時間：2023-03-02 15:07:22
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在眾多的通信技術(shù)中，擴(kuò)頻通信技術(shù)由于具有獨(dú)特的抗干擾能力以及寬的使用頻帶而在軍事通信領(lǐng)域倍受青睞。根據(jù)擴(kuò)頻通信調(diào)制方式的不同，它可以分為直接序列擴(kuò)頻方式（DS）、跳頻方式（FH）、跳時方式（FT）及兼有以上方式中二種以上的混合方式。其中跳頻通信具有保密性好、不易受遠(yuǎn)近干擾和多徑干擾的影響等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有前景的通信方式。跳頻系統(tǒng)的頻率跳變，受到偽隨機(jī)碼的控制。不同的時間、不同的偽碼相位，頻率合成器產(chǎn)生的相應(yīng)頻率也不同。把跳頻系統(tǒng)的頻率跳變規(guī)律稱為跳頻圖案。跳頻圖案是時間和頻率的函數(shù)，故又稱為時間－頻率矩陣，簡稱時頻矩陣。時頻矩陣可直觀描述出頻率跳變規(guī)律，如圖1所示。
跳頻圖案的設(shè)計(jì)是跳頻通信系統(tǒng)的一個關(guān)鍵問題，直接影響到跳頻系統(tǒng)的保密、抗干擾、多址等性能。一般要求跳頻圖案的周期要長，這就要求控制跳頻圖案的偽隨機(jī)碼周期要長，即移位寄存器的級數(shù)要大。
1基于FPGA和DDS技術(shù)的跳頻信號源設(shè)計(jì)
跳頻信號源即為載波頻率按照一定跳頻圖案跳變的信號發(fā)生器。設(shè)計(jì)一個性能優(yōu)異的跳頻信號源，困難在于其優(yōu)良的頻譜性能。筆者提出了一種基于FPGA12和DDS技術(shù)的跳頻圖案的設(shè)計(jì)方案。指標(biāo)如下：600跳／秒跳速；20個跳頻點(diǎn)；3．4MHz跳頻基帶；68MHz跳頻帶寬；106．78MHz～172．14MHz跳頻頻率中20個頻點(diǎn)。DDS采用AD公司的最新頻率合成器件AD9852，寫頻率控制字采用ALTARA公司的可編程邏輯器件APEX20K系列中的EP20K100，其邏輯資源為10萬門，兩者通過40針總線接口相連3。其中，F(xiàn)PGA完成存儲頻率控制字、定時寫入頻率控制字的功能，AD9852則實(shí)現(xiàn)頻率合成輸出。頻率合成器DDS是跳頻信號源中的一個關(guān)鍵部件，其原理如圖2所示。這種頻率合成器工作頻率高，可達(dá)GHz數(shù)量級；分辨率高，可達(dá)1Hz以下，穩(wěn)定度高；體積小，重量輕，集成度高，這些都是其他頻率合成器件難以比擬的。AD9852是近年推出的高速芯片，具有小型的80管腳表貼封裝形式，其時鐘頻率為300MHz，并帶有兩個12位高速正交D／A轉(zhuǎn)換器、兩個48位可編程頻率寄存器、兩個14位可編程相位移位寄存器、12位幅度調(diào)制器和可編程的波形開關(guān)鍵功能，并有單路FSK和BPSK數(shù)據(jù)接口，易產(chǎn)生單路線性或非線性調(diào)頻信號。當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)時鐘源時，AD9852可產(chǎn)生高穩(wěn)定的頻率、相位、幅度可編程的正、余弦輸出，可用作捷變頻本地振蕩器和各種波形產(chǎn)生器。AD9852提供了48位的頻率分辨率，相位量化到14位，保證了極高頻率分辨率和相位分辯率，極好的動態(tài)性能。其頻率轉(zhuǎn)換速度可達(dá)每秒100×106個頻率點(diǎn)。在高速時鐘產(chǎn)生器應(yīng)用中，可采用外接300MHz時鐘或外接低頻時鐘倍頻兩種方式，給電路板帶來了極大的方便，同時也避免了采用高頻時鐘帶來的問題。在AD9852芯片內(nèi)部時鐘輸入端有4～20倍可編程參考時鐘鎖相倍頻電路，外部只需輸入一低頻參考時鐘60MHz，通過AD9852芯片內(nèi)部的倍頻即可獲得300MHz內(nèi)部時鐘。300MHz的外部時鐘也可以采用單端或差分輸入方式直接作為時鐘源。AD9852采用＋3．3V供電，降低了器件的功耗。工作溫度范圍在－40°C～＋85°C。
本文采用AD9852所設(shè)計(jì)的頻率合成器結(jié)構(gòu)如圖3所示。DDS模塊分成二路輸出：（1）第一路輸出
100MHz～150MHz信號；（2）第二路輸出150MHz～200MHz信號。其中DDS輸出12．5MHz～25MHz的信號，經(jīng)SWCON開關(guān)分成兩路輸出，一路輸出12．5MHz～18．75MHz信號，經(jīng)放大倍頻、濾波，輸出100MHz～150MHz信號；另一路輸出18．75MHz～25MHz的信號經(jīng)放大倍頻、濾波輸出150MHz～200MHz信號。
2FPGA與DDS接口設(shè)計(jì)
FPGA主要完成從外部向DDS寫入頻率控制字功能，其中頻率控制字存儲在FPGA內(nèi)部RAM單元中。雙方通過40針總線連接，其中信號線為：8位數(shù)據(jù)線、6位地址線、復(fù)位信號、updateclk（頻率跳變信號）、swcon（開關(guān)：高頻段和低頻段轉(zhuǎn)換信號，當(dāng)swcon為低時輸出高頻段，當(dāng)swcon為高時，輸出低頻段）、wr（寫信號）。
作者：王偉何濤強(qiáng)生杰單位：蘭州交通大學(xué)
數(shù)據(jù)輸入后先轉(zhuǎn)化成ASCII二進(jìn)制碼進(jìn)行傳輸，通過調(diào)用m序列生成函數(shù)進(jìn)行相加，產(chǎn)生擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)，然后將擴(kuò)頻碼轉(zhuǎn)換為BPSK(1,-1)序列，數(shù)據(jù)傳輸時進(jìn)一步將BPSK雙極性轉(zhuǎn)換到單極性，最終在數(shù)據(jù)輸出端進(jìn)行m序列解擴(kuò)，再結(jié)合解調(diào)過程將ASCII二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換為輸出數(shù)據(jù)。從圖3(b)中可以看出數(shù)據(jù)展寬后可以明顯降低信號功率密度，調(diào)制后傳輸?shù)男盘柡桶自肼暰哂泻艽蟮南嗨贫?，可以?shí)現(xiàn)高隱蔽性傳輸。從圖3(c)和圖3(d)對調(diào)制信號包絡(luò)，相干載波相位模糊度及其對解調(diào)數(shù)據(jù)的影響等性能對比，得出BPSK調(diào)制出傳輸過程中具有高的抗干擾能力和頻譜利用率。最終解擴(kuò)和解調(diào)后的輸出數(shù)據(jù)(e)和輸入數(shù)據(jù)圖3(a)具有高度的一致性，可見此擴(kuò)頻方式具有很強(qiáng)的抗干擾性。
理論優(yōu)勢（1）抗干擾能力強(qiáng)。直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，解擴(kuò)器端輸入與輸出信號功率保持不變，而對于干擾信號解擴(kuò)過程相當(dāng)于進(jìn)行擴(kuò)頻，干擾功率被擴(kuò)展到很寬的頻帶上，功率譜密度下降，這使得解擴(kuò)過程中輸入端的干擾信號功率大大降低。通過帶通濾波器的濾波，大部分的干擾信號被濾除，有用信號則被保留。另外，擴(kuò)頻系統(tǒng)對各種惡劣天氣時通信鏈路造成的影響進(jìn)行抵抗，與傳統(tǒng)微波相比可以進(jìn)行跨江傳輸，在海面的長距離優(yōu)質(zhì)傳輸。這些優(yōu)勢適用于鐵路系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下安全可靠的進(jìn)行信號傳輸。（2）可以實(shí)現(xiàn)多址通信系統(tǒng)。多個通信在信息發(fā)送端和接收端使用相同的偽隨機(jī)序列，而不同的通信則使用不同的偽隨機(jī)序列，這樣就實(shí)現(xiàn)了在相同載頻下互不干擾的通信，實(shí)現(xiàn)頻率復(fù)用，從而充分利用了頻譜資源。由此可以進(jìn)行機(jī)動靈活組網(wǎng)，有助于統(tǒng)一規(guī)劃，分期實(shí)施，便于擴(kuò)充容量，有效地保護(hù)前期投資。（3）有效抗多徑干擾。在直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)接收到電波后，將同步鎖定直達(dá)路徑且信號最強(qiáng)的電波，其余電波由于非直達(dá)，會延時到達(dá)，在相關(guān)解擴(kuò)作用下只作為噪聲。另外，接收端把多路徑來的同一碼序波形相加使之得到加強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)抗多徑干擾。（4）隱蔽性強(qiáng)，對其它系統(tǒng)干擾小。擴(kuò)頻過程單位面積信號發(fā)送功率極低，隱蔽性強(qiáng)。低的功率譜密度，不容易被探測到，被截獲的可能性降低，所以實(shí)現(xiàn)了其安全性方面的要求。同時，低功率譜密度讓發(fā)射信號近似于噪聲信號，而擴(kuò)頻信號可以在信道噪聲和白噪聲背景中傳輸，降低了對其它系統(tǒng)的干擾，增強(qiáng)了與其它系統(tǒng)的共存度。由于此系統(tǒng)的無線鐵路信號傳輸過程中電磁干擾大幅度降低，不僅有利于將擴(kuò)頻通信系統(tǒng)應(yīng)用于電氣化鐵路區(qū)段和弱場強(qiáng)區(qū)電磁環(huán)境，而且適于將其大規(guī)模應(yīng)用到干線鐵路中。（5）精確測距和定時。將應(yīng)用周期長及偽隨機(jī)碼作為傳輸信號，比較從目的地反射回來的偽隨機(jī)序列與原序列的相位，就可以得出時間差，由此也可實(shí)現(xiàn)定時操作，進(jìn)一步利用傳輸速率和時間差的相乘即得出距離。相對于傳統(tǒng)的軌道電路定位，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)傳輸容量較大并且適合長距離傳輸，這有助于減少鐵路測距定時設(shè)備，降低設(shè)備投資，便于維護(hù)。也可以作為原有測距定時設(shè)備的冗余，與原測距設(shè)備值進(jìn)行比較，提高測距定時的安全可靠度。
擴(kuò)頻通信屬于數(shù)字通信，是適合大容量高速率通信的系統(tǒng)，其加密功能和保密性，從一定程度上提高了鐵路信息傳輸?shù)陌踩煽啃?。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)碼分多址，結(jié)合計(jì)算機(jī)及網(wǎng)路技術(shù)有助于鐵路系統(tǒng)更快速的應(yīng)用高新技術(shù)，從而使鐵路系統(tǒng)向更加安全高效發(fā)展。另外，現(xiàn)有的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)絕大部分使用的是數(shù)字電路，設(shè)備集成度高，安裝簡便，易于維護(hù)，更小巧可靠，擴(kuò)展容易，平均無故障率時間也很長。目前，廣州地鐵和北京地鐵等多個軌道交通項(xiàng)目中均采用了基于直接序列擴(kuò)頻技術(shù)的無線移動閉塞信號系統(tǒng)，為今后大規(guī)模成功應(yīng)用于干線鐵路提供了參考。
在實(shí)際消耗中不難發(fā)現(xiàn)，變壓器能源占總消耗量的比例比較大，值得一提的是電能損耗還分為兩種形式進(jìn)行：空載損耗和負(fù)載損耗兩種，因此，在選用變壓器過程中應(yīng)當(dāng)綜合考慮各方面因素，從容量和負(fù)荷率等角度予以考慮，確保選用的變壓器符合機(jī)房實(shí)際情況。
1.2優(yōu)化直流電源系統(tǒng)
在通信機(jī)房中可以通過更換開關(guān)電源設(shè)備的方式，在增加容量的同時能夠減少電源體積，智能化程度的提高直接作用于工作效率，一定程度上還能夠提升工作人員的積極性，使其全身心的投入到工作過程中。再者，對開關(guān)等設(shè)備進(jìn)行改造過程中要依據(jù)實(shí)際情況，例如：電源的容量配置設(shè)置上一定要大于負(fù)載容量，這樣能夠確保系統(tǒng)正常隱形，相反，其設(shè)定值若小于負(fù)載容量比較容易出現(xiàn)發(fā)熱情況，嚴(yán)重時損壞設(shè)備，通過優(yōu)化電源直流系統(tǒng)，既能夠減少能源損耗，從某種意義上還能夠降低通信機(jī)房的投資。
