时间：2024-03-08 14:36:05
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关键词：软件定义无线电（SDR）；动态范围；信号；RF
DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2015.8.014
首先，什么是软件定义无线电（sDR）？大致来说，软件定义无线电是指信号链的一部分是软件的任何无线电。具体来说，它会具有以下部分或全部特性：宽带、多频段、多模式、多数据速率、软件可重新配置，并且其数字转换（接收或传输）会尽可能靠近天线。请注意，该描述也适用于现代信号（频谱）分析仪等RF仪器仪表。
一般认为是德克萨斯州加兰的E-Systems（现Raytheon）公司在1984年构建了第一台软件定义的基带接收器，而第一台软件定义的基带收发器可能是WSC-3（v）9，由E Systems加利福尼亚州佛罗里达圣彼得堡分部在1987年为Patrick AFB设计。1989年，Haseltine和Motorola ca.又为Rome AFB开发出了新的无线电产品Speakeasy。现代的示例包括卫星和地面无线电、军事联合战术无线电系统（JTRS）以及几乎任何蜂窝或陆地移动无线电终端或基站。
从理论上来说，要使数字转换和信号处理正常工作，应该具有线性时不变系统，但实践得出，将模拟片段放在一起后就需要一连串的妥协。不过，通过精心挑选元件和分布增益，可以在保持灵敏度的同时最大程度地扩大SDR的动态范围。而且，无论SDR是通信接收器基站还是信号分析仪，都适用相同的规则。
在一些标准通信系统（例如，蜂窝系统）中，SDR在受控环境中工作，也就是说，标准阐明了针对接收器和发射器的要求，而载波则为标准增加了裕量。在其他一些系统（如军事、业余和陆地移动无线电）中，环境不受控制，也就是说，最近的发射极可能就在隔壁，最远的可能刚好在视距的耳语范围内。
因此，在开始设计之前，需要先制定一份检查清单：
・标准有哪些要求？
・所需的最小和最大信号电平是多少7
・需要多少滤波？
哪些图像滤波器、通道滤波器和抗混叠滤波器可用？
滤波器中的群延迟是否会产生问题？
・您使用的是什么架构？
零中频、单通道、双通道或三通道转换。您目前如何生成正交信号？
在模拟还是数字（IF采样）域中？
选择ADC本身就值得讨论。ADC的动态范围可确定系统架构（反之亦然）。首先，要查看信号带宽和采样频率（准确的采用频率通常由时钟和/或帧速率等数字信号处理要求确定）。为了获得ADC的满量程SNR，尤其是对高输入频率采样时，能否生成足够良好的时钟，从而在不降低ADC的指定SNR的情况下以所需的频率采样？要使系统成为线性时不变系统，ADC必须提供足以支持所需信号、干扰信号以及增加的裕量的动态范围，以支持信号衰落和AGC响应时间。
那么，多大的动态范围才够呢？性能最高的软件定义无线电（和RF实验室仪器）通常采用14至16位高速ADC，从而以尽可能高的频率对带宽高达250 MHz的信号采样。为了按照标准（如802.11等字母数字组合）测试频带最宽的信号，行业偏向于使用14b AD9680等双通道高速ADC在I和Q带宽等于或高于500 MHz的基带中对I和Q言号进行正交采样。一些应用程序需要更小的动态范围，因此通常使用12b的GSPS ADC（如AD9625）来“抓取”带宽为500 MHz的频谱块，并使用集成数字下变频器来调低其基带频率。
ADC的动态范围是模拟和数字滤波之间的基本权衡。更多的模拟滤波会缩小干扰信号的幅度以及ADC的所需范围，这就必须对所需的信号和干扰信号进行数字转换以保持线性系统。但是，模拟滤波并不是理想的方式，它可能会出现群延迟和相位。在系统级别，模拟域的大量滤波操作也意味着可能要进行大量费用高昂的机械屏蔽工作以保持滤波器隔离，并且可能需要在多个IF级联多个滤波器以最大程度地减少滤波器周围漏电的情况。相反，数字滤波器具有出色的形状因子，没有漏电，其特性近乎理想，但需要提高ADC的动态范围以支持信号和干扰信号。
孰优孰劣似乎显而易见，但您必须将接收器设计为可在所有工作条件下保持对ADC的线性输入。例如，这需要将AGC的响应时间结合到ADC的裕量中，也就是说，允许特定数量的dB作为裕量以考虑AGC反应期间的输入信号变化，这样接收器不会因信号电平变化而出现过载。
此外，在UHF和微波信号中，您可能还希望针对信号衰落增加额外裕量，不管这种信号衰落是由于频率较低还是信号被大楼或植物阻挡等环境条件而导致的。除此之外，您还需要考虑解调C/N比、邻道和相间通道干扰信号以及全双工系统中可能出现的PA馈通效应的裕量。
另外需要记住的是，窄带接收器的AGC范围比宽带接收器更宽。基本上，宽带接收器会将大片频谱小幅度地上移或下移，通常小于10dB，以使其保持在ADC的线性“窗口”中间。这与对整个蜂窝频段进行数字转换时一样。相反，窄带接收器则高度依赖滤波以最大程度地减少通带中的信号数，但必须能支持更大的干扰信号。它们通常在不受控的环境中使用，其AGC可作用于更窄的通带中的信号。
在为接收器设计设置级联噪声系数和截距模型时，您实际上需要为系统建模三次：一次针对最小信号电平，即最大增益下的AGC关闭电平；第二次针对最大信号电平，即最大增益衰减下的AGC开启电平：最后一次针对接收器的标称输入电平。您还需要在所有三种模型中考虑交调效应。幸运的是，ADI的ADISIMRF（图1）等免费工具将助您一臂之力：这类工具通常内置适用于RF增益块、混频器、衰减器、巴伦、滤波器和高速转换器的模型库。
频率规划是另一项需要广泛研究的有趣课题。您不仅需要为每个混频器（图2）制作一个混频器表，而且可能还希望为发射路径制作一个类似的DAC表。此外，您还需要考虑在哪个奈奎斯特频率区域使用转换器（ADC或DAC）。系统时钟通常是帧速率的倍数（这就是1.2288 MHz和13MHz的倍数之所以常见的原因）。幸运的是，您可以使用足够高的频率（谐波不在频带范围内或目标信号上）。您需要通过精心挑选系统时钟、中频和本振（LO）频率来最大程度地减少内外部干扰，因为这些频率将与无法预见的后果混合。
针对级数和功能类型（滤波器、混频器、放大器等）设置了级联噪声系数和截距模型后，就需要执行一些端计算。
例如，您首先需要使用以下等式计算ADC的噪声系数（NF）：NF=Prs+174dBm-SNR-IOIog1oB（at300°K）其中prs是ADC的满量程输入功率（以dBm单位）PFS（dBm）=10log10 [PFS（mW）/1mW]
NR是ADC的信噪比（以dB为单位），以及B是要进行数字转换的带宽，需要考虑输入滤波器的噪声带宽（图3）。
请注意，如果您希望将所需信号加上干扰信号进行数字转换以滤除数字域中的干扰信号，此带宽可能比信号带宽更宽。
幸运的是，您可以通过对输入信号过采样来提高ADC的噪声系数。在这种情况下，计算噪声系数的等式将变为：NF=PFS+174dBm-SNR-10log10B-10logl0[fs/2B]
其中，fS是采样时钟，B仍然是信号带宽（或要进行数字处理的带宽）。一些IF采样ADC（如AD9874和AD9864）会在带通∑一架构中使用过采样和噪声整形。这些ADC实际上是完整的IF子系统，接受IF输入并提供接近100 dB的SNR，以及在输出时抽取的16或24位I和Q数据。
过采样并不是改善ADC噪声系数的唯一途径。您也可以使用变压器在“无噪声”增益下提高ADC的输入电压，如图4所示AD6645。
【关键词】数字；电视；无线发射
引言
传统的广播电视传播大多采用模拟信息技术，即信息的传递形式在时间上是连续的，这就要求信息传递的存储量巨大，同时具有速度缓慢，并且容易出错的缺点[1]。随着我国无线发射技术的发展与提高，传统模拟传播技术已经逐渐被取代，数字化浪潮席卷而来。这不仅使得传统媒体行业发生了巨大变革，同时改变了社会信息的渠道与形式，改善当今的社会生活。因此，如何进一步推进无线发射技术在广播电视中的有效应用，加速数字化时代进程，是目前研究的重要议题。本文从无线发射技术的角度出发，解释了广播电视的定义。在此基础上，总结了该技术的特点。并根据本人的工作经验，给出了当前的无线发射技术面临的问题，同时给出了推进的几条有效措施。
