhì)、提供靈活多樣的信息服務(wù)。
由于民航空管系統(tǒng)數(shù)字集群服務(wù)對象的特殊性，屬于民航專用網(wǎng)絡(luò)，專網(wǎng)一定要從“專”字上下功夫，要結(jié)合民航行業(yè)各使用部門的特殊性提供特色的服務(wù)，如基于航班號的撥號、航班動態(tài)查詢更新、短信彩信業(yè)務(wù)、旅客廊橋控制協(xié)調(diào)、機(jī)場保安控制、人員車輛定位業(yè)務(wù)、圖像傳輸、信息共享、移動互聯(lián)網(wǎng)等功能，要將數(shù)字集群終端轉(zhuǎn)變成為一個個移動信息交互平臺，構(gòu)造一個移動通信專用信息網(wǎng)絡(luò)，為指揮調(diào)度及時提供必要的信息支持。同時為加強(qiáng)民航各機(jī)場之間的直接聯(lián)絡(luò)通信，可以考慮將各機(jī)場之間的數(shù)字集群系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)對接，做到不同地域機(jī)場之間也可以通過集群終端進(jìn)行語音通信、信息通報等，為民航業(yè)內(nèi)聯(lián)合處置緊急情況、航班調(diào)度、及時通報航班信息、協(xié)調(diào)航班延誤等方面提供及時高效的通信手段。
5 結(jié)束語
本文主要對我國民航空管數(shù)字集群系統(tǒng)進(jìn)行了分析和研究，通過本文的探討，我們了解到民航空管數(shù)字集群處于發(fā)展的階段，仍然有很大的發(fā)展空間，還存在很多問題需要解決，相信隨著我國民航空管通信的不斷發(fā)展，民航空管數(shù)字集群系統(tǒng)應(yīng)用一定會有一個更大程度的提高。
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3GPP的基本情況、工作流程及相關(guān)技術(shù)文檔管理方式
3GPP，即第三代合作伙伴計劃（The 3rd Generation Partnership Project），是由多成員組成的通信標(biāo)準(zhǔn)化組織。在其官方網(wǎng)站（）上可以了解該組織的基本情況、工作流程和相關(guān)技術(shù)文檔的管理方式。
3GPP于1998年成立，旨在研究制定并推廣基于演進(jìn)的GSM核心網(wǎng)絡(luò)的3G標(biāo)準(zhǔn)。作為全球無線通信標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域主要的標(biāo)準(zhǔn)組織之一，3GPP標(biāo)準(zhǔn)提供的是一種統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，目的是保障通信產(chǎn)品或服務(wù)的互換性、兼容性和通用性，這些技術(shù)規(guī)范對于通信領(lǐng)域的生產(chǎn)企業(yè)具有指導(dǎo)作用。因此，為了把握技術(shù)發(fā)展方向，同時指導(dǎo)本公司產(chǎn)品開發(fā)，通信行業(yè)的主要企業(yè)都已加入3GPP，并積極參與3GPP標(biāo)準(zhǔn)的討論和制定。目前作為通信標(biāo)準(zhǔn)制定的積極參與者的3GPP個體會員已有有300多家。
3GPP的組織結(jié)構(gòu)中，最上面是項目協(xié)調(diào)組（PCG），由ETSI、TIA、TTC、ARIB、TTA和CCSA等6個組織伙伴（OP）組成，對其下的技術(shù)規(guī)范組（TSG）進(jìn)行管理和協(xié)調(diào)。每個技術(shù)規(guī)范組下面有數(shù)量不等的工作組（WG）負(fù)責(zé)該技術(shù)規(guī)范組各個方面的工作。企業(yè)則以工作組成員的身份進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)制定流程。3GPP的組織架構(gòu)決定了那些具有技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢和市場競爭力的企業(yè)，對標(biāo)準(zhǔn)的制定勢必產(chǎn)生重要影響。