2空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能損耗
實(shí)現(xiàn)空調(diào)節(jié)能的最主要途徑在于靈活利用外部因素，正確處理好結(jié)構(gòu)和空調(diào)設(shè)備兩者間的關(guān)系，只有以這個為前提條件，才能夠制定出行之有效的節(jié)能方案。在相關(guān)測試中發(fā)現(xiàn)，夏季室內(nèi)低于或者冬季室溫高于1度，工程投資會在原有的基礎(chǔ)之上增加6個百分點(diǎn)，能源損耗增加8個百分點(diǎn)，采取加大室內(nèi)外溫差的方式則不科學(xué)。因此在空調(diào)安裝過程中，首先要進(jìn)行合理規(guī)劃，要保證其有足夠的散熱空間，盡可能避免陽光照射，冷熱負(fù)荷要均勻處理，這樣能夠減少不必要的浪費(fèi)。值得一提的是，通過霧化水來沖擊空調(diào)，既能夠達(dá)到清洗空調(diào)的目的，還能幫助空調(diào)散熱和節(jié)能。再者，對中央空調(diào)的變頻改造可以采取多種方式，但是科學(xué)合理的方式是改變壓縮機(jī)的供電頻率，從而控制室溫。盡管變頻器其主要功能是改變供電的頻率，但是在特定條件下其也能調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的正常轉(zhuǎn)速，從深層次上來說能夠降低設(shè)備損壞的機(jī)率。值得一提的是，通信機(jī)房內(nèi)的新風(fēng)系統(tǒng)在特定條件下能夠?qū)⒖諝廪D(zhuǎn)化為冷源，然后將機(jī)房內(nèi)的熱量與冷源對調(diào)，在降溫的同時也在散熱。其不僅僅散熱、降溫效果顯著，電能損耗也直線下降。任何事物都具有兩面性，新風(fēng)系統(tǒng)也不例外，采用此種方式進(jìn)行改造不能夠?qū)κ彝獾目諝膺M(jìn)行凈化處理，因此在互換過程中難免會吸入護(hù)城，影響了設(shè)備的清潔度，采用新風(fēng)系統(tǒng)對環(huán)境要求比較高，必須滿足機(jī)房內(nèi)部溫度不小于5度這個前提條件，倘若不具備這個條件，相關(guān)工作就不能夠正常進(jìn)行。
3分析機(jī)房節(jié)能的評估機(jī)制
節(jié)能效果的評估應(yīng)當(dāng)在各方面都得到保障情況下，深層次了解造成能源消耗巨大的原因，根據(jù)實(shí)際情況找到節(jié)能改造的切入點(diǎn)，以此為前提條件從而得到估算能源節(jié)約量。但是就我國目前形勢來看，我國的能源計(jì)量管理體制尚需建立健全，因此很多企業(yè)或者組織只是簡單的通過電表實(shí)施管理。倘若要開展效果評估，其首要任務(wù)就是更換電表，采用比較先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，針對機(jī)房各個部件的能源消耗進(jìn)行詳細(xì)記錄并整理，為制定行之有效的節(jié)能方案提供堅(jiān)實(shí)理論依據(jù)。節(jié)能效果并不是通過仿真實(shí)驗(yàn)就能夠得到相對準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，它受外界因素影響比較大，因此必須依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行，否則出現(xiàn)評估誤差的機(jī)率比較大。新形勢下，比較常用的是國際節(jié)能效果和測量認(rèn)證規(guī)程IPMEP，其主要是綜合考慮各種因素，其設(shè)計(jì)的初衷和目的就是研究節(jié)能技術(shù)服務(wù)公司和接收服務(wù)方如何根據(jù)自身實(shí)際情況量化節(jié)能措施，以此為節(jié)能效益提供科學(xué)性指導(dǎo)。實(shí)際上，考慮到通信機(jī)房節(jié)能其主要是通過有效手段降低電能消耗和減少設(shè)備損壞，參照IPMER規(guī)程能夠得到一個相對準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。正確處理好年節(jié)能量、節(jié)能效率、單位能耗、用能效益相互之間的關(guān)系，其中年節(jié)能量主要是傳遞出具體節(jié)能的信息，節(jié)能效率指標(biāo)則是節(jié)約能源占總消耗的比例。立足整體，從價值的角度出發(fā)年度純收益和能耗兩者間比例的不同，也是節(jié)能效果的反映，在不考慮外在因素的前提下，用能效益提高節(jié)能效果也就越加明顯，四個指標(biāo)之間相互作用，它們從不同角度出發(fā)詮釋了節(jié)能效果，總體來說科學(xué)合理性高。
城市軌道(簡稱城軌)交通區(qū)間信號系統(tǒng)是安全性苛求系統(tǒng)。在區(qū)間安全性控制和防護(hù)設(shè)備的研制、生產(chǎn)、使用過程中,運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)手段對設(shè)備的可靠性和安全性進(jìn)行科學(xué)、高效、全面、按標(biāo)準(zhǔn)的檢測和評估,以取代目前國內(nèi)主要依靠專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的手工測試和實(shí)際線路試運(yùn)行的非完善的方法,是十分迫切和必需的。在我國城市軌道交通領(lǐng)域,這方面的研究尚處于起步階段。本文的研究正是基于這一背景。文中所建測試平臺對城際鐵路同樣適用。
1區(qū)間信號系統(tǒng)測試平臺的結(jié)構(gòu)
城軌交通區(qū)間信號系統(tǒng)測試評估平臺(以下簡稱平臺)硬件采用分布式結(jié)構(gòu),如圖1所示。平臺由主控機(jī)、數(shù)據(jù)庫機(jī)和仿真機(jī)組成[1]。被測系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)與平臺互聯(lián)。網(wǎng)絡(luò)通信采用TCP/IP協(xié)議。
圖1平臺分布式硬件結(jié)構(gòu)示意圖
平臺軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。其中:主控及測試案例自動生成子系統(tǒng)一方面向仿真子系統(tǒng)發(fā)送區(qū)間狀態(tài)的仿真設(shè)置命令,另一方面動態(tài)監(jiān)控現(xiàn)場信號狀態(tài)等,實(shí)現(xiàn)測試案例的動態(tài)擴(kuò)展和連續(xù)加載、測試結(jié)果的動態(tài)判定,并將測試結(jié)果存入數(shù)據(jù)
圖2區(qū)間信號測試系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)庫。傳輸信道仿真及區(qū)間現(xiàn)場仿真子系統(tǒng)為被測系統(tǒng)提供了一個模擬的傳輸仿真及現(xiàn)場環(huán)境。數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)在被測系統(tǒng)與仿真信道之間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及轉(zhuǎn)換。測試用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生成子系統(tǒng)通過讀取區(qū)間拓?fù)鋽?shù)據(jù)文件,生成區(qū)間測試用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。專用數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)負(fù)責(zé)存儲各種測試用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和測試結(jié)果。本文重點(diǎn)闡述平臺專用數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)。
2平臺專用數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)
平臺的數(shù)據(jù)庫不僅是一般意義上的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用,它還負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系。平臺數(shù)據(jù)的類型與結(jié)構(gòu)在一定程度上反映了整個平臺的測試水平。基于對平臺數(shù)據(jù)以及平臺分布式結(jié)構(gòu)的考慮,經(jīng)過深入的比較,選擇SQLServer作為平臺的數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)一般分為四步:需求分析、概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)。應(yīng)用數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論,平臺專用數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的具體步驟如圖3所示。
圖3數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)過程
2.1需求分析
平臺的數(shù)據(jù)按其對時效性的不同要求可以分為動態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)兩大類[2]。動態(tài)數(shù)據(jù)是指具有嚴(yán)格時效性的數(shù)據(jù),并且隨著時間推移而動態(tài)刷新;靜態(tài)數(shù)據(jù)則指相對穩(wěn)定,不隨時間變化的數(shù)據(jù)。
2.1.1動態(tài)數(shù)據(jù)及其傳輸
平臺動態(tài)數(shù)據(jù)是維持平臺正常運(yùn)行的基礎(chǔ),主要包括下列3類數(shù)據(jù):
·列車運(yùn)行仿真命令、故障及干擾仿真命令。由主控機(jī)發(fā)出,用于控制仿真子系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)仿真活動。
·區(qū)間信號設(shè)備狀態(tài)及動作信息。指仿真機(jī)所模擬的實(shí)際區(qū)間信號設(shè)備的狀態(tài)(如軌道區(qū)段是否有車占用等),主控機(jī)采集這些信息用于動態(tài)判定及顯示測試過程的實(shí)際狀態(tài)。
·測試結(jié)果信息。平臺的測試結(jié)果記錄是一種比較特殊的動態(tài)數(shù)據(jù),包括經(jīng)信道傳輸前后的實(shí)時電信號(數(shù)據(jù))。它們是評價被測系統(tǒng)的重要依據(jù),必須完整、正確地記錄。
動態(tài)數(shù)據(jù)傳輸首先必須滿足實(shí)時性要求,當(dāng)不能及時傳送時,根據(jù)數(shù)據(jù)特性的不同,或丟棄,或重發(fā)。例如被測系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)如不能及時傳送,或數(shù)據(jù)有誤,則該數(shù)據(jù)必須丟棄。主控機(jī)發(fā)給仿真子系統(tǒng)的故障及干擾仿真命令、列車運(yùn)行仿真命令,在網(wǎng)絡(luò)傳輸出現(xiàn)差錯的情況下,為了確保命令被正確執(zhí)行,必須重發(fā)。
2.1.2靜態(tài)數(shù)據(jù)及其復(fù)制
