无线唤醒技术（精选四篇）
无线唤醒技术 篇1
无线射频识别技术 (Radio Frequency Identification, RFID) 是一种比较前沿和广泛应用的技术, 最近几年得到了人们的追捧。该技术是一种不需要接触, 通过传输介质自动识别的技术。掌握其基本原理对我们更有效的利用这种技术会有指导作用, 它是通过传输的介质通道把射频信号进行接收, 传输中也会出现空间耦合或雷达反射的情况, 不过他们的传输有很大的相似性, 通过信号的接收把被识别物体在没有人为的干扰下自动识别。识别工作的进行可以在各种环境下进行, 主要是通过信号进行传递与接收, 这个过程中基本上不存在人工干预。根据上面的阐述我们可以判断RFID由一个询问器和很多应答器组成, 整个系统也是非常简单, 只有两个基本器件, 但是这两个器件发挥着重大的作用, 它是一种简单的无线系统, 该系统具有用于控制、检测和跟踪物体的功能。
1 研究的目的和意义
1.1 有源RFID的LF无线唤醒技术开发的目的
有源RFID的电子标签自身具备电池。有源RFID标签设计领域关键的技术一直是研究的重点, 电池使用寿命如何提高以及在此基础上降低功耗也是研究的突破口。为了提高电池寿命, 就不能从某一方面下手, 而是要综合考虑, 把硬件平台以及软件协议一并考虑进去, 并采用一些方法进行优化。而LF无线唤醒技术的开发将大大降低功耗, 延长电池使用寿命, 使得有源RFID得到更广泛的发展。
1.2 有源RFID的LF无线唤醒技术研究的意义
有源RFID具备在特定的环境下发射功率是很低的;它根据两边点对点的传输, 通信传输的距离很长;在传输的过程中, 根据传输的介质的特性使得传输数据量很大;在传输的过程中传输的数据不容易被丢失, 其可靠性很高;传输中的不同的数据彼此间不会排斥, 兼容性好且稳定等特点, 与无源RFID相比, 它的技术优势是不言而喻的, 电子标签发生了很大的变化, 由之前的没有电池转变成了有电池, 电源也发挥着重要的作用, 使得整个过程的有效阅读距离比以前发生了很大的变化。正因为上述的那么多优势, 它的应用越来越广泛, 越来越被市场所接受。应用领域有公路收费、港口货运管理等。LF的无限唤醒技术的研究发展将进一步加快有源RFID的快速发展, 对有源RFID技术的发展又提供了一个广阔的空间, 让我国在很多领域表现出来了优势, 尤其是现代物流业, 这些领域的优势在一定程度上大大的缩短与世界先进国家的差距。
2 工作原理及关键技术
2.1 RFID技术的基本工作原理
RFID技术的基本工作原理:标签通过传输介质接触到了磁场, 这时射频信号从接收解读器发出, 相应的产品信息通过感应电流所获得的能量进行发送, 这是解码器发挥着重要的作用, 通过接收到的信息进行系列解码并进行有关数据处理。掌握其基本原理对更有效的利用这种技术会有指导的作用, 它是通过传输的介质通道把射频信号进行接收, 传输中也会出现空间耦合或雷达反射的情况, 不过他们的传输尤其很大的相似性, 通过信号的接受把被识别物体在没有人为的干扰下自动识别。
2.2 RFID的关键技术
2.2.1 RFID产业化关键技术
标签芯片设计与制造:RFID芯片在实践过程中, 有很多的优势, 它在制造的过程中成本是很低的、在使用的过程中也是属于低功耗的产品, RFID芯片的设计与制造技术在其上述介绍的优势基础上得到了很好的发挥, 它的技术应用也是相当广泛的, 适合标签芯片实现的新型存储技术, 防冲突算法及电路实现技术, 芯片安全技术, 以及标签芯片与传感器的集成技术等。
天线设计与制造:天线设计与制造也要在整体的意识下来进行, 标签天线匹配技术就是一个很好的佐证, RFID标签天线结构必须要根据不同应用对象, 有选择性的进行升级优化技术, 还有多标签天线优化分布技术以及RFID标签天线设计仿真软件等。
2.2.2 RFID应用关键技术
RFID系统集成与数据管理:RFID与无线通信在传输过程中、与传感网络建立传输模块、与信息传输中保证信息安全、通过技术对工业进行控制等的集成技术, RFID应用系统作为一种中间件技术, 海量RFID信息资源的在组织传输过程中, 如何存储相应的传输信息, 存储的信息如何进行管理、在管理的过程中如何的实现交换与分发、, 中间要做相应的数据处理和跨平台计算技术等。
RFID检测技术与规范:随着RFID检测技术应用的范围越来越广, 人们对该技术也提出了很高的要求。接下来的工作就是该技术要识别不同行业, 根据行业的特性, 应用的RFID标签, 还可以根据相关产品物理特性以及产品的物理特征产生的性能, 进行一致性检测技术与规范。
