有線傳輸技術在通信工程中的有效運用

摘 ?要：FMCW雷達通過發(fā)送和接收信號的差頻信號進行測距，因此，差頻信號的頻率估計精度將直接影響到測距精度。本文通過進行詳細的數(shù)學推導，提出了一種基于三個DFT采樣值的新型頻率估計方法，用于提高調頻連續(xù)波（FMCW）雷達的測距精度。仿真證明，新方法無論在無噪聲條件下還是在高斯噪聲影響下，相比傳統(tǒng)頻率估計方法均有性能提升。同時由于新方法只需要三個DFT采樣值，而且無須進行數(shù)據(jù)加窗處理，在計算復雜度上相比傳統(tǒng)方法也有明顯改善。

關鍵詞：頻率估計;離散傅里葉變換（DFT）;測距精度

中圖分類號：TN958.1 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）13-0059-04

A Novel Frequency Estimator Based on Three DFT Samples

CHEN Hao1，LEI Yi2

（1.Aperture Array and Space Exploration Key Laboratory of Anhui Province，The 38th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Hefei ?230088，China;2.School of Computer Science and Information Engineering，Hefei University of Technology，Hefei ?230601，China）

Abstract：To determining distance，frequency-modulated continuous-wave （FMCW） radars need to estimate the frequency difference between the transmitted signal and the received echo signal. Therefore，the accuracy of the estimated frequency will have a direct impact on the range accuracy. In this paper，a new frequency estimation method based on three DFT sampled values is proposed to improve the ranging accuracy of FMCW radar through detailed mathematical derivation. The simulation results show that，compared to conventional methods，the performance of the proposed estimator has been improved in both noiseless scenario and Gaussian white noise scenario. Because it only needs three DFT samples and doesn’t need windowing technique，comparing with traditional methods，the computational complexity is also improved significantly.

Keywords：frequency estimation;discrete fourier transform（DFT）;range accuracy

0 ?引 ?言

當今社會，信息作為一種資源，在社會上愈發(fā)展現(xiàn)出其重要性。世界各國發(fā)展通信技術也是一直以來的必然趨勢。有線傳輸技術作為通信工程中的不可或缺的一部分，需要在未來的發(fā)展中繼續(xù)前行，除了要彌補目前的不足，更要發(fā)展強化技術來迎合市場的需求。有線傳輸技術在將來多元化商業(yè)化的發(fā)展過程中，會更加滲透進社會的方方面面，給通信技術的發(fā)展帶來更好的機遇。

通信工程的傳輸技術主要分為有線傳輸技術和無線傳輸技術。隨著無線傳輸技術在穩(wěn)定性和速度上的快速提高，使得無線傳輸技術在生活工作中越來越廣泛地被關注和應用，這縮小了無線傳輸技術和有線傳輸技術在優(yōu)勢上的差距。有線傳輸技術在傳輸信息方面擁有的優(yōu)勢，例如速度快、承載方式多樣化、容量大，也并沒有在通信工程中被用戶很好地感知。在目前普遍要求信息傳輸保持速度和安全的情況下，有線傳輸技術需要不斷創(chuàng)新來保持自身的優(yōu)勢，首先要了解目前常見的有線傳輸技術，然后了解其未來的發(fā)展趨勢，并針對其發(fā)展，提出相應的改進建議，確保有線傳輸技術能夠順應時代的潮流繼續(xù)前進。

1 ?通信技術發(fā)展概述

通信技術主要針對信息傳輸過程中的傳輸和信號處理進行研究。在世界通信大潮的影響下，我國通信技術作為新興技術從出現(xiàn)到發(fā)展成熟，只有數(shù)十年歷史。由早期較為局限的應用于電報信息傳輸，到現(xiàn)在由于網絡和數(shù)字媒體等等的興起讓通信技術和人們的生活息息相關。在這短暫的時間內，通信技術展現(xiàn)了自身強大的服務功能，也使得人們越來越重視通信技術的發(fā)展。