生成和校驗(yàn)正確后的靜態(tài)數(shù)據(jù),在平臺對被測系統(tǒng)進(jìn)行測試的過程中不再變化,具有相對的穩(wěn)定性。同樣需要對靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、查詢、校驗(yàn)和修改等操作。平臺靜態(tài)數(shù)據(jù)可分為以下幾類:
·信號設(shè)備數(shù)據(jù)。記錄發(fā)送端、接收端、閉塞分區(qū)的排序序列號與設(shè)備名稱之間的映射關(guān)系,設(shè)備的一些屬性特征。例如:閉塞分區(qū)的編號、名稱、位置、長度,道岔的編號、名稱、位置、類型等。
·基本數(shù)據(jù)。包括區(qū)間基本特征、鋼軌線路的一次參數(shù)、鋼軌線路四端網(wǎng)參數(shù)、列車運(yùn)行線路等重要數(shù)據(jù)。其中區(qū)間基本特征數(shù)據(jù)包括閉塞制式、軌道電路類型、道碴與枕軌類型、坡度、曲線及長度等。列車運(yùn)行線路數(shù)據(jù)包括線路運(yùn)行方向、經(jīng)由閉塞分區(qū)編號、經(jīng)由發(fā)送端、接收端編號。
·區(qū)間現(xiàn)場拓?fù)鋽?shù)據(jù)。包括閉塞分區(qū)、發(fā)送端、接收端的位置和相互關(guān)系。這種描述有兩方面用途,一方面用于現(xiàn)場仿真的動態(tài)顯示,另一方面是作為測試用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生成的原始依據(jù)。靜態(tài)數(shù)據(jù)的復(fù)制是通過開放式數(shù)據(jù)庫互連(ODBC)機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。
2.2概念設(shè)計(jì)
在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中,筆者使用實(shí)體-聯(lián)系(ER)模型作為概念設(shè)計(jì)的工具,得到概念設(shè)計(jì)的E-R圖。E-R圖由實(shí)體、聯(lián)系和屬性3個基本成分組成。測試用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)所處理的基本實(shí)體是城市軌道交通區(qū)間的信號設(shè)備:接收端、發(fā)送端、閉塞分區(qū);設(shè)備之間的關(guān)系也就是最直接的實(shí)體間聯(lián)系。通過E-R圖,可以十分清楚地描述測試用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。圖4為列車運(yùn)行線路數(shù)據(jù)的E-R圖。
圖4列車運(yùn)行線路ER圖
2.3邏輯設(shè)計(jì)
關(guān)系數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計(jì)過程是把概念設(shè)計(jì)的結(jié)果(如E-R圖)轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式的過程。為了消除關(guān)系模式的存儲異常問題,需要對其進(jìn)行規(guī)范化。
在本子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模式的規(guī)范化設(shè)計(jì)過程中,既要考慮減少數(shù)據(jù)冗余、消除存儲異常情況,也要考慮現(xiàn)場仿真、主控等子系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)及運(yùn)算的花費(fèi)。規(guī)范化測試用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的關(guān)系子模式包括:發(fā)送端表、接收端表、閉塞分區(qū)表、列車運(yùn)行線路表、區(qū)間基本特征表、鋼軌線路一次參數(shù)表、鋼軌線路四端網(wǎng)參數(shù)表等。
2.4物理設(shè)計(jì)
物理設(shè)計(jì)要根據(jù)具體的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)和相應(yīng)的操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)硬件所能支持的存儲結(jié)構(gòu)、存取方法以及資源來進(jìn)行設(shè)計(jì)。SQLServer提供索引或表鍵機(jī)制來幫助SQLServer優(yōu)化對查詢的響應(yīng)。在測試平臺上,對結(jié)果數(shù)據(jù)的查詢,是將記錄計(jì)數(shù)號與測試項(xiàng)目的組合作為索引。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)的查詢都要直接或間接地將該兩項(xiàng)作為SQL語句中WHERE子句后的首列。
3平臺專用數(shù)據(jù)庫接口的實(shí)現(xiàn)
平臺采用客戶端/服務(wù)器體系,后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用SQLServer,前臺應(yīng)用程序開發(fā)工具采用VisualC++。前臺應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫的訪問是通過ODBC機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。
VisualC++對ODBC提供了兩種支持:一種是API函數(shù)[3];另一種是對API函數(shù)進(jìn)行封裝的MFCODBC類,包括CDatabase(數(shù)據(jù)庫類),CRecordSet(記錄集類)和CRecordView(可視記錄集類)。兩種方式在平臺上分別應(yīng)用于不同的場合。
·ODBCAPI使客戶應(yīng)用程序能夠從底層設(shè)置和控制數(shù)據(jù)庫,完成一些高層數(shù)據(jù)庫技術(shù)無法完成的功能。例如檢測數(shù)據(jù)庫是否連接、數(shù)據(jù)源配置是否正確等。
·MFCODBC類封裝了多種數(shù)據(jù)庫訪問功能,使用簡單方便。平臺專用數(shù)據(jù)庫定義了11個CRecord2Set類的子類,每一個子類對應(yīng)專用數(shù)據(jù)庫中的一個表,例如,B-JSSet類對應(yīng)接收端表,B-BSFQSet類對應(yīng)閉塞分區(qū)表。
4結(jié)語
建立在SQLServer上的平臺專用數(shù)據(jù)庫要兼顧通用數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)要求和區(qū)間測試平臺的特殊性。只有綜合考慮這兩方面的因素,才能使專用數(shù)據(jù)庫既高效又安全。當(dāng)然,隨著平臺水平的不斷提高,專用數(shù)據(jù)庫的功能必將隨之?dāng)U展,日趨完善。
參考文獻(xiàn)
屏蔽門(Platformscreendoors,簡稱PSD)系統(tǒng)是現(xiàn)代化軌道交通工程的必備設(shè)施,它沿軌道交通站臺邊緣設(shè)置,將軌道區(qū)與站臺候車區(qū)隔離,具有節(jié)能、環(huán)保和安全等功能。安裝屏蔽門系統(tǒng)后,不僅可以防止乘客跌落軌道而發(fā)生危險,確保乘客安全,減少人為引起的停車延誤,提高列車準(zhǔn)點(diǎn)率,而且可以減少站臺區(qū)與軌道區(qū)之間冷熱氣流的交換,從而降低環(huán)控系統(tǒng)的運(yùn)營能耗,節(jié)約運(yùn)營成本。
信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)相結(jié)合是屏蔽門系統(tǒng)工程的重要環(huán)節(jié)。此外,要更好地確保乘客的安全以及奠定無人駕駛的技術(shù)基礎(chǔ),就必須實(shí)現(xiàn)屏蔽門與列車車門的連動,并確保屏蔽門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)的列車自動防護(hù)(ATP)之間建立聯(lián)鎖關(guān)系。根據(jù)世界各城市軌道交通工程的成功先例,屏蔽門普遍由信號系統(tǒng)進(jìn)行控制。廣州于2004年10月開始對正在運(yùn)營的地鐵1號線加裝屏蔽門系統(tǒng)。該項(xiàng)工程預(yù)計(jì)總投資金額為1.484億元人民幣,是目前我國最大的一項(xiàng)軌道交通屏蔽門系統(tǒng)工程。本文主要對廣州地鐵2號線及1號線加裝屏蔽門系統(tǒng)工程中的西門子信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的接口進(jìn)行分析。
1屏蔽門系統(tǒng)所需信號系統(tǒng)的條件及功能
(1)信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的接口僅考慮線路上的列車的正向運(yùn)行,但要滿足屏蔽門對停車精度的要求。只有停車精度要求被滿足,信號系統(tǒng)才允許自動或人工向列車和站臺屏蔽門系統(tǒng)發(fā)送開門命令。目前,用于廣州地鐵2號線的LZB700M型中,ATP和ATO(列車自動運(yùn)行)系統(tǒng)是由德國西門子公司提供的,其列車定點(diǎn)停車的精度ATO系統(tǒng)為±0.3m,成功率99.99%,ATP系統(tǒng)為±0.5m,已滿足屏蔽門對停車精度的要求。廣州地鐵1號線同樣采用LZB700M型ATP、ATO,目前列車停車的精度ATO系統(tǒng)為±0.5m,成功率99.5%,ATP系統(tǒng)為±1m。由此可見,要安裝屏蔽門首先必須改善列車的停車狀況,停車精度至少要達(dá)到ATO系統(tǒng)為±0.4m,成功率99.5%,ATP系統(tǒng)為±0.5m的要求;并要保證在列車停車精度為±400mm情況下,列車乘客門凈開度≥1200mm(屏蔽門門開寬度為2000mm)。
(2)只有屏蔽門關(guān)閉的情況下列車才能運(yùn)行。ATP軌旁單元通過故障安全型繼電器輸入接點(diǎn)接收當(dāng)前屏蔽門的狀態(tài)(PSD開門或PSD關(guān)門)。如果屏蔽門是開門狀態(tài),ATP軌旁單元會設(shè)置一個安全停車點(diǎn),不讓任何列車駛?cè)胂鄳?yīng)的車站站臺。
(3)PSD的狀態(tài)通過ATP報文傳輸給列車。當(dāng)列車接近運(yùn)營停車點(diǎn),且屏蔽門的狀態(tài)由“PSD關(guān)閉”變化為“PSD開門”時,ATP軌旁單元會產(chǎn)生緊急制動讓列車停車。
(4)確保當(dāng)列車停在停車窗位置范圍內(nèi)時才連通列車到軌旁的通信通道。當(dāng)列車在站臺范圍內(nèi)移動時,ATP通過不激活“PTI(positivetrainidentification,有車標(biāo)志)釋放”切斷PTI通道。如果列車停到指定的ATP停車窗位置時,則通過ATP激活“PTI釋放”讓PTI通道連通。當(dāng)列車車門打開時,這些報文會通過PTI通道傳輸?shù)杰壟詥卧?屏蔽門會隨之而打開。
(5)屏蔽門控制系統(tǒng)向信號系統(tǒng)提供全部門“關(guān)閉及鎖定”和“互鎖解除”信息,接口采用安全型干接點(diǎn)雙斷硬線連接,接口分界點(diǎn)在屏蔽門控制設(shè)備外的線端子排。
(6)列車在ATP停車窗范圍內(nèi)停穩(wěn)后,ATP車載單元會發(fā)出打開列車車門的信號。當(dāng)列車車門打開,ATP車載單元一個持續(xù)的故障安全輸出則會切斷列車的牽引系統(tǒng)。這是為了防止列車在車門開啟的情況下人為地啟動列車。
(7)PTIMUX(PTItracksideunit)根據(jù)接收來的2個不同的PSD編碼(對應(yīng)PSD開門的編碼)驅(qū)動2個繼電器輸出,它們是表示“PSD開門”命令的接口。為了產(chǎn)生一個持續(xù)的控制信號,ATO需不斷發(fā)送“PSD開門”命令,直到屏蔽門被請求關(guān)閉為止。