3 无线唤醒技术的设计
3.1 低频 (LF) 无线唤醒技术设计原理
无线信号频谱中LF频段信号具有强大的功能, 它的穿透能力强就是其中一项特点, 这个功能怎么应用呢, 它对非磁性介质非常的敏感, 能在短时间内快速的穿透, 如水、混凝土、塑料等 (不受视线距离限制) , 所以利用LF频段设计更加紧密的结合与利用, 可以看出激活电路是一种较好方案。无线信号频率与波长存在什么关系杂实践中已经得出了结论, 两者成反比例关系, 无线信号越长其波长就越短, 无线信号越短其波长就越长。
3.2 以MCP2030器件为核心设计电路
有源射频标签是射频识别系统中的重要组成部分, 相比而言有源RFID具备在特定的环境下发射功率是很低的;它根据两边点对点的传输, 通信传输的距离很长;在传输的过程中, 根据传输的介质的特性使得传输数据量很大;在传输的过程中传输的数据不容易被丢失, 其可靠性很高;传输中的不同的数据彼此间不会排斥, 兼容性好且稳定等特点。其内部电路主要部件有:控制器、激活信号检测电路、RAM/ROM、定时器、UHF收发器、电源等。其中, 激活信号检测电路可以由MCP2030进行实现。当标签到达安装有射频激活发射器的特定位置时, MCP2030从SPI接口上输出相应的接收信号, 使得控制器退出休眠状态, 并对数据进行接收、分析和处理, 最终存储在RAM/ROM相应的位置中。时而与读写器进行信息进行交互, 当需要与读写器进行信息交互时, 控制器通过UHF收发器进行通信, 控制器处理完之后自动进入休眠状态, 直到下一次接收到磁场激活信号或定时器产生定时中断。
激活信号检测电路如图1所示。
4 结语
作为我国新兴战略性产业之一的物联网已经成为世界研究的热点, 物联网的实施能大大提高人们的生活质量。在物联网中, RFID系统也是其中非常关键的组成部分。从19世纪50年代已经对RFID技术有了一些研究, 但是目前RFID系统还存在一些没有解决的问题, 尤其是有源RFID标签电池寿命比较短的问题依然存在, 需要不断的创新研究, 为人类进步多做贡献。
参考文献
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[2]王颖.对RFID在图书馆应用的思考[J].图书馆工作与研究, 2009 (2) .
无线唤醒技术 篇2
记者从国防科工局获悉，12日8:21，嫦娥三号着陆器接受光照自主唤醒。此前，“玉兔”号月球车11日5时许也自主唤醒。两器在月球上安全度过首个月夜，经受了长达14个地球日的极低温环境考验。这标志我国成功突破了探测器月夜生存技术。
目前，嫦娥三号着陆器和“玉兔”号月球车工作状态正常，地面各测控站和中心数据接收及处理正常。
“工程各有关方面要充分利用有限月昼期开展工作，尽可能多地获取科学数据。同时，加强对已获取数据的研究工作，为探月工程后续任务积累经验，提供支持。”探月工程总指挥、国防科工局局长许达哲说。
探月工程新闻发言人、副总师裴照宇表示，在第一个月昼里，月球车的移动、通信、探测等性能已经得到测试，月夜生存可以说是月球车成功突破的最后一项难关。从第二个月昼开始，嫦娥三号将转入科学探测为牵引的任务阶段。
月球车是怎么自动唤醒的？月球车饱饱睡了登月后的第一觉后，月球上天亮了。太阳从月球东边冉冉升起，阳光照射在月球车太阳翼的电池片上，产生电流。月球车上综合电子、测控等设备陆续加电。电充到一定值，接通开关。测控线路传输信号到地面，告诉地面科研人员“兔子”醒了。科研人员再从地向月发送信号，设置月球车的工作状态。
着陆器为什么比月球车“起床”晚？原来，半个月前月夜降临的时候，科研人员有意把着陆器和月球车的太阳翼设定在不同角度上。当太阳冉冉升起，阳光先照射到月球车太阳翼、后照射到着陆器太阳翼。月球车先充电，所以先唤醒。
目前，月球车位于着陆器南边约30米处。在第二个月昼里，巡视器将全面转入以科学探测需求为牵引的工作阶段。比如，对附近的大石块进行精确探测。着陆器经过测试，将转入长期管理阶段，按需完成与地面和与巡视器之间的通讯。月球车和着陆器上的载荷将分时展开科学探测。
嫦娥三号探测器2013年12月2日发射升空，12月14日月面软着陆，12月15日进行两器分离和互拍成像。嫦娥三号任务圆满成功，首次实现了我国航天器在地外天体软着陆和巡视勘察。
第一个月昼里，着陆器和月球车不仅圆满完成了工程任务，而且所有科学载荷顺利开机工作。着陆器地形地貌相机对月球进行了环拍，并首次对地球进行拍摄。月球车上的全景相机也进行了环拍，获得了彩色立体影像图。月球上的一个月昼和月夜分别相当于地球上的约14天。去年12月下旬，两器进入月夜断电关机状态，直至这两天陆续唤醒。