3GPP對標(biāo)準(zhǔn)討論和制定的流程有詳細(xì)的規(guī)定：其標(biāo)準(zhǔn)化工作通過會議討論的方式推進(jìn)。會議的日程及地點會提前在3GPP官方網(wǎng)站的“3GPP calendar”欄目中公布。在兩次會議的間隙，各個會員會對上次會議中經(jīng)討論發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中某個具體需要改進(jìn)的問題進(jìn)行研究，在接下來的會議中，擁有提案權(quán)的成員將上述解決方案形成提案（CR）遞交，成員在遞交提案之前，往往提前將其中記載的技術(shù)方案作為專利進(jìn)行申請。提案經(jīng)過小組會以及技術(shù)規(guī)范組全會討論通過后，就會正式被接收成為3GPP標(biāo)準(zhǔn)，形成標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議（TS）或研究報告（TR），否則工作組需要對持不同觀點成員的問題進(jìn)行進(jìn)一步研究。在整個過程中，會形成很多形式的文檔，包括各種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、研究報告、會議報告、提案等，對于上述文檔，3GPP都會在其服務(wù)器中存檔且在官網(wǎng)公開，上述文檔的時間均由系統(tǒng)自動生成，不能被擅自改動。其中，有正式3GPP版本編號的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和研究報告會存放在3GPP官網(wǎng)的FTP服務(wù)器上，其他文檔會存放在3GPP官網(wǎng)的郵件服務(wù)器上。每次會議形成的會議報告還會以秘書郵件的形式向參與該次會議的會員群發(fā)。此外，上述文檔在3GPP官方網(wǎng)站上后，任何人只需提供電子郵件地址，通過訂閱相關(guān)郵件討論群組就可以免費在3GPP官方網(wǎng)站上無限制地查閱并下載獲得。
3GPP相關(guān)技術(shù)文檔是否屬于“現(xiàn)有技術(shù)”
在一些通信領(lǐng)域的專利無效宣告案件中，當(dāng)事人提供3GPP技術(shù)文檔，將上述文檔中記載的技術(shù)方案作為評價涉案專利新穎性或創(chuàng)造性的現(xiàn)有技術(shù)。如在華為技術(shù)有限公司（簡稱“華為公司”）針對中興通訊股份有限公司（簡稱“中興公司”）的“下行導(dǎo)頻初始位置的映射方法及裝置”專利所提的無效宣告案（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利復(fù)審委員會第23839號決定）、華為公司針對艾利森電話股份有限公司的“柔性無線電鏈路控制協(xié)議”專利所提的無效宣告案 [國家知識產(chǎn)權(quán)局專利復(fù)審委員會第15871號決定，北京市第一中級人民法院（2011）一中知行初字第2254號行政判決書]，以及中興公司針對美商仁位科技公司的“高速共享控制信道的擾頻使用者設(shè)備”專利所提的無效宣告案 [國家知識產(chǎn)權(quán)局專利復(fù)審委員會第18644號決定、北京市第一中級人民法院（2013）一中知行初字第246號行政判決書、北京市高級人民法院（2013）高行終字第2291號行政判決書]等案件中，無效請求人據(jù)以評價涉案專利新穎性或創(chuàng)造性的現(xiàn)有技術(shù)均包括3GPP技術(shù)文檔。上述案件中均涉及上述文檔能否被認(rèn)定為“現(xiàn)有技術(shù)”的問題。
要解決這個問題，先要明確專利法意義上“現(xiàn)有技術(shù)”的含義?！秾＠ā返诙l第五款規(guī)定：現(xiàn)有技術(shù)是指申請日以前在國內(nèi)外為公眾所知的技術(shù)?！秾＠麑彶橹改稀返诙糠值谌?.1中進(jìn)一步規(guī)定：現(xiàn)有技術(shù)包括在申請日（有優(yōu)先權(quán)的，指優(yōu)先權(quán)日）以前在國內(nèi)外出版物上公開發(fā)表、在國內(nèi)外公開使用或者以其他方式為公眾所知的技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)應(yīng)當(dāng)在申請日以前為公眾能夠得知的技術(shù)內(nèi)容。即在申請日以前處于能夠為公眾獲得的狀態(tài)，并包含有能夠使公眾從中得知實質(zhì)性技術(shù)知識的內(nèi)容。
根據(jù)上述規(guī)定可知，專利法意義上的“現(xiàn)有技術(shù)”應(yīng)該符合以下三個條件：1.完整記載技術(shù)方案；2.記載相應(yīng)技術(shù)方案的材料處于任何人想獲得就能夠獲得的狀態(tài)，獲得上述材料的主體是不特定的公眾或非特定人；3.記載相應(yīng)技術(shù)方案的材料處于“為公眾所知”狀態(tài)的時間應(yīng)早于申請日（或優(yōu)先權(quán)日）。