1.1 ?覆蓋面積大，服務人群廣

我國領土面積位于世界第三，人口數(shù)量世界第一，在全國各地都有人口聚居。通信技術作為基礎服務技術，為確保其能夠給人民帶來便利，就要求該技術必須對我國進行全覆蓋，比如偏遠山區(qū)人口稀少，就要加強覆蓋率。除了全覆蓋，由于服務對象多，所以在保證覆蓋率的前提下，必須對通信容量進行擴充，比如東南沿海地區(qū)、北上廣深、人口大省等人口聚集地，人口集中且數(shù)量龐大，就要盡可能擴充容量，避免通信技術過載運行導致癱瘓。

1.2 ?建設阻力大

通信技術要做到全覆蓋和擴容就要面對建設環(huán)境和群眾帶來的壓力。在偏遠山區(qū)建設相應設施會遇到很多阻力，例如：地質環(huán)境施工困難、材料運輸困難、后期維護困難等等。在一些極端地形區(qū)建設遇到的阻力更大，例如位于珠穆朗瑪峰海拔6500米處的珠峰通信基站的建設，除了要應對上述提到的問題，還要面對極端嚴峻環(huán)境的考驗。在地勢較為平坦的人口集聚區(qū)，建設阻力主要來自當?shù)匾徊糠秩?，小區(qū)業(yè)主由于擔心基站輻射對身體造成影響而聯(lián)名要求拆除基站的新聞屢見不鮮。

2 ?通信技術影響及社會效益

通信技術除了本身服務型的特質，還要發(fā)展其作為技術的特點。4G的普及才剛剛過去，5G已經開始設立測試點并且很快就要大范圍推廣。隨著人們對于網絡速度和穩(wěn)定性的要求越來越高，通信技術的發(fā)展除了服務群眾，還要跟上業(yè)務網的發(fā)展。業(yè)務網的快速發(fā)展及多變的客戶需求帶動了通信技術的發(fā)展，這給通信技術的發(fā)展提供了一個機遇，也是一個挑戰(zhàn)。

2.1 ?貼近人民更加靈活的需求

隨著智能手機、移動閱讀設備、平板電腦的普及率越來越高，大部分群眾更偏愛于能夠靈活使用的小巧輕便的電子產品，這也意味著場所地點不再成為限制使用電子產品的條件，所以催生了無線網絡的發(fā)展。曾經U盤作為移動儲存端風靡一時，現(xiàn)在越來越多的人選擇把資料存儲在云端空間，如百度網盤或者iCloud，要使用時依靠網絡下載到設備。云端空間容量龐大，并且大部分不需要金錢購買，更加經濟實惠，不論是手機還是電腦都可以使用，比U盤兼容性更強。不難看出，目前整體網絡服務的發(fā)展正朝著更加靈活、沒有限制的方向進行。通信技術在未來朝著此方向發(fā)展，能夠加快實現(xiàn)用戶對于使用靈活的期望。

2.2 ?突破有線通信技術

雖然無線網絡的發(fā)展如火如荼，但是和有線網絡相比，不論是穩(wěn)定性還是速度都有一定差距。隨著網民越來越多，網速的超載成為了必然。在一些相關領域乃至普通群眾進行多人游戲競技娛樂時，對于網絡的運行速度和穩(wěn)定性都有極高的要求。通信傳輸技術的更新迭代可以極大地緩解這一問題造成的困擾，過去普通的10M寬帶如今已經發(fā)展到普通民眾都可以使用的100M光纖寬帶。光纖的傳輸速度、抗干擾性、傳輸距離長度都達到了較為客觀的預期。在未來，通信技術在有線傳輸部分要想取得突破，對光纖功能的進一步挖掘是一個理想的突破口。