无线区域网和认知无线电技术(3) 篇3
基金项目：教育部重点科技项目(206055)
3802.22系统共存及认知无线电的应用
IEEE 802.22同其他标准不同的是，其他标准中不同系统共存问题往往是在标准完成后再作讨论，而802.22工作组制订的无线区域网(WRAN)标准，却是工作在已经有固定用户的频段，所以首先就要求空中接口协议和算法把共存作为标准定义的一部分，可见系统共存问题在802.22空中接口中占据非常重要的地位。另一方面，认知无线电作为未来的智能通信方式和技术，将会扩展到各个通信网络中被广泛应用，目前无线通信系统中实现的还只是它的基本功能，可以期待认知无线电(CR)技术将更广泛地被应用到通信系统的各个层面，大大改善通信系统性能。
3.1 802.22系统与其他系统的共存
802.22WRAN所工作的电视广播频带已经被电视广播、无线麦克风等所使用，导致在同一个频段存在不同的通信方式和空中接口，因此共存技术在802.22空中接口中占据非常重要的地位，同其他的IEEE无线标准不同，需要在标准概念建立的初始阶段就加入共存机制。
3.1.1 天线
802．22最基本的目的是找到一种不仅可以提供潜在业务而且保证现存授权业务不受干扰的技术。为了达到这个目标满足不同系统共存的需求，802.22中每个用户驻地设备(CPE)需要两个独立的天线：定向天线和全向天线。
定向天线作为工作天线，主要用于用户驻地设备和基站之间通信。定向天线可以保证能量不向其他不需要的方向发射从而降低干扰。而且这些天线具有提高功率控制效率的能力，从而保证了系统共存的实现。
全向天线基本上用于感知和测量。因此为了实现可靠感知，这种天线一般都安装在户外。有了全向天线，用户驻地设备可以在它所有方向的邻居节点中寻找授权的原有主用户的信号，而不只是单个方向寻找，这样可以尽可能避免系统冲突。
3.1.2 电视和无线麦克风用户的感知及保护
802.22中，基站和用户驻地设备均有责任义务保护主用户(PU)的授权业务。由于单个用户驻地设备的感知可能不可靠，基站采用周期性分布式感知机制、数据融合和获取技术来获得可靠的频谱占用数据。
(1)感知门限
802.22中，基站和用户驻地设备利用全向天线在每个方向和极化方向来感知授权用户的传输即主用户的检测。如果探测到的授权信号高于预先假定的门限，基站将空出信道。
(2)响应时间
响应时间是指在802.22系统空出信道前，电视广播和无线麦克风能够承受的干扰时间。考虑到一般电视和广播电台通常通宵工作，所以响应时间稍长些并不是十分重要。如果考虑采用分布式感知机制来完成电视台的检测，可以忍受的响应时间是数分钟到数十分钟。然而，当电台不是工作在连续模式(例如夜间关闭时)而处于时开时关的模式时，就需要有更快的感知速度，响应时间就越短越好。
(3)频谱使用表
802.22标准中要求基站维持一个信道可用性分类的表格。这个功能表中，将信道按可用状态分类，比如被占用(如正在传输PU信号)，可用(可被802.22用户占用)，禁止使用(不能被802.22使用)。这张表可以被系统操作员更新(例如设定某些信道为禁用)或者由802.22感知机制来控制。
(4)最大功率限制
在802.22系统中，研究基站和用户驻地设备可能给数字电视接收机带来的干扰问题很重要，IEEE 802.22工作组为之作了许多的假设，读者可以参考相关文献。基于假设可以得出一个结论：802.22基站需要控制用户驻地设备以保证其传输功率不超过表1中最后一列所示的值。因此，用户驻地设备必须依照图9中所示的等效全向辐射功率(EIRP)限制，同样，表2和图10给出了802.22系统基站发射功率的限制。
(5)带外发射屏蔽
为了保护数字电视和无线麦克风的正常工作，802.22标准要求EIRP数值达到4 W的基站和用户驻地设备必须满足表3中的规定，以降低频带外的干扰。
3.2 认知无线电的应用和频谱共享
认知无线电技术通过多种方式被应用于802.22系统中，包括分布式频谱感知、测量、探测算法和频谱管理。认知无线电作为极具潜力的未来的通信方式，早在美国联邦通信委员会FCC03-322的建议制订规则通告(NPRM)中就提到了它用于频谱管理的好处和4个具体应用：乡村市场和未注册设备、公共频谱租借、动态频谱共享以及通信系统和无线网状网(Mesh)之间的交互。认知无线电技术在无线通信领域有巨大的发展潜力，比如CR用户可以与其他用户协商实现更有效的频谱共享，可用于不同频段通信系统之间的交互，作为两个系统之间的桥梁。同样认知无线电可推进频谱资源二级市场的开发使用和乡村地区的频谱接入。认知无线电可以在有中心的网络、分布式网络、自组网(Ad Hoc)和Mesh架构中展示其应用潜力，满足授权用户和未授权用户的需要。