明確了專利法意義上“現(xiàn)有技術(shù)”的定義，我們來看3GPP相關(guān)技術(shù)文檔是否滿足上述三個條件：
首先，當(dāng)事人使用3GPP相關(guān)技術(shù)文檔來評價涉案專利的新穎性或創(chuàng)造性，必定是因為上述技術(shù)文檔中記載了完整的技術(shù)方案，并以該技術(shù)方案與涉案專利的技術(shù)方案進(jìn)行比對。因此，上述技術(shù)文檔滿足被認(rèn)定為現(xiàn)有技術(shù)的第一個條件。
其次，對于上述技術(shù)文檔，3GPP都會在其服務(wù)器中存檔且在其官方網(wǎng)站公布。上述文檔后，任何人只需提供電子郵件地址，通過訂閱相關(guān)郵件討論群組即可在3GPP官方網(wǎng)站上無限制地查閱并下載上述文檔，也就是說，上述文檔一經(jīng)就處于任何人想獲取就可以獲取的狀態(tài)。因此，上述技術(shù)文檔滿足被認(rèn)定為現(xiàn)有技術(shù)的第二個條件。
再次，3GPP是全球無線通信標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域主要的標(biāo)準(zhǔn)組織之一，其官方網(wǎng)站是通信領(lǐng)域的權(quán)威網(wǎng)站，可信度較高。上述文件的上傳時間均由系統(tǒng)生成，且不能被隨意修改。因此，上述文檔為公眾所知的時間是可以確定的，可以根據(jù)這個確定的時間判斷上述文檔公開的時間是否在涉案專利申請日（或優(yōu)先權(quán)日）之前。
綜上可知，只要當(dāng)事人能夠證明其提交的3GPP技術(shù)文檔中記載了完整的技術(shù)方案，且上述文檔能夠為公眾所知的時間早于涉案專利的申請日（或優(yōu)先權(quán)日），則上述文檔中記載的技術(shù)方案可以被認(rèn)定屬于現(xiàn)有技術(shù)。
在本文之前提到的相關(guān)案件中，專利行政管理機(jī)關(guān)和司法機(jī)關(guān)基本都認(rèn)可了上述判斷標(biāo)準(zhǔn)。但其中兩起案件中的相關(guān)認(rèn)定值得注意。
其一，在第23839號決定中，對于中興公司作為對比文件提交的Draft Change Request 36.211 v8.1.0和Draft Change Request 36.211 v8.0.0兩份3GPP技術(shù)文檔，專利復(fù)委員會認(rèn)為，上述文檔來源于http：//網(wǎng)站郵件列表中的郵件附件，其本身沒有標(biāo)明公開時間，中興公司通過公證上述文檔作為郵件附件發(fā)送的時間的方式以證明其公開時間，但該時間僅僅是郵件發(fā)出者發(fā)出該郵件的日期，并非公眾能夠接受到該郵件的日期，亦非上述文檔上傳到公共服務(wù)器可供公眾獲取的日期。而且中興公司僅能舉證證明公眾于涉案專利申請日之后可以通過獲取群組郵件的方式獲得該郵件群組中的多個人向其發(fā)送的郵件。專利復(fù)審委員會據(jù)此對中興公司主張的上述文檔的公開日期未予認(rèn)可，即認(rèn)為上述文檔不能作為評價涉案專利新穎性和創(chuàng)造性的現(xiàn)有技術(shù)。
其二，在中興公司與美商內(nèi)數(shù)位科技公司專利無效一案中，北京市高級人民法院認(rèn)為，由于中興公司提交的用以證明相關(guān)3GPP文檔公開時間的材料（附件4）為外文證據(jù)，且該證據(jù)對應(yīng)的公證書（附件5）中有關(guān)其保全的證據(jù)的內(nèi)容為外文證據(jù)，故根據(jù)專利法實施細(xì)則第四條的規(guī)定，上述證據(jù)中的外文部分，應(yīng)當(dāng)視為未提交，不能作為證據(jù)使用。雖然通過附件5能夠確定附件4真實存在各方當(dāng)事人均認(rèn)可“l(fā)ast modified”應(yīng)翻譯為“最后修訂日”，但在專利法實施細(xì)則已作出明確規(guī)定的情況下，無效審查程序和后續(xù)訴訟程序不應(yīng)對證據(jù)的形式要件予以突破。二審判決據(jù)此認(rèn)定中興公司提交的3GPP文檔的公開時間無法確定，故上述文檔不能作為評價涉案專利創(chuàng)造性的對比文件。