1技术概述
广义上的广播电视的概念指的是信息通过声音与图像传播的一种方式[2]。其最早始于20世纪初在美国诞生的第一台电台，而国内的发展较为落后，直到20世纪中期才建立了第一座新华广播电台。广播电视作为一种有效的信息传递媒介，具有广泛性、实时性以及生动性的特点。本文所论述的广播电视实际是狭义上的定义，即通过无线电传播实现大众信息传递的技术。其主要包含了信息技术、数字电路技术、通信原理以及多媒体技术等[3]。得益于无线发射技术造价低廉、利用率高同时维护成本低廉的特点，目前广播电视技术的应用已经趋近成熟[4]。广大用户可以通过其免费收看和收听各类电台节目，并且性能稳定无需复杂的操作。因此深受我国的广大农村与城镇民众的喜欢，其依赖程度较高。同时在我国的新农村建设中，广播电视占据了非常重要的角色，丰富了村民的文化生活。但是，随着网络技术的发展以及平板电脑、手机、笔记本等网络终端的相继诞生，传统广播电视的发展呈现疲软的态势[4]。大量的忠实用户有了更多的收看方式的选择，对广播电视的依赖程度降低。另外，目前的广播电视安装已经进入了相对瓶颈期。经济发展较好的一线与二线城市与周边农村的推进工作已经告一段落。受限于偏远地区的安装难度大，成本高并且人口群居密度低的特点，很难进一步得到推广。
2技术特点
虽然新时代的挑战不断，在网络媒体的冲击下，给了广播电视行业带来了极大的危机感，但是同时也带了诸多机遇。无线发射技术历时一百多年的发展，可以总结以下几个特点：
2.1可靠
目前的无线发射技术较研究初期有了巨大的进步。彻底摆脱了稳定性差、容易中断的缺点。能够保证无线传输设备的稳定运行，在软硬件上通过技术备份与故障诊断的方式实现安全运行保障[5]。一旦出现突发故障，可以及时切断故障部件，自动更换备份系统继续无线发射工作。因此目前的无线发射技术非常的稳定可靠。
2.2安全
无线发射技术的稳定性给其安全问题提供了较好的实现基础。广播电视发射建立了独立的专业系统网络。在此基础上，软件具有完备的访问权限的设定，不可能出现管理秩序混乱的问题。另外，对广播电视系统进行了实时备份，一旦发生数据的丢失，可以做到及时补漏。这就使得广播电视使用的安全性可以得到及时保障。
2.3智能
智能化一直是各行各业技术发展的重要标志，无线发射技术也不例外。目前的广播电视已经彻底摆脱了需要大量人力物力去实现控制的状态，实现了智能化控制。具体包括自动检测、自动发送以及自动监控等一系列智能功能[6]。尤其是自动检测功能，可以很大程度上降低无线发射系统的维护成本，提高故障诊断的实时性，这也是目前判断无线发射设备性能的关键因素。另外，对广播电视系统的自动监测部分，可以将监测数据及时上传微机系统，通过数据处理与计算等，及时判断无线发射性能的优劣，并作出修正。
3面临的问题与推进的措施
3.1人才培养
目前无线发射技术取得了较大的发展和推广。对于技术人才培养所提出的要求也水涨船高。因此，当前的人才培养计划需要更加规范与严谨，结合目前的数字化趋势，提高专业技术的深度与广度。另外，无线发射技术是一项工程技术，需要专业人才更加注重实际动手能力，增强自身的实践经验，能够在突发问题与故障面前，具有解决实际问题的能力。其次，目前的广播电视行业，受网络媒体的挤压，用户增长缓慢。这就要求在当前的竞争形势下，人才培养要多元化发展，不仅要掌握传统技术的核心技能，还能与时俱进，做到全面发展。比如说需要掌握相关网络技术与多媒体技术等。能够在竞争中做出新的改革与创新，突破当前停滞不前的局面。
3.2技术更新
当前面临的另一个问题与挑战是，一线与二线城市的广播电视布局已基本完成，其用户持续增长的能力较弱。如何有效开拓新的覆盖地区，是当前广播电视发展的重要方向。但是我国中部与西部地区地貌复杂，人口稀少，并且人民的群居性较低。这一系列的特点导致目前的广播电视的覆盖成本增加。因此，急需新兴技术来进一步降低投入资金，更好的推进当前的覆盖地区。比如说，建设过程中比较重要的硬件设备为光缆。在偏远地区尤其是深山之间铺设时，既要保证光缆铺设的稳定性，从而能够使信号接收持续可靠。同时，还需要有效降低铺设的成本，提高光缆利用率。
3.3防护工作
防护工作指的是无线发射相关设施的防护，包括无线发射设备、发射塔等。主要集中在两个方面：①防雷工作，由于发射设备的结构特殊，极易引发雷电击穿。因此，必须加以各种避雷保护。②日常维护工作。无线发射设备与发射塔都是日常裸露在外，接收风吹日晒，极易引起零部件老化，因此需要定时检修维护。尤其是雨水带来的设备腐蚀问题，容易导致设备对地电阻的增大，使得避雷效果降低，从而引发雷击带来的设备损坏。目前较好的做法是定时对设备的接地点进行盐水浇筑。并及时测量其对地电阻是否达到标准值以内，不合格部分需要严格排查并加以维修。
2012年11月，深圳轨交因无线GBTC信号受到WiFi干扰导致列车紧急停运，事件直接折射出免执照管理频段及相关设备管理存在重大无线电安全隐患。无线电安全事关国家政治、经济及社会活动的正常开展。正确界定无线电安全的内涵和外延，并有针对性地建立健全安全体系、明晰管理路径、普及相关应用刻不容缓。
多维透视无线电安全
无线电安全是广义信息安全的重要组成部分，但其在传输介质和监管重心上有别于传统的信息安全。无线电技术应用的领域及其管理对象和范围的变化，决定了无线电安全涉及的广度和深度。
狭义的无线电安全仅指与无线电台站相关联的安全问题，广义的无线电安全则指任何以无线电波作为载体进行能量传输和信息传递中产生的安全问题。在智慧城市建设如火如荼、物联网和云计算大行其道的今天，维护城市运行安全需要从广义的范畴对无线电安全进行解读。
从物理层面来看，无线电安全是指承载信息的无线电波本身在传输过程中不受其他因素干扰和破坏，能够快速准确建立收发两端之间的通信通道。从无线网络的拓扑分析，无线电安全与发信端、收信端以及电波传输三个环节密切相关。其中收信端、发信端的安全问题主要是指相关硬件、软件及其系统中的数据因偶然或者恶意的原因遭到破坏、更改和泄露，使系统无法连续可靠运行。在电波传输环节，因为电波特性易受到自然、地理、物理以及人为干扰，都会导致无线电安全问题。
从逻辑层面来看，无线电安全是指利用无线电波实现信息的准确传递。这种信息在形态上符合无线电波传输的要求，包括了语音、数据和多媒体等多种形式。在深圳WiFi逼停轨交事件中，根本原因在于无线电波承载的信息无法得到准确传递，从而导致恶性事件的发生。
以上两个层面的分析表明，逻辑层的无线电安全事故必然是由物理层的某个环节或多个环节的纰漏造成。物理层面的无线电安全隐患不一定直接导致逻辑层的无线电安全事故，改进任何一个环节的安全防范性能，都将有助于提升系统的安全水平。在物理层受到安全威胁的情况下，系统通过自身的鲁棒性设计和其他冗余设置将能确保信息的安全传递，或在接收端实现对受扰信息的全部恢复或部分恢复，从而使系统级的安全运行得以保证。确保逻辑层面的无线电安全将是维护整体信息安全的基石。如在WiFi干扰轨交CBTC的过程中，通过跳频技术可有效实现对传输干扰的规避，同时通过系统的安全防护设计、信息的重发机制和数据包最低门限设置等机理，同样也能使CBTC系统在受到无线干扰期间维持正常运行。
从安全源来看，传统意义上的无线电安全在分布形态上表现为点、线、面的覆盖，其实际影响更多来自物理层面的介质。尽管涉及领域较广，但总体来说影响无线电安全的源头数量有限，结构可控，漏洞和风险可以预期。而面向移动互联网的无线电安全在分布形态上则表现为无处不在，其实际影响主要是逻辑层面的信息安全。并且，影响安全的节点众多，结构无法控制，漏洞和风险难以及时发现，从而容易导致信息在传输过程中发生丢失、更改和泄漏等情况，继而引发无线电安全事故。
