有线传输技术在通信工程中的有效运用

摘  要：FMCW雷达通过发送和接收信号的差频信号进行测距，因此，差频信号的频率估计精度将直接影响到测距精度。本文通过进行详细的数学推导，提出了一种基于三个DFT采样值的新型频率估计方法，用于提高调频连续波（FMCW）雷达的测距精度。仿真证明，新方法无论在无噪声条件下还是在高斯噪声影响下，相比传统频率估计方法均有性能提升。同时由于新方法只需要三个DFT采样值，而且无须进行数据加窗处理，在计算复杂度上相比传统方法也有明显改善。

关键词：频率估计;离散傅里叶变换（DFT）;测距精度

中图分类号：TN958.1      文献标识码：A 文章编号：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

當今社会，信息作为一种资源，在社会上愈发展现出其重要性。世界各国发展通信技术也是一直以来的必然趋势。有线传输技术作为通信工程中的不可或缺的一部分，需要在未来的发展中继续前行，除了要弥补目前的不足，更要发展强化技术来迎合市场的需求。有线传输技术在将来多元化商业化的发展过程中，会更加渗透进社会的方方面面，给通信技术的发展带来更好的机遇。

通信工程的传输技术主要分为有线传输技术和无线传输技术。随着无线传输技术在稳定性和速度上的快速提高，使得无线传输技术在生活工作中越来越广泛地被关注和应用，这缩小了无线传输技术和有线传输技术在优势上的差距。有线传输技术在传输信息方面拥有的优势，例如速度快、承载方式多样化、容量大，也并没有在通信工程中被用户很好地感知。在目前普遍要求信息传输保持速度和安全的情况下，有线传输技术需要不断创新来保持自身的优势，首先要了解目前常见的有线传输技术，然后了解其未来的发展趋势，并针对其发展，提出相应的改进建议，确保有线传输技术能够顺应时代的潮流继续前进。

1  通信技术发展概述

通信技术主要针对信息传输过程中的传输和信号处理进行研究。在世界通信大潮的影响下，我国通信技术作为新兴技术从出现到发展成熟，只有数十年历史。由早期较为局限的应用于电报信息传输，到现在由于网络和数字媒体等等的兴起让通信技术和人们的生活息息相关。在这短暂的时间内，通信技术展现了自身强大的服务功能，也使得人们越来越重视通信技术的发展。

1.1  覆盖面积大，服务人群广

我国领土面积位于世界第三，人口数量世界第一，在全国各地都有人口聚居。通信技术作为基础服务技术，为确保其能够给人民带来便利，就要求该技术必须对我国进行全覆盖，比如偏远山区人口稀少，就要加强覆盖率。除了全覆盖，由于服务对象多，所以在保证覆盖率的前提下，必须对通信容量进行扩充，比如东南沿海地区、北上广深、人口大省等人口聚集地，人口集中且数量庞大，就要尽可能扩充容量，避免通信技术过载运行导致瘫痪。

1.2  建设阻力大

通信技术要做到全覆盖和扩容就要面对建设环境和群众带来的压力。在偏远山区建设相应设施会遇到很多阻力，例如：地质环境施工困难、材料运输困难、后期维护困难等等。在一些极端地形区建设遇到的阻力更大，例如位于珠穆朗玛峰海拔6500米处的珠峰通信基站的建设，除了要应对上述提到的问题，还要面对极端严峻环境的考验。在地势较为平坦的人口集聚区，建设阻力主要来自当地一部分人，小区业主由于担心基站辐射对身体造成影响而联名要求拆除基站的新闻屡见不鲜。

2  通信技术影响及社会效益

通信技术除了本身服务型的特质，还要发展其作为技术的特点。4G的普及才刚刚过去，5G已经开始设立测试点并且很快就要大范围推广。随着人们对于网络速度和稳定性的要求越来越高，通信技术的发展除了服务群众，还要跟上业务网的發展。业务网的快速发展及多变的客户需求带动了通信技术的发展，这给通信技术的发展提供了一个机遇，也是一个挑战。

2.1  贴近人民更加灵活的需求

随着智能手机、移动阅读设备、平板电脑的普及率越来越高，大部分群众更偏爱于能够灵活使用的小巧轻便的电子产品，这也意味着场所地点不再成为限制使用电子产品的条件，所以催生了无线网络的发展。曾经U盘作为移动储存端风靡一时，现在越来越多的人选择把资料存储在云端空间，如百度网盘或者iCloud，要使用时依靠网络下载到设备。云端空间容量庞大，并且大部分不需要金钱购买，更加经济实惠，不论是手机还是电脑都可以使用，比U盘兼容性更强。不难看出，目前整体网络服务的发展正朝着更加灵活、没有限制的方向进行。通信技术在未来朝着此方向发展，能够加快实现用户对于使用灵活的期望。