(8)如果列車車門關(guān)閉(人工或自動),屏蔽門也隨之關(guān)閉,這些報文會通過PTI通道傳輸?shù)杰壟詥卧?。目前廣州1、2號線列車只有人工關(guān)閉車門功能。
(9)ATP車載單元在關(guān)閉車門的同時,輸出關(guān)閉屏蔽門命令。只有收到列車車門關(guān)閉好,且通過ATP報文接收到屏蔽門的“關(guān)閉及鎖定狀態(tài)”信息后,列車牽引系統(tǒng)才被釋放,ATP才允許啟動列車。
(10)開左門或開右門應(yīng)與站臺的位置和列車運(yùn)行方向相符合。如在換乘站(如公園前站),屏蔽門的開關(guān)要根據(jù)有利于乘客導(dǎo)向的原則來進(jìn)行設(shè)計(jì):先開下客側(cè)的屏蔽門,后開上客側(cè)的屏蔽門。
(11)屏蔽門系統(tǒng)發(fā)生故障,或屏蔽門實(shí)際已關(guān)閉但因故不能有效地把“關(guān)閉及鎖定狀態(tài)”信號傳送給ATP系統(tǒng)時,司機(jī)只有按“PSD互鎖解除”按鈕,屏蔽門系統(tǒng)才能給ATP系統(tǒng)送出“互鎖解除”的信號,用以切斷屏蔽門系統(tǒng)和信號系統(tǒng)間的聯(lián)鎖關(guān)系,ATP才允許啟動列車。且司機(jī)必須在每次發(fā)車前都按下“PSD互鎖解除”按鈕,直到故障修復(fù)為止。
(12)屏蔽門系統(tǒng)應(yīng)為每側(cè)站臺提供一組接口與信號系統(tǒng)連接,因此,島式站臺和側(cè)式站臺有兩組接口,一島兩側(cè)式站臺有四組接口(如公園前站)。
(13)由于廣州地鐵1、2號線的列車編組方式相同,在信號系統(tǒng)中沒有考慮采用不同的列車編組來開啟對應(yīng)的屏蔽門。
2信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的接口控制
2.1接口信號描述
信號系統(tǒng)與屏蔽門控制系統(tǒng)之間使用信號控制電纜連接,使用繼電、雙斷、安全型干接點(diǎn)等方式的接口電路。兩系統(tǒng)接口信號的描述見表1。
2.2ATP子系統(tǒng)對PSD打開狀態(tài)時的保護(hù)聯(lián)鎖設(shè)計(jì)
屏蔽門的狀態(tài)通過ATP報文傳輸給列車。ATP子系統(tǒng)在屏蔽門不同的打開情況下監(jiān)督列車的移動,并最終控制列車導(dǎo)向安全。其出現(xiàn)的情況有圖1中給出的5種。
圖1中:情況1和2若PSD打開,軌旁ATP會生成一個安全停車點(diǎn)讓列車不能進(jìn)入相應(yīng)車站的站臺。在情況1中,當(dāng)列車制動距離小于列車與安全停車點(diǎn)的接近距離時,列車實(shí)施正常制動讓列車在停車點(diǎn)前停車。而在情況2中,當(dāng)列車制動距離大于列車與安全停車點(diǎn)的接近距離時,列車則要被實(shí)施緊急制動。在情況3中,列車在站臺區(qū)域移動,同時收到“PSD關(guān)閉”改變?yōu)椤癙SD開門”的信息時,車載ATP單元會產(chǎn)生一個緊急制動。同樣,在情況4中,車載ATP單元也會產(chǎn)生一個緊急制動,這是因?yàn)榱熊囄膊窟€在站臺區(qū)域內(nèi)。在情況5中,列車已出清站臺區(qū)域時PSD打開,這時列車不會產(chǎn)生緊急制動。通過上述的5種情況,確保在PSD打開的情況下禁止列車在站臺區(qū)段移動,防止危及乘客的安全。
2.3接口硬線連接的安全設(shè)計(jì)
簡單的故障會導(dǎo)致屏蔽門錯誤地開、關(guān)門,這是必須要防止的?，F(xiàn)說明接口故障的安全設(shè)計(jì)。
2.3.1PTIMUX和PSD控制器之間的繼電器盒
PTIMUX和PSD控制器之間采用繼電器進(jìn)行隔離,防止電氣干擾影響信號系統(tǒng)。同時為提高安全性,接口電路采用4線雙切線路。一個正常的PSD命令是由4個PTIMUX輸出繼電器組合確定的,可以避免“PSD開門”和“PSD關(guān)門”兩個信號同時出現(xiàn)的錯誤。這些繼電器會安裝在PTIMUX上,通過復(fù)合的接點(diǎn)關(guān)系防止“PSD開門”和“PSD關(guān)門”命令的錯誤輸出。其原理見圖2。繼電器盒的繼電器輸出狀態(tài)與邏輯結(jié)果見表2。
通過其繼電器控制電路邏輯結(jié)果分析,16種繼電器可能的動作組合中,只有2種組合會產(chǎn)生正確的輸出(PSD開門和PSD關(guān)門)。這樣的設(shè)計(jì)也是為了防止繼電器失誤而產(chǎn)生錯誤的輸出命令。
2.3.2報文容錯
車載ATO通過PTI信標(biāo)到PTI-MUX的整個傳輸通道的報文都有CRC(循環(huán)冗余碼校驗(yàn))進(jìn)行校驗(yàn)。另外,列車停在停車窗位置范圍時,整個PTI傳輸通道才連通,以確保其它情況下沒有任何的報文接收,影響到PSD的功能。
2.4兩側(cè)都有屏蔽門的設(shè)計(jì)
該情況是列車可以打開左側(cè)、右側(cè)或者同時都要打開兩側(cè)車門的情況。
這里使用了6個繼電器,其功能分別是:允許開門,允許關(guān)門,兩側(cè)門都開,開左門,開右門,關(guān)閉所有門。通過這6個繼電器的接點(diǎn)組合控制PSD的命令輸出:①開右側(cè)屏蔽門,允許開門和開右門的繼電器吸起;②開左側(cè)屏蔽門,允許開門和開左門的繼電器吸起;③開兩側(cè)屏蔽門,允許開門和兩側(cè)門都開的繼電器吸起;④關(guān)閉屏蔽門,允許關(guān)門和關(guān)閉所有門的繼電器吸起。繼電器的輸出狀態(tài)和邏輯結(jié)果見表3。
如表3所述,只有上述的情況會產(chǎn)生命令輸出,其它的組合是無效的。通過其繼電器的互鎖關(guān)系,確保不會因繼電器錯誤動作產(chǎn)生有效的屏蔽門控制命令。如在公園前站這個需要兩側(cè)開門的換乘站,在設(shè)計(jì)上要考慮屏蔽門對乘客的導(dǎo)向作用,兩側(cè)屏蔽門要先開下客門再開上客門,而關(guān)門時要先關(guān)下客門再關(guān)上客門。這就需要在車載軟件中設(shè)置兩側(cè)車門的開關(guān)延時時間。同樣兩側(cè)屏蔽門開關(guān)的時間也應(yīng)作對應(yīng)的設(shè)置。
2.5車門與屏蔽門的同步
屏蔽門和列車車門的開門時間,會在小于1s內(nèi)同步啟動。屏蔽門和列車門關(guān)閉的時間應(yīng)大致相同。同步要求的延誤,主要是因?yàn)閱又噶钜獜男盘栂到y(tǒng)的車載設(shè)備傳送到信號系統(tǒng)的地面設(shè)備,傳送過程中會產(chǎn)生延誤。關(guān)門同步實(shí)現(xiàn)起來比較容易。列車車門及屏蔽門收到關(guān)門命令也不是立即關(guān)閉的,而是都有一個延時時間。根據(jù)實(shí)際情況各自確定一個關(guān)門的延時時間即可。
3結(jié)語
屏蔽門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)的結(jié)合提高了屏蔽門的自動性和安全性,在保證列車和乘客安全,實(shí)現(xiàn)快速、高密度、有序運(yùn)行等功能的同時,為乘客提供了一個舒適安全的乘車環(huán)境。通過了解信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)之間的控制與監(jiān)督,就能更深入了解屏蔽門系統(tǒng)的運(yùn)作過程。
參考文獻(xiàn)
近幾年來，全球移動通信產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。2007年，全球移動用戶數(shù)增長了25.9%，2008年由于UMTS3G網(wǎng)絡(luò)的開通，用戶數(shù)增長了14%，2009年3G網(wǎng)絡(luò)的開通，用戶將向WiMAX網(wǎng)絡(luò)和4G網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移。總之，全球移動市場仍處于快速增長期。通信產(chǎn)業(yè)是一個高科技行業(yè)，也是一個高耗能行業(yè)，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)張，通信網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備、動力系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及機(jī)房、基站等成倍增加，能耗巨大，目前我國的通信網(wǎng)絡(luò)有上萬臺的核心交換設(shè)備，有幾十萬的基站，大量的設(shè)備不僅需要人員的支撐，而且不間斷的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境也更需要能源來保障。據(jù)有關(guān)部門估計(jì)，2007年我國IT產(chǎn)品的總耗電預(yù)計(jì)為300億—500億千瓦時。這幾乎相當(dāng)于三峽電站一年的發(fā)電總量（2006年為492.50億千瓦時）。這些林林總總的IT產(chǎn)品，已經(jīng)讓我們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化，改變著人們的生產(chǎn)和生活狀態(tài)，但是這些IT產(chǎn)品功耗大而且數(shù)量眾多，累積起來所消耗的電能可以說是觸目驚心。2008年世界金融風(fēng)暴使得全球能源供給日趨緊張，2009年能源緊張的格局將會更加嚴(yán)峻，因此節(jié)能降耗的綠色通道對于通信行業(yè)來說顯得尤為重要。
由于IT設(shè)備需要成年累月不間斷地運(yùn)行，除了IT設(shè)備自身耗電量巨大外，為滿足機(jī)房環(huán)境溫度、濕度、空氣含塵濃度的要求，機(jī)房內(nèi)要獨(dú)立設(shè)置空調(diào)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，加上用于機(jī)房環(huán)境條件技術(shù)保障的其他設(shè)備，這些最終導(dǎo)致機(jī)房成為電力消耗的“大戶”。從機(jī)房用電分配上來看，其中IT設(shè)備占電能總能耗的44%，制冷系統(tǒng)占38%，電源系統(tǒng)占到15%，照明系統(tǒng)占3%。在機(jī)房的IT設(shè)備中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備大概占30%，即大約占機(jī)房總能耗的13%。同時，如果網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功耗降低，相應(yīng)的空調(diào)等設(shè)備的消耗也會相應(yīng)降低，因此目前網(wǎng)絡(luò)中心耗能最大的是服務(wù)器，其次是一些主干網(wǎng)采用的大型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，當(dāng)然其他低端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備因?yàn)閿?shù)量眾多也是不容忽視的。主設(shè)備是指服務(wù)器、BTS（基站收發(fā)臺），其功耗由接入設(shè)備的數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷決定；配套設(shè)備主要指空調(diào)，基站設(shè)備對環(huán)境溫度、濕度和潔凈度有一定要求，以保證通信設(shè)備的正常運(yùn)行，空調(diào)占了總功耗的絕大部分，平均下來約為總功耗的50%，以中國電信為例，2007年全年消耗電能超過200億度，各種能耗費(fèi)用超過100億元人民幣；其它功耗成分來自配電系統(tǒng)等。