从溢出效应来看，无线电安全涉及国家政治、经济、社会、文化、军事等各个领域，且随着无线技术的快速发展和普及应用，社会对其依赖程度也在不断增强。由无线技术应用引发的“蝴蝶效应”，将使某个点上的安全风险快速影响到各个关联系统，直接加深了无线电安全与国家安全、城市运行安全和行业应用安全的关联度。
差异化策略制定评估体系
无线电安全的多样化属性决定了需要对其进行分类分级，用差异化策略实施风险评估，并在此基础上实施针对性的预案管理。
根据无线电技术应用的特点，拟参照信息技术系统风险管理指南（NIST）的要求，从系统级的维度，提出以下安全风险评估体系及步骤。
步骤一：厘清无线电技术应用系统级的主要特性。包括工作频段/频点（频段属性、是否为专用频段、预期占用情况等）；毗邻和可能引起干扰的频段及主要业务；系统主要功能表述（传输信息的类别、技术体制、在大系统中所承担的角色和功能）；收发信端的主要设备情况（型号核准信息及技术标准参数）：系统软件设计的冗余度和鲁棒性设计；传输信息的可信度保障机制：人员操作资格和水平的基本表述；工作环境描述（周边电磁环境复杂性）；城乡规划保护机制；应急处置机制和预案：系统总体运行对该无线电技术应用的依赖度和可替代性。上述大类应当根据不同应用行业，形成具体的细化参数，并根据该参数的重要性进行权重的预先设定。
步骤二：开展脆弱性鉴别。针对步骤一中的具体参数，按照打分制（5分制、10分制均可）或定性表述（高、中、低）进行脆弱性判定。
步骤三：进行威胁源分析。根据步骤二的脆弱性判断，结合实际运行分析，对造成系统无线电安全的现实威胁和潜在威胁进行穷举。
步骤四：开展控制措施分析。重点围绕威胁源对能降低系统风险的控制措施（包括有线无线的技术替代、技术和非技术手段的集合等）进行分析，判断现有措施的有效性。
步骤五：可能性确定。对无线电安全威胁出现的概率进行预判，概率预判同样也可采取打分制和定性表述制。
步骤六：后续影响分析。对潜在威胁一旦发生出现的后果进行分析判断，并对后果严重性进行分级，同样也可采取打分制和定性表述制。
步骤七：风险确定。按照可能性判定和后续影响分析确定风险级别，除级别表述外，还需要对各个风险级别的具体内容进行展开说明，给出风险可接受度。风险等级判定需要结合行业应用特点建立专门的计算模型（如建立模糊矩阵等）。
步骤八：控制措施建议。给出具体的措施建议，使风险可接受或进一步降低风险。
步骤九：出具总体的无线电安全风险评估报告。构筑全民无线电安全羼障
近年来，全社会对无线电安全的认识有所上升，但是无线电安全体系的建设在定位、目标、任务、措施等方面仍不清晰，需要从政策、法规等层面进行指引和监管。
出台无线电安全的国家战略。按照广义范畴，应当将无线电安全作为构筑大信息安全的重要组成部分，并上升为国家战略。同时，参照信息安全的定位对无线电安全的目标、任务、举措等进行专门规划，出台相关意见。从美、欧、曰等国的实践来看，各国都无一例外地将无线电安全视为国家网电空间安全的重要组成部分。从上述各国的具体战略来看，未来我国无线电安全战略出发点应当聚焦以下三个方面：一是以关键基础设施的无线电安全保障为第一要务，建立关键基础设施名录，形成重点保护机制：二是以无线电技术应用及安全调查统计为基础，建立国家重点领域的无线电技术应用依赖度指标体系并定期：三是以防护和攻击并举的无线电安全技术架构为手段，建立无线电安全的发现处置和压力测试机制。
加强无线电安全的法规建设。我国应当拓展视野，强化对新型无线电安全的形态研究，结合国民经济行业分类，建立重大项目、重点工程、重要事件的无线电安全前置评估名录，开展强制性的风险评估，并将相关内容纳入无线电管理的立法之中。
建立适应新型无线电安全的监管机构。应改变多头管理现状，建立以条为主、条块结合的无线电安全监管体制，探索建立包括城乡规划建设等部门在内的大联动机制，推动包括无线电安全在内的信息安全大监管模式。
关键词：移动电子商务；英特网；无线接入技术；3G
引言
英特网（Internet）和移动通信技术的出现，改变了人们传统的生活、工作模式，打破了时间、地域的限制。移动电子商务（M-commerce）是通过移动通信技术与英特网有机结合所进行的电子商务活动。移动电子商务作为一种新型的电子商务方式，充分利用了移动无线网络的优点，是对传统电子商务的有益的补充，具有非常广阔的发展前景。近十年来，推动移动电子商务发展的技术不断涌现，这些技术主要包括：无线应用协议（WAP）、移动IP（Mobile IP）、蓝牙技术（Blue tooth）、无线局域网（WLAN）、通用分组无线业务（GPRS）和第三代移动通信系统（3G）等。
一、移动电子商务
1.移动电子商务的定义及特点
目前，业界还没有对移动电子商务的定义形成权威的、一致的认识，人们从不同的角度提出了不同的见解，这些见解各有不同出发点和含义。从技术的角度看，移动电子商务可看做电子商务的一个新的发展分支；但从应用的角度来看，移动电子商务是对有线电子商务的整合与发展，是电子商务发展的新形态。一般而言，移动电子商务的定义应包含“商务活动”、“英特网”和“无线网络技术”三部分。文献将移动电子商务定义为：“消费者在支持英特网的无线通信网络平台上，借助移动的智能终端设备，完成商品或服务的购买或消费行为的社会经济活动。” 可见，移动电子商务可以定义为：通过移动的智能终端设备、无线网络和英特网结合所进行的电子商务活动。
通过移动电子商务，消费者可真正突破“时空限制”，随时随地获取所需的服务、应用、信息和娱乐。和传统基于英特网的电子商务相比，移动电子商务具有以下几个显著的特点：（1） 交易不受时间和地点的限制；（2） 移动终端拥有者的身份相对固定，可方便的向消费者提供个性化移动交易服务；（3） 通过移动定位技术，可以提供与位置相关的交易服务。
2.推动移动电子商务发展的技术因素
移动电子商务同传统电子商务的主要区别就是无线网络的应用，而正是无线数据通信技术的快速发展，推动了移动电子商务的迅猛发展。从技术的角度看，推动移动电子商务发展的因素主要有以下三个。
（1）无线应用协议的推出。如何将英特网的丰富信息及先进的业务引入到移动电话等无线终端设备当中，是实现移动电子商务需要解决的第一个问题。无线应用协议（WAP）的出现，很好地解决了这个问题。无线应用协议（WAP）的出现使移动英特网有了一个通行的标准，使移动电话等无线终端设备接入英特网成为了可能。
（2）无线接入技术的快速发展。早期无线接入技术如GSM、TDMA和CDMA数据传输速率很低，不适于英特网接入。而近年来得到广泛使用的通用分组无线服务（GPRS）等接入技术，大大提高了无线数据传输速率。目前，世界各国大力推广的第三代移动通信技术（3G），不仅可以克服传统无线接入方式传输速率方面的缺陷，而且还可以支持宽带多媒体数据传输，这将缩小有线和无线接入的差距，必将进一步推动移动电子商务的发展。
（3）移动终端技术的日趋成熟。移动终端技术本质上是一种结合手持硬件、无线宽带网络与移动应用软件的总称。目前市面上各种个人数码助理（PDA）、智能手机（SmartPhone）已经随处可见，各种移动智能终端设备不断推陈出新，移动终端用户也不断攀升。这不仅给消费者使用移动终端进行电子商务提供可能，而且在数量上大大超过互联网用户的移动终端用户更是为移动电子商务提供了巨大的市场。
3.移动电子商务系统组成
移动电子商务系统主要由移动商务应用、移动终端设备、移动中间件和移动网络设施组成。（1）移动商务应用主要是指移动电子商务为用户提供的各种商品和服务活动；（2）移动终端设备就是指各种通过无线网络接入英特网的终端设备，包括手机、个人数码助理和笔记本等；（3）移动中间件是指连接电子商务与异构网络和操作系统的软件实现层，如Express Q和WAP等，它们屏蔽了分布环境中异构的操作系统和网络协议；（4）移动网络设施是指支持移动电子商务的无线网络和设备，包括GSM、GPRS、CDMA和3G等。
二、移动电子商务的主要实现技术
1.无线应用协议（WAP）