2.2  突破有线通信技术

虽然无线网络的发展如火如荼，但是和有线网络相比，不论是稳定性还是速度都有一定差距。随着网民越来越多，网速的超载成为了必然。在一些相关领域乃至普通群众进行多人游戏竞技娱乐时，对于网络的运行速度和稳定性都有极高的要求。通信传输技术的更新迭代可以极大地缓解这一问题造成的困扰，过去普通的10M宽带如今已经发展到普通民众都可以使用的100M光纤宽带。光纤的传输速度、抗干扰性、传输距离长度都达到了较为客观的预期。在未来，通信技术在有线传输部分要想取得突破，对光纤功能的进一步挖掘是一个理想的突破口。

2.3  加强和电子产品行业的联系

电子产品行业的更新速度是目前所有行业更新速度中的翘楚。电子产品和人们的生活息息相关，甚至出现了“低头族”“宅男”“宅女”等等对于电子产品重度依赖的人群。电子产品除了在娱乐领域占据重要地位，在教育工作科研等领域同样具有广泛的应用。这些产品之所以能够在20世纪出现，在21世纪突然爆炸性发展壮大，离不开互联网的帮助。没有网络的智能机和PHS没有区别，而没有网络的电脑更是不会成为每个家庭的必备配置。通信技术为了在未来能够更好地走上商业化的道路，必须时刻关注市场的需求。而作为市场的重要组成部分，电子产品可以直观地反映人们的需求方向。通信技术和电子产品行业的结合，不但能够帮助完善电子产品对于信息传输的高要求，还可以了解到用户进一步的需求方向，进而对市场进行预判。

2.4  带动社会经济发展

从数年前高昂的数据通信流量费用，到现在三大运营商纷纷推出的不限量套餐和大王卡等业务，让人们切实感受到了通信技术的发展带来的实惠。便宜的流量让人们随时上网变成了不再奢侈的享受，加速了互联网的发展。互联网的发展带动了很多已有行业的发展，如上述提到的电子产品行业。同时催生了更多的新行业，例如现在如日中天的电子商务、大数据分析等行业。这些行业的发展带动了我国的经济发展，使经济建设更加贴近目标。

3  有线传输技术分类及特性评价

科技的发展、人们生活方式的改变、社会的需求都在对信息的传输方式提出新的要求，进而推动了信息传输技术的发展。通信技术具有多样化、多元化等特点，有线传输技术由于其自身独特的优势，在多种通信技术中脱颖而出，成为通信工程中最重要的组成部分。有线传输技术是一个大类的传输技术，其下按照工作原理的差别又分出了很多细小的分支。不同的有线传输技术有自己独特的优势，在不同的行业领域有其不可代替的作用。按照不同的优势进行合理地使用，能够避免信息传输过程中不必要的损失，让越来越多的人能够以较为低廉的成本享受到有线传输技术带来的便利。下文将对部分常见有线通信传输技术进行评价分析。

3.1  SDH/MSTP传输技术

SDH/MSTP传输技术是在2012年前使用最普遍的有线传输技术，其容量、响应速度、高可靠性满足当时业务网的发展需求。且其高品质的传输质量、优秀的自愈能力、稳定的硬管道品质得到大量金融政企客户的青睐。其优势特点如下：

（1）接口已实现标准化，能上下兼容互通，方便与业务上下对接。SDH的帧结构具有统一的标准，兼容性好，从2M，STM-1至STM-64，都是标准规范的接口，实现了业务的灵活上下，方便业务调度。

（2）复用、解复用方式灵活，可满足多种业务需求。因SDH的帧结构具有相当的规范性，可从高速率直接分插出低速率信号，相较PDH而言避免了逐级复用、解复用，提高码流处理效率，方便业务接入。

（3）网管实现图型化，设备全程监控，方便管理。网管实现统一接入，网管信息承载在信息流中，虽然增加了开销，但其回传的及时性、准确性，极大地方便了对设备的管理。

（4）组网灵活方便，保护能力强。SDH可进行环形组网，链形组网，可配置1+1复用段保护、通道保护等，提高的网络的生存性及自愈能力，对业务承载的安全性提供的有力保障。

3.2  分组传送网技术

早期移动通信业务以话音业务为主，移网业务回传全部承载于SDH/MSTP传输网之上，由于流量较小，可完全满足需求。随着3G、4G的发展，移动回传带宽由2G时代的1M或2M到3G初期的20M，HSPA+阶段的50M到LTE时代的300M+，流量呈指数级增长，移动互联网及视频的发展驱动本地业务流量的变革，传输技术与IP技术正在加速融合以适应未来业务的发展，SDH/MSTP传统传输网TDM独享管道的网络扩容模式难以支撑，分组传送网技术应运而生。其主要特点为：

（1）自上而下全面IP化。全网协议统一，传输网与数据网实现了初步融合，数据包结构标准，简化了中间环节的处理过程，适应了业务发展的需求，作为承载网，非常适应移网业务的回传。