2.3 ?加強和電子產品行業(yè)的聯(lián)系

電子產品行業(yè)的更新速度是目前所有行業(yè)更新速度中的翹楚。電子產品和人們的生活息息相關，甚至出現(xiàn)了“低頭族”“宅男”“宅女”等等對于電子產品重度依賴的人群。電子產品除了在娛樂領域占據(jù)重要地位，在教育工作科研等領域同樣具有廣泛的應用。這些產品之所以能夠在20世紀出現(xiàn)，在21世紀突然爆炸性發(fā)展壯大，離不開互聯(lián)網的幫助。沒有網絡的智能機和PHS沒有區(qū)別，而沒有網絡的電腦更是不會成為每個家庭的必備配置。通信技術為了在未來能夠更好地走上商業(yè)化的道路，必須時刻關注市場的需求。而作為市場的重要組成部分，電子產品可以直觀地反映人們的需求方向。通信技術和電子產品行業(yè)的結合，不但能夠幫助完善電子產品對于信息傳輸?shù)母咭螅€可以了解到用戶進一步的需求方向，進而對市場進行預判。

2.4 ?帶動社會經濟發(fā)展

從數(shù)年前高昂的數(shù)據(jù)通信流量費用，到現(xiàn)在三大運營商紛紛推出的不限量套餐和大王卡等業(yè)務，讓人們切實感受到了通信技術的發(fā)展帶來的實惠。便宜的流量讓人們隨時上網變成了不再奢侈的享受，加速了互聯(lián)網的發(fā)展。互聯(lián)網的發(fā)展帶動了很多已有行業(yè)的發(fā)展，如上述提到的電子產品行業(yè)。同時催生了更多的新行業(yè)，例如現(xiàn)在如日中天的電子商務、大數(shù)據(jù)分析等行業(yè)。這些行業(yè)的發(fā)展帶動了我國的經濟發(fā)展，使經濟建設更加貼近目標。

3 ?有線傳輸技術分類及特性評價

科技的發(fā)展、人們生活方式的改變、社會的需求都在對信息的傳輸方式提出新的要求，進而推動了信息傳輸技術的發(fā)展。通信技術具有多樣化、多元化等特點，有線傳輸技術由于其自身獨特的優(yōu)勢，在多種通信技術中脫穎而出，成為通信工程中最重要的組成部分。有線傳輸技術是一個大類的傳輸技術，其下按照工作原理的差別又分出了很多細小的分支。不同的有線傳輸技術有自己獨特的優(yōu)勢，在不同的行業(yè)領域有其不可代替的作用。按照不同的優(yōu)勢進行合理地使用，能夠避免信息傳輸過程中不必要的損失，讓越來越多的人能夠以較為低廉的成本享受到有線傳輸技術帶來的便利。下文將對部分常見有線通信傳輸技術進行評價分析。

3.1 ?SDH/MSTP傳輸技術

SDH/MSTP傳輸技術是在2012年前使用最普遍的有線傳輸技術，其容量、響應速度、高可靠性滿足當時業(yè)務網的發(fā)展需求。且其高品質的傳輸質量、優(yōu)秀的自愈能力、穩(wěn)定的硬管道品質得到大量金融政企客戶的青睞。其優(yōu)勢特點如下：

（1）接口已實現(xiàn)標準化，能上下兼容互通，方便與業(yè)務上下對接。SDH的幀結構具有統(tǒng)一的標準，兼容性好，從2M，STM-1至STM-64，都是標準規(guī)范的接口，實現(xiàn)了業(yè)務的靈活上下，方便業(yè)務調度。

（2）復用、解復用方式靈活，可滿足多種業(yè)務需求。因SDH的幀結構具有相當?shù)囊?guī)范性，可從高速率直接分插出低速率信號，相較PDH而言避免了逐級復用、解復用，提高碼流處理效率，方便業(yè)務接入。

（3）網管實現(xiàn)圖型化，設備全程監(jiān)控，方便管理。網管實現(xiàn)統(tǒng)一接入，網管信息承載在信息流中，雖然增加了開銷，但其回傳的及時性、準確性，極大地方便了對設備的管理。

（4）組網靈活方便，保護能力強。SDH可進行環(huán)形組網，鏈形組網，可配置1+1復用段保護、通道保護等，提高的網絡的生存性及自愈能力，對業(yè)務承載的安全性提供的有力保障。