无线应用协议WAP是 Wireless Application Protocol的缩写，它是由Motorola、 Nokia、 Ericsson和Phone. corn公司最早倡导和开发的，它的提出和发展是基于在移动中接入英特网的需要。WAP是开展移动电子商务的核心技术之一，它提供了一套开放、统一的技术平台，使用户可以通过移动设备很容易的访问和获取以统一的内容格式表示的英特网或企业内部网信息和各种服务。通过WAP，手机可以随时随地、方便快捷地接入互联网，真正实现不受时间和地域约束的移动电子商务。
2.移动IP（Mobile IP）
移动IP（Mobile IP）是由互联网工程任务小组（IETF）在1996年制定的一项开放标准。它的设计目标是能够使移动用户在移动自己位置的同时无须中断正在进行的英特网通信。移动IP现在有两个版本，分别为Mobile IPv4（RFC 3344）和Mobile IPv6（RFC 3775）。目前广泛使用的仍然是Mobile IPv4。目前移动IP主要使用三种隧道技术，即IP的IP封装、IP的最小封装和通用路由封装来解决移动节点的移动性问题。
3.蓝牙（Blue Tooth）
蓝牙（Blue Tooth） 是由Ericsson、IBM、Intel、Nokia和Toshiba等公司于1998年5月联合推出的一项短程无线联接标准。该标准旨在取代有线连接，实现数字设备间的无线互联，以便确保大多数常见的计算机和通信设备之间可方便地进行通信。“蓝牙”作为一种低成本、低功率、小范围的无线通信技术，可以使移动电话、个人电脑、个人数字助理、便携式电脑、打印机及其他计算机设备在短距离内无须线缆即可进行通信。“蓝牙”支持64kb/s实时话音传输和数据传输，传输距离为10m～100m，其组网原则采用主从网络。
4.无线局域网（WLAN）
无线局域网络WLAN是Wireless Local Area Networks的缩写，它是一种借助无线技术取代以往有线布线方式构成局域网的新手段，可提供传统有线局域网的所有功能，它支持较高的传输速率。它通常利用射频无线电或红外线，借助直接序列扩频（DSSS）或跳频扩频（FHSS）、GMSK、OFDM和UWBT等技术实现固定、半移动及移动的网络终端对英特网网络进行较远距离的高速连接访问。1997年6月，IEEE推出了802.11标准，开创了WLAN先河；目前，WLAN主要有IEEE802.11x与HiperLAN/x两种系列标准。
4.通用分组无线业务（GPRS）
GPRS的英文全称为 General Packet Radio Service，中文含义为通用分组无线服务，是欧洲电信标准化组织（ ETSI）在GSM系统的基础上制定的一套移动数据通信技术标准。它利用“包交换”（Packet-Switched）的概念所发展出的一套无线传输方式。GPRS是2.5代移动通信系统。GPRS具有“数据传输率高”、“永远在线”和“仅按数据流量计费”的特点，目前得到较广泛的使用。
5.第三代移动通信技术（3G）
3G英文全称为3rd Generation，中文含义为第三代数字通信。它是由卫星移动通信网和地面移动通信网所组成，支持高速移动环境，提供语音、数据和多媒体等多种业务的先进移动通信网。国际电联（ITU）原本是要把世界上的所有无线移动通信标准在公元2000年左右统一为全球统一的技术格式。但是由于各种经济和政治的原因，最终形成了三个技术标准即欧洲的WCDMA，美国的CDMA2000和中国的TD-SCDMA。TD-SCDMA是由中国大唐移动通信第一次提出并在无线传输技术（RTT）的基础上与国际合作完成的。中文含义为“时分同步码分多址接入”。 相对于其他两个标准TD-SCDMA 具有频谱利用率高、系统容量大、建网成本低和高效支持数据业务等优势。
关键词：软件定义仪器；微处理器；信号调理；模数转换器；数字信号处理
引言
仪器，作为人类感官的延伸，在人类的文明和社会发展中起作不可替代的、极其重要的作用。在科学技术成爆炸状发展的当代，仪器所起的作用几乎无所不在，离开了仪器现代人们的生活就一刻也不能继续：医院对患者的抢救、发电厂的运行、交通工具的运行……。
实际上，近代科学技术的发展史几乎就是仪器仪表的发展史，即使到科学技术高度发达的今天，仪器仪表也在科学研究中同样起作不可替代的、极其重要的作用。仪器科学与技术本身也在迅速地发展，但这种发展主要体现在专门领域应用的仪器科学技术的研究上，对仪器仪表带共性的问题研究较少。
本文借助软件定义无线电(SDR)、虚拟仪器(Virtual Instrument，VI)和组态软件(Con－figuration Software，CS)的思想，提出软件定义仪器(Software Defined Instrumentation，SDI)的概念和系统。
软件无线电的由来
1992年5月，Joe Mitola在美国电信系统会议上首次提出了软件无线电SR(SoftWareRadio)(又称为软件定义无线电，Software De－fined Radio，SDR)的概念，它的基本思想是将硬件做为其通用的基本平台，而把尽可能多的无线及个人通信功能用软件来实现，从而将无线通信新系统、新产品的开发过程逐步转移到软件上来。它被称之为是继模拟通信到数字通信、定通信到移动通信之后，无线通信领域的第三次革命，即从硬件定义的无线电通信到软件定义的无线电通信。
软件无线电可定义为：“软件无线电是一种可用软件进行重配置和重编程的、灵活的、多业务、多标准、多频段无线电系统的新兴技术。”为了更清晰地说明软件无线电与传统无线电的区别，分别给出软件(数字)化程度不同的无线电结构。
所谓的软件无线电，从硬件上来看，就是要使ADC和DAC尽可能靠近天线，省却高频模拟的放大、变频、调制与解调等环节。ADC和DAC越靠近天线，说明软件(数字)化程度越高。
显然，软件无线电将为所有远程通信市场的参与者、制造商、经营商和用户带来巨大的利益。制造商可以把研究与开发重点集中到简单的硬件平台设备上，这些设备可应用到每一个蜂窝系统和市场，而不仅仅是一个国家或地区范围的蜂窝系统和市场。因此，可进行大批量生产以降低成本。另一个优点是可以不断地改进软件，以及纠正在工作中发现的软件错误和故障。
经营商能够快速拓展适合每个用户并区别于其他经营商的新业务；同样的终端能够提供所有服务，即使这些服务用不同的通信标准支持。另外，还可以实现多标准基站。对用户来说，软件无线电的优点是能将他们的通信漫游到其他蜂窝系统，并利用全球移动和覆盖盖范围的优势(即只要有一个蜂窝网络覆盖某地区就可以提供服务)。而且，用户可以根据其偏爱配置他们的终端。
另外，软件无线电技术延长了硬件(基站和用户终端的)的使用寿命，降低了过时落伍的风险。系统可重编程能力使硬件可重复使用，直到可以利用新一代硬件平台。但这并不意味着用户终端的寿命可以无限延长，因为在PC机市场，运行功能越来越强大的程序需要功能更强大的PC机。在不久的将来，移动终端也可能出现同样的现象。
虽然软件无线电能够为研发、生产、运营和使用等各方带来巨大的利益，但存在和面临天线、前端电路、高速模数转换器、处理器电路、算法等很大的问题和挑战。对比之下，现代仪器仪表的一般结构。
在仪器仪表的研发中，模拟电路部分(传感器接口电路+放大滤波)和数字部分(μP或μC)是最为重要的两个部分，又是各个整机厂“各自”研发、投入最大、重复最多的两个部分。
与“无线电”可以有以下对比：传感器、天线；传感器接口电路+放大滤波、高频放大、变频、调制与解调；μP或μC、DSP……
因此，我们完全可以借鉴“软件无线电”的概念，构成图5所示的“软件定义仪器”(Software Defined Instrument，SDI)或软件仪器(Software Instrument，SI)(为简便起见，以下均简称软件仪器)。这样使得一方面A/DC尽可能地靠近传感器，减少或避免模拟电路，同时采用具有API(Application Programming In－terface，应用编程接口)、仪器接口协议栈的μP或μC平台；可以把分散、重复而且最耗费人力、财力的“个体”或“小作坊”式的研发行为变成专业化的“规模”开发和生产，而整机生产企业和仪器仪表的用户则较容易地根据自己的需要重新“定义”仪器仪表的功能、以最小的代价更新、升级或维护已有仪器仪表。