從上述兩起案件不難看出，專利行政管理機(jī)關(guān)和司法機(jī)關(guān)均未否定本文之前所述的判斷標(biāo)準(zhǔn)，即3GPP文檔在能夠被證明其記載了完整的技術(shù)方案且其為公眾所知的時間早于涉案專利的申請日（或優(yōu)先權(quán)日）的情況下，可以作為現(xiàn)有技術(shù)評價涉案專利的現(xiàn)有技術(shù)。但是，當(dāng)事人必須以符合法律法規(guī)規(guī)定的證據(jù)充分證明相關(guān)技術(shù)文檔確實已經(jīng)在某一時間節(jié)點能夠為公眾所知曉。如果當(dāng)事人沒有完成對此充分舉證的責(zé)任，則將承擔(dān)不利的法律后果。
3GPP技術(shù)文檔是否屬于“公知常識”
除了將3GPP技術(shù)文檔作為評價涉案專利新穎性或創(chuàng)造性的現(xiàn)有技術(shù)提交之外，當(dāng)事人在一些通信領(lǐng)域的專利授權(quán)確權(quán)案件中，還會將3GPP技術(shù)文檔作為證據(jù)提交以證明某項技術(shù)系所屬領(lǐng)域的公知常識。
如中興公司針對華為公司的“一種CS域呼叫終結(jié)系統(tǒng)和方法”專利的無效宣告請求案 [國家知識產(chǎn)權(quán)局專利復(fù)審委員會第23047號決定，北京知識產(chǎn)權(quán)法院（2014）京知行初字第78號行政判決書、北京市高級人民法院（2016）京行終2661號行政判決書]中，中興公司將公開日為2005年6月21日的3GPP標(biāo)準(zhǔn)文檔TS29.0787.0.0作為公知常識性證據(jù)提交用以證明涉案專利相對于對比文件的區(qū)別技術(shù)特征為所屬領(lǐng)域的公知常識。又如華為公司在有關(guān)“一種彩鈴選擇方法、系統(tǒng)及相關(guān)裝置”專利的駁回復(fù)審案 [國家知識產(chǎn)權(quán)局專利復(fù)審委員會第83552號決定，北京知識產(chǎn)權(quán)法院（2015）京知行初字第3495號行政判決書]中，華為公司提交了相關(guān)3GPP標(biāo)準(zhǔn)文檔，并以涉案專利申請相對于對比文件的區(qū)別技術(shù)特征1、2并未被載入上述3GPP標(biāo)準(zhǔn)文檔為由主張區(qū)別技術(shù)特征1、2并非所屬領(lǐng)域的公知常識。
不同于《專利法》及《專利審查指南》對“現(xiàn)有技術(shù)”的明確界定，在我國現(xiàn)行的專利法律法規(guī)及規(guī)章中，均沒有對公知常識這一概念進(jìn)行明確的定義。此外，對于公知常識的判斷主體，即所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員這一擬制的“人”的認(rèn)知水平和判斷能力，也沒有一個客觀明晰的界定。正是由于客觀統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的缺失，對公知常識的內(nèi)涵及其適用往往引起爭議。在目前的行政裁決和司法審判的實踐中，一般認(rèn)為，某項技術(shù)當(dāng)在其所屬領(lǐng)域基于申請日（或優(yōu)先權(quán)日）前的該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展水平及該領(lǐng)域技術(shù)人員而言，已經(jīng)被廣泛的接受并應(yīng)用，以至于該技術(shù)在該領(lǐng)域已經(jīng)到達(dá)了“公知化”的程度，就應(yīng)被認(rèn)定為公知常識。
在《專利審查指南》中，除了對公知常識的主張、適用及認(rèn)定做了相應(yīng)規(guī)定外，還對公知常識性證據(jù)進(jìn)行了有限列舉，即教科書、技術(shù)手冊、技術(shù)詞典三種形式。一般而言，如果某項技術(shù)已經(jīng)被載入上述文獻(xiàn)，就可以認(rèn)定該項技術(shù)屬于公知常識。這種對于公知常識性證據(jù)的形式要求固然為公知常識的判斷提供了比較客觀公允的依據(jù)，但對于如通信等技術(shù)更新極快的領(lǐng)域而言，這種形式的要求無疑過于刻板，因為許多新出現(xiàn)的技術(shù)會迅速地在產(chǎn)業(yè)中大量應(yīng)用，很可能未等到該項技術(shù)被教科書、技術(shù)手冊、技術(shù)詞典收錄，該項現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)被通信領(lǐng)域的技術(shù)人員廣泛接受并應(yīng)用進(jìn)而成為本領(lǐng)域的公知常識。在此情況下，當(dāng)事人只能通過充分說明理由或者提交其他的證據(jù)用以說明某項技術(shù)在申請日（或優(yōu)先權(quán)日）之前已經(jīng)被所屬領(lǐng)域技術(shù)人員廣泛應(yīng)用，已經(jīng)達(dá)到“公知化”的程度，屬于該領(lǐng)域的公知常識。