3.2 ?分組傳送網技術

早期移動通信業(yè)務以話音業(yè)務為主，移網業(yè)務回傳全部承載于SDH/MSTP傳輸網之上，由于流量較小，可完全滿足需求。隨著3G、4G的發(fā)展，移動回傳帶寬由2G時代的1M或2M到3G初期的20M，HSPA+階段的50M到LTE時代的300M+，流量呈指數(shù)級增長，移動互聯(lián)網及視頻的發(fā)展驅動本地業(yè)務流量的變革，傳輸技術與IP技術正在加速融合以適應未來業(yè)務的發(fā)展，SDH/MSTP傳統(tǒng)傳輸網TDM獨享管道的網絡擴容模式難以支撐，分組傳送網技術應運而生。其主要特點為：

（1）自上而下全面IP化。全網協(xié)議統(tǒng)一，傳輸網與數(shù)據(jù)網實現(xiàn)了初步融合，數(shù)據(jù)包結構標準，簡化了中間環(huán)節(jié)的處理過程，適應了業(yè)務發(fā)展的需求，作為承載網，非常適應移網業(yè)務的回傳。

（2）更高效的網絡資源利用率。非面向連接的方式，采用統(tǒng)計復用，共享帶寬，提高了帶寬利用率。

（3）可承載多種類型業(yè)務。分組傳送網主要用于移網分組域業(yè)務回傳，電路域采用偽線仿真同樣可進行承載，部分對時延要求不高的非硬管道大客戶業(yè)務也可以進行承載。

（4）標準成熟、互通性好?；贗P/MPLS的標準開發(fā)，設備形態(tài)與交換機、路由器相同?？上騍D-UTN演進。

3.3 ?OTN/PE-OTN傳送網技術

OTN光傳送網容量大、時延低、環(huán)型組網保護功能強大，目前主要為大顆粒業(yè)務提供傳輸通道，但其傳輸接口類型有限，無法進行多樣化業(yè)務接入。同時，隨著多媒體業(yè)務的發(fā)展，各類政企大客戶及公眾客戶需求帶寬急劇上升，原SDH/MSTP傳輸網已不能滿足高帶寬需求，Pe-OTN逐漸成為下一代傳輸平臺的首選技術。Pe-OTN同時具備SDH平面、PKT平面及OTN平面，配置統(tǒng)一線卡，可實現(xiàn)多種業(yè)務統(tǒng)一交換，統(tǒng)一承載。其主要特點為：

（1）兼容性強，可同時兼容SDH、分組傳送網、OTN光傳送網，業(yè)務可平滑遷移，可緩解傳統(tǒng)傳輸網容量壓力。

（2）容量大，可同時承載大顆粒專線、分組專線、低速專線，滿足黨政軍、金融、中小企業(yè)等各類客戶業(yè)務需求。

（3）可演進為SD-OTN，實現(xiàn)全程全網智能管理。

4 ?有線傳輸技術的發(fā)展趨勢及應用改進

科技發(fā)展的本質是為人類生活更加便捷而服務，有線傳輸技術的存在意義就是為了在當前的信息發(fā)展現(xiàn)狀下，滿足人們對于信息快速攝取和處理的需求。未來有線傳輸技術的發(fā)展，應當把服務大眾作為首要原則。各種有線傳輸技術要在人們的生活中加強存在感，滲透入生活的方方面面，為人們的生活學習工作提供更加有效率的方式。因此，本章節(jié)主要對有線傳輸技術未來發(fā)展趨勢和改進策略進行研究。