与虚拟仪器的异同
虚拟仪器的出现是测试仪器领域的一场新的革命，是测试仪器与计算机深层次的结合。虚拟仪器的主要组成就是用一套通用的数据采集系统通过不同的接口接人计算机，在计算机上实现各种测量功能。虚拟仪器与传统仪器相比，具有以下几个特点。
(1)传统仪器的面板只有一个，其上布置着种类繁多的显示与操作元件，由此导致许多认读与操作错误。而虚拟仪器面板上的显示元件和操作元件的种类与形式不受标准件和加工工艺的限制，而由编程来实现，设计者可以根据用户的认知要求和操作要求设计仪器面板，可以通过在几个分面板上的操作来实现比较复杂的功能。这样，在每个分面板上就可以实现功能操作的单纯化与面板布置的简洁化，从而提高操作的正确性与便捷性。
(2)通用硬件平台确定后，由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器的功能。
(3)仪器的功能是用户根据需要由软件来定义的，而不是事先由厂家定义好的。
(4)仪器的改进和功能扩展只需相关软件设计更新，而不需购买新的仪器。
可以说，软件仪器具有上述虚拟仪器的优点，但软件仪器是“实实在在”的仪器，是建立在嵌入式系统，如单片机、ARM、DSP等之上，而不是建立在普通PC机上。软件仪器有比虚拟仪器大得多的适应性、可靠性和灵活性。
软件仪器的主要研究内容
软件仪器有四个主要研究内容。
1 软件仪器的理论体系与系统结构
结合仪器的特点，研究软件仪器的理论体系与系统结构。根据多数种类的仪器及其测量要求，软件仪器有三个关键技术：传感器数字化接口、软件仪器处理引擎和仪器接口(两个虚线框之外的部份)。
2 数字化传感器接口模块
以数字电路和算法取代模拟电路是软件仪器的关键和核心。这部分的研究是要在保证测量精度的条件下尽可能地采用数字电路来实现传感器的模拟输出信号转换成数字信号，或者说尽量使ADC靠近传感器。在该部分内容中，重点研究过采样技术：结合数字信号处理和FPGA技术，采用中、高速中分辨率的ADC实现高分辨率的数据转换，即Z-A型ADC技术。另外，还要研究过采样与调制，解调(锁相检测)相结合的技术。
3 软件仪器处理引擎
根据仪器检测信息的复杂程度、数据量大小等不同要求选择若干硬件平台(ARM、DSP、FPGA、MCU等)和实时操作系统、驻留编译器，研发相应的API。
4 仪器接口
根据不同种类的应用，优选和研发软件仪器的硬件接口。
下面分别就软件仪器中的“传感器数字化接口”和“信号处理核心模块”两个核心问题进行说明。
传感器数字化接口
讨论传感器的接口电路时，可以采用图9所示的方式对传感器进行分类。各类传感器的数字化接口的可能性分析如下。
(1)电阻：可以直接采用24位Z∑－型ADC(比例法)转换得到数字信号，或具有R/CF型转换集成电路与单片机直接将电阻阻值转换成数字。
(2)电容：现有电容数字转换器的分辨率可达24bit，5aF√Hz的噪声。
(3)电感：给出了一种便于集成化的直接转换方法。
(4)比例、(5)差动和(6)桥式差动：集成化的数字转换器已有很多品种，如美国ADI公司的AD2S930、美信公司的MAXl452、MAXl457等。
(7)和(10)电压：直接采用ADC转换为数字信号，没有采用放大器所带来的动态范围损失在后面讨论。
(8)和(11)电流：很容易转换成电压信号后再直接采用ADC转换为数字信号。
(12)和(13)数字输出：传感器本身是数字信号输出。
综上所述，在较低频率的测量中，对几乎所有传感器接口都可以实现数字化。在传感器接口数字化的一个关键技术是高分辨率、高速度的ADC问题。一般说来，仪器中的ADC速度远比软件无线电中要求低(特殊的高速示波器等仪器除外)，但对精度要求较高。
近年来，微电子技术的发展为解决软件仪器中的ADC问题提供了很好的条件：分辨率高达24位的ADC已经商品化，而且价格很低；高速ADC已经达到2G的采样速度，12－16bit的ADC已经达到几百KSPS－几百MSPS。而利用过采样技术可以将ADC的数据通过率充分发挥出来，即可以在采样速度和分辨率中进行平衡，在不需要ADC所具备的高采样率时，可以用其速度换取精度(分辨率)，从而达到直接数字化的目的。
下面讨论模拟信号处理中若干关键技术在直接数字化后的影响。
模拟放大
直接采用高分辨率的ADC，如24 bit的ADC在输入范围为2.5V时的可分辨0.15lμV。足以满足绝大多数的测量应用。利用过采样技术，如200 KSPS/16bit的ADC下抽样至200SPS时相当于21bit的分辨率。在输入范围为2.5V时的可分辨1.2lμY。
滤波
除非干扰超出ADC的输入范围，在可得到足够分辨率的条件下，数字信号处理可以比模拟信号处理优异得多的多的结果。即使干扰可能超出ADC的输入范围，在过采样(目前比较容易做到)时所需的滤波器也比较容易实现(对滤波器参数及其元件的要求低)。
调制/解调
一般说来，仪器中调制，解调使用的载波频率远较无线电中使用的频率要低，因而实现起来更为容易。
校准/补偿
微处理器的高速度、大容量的非易失性存储器、在线下载等微电子学的进展为仪器的校准/补偿提供了基础。
综上所述，传感器数字化接口的信号处理流程，其中最主要的研究内容是“高数据通过率的ADC”。而这部分内容的实现方式。
信号处理核心模块
借鉴已有的嵌入式系统和根据仪器检测信息的复杂程度、数据量大小等不同要求选择或研发若干硬件平台(ARM、DSP、FPGA、MCU等，或他们的组合)和实时操作系统、驻留编译器，研发相应的API、传感器数字化接口等等。
【关键词】认知无线电；软件无线电；性能评估；军事应用；关键技术
1.引言
近几年来，能够对不可再生的频谱资源实现再利用的频谱共享技术受到了人们的广泛关注[1]。在需求牵引和技术推动的作用下，认知无线电技术应运而生。认知无线电（Cognitive Radio， CR）[2-5]的概念最早是由瑞典Joseph Mitola博士于1999年提出的，是对软件无线电（SDR）功能的进一步扩展。认知无线电理论上允许在时间、频率以及空间上进行多维的频谱复用，这将大大降低频谱和带宽限制对无线技术发展的束缚，因此，这一技术被预言为未来最热门的无线技术[1]。本文分析了认知无线电的关键技术问题，以期为技术人员启迪新思维、开展创新攻关提供理论基础和技术知识。
2.认知无线电的概念与基本特征
2.1 认知无线电的概念[6]
对于认知无线电的解释，较有代表的是Mitola、FCC、ITU- WP8A、John Notor等组织或个人对认知无线电给出的定义。
Mitola认为，认知无线电可保证个人无线数字助理（PDAs）和相关网络智能地侦测用户的通信需求并为这些需求提供最适合的无线电资源，作为软件无线电的一种，它结合了应用软件、界面和认知等功能。
FCC定义认知无线电是一种可通过与其运行环境交互而改变其发射机参数的无线电。该定义目前大家比较认同。
ITU WP8A定义认知无线电为这样的无线电或系统，它可感知或了解其操作的环境从而动态、自治地调整其操作参数。
John Notor认为软件无线电（Software Defined Radio，SDR）不是CR实现的必然条件，CR也不是SDR的发展，它们之间是重叠关系。
概括来说，认知无线电具有检测（sensing）、适应、学习、机器推理、最优化、多任务以及并发处理/应用的性能。
2.2 认知无线电的基本特征
由以上叙述和介绍可知，认知无线电具备以下两个基本特征[8]：
（1）认知能力
认知能力使认知无线电能够从其工作的无线环境中捕获着感知信息，从而可以标识特定时间和空间内未使用的频谱资源（频谱空穴），并选择最适当的频谱和工作参数。根据瑞典皇家科学院（KTH）使用的认知循环，这一任务主要包括频谱感知、频谱分析和频谱判定3个步骤。频谱感知的主要功能是监测可用频段、检测频谱空穴；频谱分析估计频谱感知获取的频谱空穴特性；频谱判定根据频谱空洞的特性和用户需求选择合适的频段传输数据。