各國政府已經(jīng)開始行動以減少能源的消耗、二氧化碳及其他污染物的排放，我國“十一五”規(guī)劃就明確了節(jié)能減排的工作指標(biāo)：到2010年，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20％左右。能源的消耗可以用二氧化碳的排放量來計(jì)算，1千瓦時約等于0.658kg二氧化碳排放量，除主設(shè)備外其他設(shè)備的能源消耗也可以用二氧化碳的排放量來計(jì)算。假設(shè)一個正?；究墒褂?0年，總二氧化碳排放量為422噸。在所有的影響因素中，主設(shè)備占了總二氧化碳排放量的30.9%。根據(jù)對二氧化碳排放量的分析，通信產(chǎn)業(yè)節(jié)能降耗的綠色通道可以從以下5方面展開：1、打造綠色基站，采用新型的功放芯片和高效功放技術(shù)，提高設(shè)備的能效；2、應(yīng)用綠色基站軟件有效降低靜態(tài)功耗，大幅降低業(yè)務(wù)量少時的能耗。3、綠色高效的冷卻方案，即減少冷卻能耗和提高電信設(shè)備耐熱能力，這樣設(shè)備可工作在室溫或更大濕度環(huán)境中。4、使用高集成度或分布式方案來減少基站占用空間，即采用多密度載波和射頻寬帶技術(shù)實(shí)現(xiàn)單模塊支持4到6個載波，同等容量下基站體積更小，重量更輕，UPS等配套要求更低。5、綠色能源的使用，即充分利用太陽能和風(fēng)能等綠色環(huán)保能源。
一、建立綠色核心網(wǎng)絡(luò)
從這么多年從事通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)工作的經(jīng)驗(yàn)中，筆者了解到傳統(tǒng)的核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是相當(dāng)復(fù)雜的，不僅一二級核心網(wǎng)絡(luò)層次多，而且大量的網(wǎng)元導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，整網(wǎng)能耗偏高。以筆者設(shè)計(jì)的機(jī)房為例：機(jī)房空間有限，服務(wù)器的能耗非常高，導(dǎo)致散熱程度差，而且需要加裝空調(diào)，再加上每年擴(kuò)容的需要，交換機(jī)走線和設(shè)備布局的不合理，使機(jī)房無法實(shí)施更進(jìn)一步的節(jié)能降耗措施。因此建立綠色核心網(wǎng)絡(luò)勢在必行。建立綠色核心網(wǎng)絡(luò)首先應(yīng)該優(yōu)化核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)行網(wǎng)絡(luò)的扁平化管理，減少核心網(wǎng)中網(wǎng)元的數(shù)量，使核心設(shè)備上移，逐步使用集成度高，電信級別的平臺代替?zhèn)鹘y(tǒng)的服務(wù)器，同時建立專業(yè)的機(jī)房散熱管理方案，如采用自下而上的回風(fēng)流方式提高冷風(fēng)的利用率，尤其是在北方城市，這樣就可以有效減少機(jī)房空調(diào)的使用。
筆者還要強(qiáng)調(diào)一下，在工程前期調(diào)研及初設(shè)階段首先考慮選擇擁有綠色基站技術(shù)的供應(yīng)商和運(yùn)營商，例如華為和Vodafone。他們擁有IP組網(wǎng)、分布式基站、先進(jìn)功放、智能電源管理、多載頻技術(shù)、統(tǒng)一架構(gòu)等關(guān)鍵綠色技術(shù)。這樣設(shè)計(jì)的基站穩(wěn)定性、可靠性高，功耗能夠得到進(jìn)一步優(yōu)化，而且更有利于網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)升級。
二、充分利用軟件技術(shù)降低能耗
除提高設(shè)計(jì)水平和利用硬件升級等手段降低能耗以外，充分利用軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗也越來越重要。隨著軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，大到網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型，小到CPU超頻。以筆者所在單位為例，通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他單位基礎(chǔ)設(shè)施的更新?lián)Q代，如果頻繁地對網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型，將造成大量在線設(shè)備的退網(wǎng)淘汰以及更多的資源消耗，那么利用軟件技術(shù)提高現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作效率，從而降低能耗也是非常重要的手段。通過對上網(wǎng)用戶在線時間的統(tǒng)計(jì)分析，全網(wǎng)在忙時和閑時網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷變換最大，那么就可以通過軟件調(diào)整核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的主頻，讓它隨網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷變化，在閑時自動將設(shè)備處理能力降低，減少電能的消耗。
三、提高空間利用率降低設(shè)備冗余度
隨著通信產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，每年入網(wǎng)用戶日益增多，基站和設(shè)備間能夠利用的空間越來越小，設(shè)備密度也越來越大，電力消耗明顯提高，因此采用高集成度或分布式設(shè)計(jì)方案來減少基站和設(shè)備間的空間占用，使用體積更小，重量更輕，支持端口更多的設(shè)備來有效降低設(shè)備冗余度，對于降低能耗也是重要的綠色手段。對于高端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來講，性能和功能無疑是最重要的，功耗降低會以性能的降低為代價。一般的情況下，為保證功能、性能、業(yè)務(wù)卡的數(shù)量和運(yùn)行可靠，設(shè)備的功耗也會較大。這類設(shè)備數(shù)量較少，放置位置的環(huán)境情況也比較好。因此，在選擇高端設(shè)備方面我們只是把功耗指標(biāo)作為一個輔助的參考指標(biāo)。
對于低端的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，如數(shù)量巨大的接入層交換機(jī)，雖然他們的功能都很強(qiáng)大，但是我們實(shí)際應(yīng)用時只會用到它的部分功能，完全可以通過犧牲一些我們不需要的性能來換取設(shè)備的功耗降低?，F(xiàn)在有一些接入層交換機(jī)因?yàn)樽陨砉男。呀?jīng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備內(nèi)部無風(fēng)扇，這類產(chǎn)品就能很好地降低設(shè)備的功耗。對于低端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來說，采購過程中會把功耗作為一個比較重要的指標(biāo)來考慮。
四、推崇綠色環(huán)保能源的使用
利用太陽能和風(fēng)能等混合能源，可更好地保護(hù)環(huán)境，減少污染物排放。在有條件的地區(qū)充分利用太陽能、風(fēng)能作為輔助能源，降低電能消耗，分解能源問題。在北方城市，利用季節(jié)明顯，冬季日夜溫差較大的特點(diǎn)，優(yōu)化基站、核心機(jī)房、設(shè)備間的通風(fēng)設(shè)計(jì)方案和溫度控制方案，充分利用自然環(huán)境溫度實(shí)現(xiàn)溫控的目的，減少冷卻系統(tǒng)和大功率空調(diào)的使用，降低能耗，建立更多能源使用的綠色通道，使能源利用率更高。
為了使通信產(chǎn)業(yè)向著更加綠色的方向發(fā)展，節(jié)能降耗勢在必行，讓我們共同努力，打造出更多的綠色通道，從技術(shù)上提高設(shè)備、能源的使用效率，減少不必要的損耗，以實(shí)際行動來保護(hù)環(huán)境，推動通信產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。
2系統(tǒng)組成
系統(tǒng)是由標(biāo)準(zhǔn)源(Fluke5520A多功能校準(zhǔn)源/3010多功能校準(zhǔn)源/Fluke525A溫度校準(zhǔn)源/CBA-2310A應(yīng)變校準(zhǔn)器)、標(biāo)準(zhǔn)表(Agilent34970A數(shù)據(jù)采集表/Agilent34401A數(shù)字多用表)、轉(zhuǎn)換開關(guān)(Keithley7001程控轉(zhuǎn)換開關(guān))、供電電源(Agi鄄lentE3634A直流電源)、被校隔離信號調(diào)理模塊(模塊+載板)、接口卡(Agilent82357A接口卡)及接口電纜、計(jì)算機(jī)及自動校準(zhǔn)軟件組成,如圖1所示。
3系統(tǒng)校準(zhǔn)
原理系統(tǒng)連接如圖1所示,通過USB/GPIB接口卡和GPIB電纜將計(jì)算機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)源、程控轉(zhuǎn)換開關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集表及直流電源連接起來,并將標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)源的信號輸出端通過程控轉(zhuǎn)換開關(guān)與各被校模塊的信號輸入端連接,各被校模塊的信號輸出端與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集表的各信號輸入端連接,直流電源的輸出端與被校模塊載板的供電電源端連接。通過計(jì)算機(jī)及校準(zhǔn)軟件程控直流電源輸出直流電壓提供給被校模塊直流供電電壓,再通過程控標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)源發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)信號,同時程控多路轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行信號各路自動切換及程控標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集表測試對應(yīng)各被校模塊的輸出值,自動進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及存檔,并自動形成報告,從而實(shí)現(xiàn)多路全自動校準(zhǔn)。當(dāng)然,在沒有程控轉(zhuǎn)換開關(guān)和數(shù)據(jù)采集表的情況下,可以采用另一種校準(zhǔn)方法,如圖2所示,直接將標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)源的信號輸出端與被校模塊的信號輸入端連接,被校模塊的信號輸出端與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字多用表的信號輸入端連接,從而實(shí)現(xiàn)單路全自動校準(zhǔn)。
4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)隔離信號調(diào)理模塊自動校準(zhǔn)的重要環(huán)節(jié)之一。本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)開發(fā)平臺采用功能強(qiáng)大、編程效率高、簡單易學(xué)的圖形化編程語言VEEPro。