毫無疑問，“公知常識”包含在“現(xiàn)有技術(shù)”的范疇之內(nèi)，但其屬于更特殊的一種現(xiàn)有技術(shù)。對公知常識進(jìn)行認(rèn)定時，不僅要考慮時間因素，還要結(jié)合其所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展水平，確定該項技術(shù)的公知化程度。
由于3GPP相關(guān)文檔不屬于教科書、技術(shù)手冊、技術(shù)詞典中任何一種，故其形式上其并不符合專利法意義上公知常識性證據(jù)的條件。同時，由于并非所有的現(xiàn)有技術(shù)都是公知常識，故3GPP標(biāo)準(zhǔn)文檔所記載的技術(shù)內(nèi)容與公知常識并非一一對應(yīng)，其記載的技術(shù)內(nèi)容是否屬于公知常識需要根據(jù)個案具體情況判斷該項技術(shù)是否已經(jīng)為通信領(lǐng)域的技術(shù)人員所廣泛接受以至于到達(dá)了“公知化”的程度。
當(dāng)然，考慮到3GPP標(biāo)準(zhǔn)對于通信領(lǐng)域的生產(chǎn)企業(yè)的指導(dǎo)作用，3GPP技術(shù)文檔在一定程度上可以佐證其記載的技術(shù)方案經(jīng)過行業(yè)內(nèi)一段時間的廣泛使用之后已經(jīng)成為本領(lǐng)域的公知常識，但不能僅依據(jù)某項技術(shù)內(nèi)容已經(jīng)被納入3GPP技術(shù)文檔這一事實本身，證明其記載的技術(shù)內(nèi)容就當(dāng)然屬于本領(lǐng)域的公知常識。同樣的道理，也不能僅憑某項技術(shù)內(nèi)容沒有被納入3GPP技術(shù)文檔這一事實本身，證明其記載的技術(shù)內(nèi)容必定不是本領(lǐng)域的公知常識。在之前例舉的兩起案件中，司法機(jī)關(guān)在生效的裁判文書中均明確了上述標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)鍵詞：航空電子；機(jī)載數(shù)據(jù)總線；數(shù)據(jù)傳輸；429總線
中圖分類號：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2012)18-4350-04
Implementation of ARIINC 429 Buses
LING Bo1, ZHAO Jing1, LIU Shan-shan2
(1. Shaanxi Branch Economic Information Center, China National Tobacco Corporation, Xi’an 710061, China; 2. China Eastern Airlines Corporation Limited (CEA) Engineering &Technic,Shanghai 200355, China)
Abstract: In the avionics technology development trend, Airborne data bus technology occur in the prominent place, it is mainly responsi ble for the aircraft each information system between information integration and resource sharing. Therefore, user of the demand to reli able, efficient data transmission requirements, makes bus technology has become one of the key technologies of airborne equipment integra tion. This paper firstly analyzes the concept of airborne data bus, and then introduces the arinc429 bus communication realization, including hardware design and software design.