3.2.1 无线环境的场景分析和干扰抑制
认知无线电系统传输信号时，首先要分析无线传输场景，由无线发射机产生的激励是非平稳、空时信号，因为它们的统计特性依赖于时间和空间。对无线场景分析的任务涉及到空时处理，包含如下操作：自适应地对频谱检测的各种相关功能，比如干扰温度的估计和频谱空穴的检测；用于干扰抑制的自适应波束形成。
(1)干扰温度的定义和测量
当前无线环境是以发射机为中心的，距离发射机一定距离的信号功率在设计中要求达到一个噪声底限以降低可能的干扰，可是，由于新的不可预料的新的干扰源的出现，射频噪声底限可能升高，因而引起信号覆盖范围衰减。为防止这种可能性，FCC推荐了一种对干扰的评价方法，也就是从单纯的接收机对干扰进行测量向发射机和接收机之间自适应实时交互测量的方向转变，这种变化导致对干扰给出了一个新的度量，叫做干扰温度(IT)，如图11所示，其中干扰温度Ti公式化为Ti =Pi /kB，k为波尔兹曼常数，等于1.38×10-23J/K，B为相应带宽，Pi为干扰功率(由于内部噪声源和外部射频能量累加产生)，用于量化和管理无线环境的干扰源，而且干扰温度界限提供了特定频段和特定地理位置射频环境的最恶劣情形的描述。在干扰温度界限内，接收机能满意地工作。给定任一个频带，测得通信系统接收处干扰温度不超过一定界限，等待服务的用户就能使用它，干扰温度界限将作为该频带的无线电频率功率的上限。
对于认知无线电，接收机提供可靠的干扰温度的谱估计非常重要，可以使用多窗方法来估计干扰温度的功率谱，多窗谱估计联合奇异值分解为估计射频环境中噪声低限的功率谱提供了有效的方法。
(2)频谱空穴感知
频谱空穴是指被分配给某初始授权用户但在特定时间和具体位置该用户并没有使用的频带。首先，将频谱区域分成3种类型：
黑色区域，常被高能量的局部干扰占用。
灰色区域，有部分时间被低能量干扰占用。
白色区域，只有环境噪声而没有射频干扰的占用。
一般情况，白色区域和有限度的灰色区域可被等待服务的用户使用。在认知无线电系统中，频谱空穴检测的可靠方案对于系统的设计和实现是极其重要的。目前针对主用户的(有主用户意味着频谱空穴不存在)感知和检测主要采用两种方法：基于能量的感知和基于波形的感知。相比之下，基于波形的感知(比如循环平稳谱估计和特征检测等)性能要比单纯的能量感知好。但无论使用哪种方法，检测过程不得不在某个具体的地点进行，另外检测应足够灵敏。
(3)基于自适应天线波束形成技术的干扰抑制
为了优化射频激励信号的空间特性，可以采用自适应天线波束形成技术，对认知无线电接收端的干扰进行抑制。这样做是为了在认知无线电接收机中进行干扰抑制，通过以下两个阶段来完成：
在认知无线电发射机上采用定向发射天线，避免信号向各个方向传播，还可以节省功率。
假定每个认知无线电发射机都有固定的发射方向，则由其他发射机产生的干扰最小化。
在接收机上采用波束成形对来自已知发射机的干扰进行自适应的残余干扰对消。和其他未知发射机产生的干扰一样，可以设计使用一个具有鲁棒性的通用旁瓣对消器，来保护目标射频信号并沿着干扰方向置零、空信号。
3.2.2 信道状态估计及其容量预测
为了解决信道状态估计问题，传统上采用如下两种方法：差分检测、导频传输。差分检测法提供了鲁棒性和实现的简单性，但是代价是接收机端帧差错率(FER)对信噪比(SNR)性能的显著下降；导频传输提高了接收机的性能，但是使用导频在发射功率和信道带宽方面是要付出代价的。基于上述两种方法的结合，可以使用半盲训练的方法达到性能和带宽资源的折衷，它既不同于全盲处理的差分检测法，也不同于指导处理的训练序列传输法。
信道状态信息是随时间变化的，可由状态空间模型表述。动态噪声和度量噪声的特征决定了使用怎样的状态空间模型。
高斯噪声环境下，使用高斯状态空间模型，可用传统的卡尔曼滤波器进行信道状态的跟踪；非高斯噪声环境下，使用非高斯状态空间模型，可用粒子滤波器进行跟踪。
信道估计的结果可用来计算信道容量，用于控制发送端的信号能量，可使用香农定理对信道容量进行计算。另外在信道容量分析过程中，系统反馈时延的影响和高阶马尔可夫模型的使用也是两个值得考虑的问题，一定条件下会影响到通信系统的性能。
3.2.3 功率控制