（2）重构能力
重构能力使得认知无线电设备可以根据无线环境动态编程，从而允许认知无线电设备采用不用的无线传输技术收发数据。在不对频谱授权用户产生有害干扰的前提下，利用授权系统的空闲频谱提供可靠的通信服务，这是重构的核心思想。当该频段被授权用户使用时，认知无线电有两种应对方式：一是切换到其它空闲频段进行通信；二是继续使用该频段，但改变发射功率或者调制方案，以避免对授权用户造成有害干扰。
3.认知无线电的性能评估[6]
认知无线电的性能可从系统的服务质量（QoS）、主要用户的侦测、软件无线电平台、定位、主要用户的QoS等几个方面进行评估。
系统的QoS参数如数据吞吐量、音频质量、视频质量等受到物理层误码率（BER）、信干比（SIR）、信号与干扰和噪声比（SINR）、接收信号强度以及MAC、网络层中的帧出错率、包出错率、路由表转换速率等决定。
主要用户的侦测主要考虑侦测概率以及错误报警的概率，它们均为观察对象个数、信噪比（SNR）、现有信号的数目（主要及次要）、协作水平的函数。
软件无线电平台由平台可支持波形的数目、处理功率、波形编码的重用性和轻便性（重用性是指同一编码原理可用于不同的SDR平台；轻便性指可即插即用）、装载卸载波形的时延、RF前端（频率范围、动态范围、采样频率、敏感度、选择性、稳定性、欺骗响应等）、功率损耗、尺寸、重量、花费等决定。
认知无线电发射机通过定位技术来确定自己和其它发射机的位置，以便于之后在允许的位置上选择合适的工作参数（功率、频率等），因此定位要求精确且有效。
当主要用户出现时其它用户必须将信道让出，所以主要用户的QoS对整个系统的影响十分显著。当SINR减少并且BER、FER增加时会导致数据吞吐量、音频质量、视频质量的下降以及呼叫掉线比率和交接失败率增加（对于蜂窝手机网络的情况）。
4.认知无线电的关键技术
认知无线电的网络结构有集中式、分布式和集中+分布式3种类型，它通过频谱自适应技术来实现动态频谱分配[7]。根据认知无线电系统必须具备的基本功能，如何实现这些功能也就成为认知无线电的关键技术[9]。
4.1 频谱检测技术
目前，对频谱检测技术的研究主要包含两方面：一是单点频谱检测技术，根据单个认知无线电节点接收的信号，检测其所处无线环境的频率占用情况；二是多点协同频谱检测技术，即把多个节点的频谱检测结果进行合并，以提高检测正确率，并降低单节点的性能要求。
4.2 自适应频谱资源分配技术
为了解决目前频谱资源日益紧张和固定分配频谱利用率较低的矛盾，就要找到更有效的方法来充分感知和利用无线频谱资源。基本途径有两条：其一，提高频谱利用率，充分利用已授权用户的频谱资源，减少浪费；其二，提高系统通信效率，综合优化分配已获得的频率资源和其它资源，进而提高利用率。
正交频分复用（OFDM）技术是目前公认的比较容易实现频谱资源控制的传输方式。该方式可以通过频率的组合或裁减实现频谱资源的充分利用，可以灵活控制和和分配频谱、时间、功率、空间等资源。自适应频谱资源分配的关键技术主要有载波分配技术和子载波分配技术。
4.3动态频谱管理技术[6]
动态频谱管理（DSM）又称为动态频谱分配，主要在发射端执行。简单说来，频谱管理的主要目的是通过一个自适应策略有效地（高效率以及可实施）利用RF频谱。特别的，频谱管理算法设计要求以无线场景分析者对频谱空穴的侦察以及发射功率控制者输出为基础，选择个适应无线环境时间变化特征的调制模式，这里假设整个时间内信道可用。
利用动态频谱管理（DSM）可以提高无线通信的灵活性、信道使用能量，可使主要用户和次要用户之间避免冲突并公平共存频谱。
DSM包括可用频谱的辨认与描述，频谱可用性的持续时间以及频谱分配（监督），其中频谱分配（监督）是指根据需要接入到频谱的节点数目及其服务要求将频谱分配给一个或多个指定节点。DSM必须考虑目标节点可能的接收能力并提供源节点到目标节点的调整。动态频谱管理流程图如图1所示。
图1 动态频谱管理流程图
4.4位置感知技术[10]
不同的地理环境对无线电信号的传输会产生不同的影响。比如，室内与室外、市区与乡村、山区与平原相比，后者就更适合无线电信号的传输。CR与全球定位系统（GPS）以及地理信息系统（Geography Information System， GIS）结合，通过自我学习的方法，能够识别出自身所处的地理位置，进而能根据地理环境选择合适的发送频率、调制方式等参数。比如，在市区内，由于电磁环境复杂，多径衰落较大，可以采用抗多径衰落较好的OFDM调制。在乡村，由于电磁环境优良，可以采用较大的功率，传输更远的距离。
4.5 链路保持技术[10]
一旦授权用户要再次通信，CR必须要在最短的时间内腾出正在适用的频率，并且还要保证自己的通信不被中断，这就是所谓的CR链路保持技术。有研究人员指出，可以采用LT（Luby Transform）编码技术来实现链路保持。通过增加链路的冗余，进而达到数据的冗余。在不同的电磁环境下，链路的最佳冗余数是不同的，但并非冗余越多，链路可靠性就越高。
4.6物理层安全技术[11]
从体系结构来看，认知无线电是软件无线电的扩展，是一个信号带宽较宽，A/D/A采样率和精度要求高，运算速度快，系统安全要求高的软件化实时性系统。认知无线电系统是机会方式接入主用户频段，易对主用户产生干扰，所以频谱感知必须具有很强的弱信号检测能力，用来检测主用户信号，以便切换信道，避免干扰。而这同时使得认知无线电较其他无线电系统更易受到干扰和攻击，即所谓的“模仿主用户攻击（PUE，Primary User Emulation）”，系统设计时必须予以重视。
跳频通信系统具有较强的抗干扰、抗衰落的能力，是解决无线通信窄带干扰问题的重要手段。而且，因为跳频频率合成器容易在一定的频率范围内进行跳频，因此跳频频率可以占用不同的频段，而不要求频率是相联的，故而跳频系统容许更高的扩频频段。并且可以很好地与认知无线电体系相融合。所以在认知无线电体系中引入跳频通信机制，可以很好地解决窄带的PUE攻击。跳频技术的引入从物理层为认知无线电系统提供了一定的安全保证。
4.7 其它关键技术
除上述技术外，关于认知无线电系统的安全、可靠链路的维护以及定价策略、机器学习技术、功率控制技术、数字波束形成技术、自适应调制解调技术、软件无线电升级技术、信道估计技术、数字信号处理等诸多先进技术的研究也是其重要的关键技术[10]，已逐渐成为人们的研究热点。鉴于这些技术属于共性技术，本文在此不再赘述。
5.结束语
认知无线电为从根本上解决日益增长的无线通信需求与有限的无线频谱资源之间的矛盾开辟一条行之有效的解决途径，并给无线通信带来了新的发展空间。然而，认知无线电从概念到应用尚面临很多挑战，尤其是许多关键技术需要突破。
参考文献：
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关键词：斜率、面积、状态量、过程量
一、两个斜率
关于物理图象的“斜率有两种 ：其一是曲线上每一点切线的斜率；其二是图线上的点与坐标原点连线的斜率，即图线上对应点的纵坐标与横坐标的比值。对这两种斜率学生常常感到困惑不已，下面从物理意义上对此加以区分，以有利于学生对物理规律的深化理解 。
因为物理图象反映的是两个物理量之间的制约关系，因此要搞清两种图象斜率的区别，需从物理量说起。物理量分为两类：一类是过程量，象中学涉及到的位移、时间、冲量、功等；另一类是状态量，象中学涉及到的位置、力、速度、动能、动量、电流、电压、电阻、电场强度、压强、体积等。需注意的是，两个状态量之间的变化是过程量，比如速度的变化 、体积的变化 、电流的变化 等。而一个过程量可以认为是由无数个状态组成的。物理图象中的斜率表示的是两个物理量的比值，不同性质的比值用不同的图线斜率表示。