4.1軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)方式。軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是由儀器信息記錄、校準(zhǔn)及打印輸出三個主模塊構(gòu)成。儀器信息記錄主模塊是由測試儀器信息登記模塊、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)信息記錄模塊、校準(zhǔn)結(jié)果信息記錄模塊、環(huán)境及人員信息記錄模塊四個子模塊組成;打印輸出主模塊是由審核測試數(shù)據(jù)模塊、打印預(yù)覽數(shù)據(jù)模塊、打印測試數(shù)據(jù)模塊三個子模塊組成;校準(zhǔn)主模塊是由電壓信號調(diào)理模塊、電流信號調(diào)理模塊、應(yīng)變信號調(diào)理模塊、頻率信號調(diào)理模塊、熱電阻RTD信號調(diào)理模塊、熱電偶TC信號調(diào)理模塊六個模塊組成,其中電壓信號調(diào)理模塊[1,2]是由直流線性度誤差校準(zhǔn)模塊、直流示值誤差校準(zhǔn)模塊、直流放大倍數(shù)校準(zhǔn)模塊、線性頻率響應(yīng)校準(zhǔn)模塊、零點(diǎn)漂移校準(zhǔn)模塊五個子模塊組成;電流信號調(diào)理模塊[1]是由線性度誤差校準(zhǔn)模塊、穩(wěn)定度校準(zhǔn)模塊兩個子模塊組成;應(yīng)變信號調(diào)理模塊[2,3]是由非線性誤差校準(zhǔn)模塊、頻率響應(yīng)誤差校準(zhǔn)模塊、增益誤差校準(zhǔn)模塊、零點(diǎn)漂移校準(zhǔn)模塊四個子模塊組成;頻率信號調(diào)理模塊[1]是由線性度誤差校準(zhǔn)模塊、穩(wěn)定度校準(zhǔn)模塊兩個子模塊組成;熱電阻RTD信號調(diào)理模塊[1]是由線性度誤差校準(zhǔn)模塊、示值誤差校準(zhǔn)模塊、穩(wěn)定度校準(zhǔn)模塊三個子模塊組成;熱電偶TC信號調(diào)理模塊[1]也是由線性度誤差校準(zhǔn)模塊、示值誤差校準(zhǔn)模塊、穩(wěn)定度校準(zhǔn)模塊三個子模塊組成。注意上面有些子模塊名稱相同,但模塊設(shè)計(jì)有所不相,程控標(biāo)準(zhǔn)源輸出的參量是不相同的。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)組成示意圖如圖3所示。
4.2軟件流程設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)是按照軟件工作流程圖的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行開發(fā)的。由于篇幅有限,只能繪出部分典型模塊的設(shè)計(jì)流程圖?，F(xiàn)以常用的電壓信號調(diào)理模塊的線性頻率響應(yīng)校準(zhǔn)項(xiàng)目為例,介紹隔離信號調(diào)理模塊的部分軟件設(shè)計(jì)流程圖。如圖4所示為隔離信號調(diào)理模塊的線性頻率響應(yīng)校準(zhǔn)模塊軟件設(shè)計(jì)流程示意圖。
4.3儀器信息記錄及打印輸出模塊的設(shè)計(jì)
儀器信息記錄模塊主要實(shí)現(xiàn)對測試儀器信息登記、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)信息記錄、校準(zhǔn)結(jié)果信息記錄、環(huán)境及測試人員信息記錄。打印輸出模塊主要負(fù)責(zé)完成審核測試數(shù)據(jù)、打印預(yù)覽數(shù)據(jù)和打印測試數(shù)據(jù)。這部分的設(shè)計(jì)是采用調(diào)用開發(fā)平臺的庫函數(shù)[4]來實(shí)現(xiàn)。
4.4校準(zhǔn)模塊設(shè)計(jì)
校準(zhǔn)模塊設(shè)計(jì)是通過編寫儀器驅(qū)動來控制標(biāo)準(zhǔn)源發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)信號及控制標(biāo)準(zhǔn)表采集測試數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)對各模塊的自動校準(zhǔn)。
4.4.1儀器驅(qū)動的編寫
由于被校模塊具有多種型號,根據(jù)不同型號,其輸入信號參量不同,采用的標(biāo)準(zhǔn)儀器有所不同,例如:在校準(zhǔn)電壓信號調(diào)理模塊時,采用多功能校準(zhǔn)源;而校準(zhǔn)應(yīng)變信號調(diào)理模塊時,采用應(yīng)變校準(zhǔn)器。因此,在編寫程序時,應(yīng)參照各廠家提供的用戶手冊[5~9],分別編寫儀器驅(qū)動程序,實(shí)現(xiàn)其標(biāo)準(zhǔn)儀器與計(jì)算機(jī)的通信。在編寫儀器控制指令代碼時,一定要注意區(qū)分字母的大小寫及準(zhǔn)確把握時序控制,確保測試數(shù)據(jù)的同步與準(zhǔn)確。
4.4.2多路自動校準(zhǔn)模塊的設(shè)計(jì)
多路自動校準(zhǔn)模塊設(shè)計(jì)是按照將總模塊分解成主模塊,主模塊分解成分模塊,分模塊分解成子模塊的順序逐級分解,分別編寫各個子模塊程序,再將編好的各個子模塊寅分模塊寅主模塊寅總模塊有順地連接起來,即可形成自動校準(zhǔn)系統(tǒng)。按照此設(shè)計(jì)思路將校準(zhǔn)主模塊按輸入信號參量不同,分解成電壓、電流、頻率、應(yīng)變、溫度信號調(diào)理模塊,再根據(jù)被校模塊型號和校準(zhǔn)項(xiàng)目不同,以及采用的標(biāo)準(zhǔn)儀器和校準(zhǔn)方式不同分別編寫各子模塊,然后將其正確連接即可。如圖5和圖6所示為電壓信號調(diào)理模塊部分設(shè)計(jì)程序框圖和軟件設(shè)計(jì)彈出式菜單示意圖。針對隔離信號調(diào)理模塊校準(zhǔn)不同型號時,其輸入?yún)⒘考皹?biāo)稱值是不同的,在程序設(shè)計(jì)時應(yīng)全面考慮,校準(zhǔn)時,應(yīng)盡量避免手動錄入或更改參數(shù),采用按照被校模塊型號分別編寫預(yù)置標(biāo)稱值模塊,然后以變量方式,一旦確定被校模塊的型號,則系統(tǒng)自動圖5軟件設(shè)計(jì)部分程序框圖圖6軟件設(shè)計(jì)部分彈出式菜單示意圖調(diào)用所選型號的預(yù)置標(biāo)稱值模塊。這樣,一是可以提高工作效率,二是可以避免人為錄入錯誤或操作人員不同選擇校準(zhǔn)點(diǎn)有所不同等因素造成的影響。另外,在誤差處理模塊后還應(yīng)考慮設(shè)有超差判斷功能模塊,以確保測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。此外,數(shù)據(jù)存檔格式也是編程需要注意的細(xì)節(jié),為了保證測試數(shù)據(jù)按計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)格式存檔,采用在預(yù)置標(biāo)稱值模塊中設(shè)置保留數(shù)據(jù)有效位數(shù)及獲得變量參數(shù)的方式實(shí)現(xiàn),從而達(dá)到測試數(shù)據(jù)—處理數(shù)據(jù)—保存數(shù)據(jù)—打印報告自動完成的目的。如圖7所示為5B40-02電壓信號調(diào)理模塊的線性頻率響應(yīng)校準(zhǔn)模塊結(jié)果顯示及數(shù)據(jù)存檔格式示意圖。圖中顯示的數(shù)據(jù)是根據(jù)測量放大器校準(zhǔn)規(guī)范[2]計(jì)算得出的。其它校準(zhǔn)子模塊的編寫方法與上述類似。
4.5單路自動校準(zhǔn)模塊的設(shè)計(jì)
在完成了多路自動校準(zhǔn)模塊的設(shè)計(jì)后,就很容易編寫單路自動校準(zhǔn)模塊的設(shè)計(jì),只要將編寫好的多路自動校準(zhǔn)模塊復(fù)制,并在此基礎(chǔ)上稍作改動,刪除程控轉(zhuǎn)換開關(guān)儀器驅(qū)動模塊,將標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集表儀器驅(qū)動換成數(shù)字多用表儀器驅(qū)動,增加彈出式操作提示框等即可完成單路自動校準(zhǔn)模塊的設(shè)計(jì)。如圖8所示為5B40-02電壓信號調(diào)理模塊的直流線性度誤差校準(zhǔn)模塊結(jié)果顯示及數(shù)據(jù)存檔格式示意圖。圖中顯示的數(shù)據(jù)是根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范[1]計(jì)算得出的。
1.1接地原則的掌握來實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)的抗干擾能力
在不同的兩點(diǎn)之間底線的連接中，其中的干擾性電壓一般能夠達(dá)到幾十伏，但是卻不能夠完全忽視其中的電磁波干擾。由于地線至中所存在的干擾性電波致使發(fā)射機(jī)在工作過程中存在很強(qiáng)的阻抗能力，進(jìn)而使得監(jiān)控系統(tǒng)受到十分強(qiáng)烈的干擾，如果監(jiān)控系統(tǒng)受到十分劇烈的干擾就使得廣播電視信號發(fā)射監(jiān)控系統(tǒng)的正常工作得不到保障。因此，為了能夠保障其正常的信號發(fā)射監(jiān)控，避免出現(xiàn)高頻干擾，這就需要掌握接地原則。所謂的接地原則就是指在低頻電路之中，各個元件和布線上其電磁感應(yīng)的影響比較弱，這就需要將其中的一條線路與地纜相連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其干擾程度的大大降低。
1.2通過平衡方式信號的傳送來實(shí)現(xiàn)抗干擾能力的提高
為了能夠?qū)崿F(xiàn)信號傳輸過程中的信號干擾，在前端機(jī)的信號輸入上和傳感器信息的輸出上就需要利用雙絞線的平衡式信息傳輸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)初始信號的平衡，進(jìn)而減少不平衡的信號傳送，影響正常的信號接收，而雙絞線的信號傳送方式能夠?qū)崿F(xiàn)對于干擾信號的一種抵消。在發(fā)射機(jī)房的接地高頻系統(tǒng)的設(shè)定與屏蔽系統(tǒng)之間的雙絞線連接主要采用一對二芯的評比方式，進(jìn)而避免出現(xiàn)高頻電磁波輻射的屏蔽和感性之間的竄擾，因此這樣的設(shè)計(jì)方式能夠使得故障出現(xiàn)時通過問題的查找和排除能夠?qū)崿F(xiàn)高效性和便捷性，進(jìn)而使得信息傳輸系統(tǒng)更加高效。
2實(shí)驗(yàn)教育改革
2.1基于軟硬件結(jié)合的“雙平臺實(shí)驗(yàn)教學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為理論教學(xué)的主要補(bǔ)充，在整個教學(xué)環(huán)節(jié)中具有重要地位。我們“信號與系統(tǒng)”課程采用基于軟硬件結(jié)合的雙平臺教學(xué)，開設(shè)24個學(xué)時實(shí)驗(yàn)，其中保留了原來的8學(xué)時硬件電路實(shí)驗(yàn)，增加了16學(xué)時MATLAB軟件實(shí)驗(yàn)，對于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的取舍和編排二者盡可能取長補(bǔ)短。硬件電路實(shí)驗(yàn)中對于儀器的操作、硬件電路的調(diào)試等充分鍛煉了學(xué)生的動手能力；對于MATLAB軟件實(shí)驗(yàn)，我們編寫了與理論教材配套的實(shí)驗(yàn)教材，與理論教學(xué)同步，實(shí)驗(yàn)教材全面系統(tǒng)的介紹應(yīng)用MATLAB對信號與系統(tǒng)進(jìn)行分析與實(shí)現(xiàn)的具體方法，并提供程序?qū)嵗?、基本?shí)驗(yàn)內(nèi)容和擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生根據(jù)程序?qū)嵗?dú)立完成信號與系統(tǒng)分析的可視化建模及仿真調(diào)試等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生主動獲取知識和獨(dú)立解決問題的能力。通過軟硬件結(jié)合的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生的動手能力與理論水平同時提高，也更有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
