计算机射频通信系统的设计与功能实现研究

陈 燕

（湖南高速铁路职业技术学院，湖南 衡阳 421002）

1 射频通信和计算机技术及其应用优势

随着目前的社会经济、技术等快速发展，计算机和通信技术应用越来越广泛，还有一些具备计算功能的控制部件应用也不断随之增多。在相关技术应用中，会出现大量的数据交换，还涉及到相关设备和数据信息等的远程控制问题，这些问题的解决都可以借助射频通信技术来进行。射频通信技术可以在一定程度上实现计算机功能拓展，满足相关软件和硬件的嵌入式应用，还可以解决远程监控和数据交互中的一些问题，适合在大型超市、野外作业等各大工作场景中应用[1-3]。

射频通信技术借助无线电波，实现计算机和计算机之间以及计算机和数据之间的采集与控制，相应的数据传输可以分为单向和多向。射频技术应用的优势比较多，主要表现在技术应用灵活性比较高，整体技术应用实用性更强，在技术应用中，不需要特定的系统布线设置，还可以在移动环境中应用，对于解决一些恶劣环境下的技术操作和数据采集具有很好的使用效果。但这一技术自身也存在一些不足，无线通信受自身因素影响，在具体的使用中和有线网络的差异性较为明显，了解和掌握其中的相关性，对于系统技术研究和开发都具有一定的必要性。

2 系统基本设计框架

此次计算机射频通信系统设计，主要包含的系统构件有两个：主机部分和通信部件。其中，射频通信部件可以结合系统功能设计的需求，可以选择简单或者是负责结构，但是在整体通信部件设计和选择上，需要满足3个不同单元功能，分别为接口单元、控制单元和通信单元。

具体来看，在接口单元设计中，要认识到这一部分是通信和主机的接口和通信部分。在接口方法选择上，需要考虑对于波特率的要求，波特率偏低，可以使用串行接口和主机连接。而如果对于波特率要求比较高，则可以通过并行接口来处理，确保和主机的有效连接。在连接方式上，串行是相对简单的方法。此外还有一种USB接口方法，操作简单且高效。其次，控制单元设计主要是实现数据缓冲，还要实现数据帧构造，满足通信协议的要求。在这一部分设计中，考虑到成本控制需要，可以使用单片机来进行控制单元构建，因为很多单片机自身具备接口，所以可以方便串行方式实现和主机的连接，使用起来很方便。此外，在系统设计中，可能需要对于系统存储器进行拓展，以确保数据量缓冲效果。而通信单元可以实现数据帧接收和发送，这部分功能比较关键[4-6]。

3 计算机射频通信系统设计的要点

3.1 通信芯片选择

在计算机射频通信系统设计中，相应的通信部件选择是关键，因为这一部分是系统的核心，对于系统的性能具有重要影响。在相关通信部件中，芯片是核心部分，作为系统集成电路，可以实现对于射频通信电路的集成。所以，在相关芯片的制造和选择中，有效应用相关通信部件很有必要。

射频芯片的种类多样，在相应射频芯片的性能、成本、发射距离、功率传输速度上，需要结合相关系统设计和功能实现进行合理选择。例如，芯片的发射功率上，相关发射功率应该满足射频芯片向外发射无线电波的功率要求，所以要结合无线电管理的条件选择合适的功率。同时，需要把握功率自身的消耗问题，确保相应功率可以达到距离条件，优先选择小功率射频芯片。此外，芯片的抗干扰能力也是芯片选择中需要重点考虑的问题。在正常环境中包含很多的电磁波形式，这样在射频通信部件制造中，就需要解决相互之间的干扰问题。所以，要合理选择芯片，保证这种干扰能够缓解或者降低。这就要求选择的射频芯片应该具备一定的抗干扰性能。在目前的射频通信芯片试产中，ASK方式的芯片能够通过软件应用，借助冲突检测协议，促进相关通信干扰问题得到解决[7]。

3.2 通信协议确定

对于计算机射频通信系统而言，通信协议是信息输出和接收的重要前提。一般通信协议可以自行设计，也可以和既有的系统之间达到兼容效果。一些射频芯片要借助接收前导比特流实现电路接收，构建电路初始状态。

一般情况下，一帧数据中包含了前导、头部、内容以及校验等信息。考虑到无线通信通道本身具有一定的时变性，在数据帧的选择上尽量避免长度过长，以确保每一帧的数据传输高效快捷，避免重复操作的麻烦[8]。