4.1 ?有線傳輸技術發(fā)展趨勢

（1）多元化發(fā)展為商業(yè)化提供技術支持。有線傳輸技術正朝著滿足人們對于信息傳輸?shù)母咭蠓较虬l(fā)展。為了更加符合人們在生活學習工作上的需求，各具特色的有線傳輸技術必須進行多元化發(fā)展。單一的傳輸技術無法滿足各種波長不同的信息在同一時間進行傳輸?shù)囊?，此時，具備多元化的有線傳輸技術就可以彌補這種缺點，使大量信息能夠同時進行輸送，確保信息傳遞及時。而且多元化的有線傳輸技術可以控制信息傳輸?shù)乃俣?，確保信息傳輸時保持同步。這種對信息進行的捆綁操作，可以減少信息在傳輸過程中出現(xiàn)掉包丟失等現(xiàn)象，保證終端接收到的信息完整無誤。多元化的有線傳輸技術能夠將信息全部統(tǒng)一收集并進行傳輸，多元化的發(fā)展對于設備的要求進而提高，設備必須能夠同時接收大量信息并且進行處理。所以在有線傳輸技術多元化發(fā)展的同時，相對應的設備性能也會發(fā)展。傳輸信息到接收信息的終端同時強化，信息的傳輸和處理就會更加快捷。有線傳輸技術的多元化發(fā)展，除了增強信息傳輸?shù)墓δ?，還可以降低信息傳輸?shù)某杀?，使用最少的傳輸材料，傳遞最多的信息。這也符合未來有線傳輸技術走上商業(yè)化道路的需求。

（2）商業(yè)化是有線傳輸技術的必然結果。有線傳輸技術的大范圍應用，能夠減小由于信息傳輸失誤造成的損失，為有線傳輸技術走上商業(yè)化的道路帶來機遇。有線傳輸技術能夠對信息進行及時的傳輸，靈活地控制傳輸過程，而且能夠承擔較大容量的信息傳輸工作。這都有賴于有線信息傳輸技術多元化的發(fā)展，使有線傳輸技術可以同時傳輸不同的信息，同時擴大了傳輸容量。此外，為了更加符合商業(yè)化的經濟利益，在有線傳輸過程中，要減少不必要的環(huán)節(jié)，降低傳輸成本。除了減少不必要的環(huán)節(jié)，另一個減少成本的方法就是大范圍使用光纖傳輸技術。

4.2 ?有線通信技術未來發(fā)展策略建議

（1）推廣Pe-OTN傳輸技術。Pe-OTN作為新興有線傳輸技術，具有其他有線傳輸技術無法比擬的優(yōu)勢。市縣層面、縣鄉(xiāng)層面應盡快部署，對核心匯聚層SDH/MSTP進行替換，僅保留接入層設備，實現(xiàn)多樣化接入。

（2）實現(xiàn)市縣鄉(xiāng)業(yè)務一體化穿通，融合SDN方案。物質生活的多樣化以及信息交流的爆炸性增長，給通信傳輸平臺帶來了前所未有的機遇，為適應各行各業(yè)在各地信息傳輸?shù)男枨?，進行傳輸網自下而上一體化穿通融合，是未來發(fā)展的大趨勢。SDN可進行全程全網智能管理、業(yè)務端到端開放，實現(xiàn)網建-運維-市場無縫對接，是提升網絡競爭力的關鍵所在。

（3）以物聯(lián)網、5G技術為助力，加快有線傳輸技術發(fā)展。物聯(lián)網、5G技術為當前乃至一段時期發(fā)展的重要方向。有線傳輸技術要搭上這趟快車，給人們保證在傳輸信息質量和效率下傳輸更多的、更全面的信息。但這也給有線傳輸技術提出了更高的要求。加強有線傳輸技術和業(yè)務網需求的融合，在快速傳輸?shù)耐瑫r確保信息傳輸?shù)亩鄻有?、實時性、便捷性，是未來有線傳輸技術發(fā)展的大方向。

5 ?結 ?論

綜上所述，在我國改革開放的40年中，科學技術得到快速發(fā)展，科技創(chuàng)新也取得巨大成就。通信工程的建設為國民經濟持續(xù)健康的發(fā)展提供有利幫助，并且將經濟發(fā)展方式向創(chuàng)新驅動模式轉型?？萍及l(fā)展依賴于信息的快速傳遞及共享。有線傳輸技術作為通信工程傳遞信息環(huán)節(jié)的重要部分，會不斷創(chuàng)新發(fā)展，符合社會的需求，繼續(xù)在各個領域發(fā)揮重要作用。

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作者簡介：馮新波（1986.09-），男，漢族，山東濰坊人，工程師，本科，研究方向：傳輸設備。