2.2開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)
我們的硬件電路實(shí)驗(yàn)全部采用開放性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式。以學(xué)生預(yù)習(xí)﹑自選時間和自主做實(shí)驗(yàn)為主，教師講解示范為輔。為此，我們進(jìn)一步完善了實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，并且將示波器等重點(diǎn)儀器的使用方法印成卡片，每個實(shí)驗(yàn)位置放一份。學(xué)生做好預(yù)習(xí)才能準(zhǔn)許進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，老師不講解只輔導(dǎo)答疑和檢查結(jié)果，學(xué)生基本都能完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。如果有學(xué)生完成規(guī)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，則可以充分利用開放實(shí)驗(yàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，這期間學(xué)生可以在老師的指導(dǎo)下，對相關(guān)課外內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，例如電子制作或進(jìn)行其它科研項(xiàng)目等。通過推出一系列的實(shí)驗(yàn)自主學(xué)習(xí)模式后，近年來，我們指導(dǎo)的學(xué)生在全國大學(xué)生電子制作競賽中獲得了較好的成績，學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力有較大提高。
3信號與系統(tǒng)課程網(wǎng)站建設(shè)
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，為構(gòu)建主動學(xué)習(xí)環(huán)境提供了充分條件，課程網(wǎng)站建設(shè)將傳統(tǒng)的以教師為中心的被動學(xué)習(xí)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的主動學(xué)習(xí)模式，可以激發(fā)學(xué)生主動探索、主動發(fā)現(xiàn)和解決問題，有利于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。我們信號與系統(tǒng)課程網(wǎng)站的建設(shè)參考國家精品課程網(wǎng)站的建設(shè)思路，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想。網(wǎng)站共分為課程介紹、課程特色、師資隊(duì)伍、課程資源、實(shí)踐教學(xué)、仿真園地、互動交流（BBS）七大板塊。課程資源板塊為學(xué)生提供了豐富的學(xué)習(xí)資源，包括課程的教學(xué)大綱、授課計(jì)劃表、電子教案、補(bǔ)充習(xí)題、學(xué)習(xí)指導(dǎo)、教學(xué)錄像等部分，學(xué)生用自己的學(xué)號、姓名注冊通過管理員審核后，可以下載課程資源，給學(xué)生的課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)帶來了極大的方便。實(shí)踐教學(xué)板塊包括實(shí)驗(yàn)大綱、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書等部分，通過實(shí)踐教學(xué)板塊，學(xué)生可充分的利用教學(xué)資源掌握試驗(yàn)內(nèi)容，同時也為信號與系統(tǒng)課程的教學(xué)改革中開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了有力的保證。仿真園地板塊結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，利用MATLAB對關(guān)鍵知識點(diǎn)進(jìn)行建模仿真,并給出了MATLAB仿真的源代碼，這樣可以將信號與系統(tǒng)課程中較難掌握和理解的內(nèi)容形象生動地展現(xiàn)出來，提高了教學(xué)效率，增強(qiáng)了直觀教學(xué)和教學(xué)效果,從而使學(xué)生對所學(xué)知識的理解更加透徹。學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的問題可以通過討論版（BBS）提出，尋求老師或者同學(xué)們的幫助，實(shí)現(xiàn)師生互動交流。
筆者還要強(qiáng)調(diào)一下，在工程前期調(diào)研及初設(shè)階段首先考慮選擇擁有綠色基站技術(shù)的供應(yīng)商和運(yùn)營商，例如華為和Vodafone。他們擁有IP組網(wǎng)、分布式基站、先進(jìn)功放、智能電源管理、多載頻技術(shù)、統(tǒng)一架構(gòu)等關(guān)鍵綠色技術(shù)。這樣設(shè)計(jì)的基站穩(wěn)定性、可靠性高，功耗能夠得到進(jìn)一步優(yōu)化，而且更有利于網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)升級。
二、充分利用軟件技術(shù)降低能耗
除提高設(shè)計(jì)水平和利用硬件升級等手段降低能耗以外，充分利用軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗也越來越重要。隨著軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，大到網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型，小到CPU超頻。以筆者所在單位為例，通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他單位基礎(chǔ)設(shè)施的更新?lián)Q代，如果頻繁地對網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型，將造成大量在線設(shè)備的退網(wǎng)淘汰以及更多的資源消耗，那么利用軟件技術(shù)提高現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作效率，從而降低能耗也是非常重要的手段。通過對上網(wǎng)用戶在線時間的統(tǒng)計(jì)分析，全網(wǎng)在忙時和閑時網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷變換最大，那么就可以通過軟件調(diào)整核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的主頻，讓它隨網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷變化，在閑時自動將設(shè)備處理能力降低，減少電能的消耗。
三、提高空間利用率降低設(shè)備冗余度
隨著通信產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，每年入網(wǎng)用戶日益增多，基站和設(shè)備間能夠利用的空間越來越小，設(shè)備密度也越來越大，電力消耗明顯提高，因此采用高集成度或分布式設(shè)計(jì)方案來減少基站和設(shè)備間的空間占用，使用體積更小，重量更輕，支持端口更多的設(shè)備來有效降低設(shè)備冗余度，對于降低能耗也是重要的綠色手段。對于高端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來講，性能和功能無疑是最重要的，功耗降低會以性能的降低為代價。一般的情況下，為保證功能、性能、業(yè)務(wù)卡的數(shù)量和運(yùn)行可靠，設(shè)備的功耗也會較大。這類設(shè)備數(shù)量較少，放置位置的環(huán)境情況也比較好。因此，在選擇高端設(shè)備方面我們只是把功耗指標(biāo)作為一個輔助的參考指標(biāo)。
對于低端的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，如數(shù)量巨大的接入層交換機(jī)，雖然他們的功能都很強(qiáng)大，但是我們實(shí)際應(yīng)用時只會用到它的部分功能，完全可以通過犧牲一些我們不需要的性能來換取設(shè)備的功耗降低?，F(xiàn)在有一些接入層交換機(jī)因?yàn)樽陨砉男?，已?jīng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備內(nèi)部無風(fēng)扇，這類產(chǎn)品就能很好地降低設(shè)備的功耗。對于低端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來說，采購過程中會把功耗作為一個比較重要的指標(biāo)來考慮
四、推崇綠色環(huán)保能源的使用
利用太陽能和風(fēng)能等混合能源，可更好地保護(hù)環(huán)境，減少污染物排放。在有條件的地區(qū)充分利用太陽能、風(fēng)能作為輔助能源，降低電能消耗，分解能源問題。在北方城市，利用季節(jié)明顯，冬季日夜溫差較大的特點(diǎn)，優(yōu)化基站、核心機(jī)房、設(shè)備間的通風(fēng)設(shè)計(jì)方案和溫度控制方案，充分利用自然環(huán)境溫度實(shí)現(xiàn)溫控的目的，減少冷卻系統(tǒng)和大功率空調(diào)的使用，降低能耗，建立更多能源使用的綠色通道，使能源利用率更高。
為了使通信產(chǎn)業(yè)向著更加綠色的方向發(fā)展，節(jié)能降耗勢在必行，讓我們共同努力，打造出更多的綠色通道，從技術(shù)上提高設(shè)備、能源的使用效率，減少不必要的損耗，以實(shí)際行動來保護(hù)環(huán)境，推動通信產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
[1]梁文斌.通信機(jī)房節(jié)能降耗前景廣闊[N].人民郵電,2008,03-06