在传统的围绕基站建立的无线通信系统中，功率控制通过基站实现，因此可以提供必要的覆盖范围和比较理想的接收机性能。对于一个认知无线电系统，也可以采用这种功率控制技术。不过，还是有必要考虑它也可以工作在无中心方式，因而可以拓宽它的应用范围，这种情形下，应找到某些可选的方式来控制发射功率。多用户CR系统的功率控制问题可看作是一个对策论的问题，不考虑竞争现象，可看作合作对策，该问题就简化为一个最优控制理论问题。对策论方法研究的功率控制问题中每个用户最大化自己的效用，则功率控制问题被归结为一个非合作对策。博弈论和信息论中的注水法可以用来解决功率控制的问题，迭代的注水法有很多方法可以用来处理多用户的场景，两者可相互结合来提高性能。
3.2.4 动态频谱接入和频谱共享
动态频谱管理也称为动态频谱分配，如图12所示。简单地说，结合功率控制，频谱管理的主要目的在于发展一个自适应的策略用于有效的利用射频(RF)频谱。特别的频谱管理算法设计如下：通过无线场景分析器建立的频谱空穴检测各个发射功率控制器的输出，选择合适的调制策略以自适应时变的无线射频环境，始终确保在信道上保持可靠的通信。通过适当的频谱分配实现认知无线电系统与授权用户之间的频谱共享。
调制技术方面，可以考虑采用正交频分复用调制(OFDM)技术，灵活而高效，这也是移动通信中B3G/4G网络将要采用的技术。OFDM使用一组正交的载波频率集合，信息被分别调制到各个载波上，特别适合频率选择性信道或者可变信道的信息传递。
通信业务量方面的考虑，如果在一个码分多址(CDMA)系统中，通信业务量和干扰等级是相关的，在一个认知无线电系统中，基于CDMA则动态频谱管理算法自然集中在用户的分配上，首先是分配较低干扰级的白色频谱空间，其次是有较高干扰级的灰色频谱空间。当使用其他的多址技术时，例如OFDM，同信道干扰必须避免。为了满足要求，动态频谱管理算法必须包括占用黑色空间的主用户的通信业务量模型。
认知无线电是未来无线通信新时代的希望。特别地，通过频谱共享过程的动态协调，可以创造重要的“白色空间”，使得系统可以在不断改变的动态无线环境下实现频谱利用率的大幅度提高。
4 结束语
802.22工作组正在制订第一个基于感知无线电技术的全球性的空中接口标准。这个新的将在电视频段进行操作的标准将采用诸如频谱感知、授权业务检测和冲突避免、频谱管理等技术来实现有效的业务共存以及在现有的授权服务中共享无线资源。本讲座中对802.22工作组所做工作的现状作了一个比较全面而深入的介绍，并得出基于认知无线电的无线通信技术将会有很大发展的结论。总之通过802.22标准的制订，认知无线电技术将对WRAN及其他网络的发展产生巨大的推动作用，而WRAN也必将对未来的通信业务和市场带来深远的影响。认知无线电技术必将是未来无线通信的一个重要发展方向。
5 参考文献
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http://www.IEEE 802.org/22/.
(续完)
收稿日期：2006-03-23
作者简介
田峰，南京邮电大学信号与信息处理专业在读博士研究生，研究方向为无线通信与网络信号处理。
程世伦，南京邮电大学信号与信息处理专业在读博士研究生，研究方向为无线通信与网络信号处理。
应急广播远程唤醒技术分析 篇4
目前, 我国正处于突发事件高发时期, 而且在未来很长一段时间内还将面临突发事件所带来的严峻考验。据统计, 近几年, 我国每年突发事件高达120万起, 造成至少20万人死亡, 170万人 (次) 伤残, 200万户家庭因此陷入贫困, 4亿多人 (次) 受到不同程度的影响, 经济损失达6500亿元左右, 占我国GDP的6%。挽救生命分秒必争, 维护社会稳定、构建和谐社会刻不容缓。如何全天候、全时段地将应急广播系统发布的应急预警信息及时地向受众进行展示, 是应急预警信息发布过程中的重要一环。本文对现有的远程唤醒技术进行了适用性分析, 为应急广播系统的建设完善提供参考思路。
1国内外应急广播唤醒技术发展现状
目前, 国内、外许多机构都在国家应急广播方面进行了基础技术研究与国家级的基础设施建设。国外在国家应急广播建设领域发展较成熟的技术有美国的紧急报警系统 (EAS, Emergency Alert System) 和日本紧急警告系统 (EWS, Emergency Warning System) , 在国内广州、上海、山西等许多省市也根据各省市的基本情况建设了相应的应急广播体系。在应急广播系统中运用较广且可以实现远程唤醒功能的技术主要包括:调频副载波技术、TS流技术、CMMB技术、调频共缆技术、双音多频 (DTMF) 信号技术。