Key words: aviation electronics; airborne data bus; data transmission; 429 bus
ARINC429數(shù)據(jù)總線定義了機(jī)載電子系統(tǒng)之間的通信規(guī)范，是美國航空無線電公司制定的數(shù)字總線傳輸標(biāo)準(zhǔn)，在微電子技術(shù)發(fā)展的影響下，機(jī)載設(shè)備的性能要求也日益提高，機(jī)載設(shè)備通信方式發(fā)生了徹底的改變，越來越多的航空電子設(shè)備已經(jīng)采用了數(shù)字化技術(shù)，使得數(shù)字方式的信息傳輸成為通信的主要手段。相對于模擬傳輸具有低成本、邏輯簡單、高可靠性等優(yōu)點，既減輕了飛行器設(shè)備重量和體積，有提高了信息的傳輸精度。航空電子系統(tǒng)之間目前最常用的通信標(biāo)準(zhǔn)之一就是ARINC429。
1 ARINC429規(guī)范
ARINC429規(guī)范又稱為MARK33數(shù)字信息傳輸系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于商用和軍用飛機(jī)上。主要規(guī)定所有系統(tǒng)間和系統(tǒng)內(nèi)部通訊所使用的標(biāo)準(zhǔn)。ARINC429協(xié)議分別規(guī)定了其電氣標(biāo)準(zhǔn)、編碼格式、信息傳輸特性等。
1.1編碼格式
通過數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線以串行的方式傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信息，在每個方向上用一根獨立的數(shù)據(jù)總線，傳輸介質(zhì)一般為STP，總線上只允許有1個發(fā)送設(shè)備，有多個接收設(shè)備（
摘要：本文結(jié)合220kV 智能變電站對站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測的需求，提出建立基于IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)的全站統(tǒng)一平臺在線監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)方案，對各在線監(jiān)測裝置前端數(shù)據(jù)采集輸出進(jìn)行規(guī)范，建立了由智能單元和監(jiān)測單元組成集成智能組件的智能設(shè)備模型，并在集成智能組件將在線監(jiān)測信息與測控信息分開上傳。設(shè)計了基于IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)并統(tǒng)一后臺的全站在線監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)框架。
0引言
智能變電站以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，不僅需要完成信息采集、測量、計量、控制與保護(hù)等常規(guī)功能，還必須在線監(jiān)測站內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，智能評估設(shè)備的檢修周期，從而完成設(shè)備資產(chǎn)的全壽命周期管理。近年來，國內(nèi)外變電站狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，各單位相繼研制了不同類型的監(jiān)測裝置，包括容性設(shè)備監(jiān)測裝置、油中溶解氣體分析（DGA）監(jiān)測裝置與局部放電監(jiān)測裝置等。本文對智能變電站的體系結(jié)構(gòu)以及IEC61850的應(yīng)用進(jìn)行分析，給出智能變電站中狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)面臨的問題。結(jié)合狀態(tài)監(jiān)測的實際特點與功能需要，提出了現(xiàn)階段切實可行的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案。
1 智能變電站在線監(jiān)測技術(shù)方案
智能變電站要實現(xiàn)各類設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)的有效整合，必須采用IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一建模。雖然目前尚無人建立基于IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)的對上述幾種設(shè)備在線監(jiān)測的統(tǒng)一模型，但就單種設(shè)備在線監(jiān)測而言，已有工程實現(xiàn)了將前端數(shù)據(jù)統(tǒng)一為4 ~ 20 mA 標(biāo)準(zhǔn)電信號，有的還建立了IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)模型，下面分別簡述之，并提出上述幾種設(shè)備在智能變電站中在線監(jiān)測的技術(shù)方案。
1.1 變壓器在線監(jiān)測
在220kV變電站采用氣相色譜原理實現(xiàn)主變油中溶解氣體在線監(jiān)測，可以將傳感器輸出轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的4 ~ 20 mA 電信號并直接接入主變本體智能組件。