近幾年來，全球移動通信產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。2007年，全球移動用戶數(shù)增長了25.9%，2008年由于UMTS3G網(wǎng)絡(luò)的開通，用戶數(shù)增長了14%，2009年3G網(wǎng)絡(luò)的開通，用戶將向WiMAX網(wǎng)絡(luò)和4G網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移?？傊蛞苿邮袌鋈蕴幱诳焖僭鲩L期。通信產(chǎn)業(yè)是一個高科技行業(yè)，也是一個高耗能行業(yè)，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)張，通信網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備、動力系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及機(jī)房、基站等成倍增加，能耗巨大，目前我國的通信網(wǎng)絡(luò)有上萬臺的核心交換設(shè)備，有幾十萬的基站，大量的設(shè)備不僅需要人員的支撐，而且不間斷的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境也更需要能源來保障。據(jù)有關(guān)部門估計(jì)，2007年我國IT產(chǎn)品的總耗電預(yù)計(jì)為300億—500億千瓦時。這幾乎相當(dāng)于三峽電站一年的發(fā)電總量（2006年為492.50億千瓦時）。這些林林總總的IT產(chǎn)品，已經(jīng)讓我們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化，改變著人們的生產(chǎn)和生活狀態(tài)，但是這些IT產(chǎn)品功耗大而且數(shù)量眾多，累積起來所消耗的電能可以說是觸目驚心。2008年世界金融風(fēng)暴使得全球能源供給日趨緊張，2009年能源緊張的格局將會更加嚴(yán)峻，因此節(jié)能降耗的綠色通道對于通信行業(yè)來說顯得尤為重要。
由于IT設(shè)備需要成年累月不間斷地運(yùn)行，除了IT設(shè)備自身耗電量巨大外，為滿足機(jī)房環(huán)境溫度、濕度、空氣含塵濃度的要求，機(jī)房內(nèi)要獨(dú)立設(shè)置空調(diào)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，加上用于機(jī)房環(huán)境條件技術(shù)保障的其他設(shè)備，這些最終導(dǎo)致機(jī)房成為電力消耗的“大戶”。從機(jī)房用電分配上來看，其中IT設(shè)備占電能總能耗的44%，制冷系統(tǒng)占38%，電源系統(tǒng)占到15%，照明系統(tǒng)占3%。在機(jī)房的IT設(shè)備中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備大概占30%，即大約占機(jī)房總能耗的13%。同時，如果網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功耗降低，相應(yīng)的空調(diào)等設(shè)備的消耗也會相應(yīng)降低，因此目前網(wǎng)絡(luò)中心耗能最大的是服務(wù)器，其次是一些主干網(wǎng)采用的大型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，當(dāng)然其他低端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備因?yàn)閿?shù)量眾多也是不容忽視的。主設(shè)備是指服務(wù)器、BTS（基站收發(fā)臺），其功耗由接入設(shè)備的數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷決定；配套設(shè)備主要指空調(diào)，基站設(shè)備對環(huán)境溫度、濕度和潔凈度有一定要求，以保證通信設(shè)備的正常運(yùn)行，空調(diào)占了總功耗的絕大部分，平均下來約為總功耗的50%，以中國電信為例，2007年全年消耗電能超過200億度，各種能耗費(fèi)用超過100億元人民幣；其它功耗成分來自配電系統(tǒng)等。
各國政府已經(jīng)開始行動以減少能源的消耗、二氧化碳及其他污染物的排放，我國“十一五”規(guī)劃就明確了節(jié)能減排的工作指標(biāo)：到2010年，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20％左右。能源的消耗可以用二氧化碳的排放量來計(jì)算，1千瓦時約等于0.658kg二氧化碳排放量，除主設(shè)備外其他設(shè)備的能源消耗也可以用二氧化碳的排放量來計(jì)算。假設(shè)一個正?；究墒褂?0年，總二氧化碳排放量為422噸。在所有的影響因素中，主設(shè)備占了總二氧化碳排放量的30.9%。根據(jù)對二氧化碳排放量的分析，通信產(chǎn)業(yè)節(jié)能降耗的綠色通道可以從以下5方面展開：1、打造綠色基站，采用新型的功放芯片和高效功放技術(shù)，提高設(shè)備的能效；2、應(yīng)用綠色基站軟件有效降低靜態(tài)功耗，大幅降低業(yè)務(wù)量少時的能耗。3、綠色高效的冷卻方案，即減少冷卻能耗和提高電信設(shè)備耐熱能力，這樣設(shè)備可工作在室溫或更大濕度環(huán)境中。4、使用高集成度或分布式方案來減少基站占用空間，即采用多密度載波和射頻寬帶技術(shù)實(shí)現(xiàn)單模塊支持4到6個載波，同等容量下基站體積更小，重量更輕，UPS等配套要求更低。5、綠色能源的使用，即充分利用太陽能和風(fēng)能等綠色環(huán)保能源。
一、建立綠色核心網(wǎng)絡(luò)
從這么多年從事通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)工作的經(jīng)驗(yàn)中，筆者了解到傳統(tǒng)的核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是相當(dāng)復(fù)雜的，不僅一二級核心網(wǎng)絡(luò)層次多，而且大量的網(wǎng)元導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，整網(wǎng)能耗偏高。以筆者設(shè)計(jì)的機(jī)房為例：機(jī)房空間有限，服務(wù)器的能耗非常高，導(dǎo)致散熱程度差，而且需要加裝空調(diào)，再加上每年擴(kuò)容的需要，交換機(jī)走線和設(shè)備布局的不合理，使機(jī)房無法實(shí)施更進(jìn)一步的節(jié)能降耗措施。因此建立綠色核心網(wǎng)絡(luò)勢在必行。建立綠色核心網(wǎng)絡(luò)首先應(yīng)該優(yōu)化核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)行網(wǎng)絡(luò)的扁平化管理，減少核心網(wǎng)中網(wǎng)元的數(shù)量，使核心設(shè)備上移，逐步使用集成度高，電信級別的平臺代替?zhèn)鹘y(tǒng)的服務(wù)器，同時建立專業(yè)的機(jī)房散熱管理方案，如采用自下而上的回風(fēng)流方式提高冷風(fēng)的利用率，尤其是在北方城市，這樣就可以有效減少機(jī)房空調(diào)的使用。
筆者還要強(qiáng)調(diào)一下，在工程前期調(diào)研及初設(shè)階段首先考慮選擇擁有綠色基站技術(shù)的供應(yīng)商和運(yùn)營商，例如華為和Vodafone。他們擁有IP組網(wǎng)、分布式基站、先進(jìn)功放、智能電源管理、多載頻技術(shù)、統(tǒng)一架構(gòu)等關(guān)鍵綠色技術(shù)。這樣設(shè)計(jì)的基站穩(wěn)定性、可靠性高，功耗能夠得到進(jìn)一步優(yōu)化，而且更有利于網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)升級。
二、充分利用軟件技術(shù)降低能耗
除提高設(shè)計(jì)水平和利用硬件升級等手段降低能耗以外，充分利用軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗也越來越重要。隨著軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，大到網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型，小到CPU超頻。以筆者所在單位為例，通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他單位基礎(chǔ)設(shè)施的更新?lián)Q代，如果頻繁地對網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型，將造成大量在線設(shè)備的退網(wǎng)淘汰以及更多的資源消耗，那么利用軟件技術(shù)提高現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作效率，從而降低能耗也是非常重要的手段。通過對上網(wǎng)用戶在線時間的統(tǒng)計(jì)分析，全網(wǎng)在忙時和閑時網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷變換最大，那么就可以通過軟件調(diào)整核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的主頻，讓它隨網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷變化，在閑時自動將設(shè)備處理能力降低，減少電能的消耗。
三、提高空間利用率降低設(shè)備冗余度
隨著通信產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，每年入網(wǎng)用戶日益增多，基站和設(shè)備間能夠利用的空間越來越小，設(shè)備密度也越來越大，電力消耗明顯提高，因此采用高集成度或分布式設(shè)計(jì)方案來減少基站和設(shè)備間的空間占用，使用體積更小，重量更輕，支持端口更多的設(shè)備來有效降低設(shè)備冗余度，對于降低能耗也是重要的綠色手段。對于高端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來講，性能和功能無疑是最重要的，功耗降低會以性能的降低為代價。一般的情況下，為保證功能、性能、業(yè)務(wù)卡的數(shù)量和運(yùn)行可靠，設(shè)備的功耗也會較大。這類設(shè)備數(shù)量較少，放置位置的環(huán)境情況也比較好。因此，在選擇高端設(shè)備方面我們只是把功耗指標(biāo)作為一個輔助的參考指標(biāo)。
對于低端的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，如數(shù)量巨大的接入層交換機(jī)，雖然他們的功能都很強(qiáng)大，但是我們實(shí)際應(yīng)用時只會用到它的部分功能，完全可以通過犧牲一些我們不需要的性能來換取設(shè)備的功耗降低。現(xiàn)在有一些接入層交換機(jī)因?yàn)樽陨砉男?，已?jīng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備內(nèi)部無風(fēng)扇，這類產(chǎn)品就能很好地降低設(shè)備的功耗。對于低端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來說，采購過程中會把功耗作為一個比較重要的指標(biāo)來考慮
四、推崇綠色環(huán)保能源的使用
利用太陽能和風(fēng)能等混合能源，可更好地保護(hù)環(huán)境，減少污染物排放。在有條件的地區(qū)充分利用太陽能、風(fēng)能作為輔助能源，降低電能消耗，分解能源問題。在北方城市，利用季節(jié)明顯，冬季日夜溫差較大的特點(diǎn)，優(yōu)化基站、核心機(jī)房、設(shè)備間的通風(fēng)設(shè)計(jì)方案和溫度控制方案，充分利用自然環(huán)境溫度實(shí)現(xiàn)溫控的目的，減少冷卻系統(tǒng)和大功率空調(diào)的使用，降低能耗，建立更多能源使用的綠色通道，使能源利用率更高。
為了使通信產(chǎn)業(yè)向著更加綠色的方向發(fā)展，節(jié)能降耗勢在必行，讓我們共同努力，打造出更多的綠色通道，從技術(shù)上提高設(shè)備、能源的使用效率，減少不必要的損耗，以實(shí)際行動來保護(hù)環(huán)境，推動通信產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。