此外，通信协议和系统冲突问题也有一定的关联。在实际操作中，要是借助FSK或者是ASK芯片来设计，就需要考虑多个通信部件同一频率问题，明确可能出现的冲突。对此，可以设计一套通信冲突控制协议。这样就可以在一些冲突问题出现后，通过检测冲突后再重新发送，规划合理的通信协议，避免矛盾问题产生。

3.3 天线设计

在计算机射频通信系统设计中，相同的通信天线设计也很重要。一般使用不同的天线，相应的增益、方向、安装难度等也会有一些差异。

在计算机射频通信系统设计中，多使用以下几种天线。一是鞭状天线。这类天线自身的增益及全方向性比较好，但是天线高度相对较高，在一些移动环境中的应用并不方便。二是环形天线。这类天线的增益不大，方向变化影响也相对较低，优势是环形天线可以在电路板中进行印制，整体成本低，安装便利。三是集成天线。很多集成天线自身的体积不大，增益和全向性较好，使用方便，整体的信息接收和发送效率高，但成本也更高。

完成通信天线选择后，下一步是进行天线匹配电路设计。要确保完全匹配，才能确保天线可以收获最大发射量，提升发射效率[9]。

3.4 软件系统设计

一个功能齐全的计算机射频通信系统，需要有完备的硬件设备，还需要有一个可靠的软件系统来作为平台支撑和管理基础。构建软件平台是整个计算机射频通信系统的核心部分，软件性能和应用的灵活性等对于整体的计算机射频通信系统具有重要影响，决定着计算机射频通信系统整体的使用性能和协调性等。目前市面上的计算机射频通信系统还没有实现全面的智能化目标，只能应用于一部分电气设备中，实现全覆盖还需要进一步的技术研究和开发。在目前的计算机射频通信市场中，应用比较多的智能软件设备主要是UML为基础建模语言的软件系统。系统功能模块、通信的软件设备和系统功能软件模块是组成这一软件系统的主要结构，借助有效的智能软件系统应用，对于提升整体的设备使用性能具有突出作用[10]。

在此次计算机射频通信系统设计中，要确保软件功能设计，软件开发人员应根据《设计开发任务书》的要求进行软件功能设计，软件功能设计的输出结果由技术发展部负责人负责审核。软件工程师应根据《设计开发任务书》进行软件详细设计，软件详细设计输出是《软件详细设计说明书》，研究技术发展部负责人和总工程师负责审核批准。

软件编码也至关重要。软件工程师依据《软件详细设计说明书》进行编码，仪器产品项目主管负责审核。软件工程师在软件单元模块的编码完成后，先进行代码的自查和调试，再进行软件单元测试。仪器产品项目主管负责审核。在完成所有开发要求和软件系统测试后，仪器产品质量主管应组织根据《软件详细设计说明书》标准进行验收测试，测试工程师协助，输出针对验收测试的《软件预期功能测试报告》、《软件X系统测试报告》，并发送信息到技术支持部门。软件设计开发的更改可发生在各个阶段，开发人员应正确识别和评估设计更改对产品功能、过程、安全性、可靠性以及风险性等方面带来的影响。当需要进行软件设计开发更改时，应由相关人员按质量体系要求向仪器产品总监进行反馈，在确认需进行软件设计开发更改时应报总经理批准后方可进行。当更改涉及到主要技术参数和功能、性能指标，应对更改进行评审验证和确认，并进行风险评审，经批准后才能实施。

3.5 系统调试

完成计算机射频通信系统设计后，进行系统调试是必不可少的部分。进行系统调试的目的是更好地把握计算机射频通信系统设计的各部分功能要通过计算机射频通信系统调试，明确系统设计中，相关模块和功能能否正常实现，是否存在相关部分的矛盾冲突，以便进一步做好系统优化和调整，确保整体的系统设计和应用成效安全可靠。

4 结 论

计算机射频通信系统在目前的计算机和相关领域应用不断增多，在此背景下，进行计算机射频通信系统的设计和优化很有必要。此次研究中，重点对于计算机射频通信系统的设计思路，设计要点进行介绍，并对研究系统设计中芯片选择、通信协议制定、天线设计、系统软件设计、系统调试等进行详细分析，为计算机通信系统设计提供了参考和借鉴。