（2）更高效的网络资源利用率。非面向连接的方式，采用统计复用，共享带宽，提高了带宽利用率。

（3）可承载多种类型业务。分组传送网主要用于移网分组域业务回传，电路域采用伪线仿真同样可进行承载，部分对时延要求不高的非硬管道大客户业务也可以进行承载。

（4）标准成熟、互通性好。基于IP/MPLS的标准开发，设备形态与交换机、路由器相同。可向SD-UTN演进。

3.3  OTN/PE-OTN传送网技术

OTN光传送网容量大、时延低、环型组网保护功能强大，目前主要为大颗粒业务提供传输通道，但其传输接口类型有限，无法进行多样化业务接入。同时，随着多媒体业务的发展，各类政企大客户及公众客户需求带宽急剧上升，原SDH/MSTP传输网已不能满足高带宽需求，Pe-OTN逐渐成为下一代传输平台的首选技术。Pe-OTN同时具备SDH平面、PKT平面及OTN平面，配置统一线卡，可实现多种业务统一交换，统一承载。其主要特点为：

（1）兼容性强，可同时兼容SDH、分组传送网、OTN光传送网，业务可平滑迁移，可缓解传统传输网容量压力。

（2）容量大，可同时承载大颗粒专线、分组专线、低速专线，满足党政军、金融、中小企业等各类客户业务需求。

（3）可演进为SD-OTN，实现全程全网智能管理。

4  有线传输技术的发展趋势及应用改进

科技发展的本质是为人类生活更加便捷而服务，有线传输技术的存在意义就是为了在当前的信息发展现状下，满足人们对于信息快速摄取和处理的需求。未来有线传输技术的发展，应当把服务大众作为首要原则。各种有线传输技术要在人们的生活中加强存在感，渗透入生活的方方面面，为人们的生活学习工作提供更加有效率的方式。因此，本章节主要对有线传输技术未来发展趋势和改进策略进行研究。

4.1  有线传输技术发展趋势

（1）多元化发展为商业化提供技术支持。有线传输技术正朝着满足人们对于信息传输的高要求方向发展。为了更加符合人们在生活学习工作上的需求，各具特色的有线传输技术必须进行多元化发展。单一的传输技术无法满足各种波长不同的信息在同一时间进行传输的要求，此时，具备多元化的有线传输技术就可以弥补这种缺点，使大量信息能够同时进行输送，确保信息传递及时。而且多元化的有线传输技术可以控制信息传输的速度，确保信息传输时保持同步。这种对信息进行的捆绑操作，可以减少信息在传输过程中出现掉包丢失等现象，保证终端接收到的信息完整无误。多元化的有线传输技术能够将信息全部统一收集并进行传输，多元化的发展对于设备的要求进而提高，设备必须能够同时接收大量信息并且进行处理。所以在有线传输技术多元化发展的同时，相对应的设备性能也会发展。传输信息到接收信息的终端同时强化，信息的传输和处理就会更加快捷。有线传输技术的多元化发展，除了增强信息传输的功能，还可以降低信息传输的成本，使用最少的传输材料，传递最多的信息。这也符合未来有线传输技术走上商业化道路的需求。

（2）商业化是有线传输技术的必然结果。有线传输技术的大范围应用，能够减小由于信息传输失误造成的损失，为有线传输技术走上商业化的道路带来机遇。有线传输技术能够对信息进行及时的传输，灵活地控制传输过程，而且能够承担较大容量的信息传输工作。这都有赖于有线信息传输技术多元化的发展，使有线传输技术可以同时传输不同的信息，同时扩大了传输容量。此外，为了更加符合商业化的经济利益，在有线传输过程中，要减少不必要的环节，降低传输成本。除了减少不必要的环节，另一个减少成本的方法就是大范围使用光纤传输技术。

4.2  有线通信技术未来发展策略建议

（1）推广Pe-OTN传输技术。Pe-OTN作为新兴有线传输技术，具有其他有线传输技术无法比拟的优势。市县层面、县乡层面应尽快部署，对核心汇聚层SDH/MSTP进行替换，仅保留接入层设备，实现多样化接入。

（2）实现市县乡业务一体化穿通，融合SDN方案。物质生活的多样化以及信息交流的爆炸性增长，给通信传输平台带来了前所未有的机遇，为适应各行各业在各地信息传输的需求，进行传输网自下而上一体化穿通融合，是未来发展的大趋势。SDN可进行全程全网智能管理、业务端到端开放，实现网建-运维-市场无缝对接，是提升网络竞争力的关键所在。

（3）以物联网、5G技术为助力，加快有线传输技术发展。物联网、5G技术为当前乃至一段时期发展的重要方向。有线传输技术要搭上这趟快车，给人们保证在传输信息质量和效率下传输更多的、更全面的信息。但这也给有线传输技术提出了更高的要求。加强有线传输技术和业务网需求的融合，在快速传输的同时确保信息传输的多样性、实时性、便捷性，是未来有线传输技术发展的大方向。

5  結  论

综上所述，在我国改革开放的40年中，科学技术得到快速发展，科技创新也取得巨大成就。通信工程的建设为国民经济持续健康的发展提供有利帮助，并且将经济发展方式向创新驱动模式转型。科技发展依赖于信息的快速传递及共享。有线传输技术作为通信工程传递信息环节的重要部分，会不断创新发展，符合社会的需求，继续在各个领域发挥重要作用。

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作者简介：冯新波（1986.09-），男，汉族，山东潍坊人，工程师，本科，研究方向：传输设备。