调频副载波技术在应急广播体系中应用最为广泛, 美国的EAS和日本的EWS都采用了该技术。美国的EAS系统信息发布手段主要采用数据广播系统 (目前主要为RDS[1]技术, Radio Data System) , 同时辅以电视、网络、手机短信、卫星等多种手段;设备采用统一的EAS协议, 终端接收机采用对应的统一协议进行解码, 终端需对协议解码后进行分析, 才能实现自动唤醒功能;EAS允许广播电视台、有线电视系统、卫星公司以及其他相关部门, 可以在无人监管的情况下, 迅速、自动地、按事件级别地发送、接收紧急信息。日本的EWS系统的紧急告警信号以广播方式进行发布, 通过具备相应解码器的广播接收机 (主要技术采用DARC[2], Data Audio Radio Channel) , 和电视机进行信息的接收, 并辅以网络、短信、卫星等多种手段发布预警信息;EWS系统建于1985年, 并于2007年形成以数字化方式向公众提供紧急警告信息服务的体系, 接收机在检测到相应的告警信息后会被自动唤醒, 正在收听收看的广播电视节目将自动切换到紧急频道;此外, 在日本国内在普及的应急救生包中配备了特殊频点的收音机, 可通过手摇发电方式在紧急条件下实现紧急广播信息的接收。在我国部分省市以及一些工厂企业也应用了调频副载波技术, 日前上海建立了灾害信息调频副载波广播系统, 并在全市设立了1000个接收点, 一旦系统后台发出灾害信息, 专用接收器就会自动开机, 向受灾群众广播“知灾、避灾、防灾”的相关内容。
通过在TS流中复用应急广播信息, 数字电视终端可以解码TS流并获得应急广播信息, 激发终端自动唤醒, 该技术也是国家应急广播消息传输的重要手段之一。有线数字电视、地面数字电视、卫星数字电视和直播卫星数字电视四个广播电视系统都可以采用该技术, 实现应急广播消息的插播和远程终端的自动唤醒。
CMMB[3]技术, 通过无线数字广播网络和卫星进行节目传输, 既可以向手机、PDA和GPRS等小屏幕终端提供服务, 也可以向车载电视、笔记本、电脑等大屏幕终端提供广播电视服务, 目前在我国已覆盖300多个城市。作为中国移动多媒体广播电视标准, CMMB能够通过专门的CMMB紧急广播系统实现在CMMB信号中插入紧急广播消息的功能。
调频共缆技术[4]在我国学校、企业和工厂等区域运用较多, 尤其是有线电视网络与调频中短波网络广泛覆盖的广大农村地区。湖南、四川、广东等地区的“村村响”农村应急广播系统采用调频共缆技术, 充分利用广播电视网络为信号传输的主要载体, 根据当地情况综合利用地面数字传输网、宽带网、调频无线发射或其它传输方式, 改变了原有农村、乡镇的打电话到责任人, 再进行广播或人为动员疏散的比较传统的应急安全指挥手段, 建立速度、分级、准确的农村、乡镇应急广播系统, 达到了紧急指挥安全疏散, 把灾难给人们生命财产带来的冲击降到最小的目的。通过该系统上级前端可随时对下级网络广播, 下级前端自动收转上级广播节目, 上级对下级既可通播, 亦可选播。通过同频陷波式、高电平压低电平式等技术实现上下级广播的自动切换。
双音多频 (DTMF) 信号[5]技术的应用起源于电话系统中电话机与交换机之间的用户信令传送技术, 目前也被运用到广电领域的信号指令传输中。广东南方电视台利用双音多频技术, 实现了在不影响节目正常播出的同时, 定时定位准确插播其他电视节目的需求。山西省太原市利用DTMF技术, 提出并建设了一套以双音多频信号为控制信号的城市应急广播系统, 既实现了对广播终端迅捷可靠的远程自动控制, 又实现了有效地抵御恶意攻击和防范干扰误启动等多项功能。
2常用应急广播远程唤醒技术
现阶段, 我国各个地区在解决应急信息发布“最后一公里”的问题上并没有统一的技术手段, 仍采用不同的远程唤醒技术, 下文从应急信息的数据格式、传输通道、唤醒方式等方面对上述应急广播远程唤醒技术进行介绍。
2.1调频副载波
调频副载波技术是指在进行调频广播的同时, 利用调频基带的空余频谱, 通过调频副信道传输数据、声音等业务信息, 具有投资省、受众广泛、节约频谱等特点。常用的技术包括:SCA (Subsidiary Communication Authorigations) 信道, RDS (Radio Data System) 数据系统, RBDS (Radio Broadcast Data System) , DARC, HSDS, FMHDS (FM multiplex High speed Data System) 。下文以RDS为例介绍调频副载波技术在应急广播远程唤醒中的应用。