1.2 GIS 微水在線監(jiān)測
GIS 微水在線監(jiān)測裝置的傳感器主要有濕度傳感器、溫度傳感器及壓力傳感器3 類。濕度傳感器是信號采集的核心部分，目前大多數(shù)選用低濕環(huán)境測量的電容型濕度傳感器。濕度傳感器輸出為常規(guī)電信號，而溫度傳感器、壓力傳感器輸出均為常規(guī)電信號，可以規(guī)范這些傳感器輸出為統(tǒng)一的4~20 mA 電流信號，直接接入相應(yīng)間隔集成智能組件，從而省略GIS 微水線監(jiān)測單元。
1.3 斷路器在線監(jiān)測
斷路器在線監(jiān)測分為機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測和電壽命監(jiān)測2個方面。目前，斷路器在線監(jiān)測原始信息采集量主要有以下內(nèi)容：主回路電流及電壓、開斷電流、合分閘線圈電流、斷路器動觸頭行程及速度、斷路器的操動次數(shù)、儲能電機(jī)打壓信號和開關(guān)位置狀態(tài)信號等。其他采集量如合分閘線圈電流（采用霍爾傳感器采集）、斷路器動觸頭行程及速度等目前均由在線監(jiān)測單元采集，在技術(shù)條件成熟后這些采集量也可以直接由集成智能組件采集。
2.4 避雷器在線監(jiān)測
避雷器在線監(jiān)測包括全電流、阻性電流及動作次數(shù)。由于避雷器監(jiān)測會受到系統(tǒng)電壓、環(huán)境溫度、濕度、避雷器外表面污穢、安裝位置及電磁干擾等多種因素的影響，因此，應(yīng)注意結(jié)合這些因素綜合監(jiān)測。目前大多數(shù)避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)采集主要是電流信號、放電次數(shù)及溫度，雖然這些都是常規(guī)信號（可接入集成智能組件），但由于電流傳感器輸出信號微弱，且離集成智能組件較遠(yuǎn)，考慮抗干擾等因素，均由就地在線監(jiān)測單元轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后上傳。數(shù)據(jù)上傳方式主要有有線和無線2種，其中有線傳輸方式主要為RS- 485 總線和CAN 總線，無線傳輸方式主要有FM 調(diào)頻發(fā)射、GSM及GPRS。由于變電站占地面積不很大，采用有線傳送方式成本很低，無線傳輸方式適用于偏遠(yuǎn)山區(qū)線路且避雷器監(jiān)測儀均安裝在桿塔高處場合。本文推薦220kV智能變電站避雷器在線監(jiān)測采用就地在線監(jiān)測單元采集前端數(shù)據(jù)，然后采用有線方式以IEC61850 通信標(biāo)準(zhǔn)上傳。
3 智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計
3.1 在線監(jiān)測單元與智能組件的集成
根據(jù)IEC62063 理論，智能設(shè)備有以下3 種主要實現(xiàn)方式：a. 一次設(shè)備機(jī)構(gòu)+智能單元＋監(jiān)測單元；b. 一次設(shè)備機(jī)構(gòu)+集成智能組件（智能單元兼監(jiān)測單元）；c. 一次設(shè)備機(jī)構(gòu)本體內(nèi)嵌集成智能組件（智能單元和監(jiān)測單元。現(xiàn)階段，一次設(shè)備機(jī)構(gòu)本體內(nèi)嵌集成智能組件方式技術(shù)上尚未實現(xiàn)，市場也無相應(yīng)的成熟產(chǎn)品供應(yīng)，已投運(yùn)或在建的數(shù)字化變電站均采用一次設(shè)備機(jī)構(gòu)+智能單元＋監(jiān)測單元的方式。
3.2 集成智能組件在線監(jiān)測信息上傳
集成智能組件需將采自傳感器的信息處理后上傳，該部分信息數(shù)據(jù)連續(xù)采集，數(shù)據(jù)量很大，但實時性要求相對較低，同時集成智能組件通過光纖以太網(wǎng)口和光纜與間隔層設(shè)備連接，接收來自保護(hù)測控等二次設(shè)備的面向通用對象的變電站事件GOOSE（Generic Object Oriented Substation Event）下行控制命令，以GOOSE 方式上傳一次設(shè)備的狀態(tài)信息，該部分上、下行信息實時性要求高。為避免大量在線監(jiān)測信息造成網(wǎng)絡(luò)擁堵，影響一次設(shè)備的正常操作，建議集成智能組件將上述兩部分信息加以區(qū)分處理，以不同的光纖以太網(wǎng)口上傳，狀態(tài)監(jiān)測信息以制造報文規(guī)范MMS（Manufacturing Message Specification）報文上傳。
3.3 基于IEC61850 的在線監(jiān)測系統(tǒng)整合
IEC61850 有助于形成統(tǒng)一的在線監(jiān)測系統(tǒng)通信規(guī)范。所有的在線監(jiān)測信息均轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后上傳至站內(nèi)統(tǒng)一的在線監(jiān)測后臺系統(tǒng)，在線監(jiān)測終端和站內(nèi)統(tǒng)一的在線監(jiān)測后臺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信就采用IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)。
