无线通信系统中的数据采集及监控技术分析

无线通信系统中的数据采集及监控技术分析

侯波

陕西烽火电子股份有限公司 陕西 721006

摘要：随着经济的发展和社会不断的进步通信系统在现代社会中的应用十分广泛，方便了人们的生活，其中无线通信系统在人民的生活密切相关。在无线通信系统中，涉及到信息数据的采集，并对信息系统中的数据进行监控，保证信息系统的安全运行。

关键词：无线通信系统；数据采集；监控技术

引言

信息技术的不断进步使得人们的工作效率和生活质量在丰富而又准确的数据支持下获得巨大改善，人们对于数据信息的需求与日俱增，因此数据采集和处理量越来越复杂。在一些特殊领域，如军用无线通信、卫星通信，对无线信号的采集和监控显得尤为重要，关系到作战任务是否成功，甚至是战士的生命安全。

1无线通信系统概述

①无线通信系统的原理。无线通信是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。无线通信系统可以将分布在若干个不同地区的设备互联起来，实现大范围的数据通信。设备之间可以是点对点的，也可以是局域网的。当前流行的无线通信技术有Bluetooth、CDMA2000、GSM、RFID、Wi-Fi等等。各种无线通信技术有其自身的适用频段、调制方式、最大作用距离、数据率和应用领域。

②无线通信系统的通信协议。在通信网络中，为了确保双方能够正确有效地传输数据，在发送和接收通信的过程中存在一系列规则。这些规则通常都是数据传输控制程序称为通信协议。目前，通信协议主要包括循环通信协议和问答协议。在循环通信协议中，数据发送端可以根据规定将遥控信息组成要发送的各种帧中，这种传输模式需要较少的信道质量，因为任何受干扰的信息都有望在下一个周期中获得正确的值。在问答通信协议中，如果通信系统运维人员想要获得数据接收终端的信息，则通信系统运维人员必须将查询命令消息发送到数据接收终端，待数据接收终端接收到正确的查询命令后，才响应并发送运维人员想获取的信息。

2无线通信系统中的数据采集及监控技术要点

2.1硬件搭建

在硬件方面，各种前端用户设备首先通过以太网、RS232/RS422等接口与前端模块相连接，接收数据的前端模块对数据进行打包，通过无线通信发送远端监控中心或单端监控台，实现对远端设备的监控。这样通过把无线通信网络和数据采集、传输、监控系统前端模块相结合，从而建立了特定应用的采集、监控系统。

举一个实际应用的例子，北斗一代定位系统中的北斗卫星总站就是一个大的无线数据采集和监控系统。只要是通过入网测试的北斗用户终端，在自身完成定位的同时，北斗卫星总站都会采集到终端的各种操作，包括定位时间、当前经纬度等等。同时北斗卫星总站还可以对单个用户或同类型的一类用户进行远程控制，完成发射抑制、永久关闭等操作。

同样是北斗一代系统中，北斗指挥型用户机与其下属的子用户之间就构成了一个小型的无线数据采集和监控的系统。当子用户进行北斗定位申请成功时，除了子用户本身会收到来自北斗卫星的定位信息以外，指挥型用户机也会采集到子用户的定位信息。指挥型用户机也可以通过远程操作，实现对各子用户的信息查询、短信息发送等功能。

就拿一个由北斗指挥型用户机组成的无线通信系统来具体描述一下数据采集和监控的组成。

指挥型用户机由天线、收发信机、计算机以及计算机上运行的软件组成。子用户的无线数据通过天线到达收发信机后，最终通过RS232接口发送给计算机，计算机将数据处理后，通过上层应用软件将数据呈现给操作人员。

2.2软件实现

软件实现可以分为两个层次。第一个是无线信号的捕获与跟踪，第二个是将采集到的无线信号转换成有线信号，通过接口发送给监控的计算机。

还是以北斗指挥型用户机为例，FPGA软件实现了双通道OQPSK解调方式；伪码直接序列扩频；出站扩频码序列的产生、入站扩频码序列的产生、入站信号BPSK调制等功能；它将AD芯片传送来的信号进行捕获和跟踪，如果满足信号格式，得到了数据帧的同步头，那FPGA软件最终会将数据通过总线发送给DSP软件，DSP软件需要对接收到的数据进行Viterbi译码及CRC校验等处理，准确的解析出北斗卫星数据，从中获取所需的时间、经纬度信息。

然后，DSP软件通过外部接口（一般采用串口），将数据按照约定好的通信协议发送给监控计算机，计算机上运行的上层应用软件将数据显示在用户面前。

这一步的关键是能将数据准确无误的将发送给计算机，无论是各种异常情况均能实现数据的采集和监控。

2.3串口异常情况

下面将可能出现的数据异常情况进行罗列，在软件设计时，应确保软件可以将异常情况全部规避。

①没有正确的协议头

②连续两个以上的协议头

③实际数据总长度小于发送的长度值（漏数）

④实际数据总长度大于发送的长度值（多余数）

⑤数据信息不符合范围要求

⑥数据长度正确，数据内容也正确，数据校验也正确，但数据内容或校验恰好和协议头一样。

2.4串口通信解决方案

①软件握手：在准备建立连接时, 发送设备首先发送控制字, 并等待接收设备应答连接, 当接收设备决定接收数据, 则以控制字来响应, 发送设备接收到控制字表明软件握手成功。

②数据校验：接收设备在接收数据时会对所接收数据进行异或校验计算，数据接收完毕后, 计算值和接收值进行比较, 如果一致, 表明接收正确。校验是保证数据完整性的一个重要部分。

③错误自诊断：在接收信息帧时, 协议会对每个字符进行识别（包括控制字和数据块） , 一旦接收有误, 系统会及时发现, 提高了实时性。

④超时判定：在接收数据时, 软件会自动开启延时, 如果延时时间内没有接收到数据, 会标志错误。超时判定避免了接收设备一直处于无休止的等待状态而导致的死机现象。

⑤自动重连接：在通信过程中发生错误, 软件会自动重连接, 直到超过定义次数为止。自动重连接功能允许了偶然性干扰的存在, 避免了由于偶然性干扰而导致的通信中断或数据丢失。

通过以上方式，可以大大提高串口通信的可靠性，实现了数据信息在经过无线通信系统传输后，可以送到通信系统主站进行监控分析，并可以通过应用软件进行可视化展示，方便运行维护人员对数据进行维护。当发现具有异常数据时，能够及时准确地采取相对应的处理措施，提高了维护效率，降低了运行维护人员的工作量。随着监控技术的发展，可以应用无线通信自动寻址技术，分别向链路上的每台终端设备发送广播命令帧，完成配置参数，在发送广播命令帧完毕的预设时长内，按照每台终端设备生成初始化参数的顺序依次向所有终端设备发送轮询命令帧，判断与每台终端设备是否建立通信，若是则分别向每台终端设备发送确认帧，若否则重新发送轮询命令帧，这样实现了对终端设备的自动参数配置与自动加载，节省人力成本。

结语

近年来无线通信技术发展较快，如5G移动通信技术已经逐渐开始部署，提高了无线通信系统的技术水平和用户体验。本文对无线通信系统的数据采集和处理机制进行了分析，对于提高无线通信系统的应用具有一定的价值。

参考文献

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[3]王丰勇.面向5G无线通信系统的关键技术探讨[J].电子测试,2019(11):65-67.