RDS是通过调频副载波传送的一种数据广播技术, 其副载波频率为57k Hz, 采用抑制副载波调幅方式传送信息, RDS的频谱分布如图1所示。构成RDS信道后, 再与调频立体声广播的主信道 (占据0Hz~15k Hz) 、副信道 (占据23k Hz~53k Hz) 、导频 (19k Hz) 构成带有RDS的调频立体声广播的调制基带信号, 再共同对高频主载波调频。将调制后的RDS数据帧发送到具备RDS功能的调频发射机, 若发射机不具备RDS功能, 需增加RDS激励器。唤醒终端配置相印的RDS数字解码器, 加电后会自动搜索带有RDS副载波信息的频率, 并进行记录, 只要设备处于待机状态, 就会自动恢复到该频率上去, 进行应急信息的播放。
2.2 TS流方式
利用TS流进行应急广播信息的传输和远程终端的自动唤醒, 可以根据GB/T 17975.1《信息技术运动图像及其伴音信息的通用编码第1部分:系统》复用标准, 实现有线数字电视、地面数字电视、卫星数字电视、直播卫星数字电视, 这几个系统中TS应急广播信息流的复用。应急广播信息通过TS流传输的流程如图2所示。
1.适配封装:解析紧急广播消息, 适配封装成适合TS流传输的紧急广播表, 并输出给播出插入设备;提取紧急广播消息中的紧急信息, 编辑为适合屏幕显示的字幕信息, 适配封装成字幕指令, 输出给播出插入设备;控制ASI切换器, 当有紧急广播消息时, 切换到插入了紧急广播表的TS流;当无紧急广播消息时, 切换到正常播出的TS流;将设备工作状态信息反馈给消息接收设备。
2.播出插入:根据播出插入指令, 可以通过以下三种方式进行应急广播预警信息的发布:在正常播出的TS流中插入紧急广播表;在原电视节目的视频图像中叠加字幕;将原广播节目替换成紧急广播节目。
3.ASI切换:在切换设备中, 根据播出插入指令, 完成正常播出的TS流到紧急广播节目流的切换, 切换时需在收到应急指令和确认紧急广播节目流正常传输的基础上进行切换;控制ASI切换器, 当有紧急广播消息时, 切换到插入了紧急广播表的TS流;当无紧急广播消息时, 切换到正常播出的TS流。
4.数字电视接收终端, 通过解码TS流, 判断是否需要自动唤醒带电终端播放应急广播消息。
2.3 CMMB
CMMB在设计之初就考虑了紧急广播应用。与其它应急消息格式不同, CMMB系统通过CMMB紧急广播表传输紧急广播消息, 并遵照《GY 220.4移动多媒体广播第4部分紧急广播》所规定的格式进行紧急广播消息的数据封装。
CMMB紧急广播消息的复用传输流程如图3所示, CMMB紧急广播表传输紧急广播消息的方法, 包括如下步骤:
1.接收紧急广播消息, 包括上级、本级和下级等不同来源的紧急广播消息, 并根据消息来源以及消息自身的类型和级别等参数按预定策略对消息进行排队。
2.将紧急广播消息拆分和封装为一个或多个适合紧急广播表承载的紧急广播数据段, 紧急广播表结构和复用帧如图4所示。
3.将紧急广播数据段适配封装成适合CMMB传输的紧急广播表, 包括:紧急广播表标识号、并发消息数量、紧急广播序号、紧急广播数据段、紧急广播数据段长度等信息。
4.对紧急广播表进行复用封装 (图4) , 通过卫星、无线数字广播网络对应急广播节目进行传输, 并由CMMB移动多媒体终端进行接收。
5.终端接收到CMMB应急广播消息后, 对其中的紧急广播数据段进行解封装、合并获得紧急广播消息。
在远程唤醒过程中, CMMB终端按照《移动多媒体广播第4部分:紧急广播》中规定的紧急广播消息复用帧格式进行解析, 判断MF_ID=0中的表标识是否为0x10, 是则该复用就是帧紧急广播表, 终端将自动接收紧急广播消息。
2.4调频共缆
调频共缆技术是指利用FM频率调制技术将广播的音频和控制信号, 调制到88MHz~108 MHz (也有的调制到70MHz~87MHz) 的高频载波上, 被调制的广播音频和控制信号与有线电视节目共用CATV同轴电缆/光电网络传输, 即共缆。广播音频、广播控制和有线电视信号在CATV同轴电缆/光电网络中, 各自采用不同的频段传输, 不会产生交互调制现象。运用到应急广播预警信息发布系统中, 调频共缆技术可以实现上、下级发布信息的自动切换及终端自动唤醒接收预警信息的功能。以村镇规模为例, 可以采用调频信号同频陷波式插入技术对单一行政村运用调频共缆技术, 实现应急广播的远程唤醒, 如图5所示。
乡镇站的调频调制器将接收到的FM信号或乡镇自己办的节目信号, 用调频方式通过CATV网络传输到各村用户, 处于自动开关状态的用户频点接收音箱将随时接收镇FM信号。当村组织需要插播时, 只需开启村广播室的调频调制器的电源, 村CATV分配网络始端的同频信号插入器会自动陷去镇FM信号 (TV信号照常传送) , 送出镇同频的村FM信号。
