無線通信中同步兼備信息傳輸的波形一體化設計

摘要：文章以波形一體化及信息同步傳輸技術為基礎，分別對數據幀解碼器及電路硬件進行設計，構建一種簡單的波形一體化同步兼備信息傳輸系統，并進行仿真實驗。研究結果表明，該系統能夠降低信息傳遞錯誤率，提高無線通信數據信息同步效率。

關鍵詞：無線通信；信息傳輸；波形一體化

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.03.021

中圖分類號：TN 92" " " " " " " "文獻標示碼：A" " " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）03-00-04

Waveform Integration Design with Synchronous Information Transmission in Wireless Communication

GAO Licong

（Shanxi Information Planning and Design Institute Co.， Ltd.， Taiyuan 030012， China）

Abstract： Based on waveform integration and information synchronization transmission technology， this paper is based on waveform integration and information synchronization transmission technology， design the data frame decoder and circuit hardware separately， a simple waveform integration synchronous information transmission system was constructed， and simulation experiments were carried out. The results show that the system can reduce the error rate of information transmission and improve the efficiency of wireless communication data and information synchronization.

Key words： wireless communication; transmission of information; waveform integration

0" 引言

隨著移動互聯網的普及，越來越多的人將手機與網絡聯系在一起，利用無線網絡中無線路由器轉發數據至手機或平板電腦，從而實現移動通信。在Wi-Fi中，由于多用戶和多天線技術的應用，存在用戶之間互相干擾的問題，同時，由于無線路由器轉發數據量較大，因此傳輸速率受到限制[1-3]。本文提出一種波形一體化架構的設計方案來解決上述問題，從而實現低時延傳輸高速率數據的目的。

1" 波形一體化及信息同步傳輸技術

1.1 波形一體化結構

在無線通信中，為提高數據傳輸速率并降低時延，通常采用多用戶技術，這就需要無線路由器能夠轉發并接收大量數據，在不同用戶間通信時，其信道資源會被分配給不同的移動終端。為解決這一問題，需要同時控制不同用戶的通信行為，提高他們之間的同步速率，在無線網絡中需要實現高速率、低時延傳輸。因此，本文提出的波形一體化架構由兩個相互垂直的部分組成，上下部分分別采用不同速率、不同大小的數據包以并行方式傳送至天線端發射出去，如圖1所示。如果上下部分傳輸的內容相同且大小相同，則采用傳統信號傳輸架構來實現。在同步通信中，發送方和接收方都會采用一條信號線來代表時鐘信號，由時鐘信號來控制通信方和接收方之間的協作，實現數據的同步。在異步通信中，沒有采用時鐘信號來實現信息的同步，而是在信息中插入了一些用于同步的信號位，也可以用數據幀的形式將數據信息進行打包發送，從而實現信息的有效傳遞。在同步通信中，數據信號所傳遞的內容中，絕大多數都是有效的，而在異步通信中，會包括有幀的多種識別碼，因此，同步通信的效率更高[4-5]。

當用戶在移動中時，還需要對用戶行為進行控制、調度、協調及優化等；而當用戶處于靜止狀態時，則可以不用專門考慮這些問題而應用他功能進行相應處理即可。因此，設計一種高效且可實現的波形一體化架構是解決以上兩個問題的最佳選擇。其中，MMA和MU-MIMO都是無線多址技術，通過對多個用戶組進行調度以達到提高通信速率或減小時延的目的。MIMO是一種新出現的無線傳輸技術，可以實現不同頻帶范圍內多種信號同時在一個平面內傳輸，同時以高速率和低時延來接收并解碼信息，以相對較低的成本向各用戶傳送信息。MMA是一種無線傳輸技術，可實現同步多種數據同時在一個平面內進行發送并解碼，當系統中增加另一個MMA天線時，可使該MMA與其他MMA進行聯合發射通信（如M-MU），而另一天線進行接收則需要解碼出信號。MU-MIMO最大特點是利用單一MMA天線實現同時發射信號和接收信號的功能，而不需要對整個系統加以改動便可使系統實現信號接收傳輸功能，且在傳輸過程中還能使用其他多種通信技術來減小時延、提高系統吞吐量。在此系統中使用3根WAN天線，當有用戶組加入時則只需加一根MU-MIMO，并同時接收MU-MIMO和WAN兩個方向的信息就可實現信息接收傳輸功能；如果多用戶組加入且需要發送信息時就可以再增加1根MU-MIMO天線以增強數據傳輸性能；如果采用相同規格的多天線技術則僅需對其進行1次解碼即可實現多用戶功能使用。同時在MIMO中利用多天線實現同步傳輸信息功能，可大大減少系統時延，提高吞吐量并降低信道資源消耗，還能在發送數據前預譯出所需信息并將其發送出去，以保證接收到正確信息[6-7]。

1.2 信息同步傳輸技術

1.2.1 數據的同步處理

數據信息的同步就是讓數據信息在兩個或更多數據信息集中時，維持數據信息的連貫性。有些學者把同構或者異構化的數據在不同的平臺上進行了維護，保證這些數據信息的連貫性。當前，對數據信息進行同步有多種分類的方式：按其同步特性可以分為全同步和差分兩種；按其走向可以分為單向、準雙向和雙向三種。

1.2.2 數據轉化技術

因為源數據信息庫與目的數據信息庫數據信息的定義類型不同，要將數據信息轉換至不同數據信息庫，則必須進行數據信息轉換，現有數據信息轉換方式主要包括數據信息轉換工具、前端開發工具、動態SQL陳述、XML作為中間數據信息的轉換站。