曲线上切线的斜率是割线斜率两点无限逼近得到的，因此它代表的是图象上两点纵坐标的差与两点横坐标的差的比值，也就是说代表的是两过程量的比值，比如速度――时间图象，图象上任意两点连线（曲线的割线）的斜率表示这一段时间速度变化的快慢，即平均加速度 ，等于速度的变化 （过程量）和时间 （过程量）的比值，公式为。而当时间 趋于0时两点就重合成一个点，两点之间的割线就变成切线了，切线的斜率表示的是该位置（该时刻）的瞬时加速度a(如图1)。如果是一条过原点的曲线，曲线上某点与原点连线（即两点间的割线）的斜率表示是从开始计时刻到该时刻加速度的平均值。如果图象不过原点，则曲线上某点与原点连线的斜率没有物理意义。
曲线上某点与原点连线的斜率，通常表示的是两个状态量的比值。典型的是电阻，电阻的定义式为 ，大小等于某状态下加在导体两端电压U（状态量）与通过导体中电流I（状态量）的比值（并不是电压的变化 与电流变化 的比值），所以在U―I图中，某状态下的电阻为图象曲线上对应点与原点连线的斜率（如图2）。而该点切线的斜率（ ）没有物理意义。虽然作为阻值不变的电阻电路来说，U―I图是一条过原点的直线，两个斜率相等，但从物理意义角度理解电阻R等于某点与原点连线的斜率，这样与U―I图象是曲线的情况相一致。
综上所述，切线的斜率代表的是两个过程量的比值取极限，而点与原点连线的斜率代表的是两个状态量的比值。
二、两个面积
关于图象的“面积”，物理学中也有两种 ：其一为图线与横轴所围的面积；其二图线上的过某点做两轴平行的直线与两坐标轴所围的面积。这两个面积的区别还是从物理量及相关物理规律解释，具体用以下两个例子来说明。
气体部分，如图3，压强P与体积V关系P―V图，气体由D状态到C状态（体积膨胀压强减小）过程中，梯形ABCD的面积表示这一过程气体压力对外做的功。把这一过程换成V―P图如图4，其中梯形 的面积为什么不能表示所做的功。这一问题还是要从物理量及图象对应的物理规律来解释。图3中压强随体积不断变化，如果按体积的变化分割成无数小段，每一小段体积的变化用 表示，这一小体积变化过程中可以把压强看为恒定，该小过程气体压力做的功为 ，大小等于如图3中阴影部分矩形的面积，整个过程做的功为无数小矩形面积之和，也就是梯形ABCD的面积。
同样在图4中，如果按压强变化也分割成无数小段，每一小段压强变化用 表示，这一变化过程中把体积视为不变，由功的公式 知体积不变的这一小过程气体压力不做功，图4中阴影对应的面积对应的公式 没有物理意义，则梯形 面积即无数个小矩形面积之和也没有意义。
而电学中，电功率公式为 ，P、U、I都是状态量，无论I―U图象（图5）还是U―I图象（图6），都电功率大小都等于图中矩形阴影部分的面积，两个图象计算的结果是相同的。而不是横轴与图线所夹的面积，因为 或 在物理中没有意义。
综合以上知道，如果某物理是一个状态量与一个过程量之积，即规律符合 时，该物理量 大小等于A―B图线与横轴所围的面积；而对应 ，B―A图线与横轴所围的面积没有意义。如果某物理量是两个状态量之积，即规律符合 情况，该物理量C大小等于过某点做两轴平行的直线与两坐标轴所围的面积。
物理图象反映其规律，与函数关系是对应的要分清是哪种斜率哪种面积，首先弄清其反映的是那两个物理量关系该两个物理量是过程量还是状态量规律函数是过程量关系还是状态量关系。
[关键词]： LZWBI 电控发动机 异常熄火 信号干扰 ECU常通电源
中图分类号：TJ760.3+31文献标识码：A
在现代汽车电控发动机的维修中经常会碰到一些看似难以理解的故障现象，由于受传统故障诊断惯性思维的影响，维修操作者常感到无所适从，很难从正确的思维方向去考虑判断，快速准确查找到真正的故障根源。本文根据产品开发中的实例，从售后维修解决问题的角度出发，通过对LZW6360BI1欧Ⅲ排放标准的电控发动机换档异常熄火的原因进行持续研究分析，探讨运用通用GMS问题红叉（×）排查方法，利用示波仪、数字记录仪和X431电控检测仪等进行电压信号干扰分析，实现对电控发动机部分疑难故障的快速准确诊断。
为持续提升整车的产品品质性能，满足更为严格的相关排放法规和噪声控制要求，2005年6月上汽通用五菱汽车股份有限公司对畅销车型LZW6360BI1微型客车进行发动机电控系统更新升级。该车型匹配LJ462QEI1型电控发动机，选用德尔福MT20U（德尔福Ⅱ代）的电控管理系统。电控系统升级前后的主要区别内容见表1。
1故障现象
2005 年5月首批试验样车经3万km的道路试验后，检测各项性能均符合产品设计要求，无异常情况。但在随后的小批特定试验用户使用中，陆续反馈有换档等红灯时或空档滑行时发动机易熄火故障。该故障表现状况有一定的特别性：车辆能正常起动，行驶中无其他异常状况，熄火前发动机故障指示灯不亮，亦无故障码，发动机熄火后能马上起动着车，其他性能如动力性、加速性、经济性等无异常，且该故障表现为不定期间歇性出现，短时间试车故障现象难重现。
2故障诊断
针对此故障的表现特殊性，SGMW相关部门启动了通用GMS问题红叉（×）排查方法对该问题进行分析研究。
根据红叉（×）排查方法的操作要求，首先对问题进行定义，针对性罗列产生该问题故障的可能原因，并依据相关原因进行红叉（×）排除，然后将剩余的可能原因列为下一轮的问题定义，如此循环，逐渐缩小问题根源范围，以达到高效、快速解决问题的目的。
2.1问题定义1
收油门减速换档进入怠速时熄火收油门减速换档进入怠速时熄火的原因具体分析如表1所示。
2.2问题定义2
电气部分故障电气部分故障分析如表3所示。
2.3问题定义3
电控系统受高频信号干扰电控系统受高频信号干扰分析如表3所示。
经多次排查逐渐缩小问题根源范围后，从故障车的发动机线束中找到进入ECU的常通电源的Pin17、Pin18插接脚的对应线为2根红色导线ECU17#、ECU18#，如图1所示。
将发动机线束总成拆解，顺着这2根红色常通电源导线往电源接口方向找到其接线合点，发现其与点火线圈、喷油器的电源线连在一起，如图2所示。
而首批试验样车的发动机线束是手工样线，将其拆解分析，发现对应的ECU17#、ECU18#常通电源线是单独连接的，如图3所示。
3故障分析
发动机线束总成中的点火线圈的初级电源线与进入ECU 的ECU17#、ECU18#常通电源线相连接，造成点火线圈工作时产生的高频电压信号对怠速步进电机进行干扰，电控系统误操作，致使怠速步进电机控制步数变小，而车辆换档进入怠速时的工况是怠速步进电机工作的最敏感点，所以导致了故障的发生。下面从用示波仪和数据记录仪测试的结果对比来分析。
故障车怠速步进电机信号与点火线圈点火电压信号示波记录图如图4所示。试验样车怠速步进电机信号与点火线圈点火电压信号示波记录图如图5所示。
从以上两示波记录图对比，可以清楚地表明故障车点火信号的电压干扰信号幅度大且很密集，大大超过了电控系统的抗干扰能力范围，导致了故障的发生。
4故障排除及验证
在8台故障车上换用量产的正确发动机线束总成，经2万km道路试验连续跟踪，未发现换档异常熄火的故障重现。
汽车电控发动机所用的电控管理系统对电磁信号干扰往往很敏感，而点火线圈、喷油器工作时产生的高频电磁信号能形成很强的电路网络干扰，所以不管是在产品开发中还是应用维修中，都必须注意ECU常通电源线的独立可靠性，避免与其它元件的电源控制线相连接。
参考文献：
【关键词】路灯系统 无线控制 网络覆盖
随着科技的发展和人们对节能环保的重视，对路灯的节电和实用性的要求越来越高。传统灯控系统已不符合现代人的环保理念。因此，某小区在政府的推动下，引进采用了先进的无线灯控系统。该无线控制路灯系统能够在不同的时间合理的控制路灯，节省了电能资源。在出现故障时，调度人员能及时得到故障信息，更好的保障了路灯的正常运行。
该小区路灯系统存在通讯节点多，实时通信不稳定的特点，以及存在建筑物信号遮挡严重、需求网络容量大等因素，本设计将采用路灯分布系统，使用灯控器、无线控制模块、室外天线等设备，通过勘测、设计、计算检测等工作对上述路灯进行无线网络的系统综合覆盖。
一、某小区路灯平面结构