对单一行政村也可以采用调频信号高电平压低电平式插入技术实现村级应急信息的插入和远程终端的自动唤醒。采用调频共缆技术可以通过广播光信号插入联网和电话远程播控联网等联网技术实现对由多个自然村形成的一个行政村的应急信息远程控制。
2.5双音多频信号
双音多频信号 (DTMF) 是由贝尔实验室开发的信令方式, 通过承载语音的模拟电话线传送电话拨号信息。在应急广播系统中, 通过将双音多频信号作为控制信号, 实现有线网络或无线网络之间有效的通信识别和可靠的远程控制响应。具体实现过程如图6所示。
1.发布者直接用手机经市话网拨打应急系统的电话接入号码。
2.电话智能接入器可以自动进行来电铃流检测、摘挂机处理, 可以实现语音提示、身份识别 (密码认证+语音识别) 、电话按键指令转发和登录者分级管理等功能。
3.双音频信号巡检码发生器产生的双音频巡检码信号用于指示用户登录的休眠工作状态, 当处于电话登录休眠状态时, 双音频信号巡检码发生器就不断产生连续的DTMF双音频信号, 此时广播系统的终端收到该巡检码信号后, 将拒绝启动应急广播, 播出正常的FM调频节目。若没有双音频巡检码, 终端经过判断后启动应急广播。
4.专用频点FM调制器和混频发射器, 用于对专用音频信号 (电话按键、巡检码等双音频信号和语音音频信号) 进行调制并和其他普通频点的FM节目信号进行混频发射, 通过有线 (CATV) 或无线FM广播方式发送到终端。
3现有应急广播远程唤醒技术的比较
美国的EAS技术和日本的EWS技术都采用调频副载波技术, 需要对现有广播电视信号传输系统, 主要是调频发射机, 进行一定程度上的改造。这种改造对于我国目前数量众多的调频发射台站来说, 耗资巨大;同时, 该项技术不能适用于中波和短波广播, 只能利用本地的调频台站对较近区域的终端进行唤醒, 这在重大灾难发生时、本地调频台站瘫痪后 (如地震) , 该项技术无法继续发挥作用。基于TS流的机顶盒远程唤醒系统, 对终端限制较大, 尤其是在应急事件处置中发挥重大作用的无线广播如短波广播中, 该技术无法使用, 而且无法应用于终端尚未普及的广大农村和偏远山区。CMMB技术基于紧急广播表, 受传输通道和接收终端限制, 只能实现对CMMB终端实现唤醒, 无法普及到其他传输通道及终端。采用调频共缆方案, 对最大传输距离有限制, 只能适用于乡村范围内的应急通知, 无法利用其它广播手段以保证线路遭到破坏还能进行应急消息的有效播发, 且容易被大功率的同频率广播镇压, 无法实现信源和目标源的确定, 存在一定程度的安全隐患。表1列出了上述技术的技术标准、传输方式和接收终端。
目前, 我国国家应急广播系统的目标为:实现群众对预警事件以及突发事件的有效接收, 预警发布渠道必须实现准确定位、快速发布、全面覆盖、有效送达。即国家应急广播要求实现全国应急广播的多元化实时接收, 即不论什么广电传输网络、什么广播电视频率、什么区域、什么终端, 也不论终端是否开机, 是固定或移动状态, 全国广播电视用户都能实时接收到应急广播信息。而上文中的分析表明, 现有的应急广播远程唤醒技术或多或少存在改造费用大、传输方式受限或接收终端受限的问题, 无法完全满足我国应急广播系统的多级、多传输方式、跨区域、安全可靠唤醒的需要。
笔者认为, 适用于我国广播电视系统现状的应急广播远程唤醒技术, 应该具备如下特点:
1.完备性。要支持多部门、多传输通道、跨区域的传输和发布, 以适用于不同应急事件、不同传输通道损毁情况时的发布要求。在保证中波广播、短波广播两种常用的有效传播手段的同时, 尽可能实现在多种广播电视通道中的透明传输。
2.兼容性。在尽量不改变现有广播电视传输系统的现状, 实现与现有传输系统的无缝对接, 实现与现有应急广播体系和各省市应急终端的合理对接。
3.安全性。有别于普通广播电视节目内容, 应急广播系统发布的内容极为敏感, 发布内容与发布目标区域、发布时间有高度的相关性, 所以必须在系统的全链路考虑安全防范问题。
摘要：面对自然灾害和人为事故等突发事件的频繁发生, 国家及地方应急广播系统的建设和完善迫在眉睫。应急广播远程唤醒技术作为一种有效、快速、全面的应急预警信息覆盖手段备受关注, 是将应急信息及时、准确、有效地向受众进行展示的重要手段之一。本文对国内外现有应急广播远程唤醒技术的应用情况和技术要点进行介绍, 并对这些技术的适用性进行分析, 提出适于我国的现状的应急广播远程唤醒技术应具备的特性。
关键词：应急广播,远程唤醒,调频副载波,TS流,CMMB,调频共缆,双音多频信号
参考文献
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