1.2.3 數據發布技術

當前，主流的技術是以Web Service為基礎的信息發布技術，Web Service是一種以URI為標志的、能夠與其他應用軟件進行XML通信的軟件。Web Services技術是一種以SOA為基礎的分布式計算模式，它采用標準的網絡和XML的數據形式，為用戶的應用帶來了很大的便利和靈活性。根據Web Services的數據發布方式，發件人將XML信息置入Web Service，而接收者要求發件人向其發出URI，從而獲得XML信息中所包含的信息。

1.2.4 數據更新

數據信息更新是由源數據信息庫向目的數據信息庫傳送數據信息變更資訊，由目的數據信息庫進行數據信息變更，以達到數據信息變更的目的。數據信息的更新可以完全復制源數據信息庫的同步資訊、遞增資訊或變更資訊方式。

1.2.5 數據沖突的解決方法

因為參與同步的數據信息庫有源數據信息庫和目的數據信息庫，而且可以進行數據信息庫的變更，數據信息庫變更后數據信息傳送方式會變更，因此數據信息同步時很可能出現數據信息不一致問題。所以，必須利用數據碰撞發現和處理的方法，以獲得沖突發生的地點、發生的根源，并對數據的碰撞進行處理。常見的沖突解決方法包括取消表的唯一性、直接物理刪除以及新建歷史表等。

2" 設計方案和流程

數據同步模型如圖2所示，主要包括源終端節點、中心節點以及目標終端節點三部分。其中，源終端節點通過捕獲差異數據并將數據轉換為XML格式，經同步傳輸至中心節點數據庫暫存，將暫存數據經XML格式差異解析和沖突檢查處理后再進一步傳送至目標終端節點，即目標數據庫。

基于數據同步模型，無線通信設備的硬件及軟件應用原理如下：首先，由硬件模塊負責將數據以幀的形式發送至前端處理模塊進行處理，之后再發送至無線路由器進行收發，最后到達終端時通過Wi-Fi無線路由器完成數據傳輸。其中，硬件模塊包含天線陣列、數據幀解碼器（DSL）和控制電路，數據幀解碼器將來自無線傳輸信道的數據通過一系列地轉換，最終轉換成標準的幀信號，由控制電路將幀信號調制后發送至Wi-Fi無線路由器進行解碼，進而再發送給終端。然后，終端對接收到的數據使用Socket協議將其封裝為固定格式以太網幀（Standard Frame），并發送至手機或平板電腦。控制電路主要包含信號調理電路、時鐘產生電路、時間間隔控制電路、發送/接收控制單元等。

2.1 硬件電路設計

天線陣列由天線陣和信號調理電路組成，信號調理電路由兩部分組成：一是將發送到前端的信息通過傳輸信道進行解碼，然后再將接收到的數據通過時間間隔控制電路和調制解碼器進行解碼后傳送至Wi-Fi無線路由器；二是由時間間隔控制電路將接收到的數據傳送到Wi-Fi無線路由。信號調理電路包括信號發生及放大、濾波消除（濾波器為頻率300 MHz的低通濾波器）等部分，并用此信號與天線陣列中的信號進行調制匹配。時間間隔控制電路部分主要包含時間間隔、定時和中斷控制，用于完成同步信息的發送、接收。前端處理器單元包含天線陣列、時鐘產生等模塊，用于接收數據和完成對多個數據幀解碼器的解擾。

2.2 數據幀解碼器的設計

在該設計方案中，所有數據幀都以標準的幀格式進行編碼后才發送至前端處理模塊進行處理。由于各個天線陣在接收信號之間存在一定的誤差，從而使得接收信號有可能產生畸變。為避免這種情況，在數據幀解碼器的設計中，采用了一種分段式解碼器（Sequential division）。當接收到來自無線信道中的幀編碼后，首先對接收天線陣的輸入信號進行一次調制操作，得到調制幀（Coffort Modulation）后，再使用控制電路進行進一步解調、整形和解碼處理。之后將調制后的信號以幀格式傳輸至前端處理模塊進行處理。在接收到的數據中，對于每一次解碼操作需要進行一系列的檢查，以確保其符合幀編碼所規定的格式，保證接收數據的傳輸穩定。

3" 仿真驗證

由圖3所示的實驗結果可以看出，單序列檢測可以在信噪比為5 dB的情況下達到10-6以下的誤檢率。由于在多序列無時域重疊情況下檢測第二個序列在一定程度上依靠第一個序列的同步精度，所以相應的多序列下效果并不及單序列好，兩者在達到10-6以下的誤檢率時相差了3 dB。

4" 結束語

本文通過對信息同步傳輸技術的分析，設計了一種同步兼備信息傳輸的波形一體化架構。首先，在發送端中利用信息同步傳輸信道編碼器對發射信號進行調制處理，提高數據吞吐量；然后，在接收端利用WMA的時隙間隔，采用雙模天線接收信號并對其進行濾波處理以減小時延，本文中所設計的架構可以在不影響無線網絡性能的情況下提升數據傳輸速率，同時該架構中所設計的接收天線具有較好的抗輻射性能，從而提高了無線網絡信號覆蓋范圍；最后通過仿真實驗證明了本文中所提出的波形一體化設計方案可以提高無線通信數據傳輸速率。本文只是基于信息同步傳輸理論對其實現進行一個初步描述，并沒有對其進行深入研究和分析。■

參考文獻

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