该小区平面近似为一个长方形，总面积为长6400米，宽3780米，其中有小型活动公园长约180米，宽约130米。该小区路灯分别位于建筑物两侧，小区内道路两边，以及公园内景观灯，小区内部路灯间距在30米至50米之间。总计含有4000盏照明灯。
二、方式选取
1、无线组网方式选取：
目前常用的无线方式有Wi-Fi、蓝牙、红外、zigbee、移动通讯网络等几种方式，下表列出各种方式的优劣。小区内部路灯间距在30米至50米之间，所以排除蓝牙和红外。Wi-Fi的组网能力不能满足需求，而移动通讯网虽然效果好，但是每一条指令都需要流量费，成本太高。介于智能照明系统自身的要求和ZigBee技术具有的特点的考虑， ZigBee是实现无线智能照明系统的最佳解决方案，最终选择的是zigbee的无线组网方式。
2、分布方式选取：
无线路灯控制系统主要由：节点控制器（NCD）、集中控制器（HCD-100）和数据处理中心（DCC）构成，节点控制器安装在路灯灯杆中，集中控制器安装于每条小区内道路的电控柜中。其它都和普通的路灯系统一致。
3、该系统最终能够实现的系统功能：
小区的数据处理中心，以预定义规则或人工控制方式，对单盏、逐条道路和区域的路灯进行：电压/亮度调整、自动开关、故障监控、环境监测等控制。所有控制工作只需在主控服务器上做相关设置，无需再手工控制各类电闸和开关电源。最终可以实现以下功能：1.可按照工作日、节假日对不同用途的照明灯设定不同开启方案。2.可根据特殊活动改变小区内公园的供电方案，为特殊活动增光添彩。3.可根据小区所处经纬度及日出日落时间，制定出对应全年的每日开/关灯时间曲线以实时控制路灯的通/断和电压/亮度调整以改变照度。4.可以监测安全重点防范区域和交通要道情况，减少危害公共安全事件的发生，包括接地故障报警、灯具丢失报警、安全重点和优先服务报警等。5.可以生成电流、电压、电能、亮灯率、开关时间的分析曲线和相应报表供领导部门查询。6.通过互联网，可以在授权情况下访问本系统，从而实现远程控制路灯系统。7.可自由增减监控设备的数量，增加或减少路灯无需对系统做任何更改。
4、实现无线组网路灯控制系统的现实意义：
本系统正是本着节能减排，保护环境的目的，开发设计的一个路灯控制系统。通过软件控制，来分别实现路灯定时开关路灯，路灯开关灯时间可调，跟据环境明暗状况自动开关灯，以及故障报警、功率调节等功能。通过无线组网系统，可以实时的监控路灯系统，最终给整个小区带来利益，主要的现实意义有以下几条：1.节能效益。通过合理的调节光照时间和照明亮度，可以大大减少路灯系统的耗电量，每年可节省大量的物业支出；2.降低维护成本。一旦路灯出现故障，可以利用节点控制器尽快的发现，并能够通过控制器的自检功能判断是线路问题还是灯具的问题，减少检查成本，及时排除隐患。3.提高管理效率。在调节的时候，不需要对每一个灯进行改造，只需要在数据处理中心，对每盏灯进行远程控制和调节。只需要一两个人就可以对整个路灯系统进行快速的调整，降低了管理成本，提高了管理效率。4.实现更多扩展应用。由于每盏灯都有一个节点控制器，形成了巨大的无线分布网络。每个节点控制器上还预留一些信息采集功能，可以用来扩展为其它的应用，比如说检测温湿度等。在必要的时候也可以用来进行临时的通讯系统。
综上所述，由zigbee组成的无线灯控组网系统，不仅能够胜任普通的照明功能，而且可以实现更多扩展功能。这个无线灯控组网系统，不仅降低了成本，提高了管理效率，而且提高了整个小区的整体水平。
参考文献：
[1]肖华，黎福海，程栋，崔丰曦.基于模糊神经网络的无线隧道照明节能控制系统[J].电子技术应用.2009，（07）：128～135.
一、电场线与电场
误区：认为电场线形象是客观存在的；而电场看不见、摸不着，因此是不存在的.
电场：是电荷周围空间存在的一种看不见、摸不着的特殊物质（与由分子、原子组成的物质不同）.电场虽然抽象但它是客观存在的物质，
它是通过一些性质来表现其存在，如放入电场中的电荷受到电场力的作用来说明其客观存在.
电场线：由于电场的概念比较抽象，为了能够形象、直观地了解和认识电场、从而引入了电场线.电场线虽然形象但它是假想的曲线，实际是不存在的.那么电场线是如何形象、直观地描述电场的呢？我们是通过电场线的疏密程度反映场强的大小，电场线上每一点的切线方向跟该点的场强方向一致来反映场强的方向.特别注意：在电场中，没有画电场线的地方仍然有电场存在.
例1 关于电场与电场线的下列说法中正确的是（ ）
（A） 电场不是物质存在的形式之一
（B） 电场线的疏密可以表示电场的强弱
（C） 将一电荷放入电场中一定受到电场力的作用
（D） 电场线只能是直线，不可能是曲线
解析：电场虽然看不见、摸不着，但它是客观存在的，是物质存在的一种形式；A错误.电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用；（C）正确.电场线的疏密可以表示电场的强弱；（B）正确.电场线可能是直线、也可能是曲线；如点电荷周围的电场线；匀强电场的电场线都是直线；异种电荷间的大部分电场线是曲线等，（D）错误.答案为（B）（C）.
二、电场线与带电粒子的运动轨迹
误区：认为电场线就是带电粒子的运动轨迹.
电场线与带电粒子的运动轨迹是不同的，带电粒子的运动轨迹是带电粒子实际运动的路径；在绝大部分情况下，带电粒子的运动并不是沿着电场线运动的；只有当带电粒子仅受电场力作用，由静止或初速度方向与电场线平行且电场线又是直线这种特殊情况下，带电粒子的运动轨迹才与电场线相同.
图1
例2 A、B是一条电场线上的两个点，一带负电的微粒仅在电场力作用下以一定初速度从A点沿电场线运动到B点，其速度―时间图象如图1所示.则这一电场可能是（ ）
图2
解析：由v-t图可知，微粒的速度减小，加速度增大，可知微粒所受电场力方向由B指向A，从A到B运动过程中电场力大小逐渐变大，结合粒子带负电，可以判断电场线方向由A指向B，且越来越密，（A）对，（B）（C）（D）错.答案选（A）.
三、电场强度的三个公式
误区：电场强度的三个公式E=Fq；E=kQr2；E=
Ud可以通用.
E=Fq是场强的定义式，适用于任何静电场，其中q是放入电场中的试探电荷的电量；特别注意：场强是一个矢量，与F、q无关，是由电场本身决定；易错点：往往会仅从数学公式的角度得出E与F成正比、与q成反比.
E=kQr2是根据库仑定律F=
KQqr2和电场强度的定义式E=
Fq推导得来的，由于库仑定律只适用于真空中的点电荷，所以 E=
kQr2只适用于点电荷Q在真空中产生的场强；它是场强的决定式；由此可知E由场源电荷Q和场源电荷到某一点的距离r决定.特别注意：在点电荷Q的电场中，不存在E相同的两个点；当r相同时，E的大小相等但方向不同.易错点：Q是场源电荷的电量（不是试探电荷的电量）.
E=
Ud是利用在匀强电场中，设沿场强方向距离为d的两点的电势差为U，将正电荷q沿场强方向移动d电场力做功W=qEd，而W=qU，由两式解得E=Ud；因此该式是利用匀强电场中电场力做功的特点推导出来的；只能适用于匀强电场.易错点：d是沿电场线方向任意两点间的距离；不是匀强电场中任意两点间的距离.
例3 下列关于电场强度的说法中，正确的是 （ ）
（A） 公式
E=Fq只适用于真空中点电荷产生的电场
（B） 由公式E=Fq可知，电场中某点的电场强度E与试探电荷在电场中该点所受的电场力成正比
（C） 在公式F=kQ1Q2r2中，
kQ2r2是点电荷Q2产生的电场在点电荷Q1处的场强大小；
kQ1r2是点电荷Q1产生的电场在点电荷Q2处的场强大小
（D） 由公式E=
Ud可知，此公式适用于计算任何电场中两点间的电势差
解析：E=Fq是电场强度的定义式，适用于任何电场；电场中某点的场强是由电场本身决定，与F、q无关；（A）、（B）都错误；由真空中点电荷的场强公式可知C正确；E=Ud只适用于匀强电场中的有关计算，（D）错误；正确答案为
（C）.
四、电场强度与电场力
误区：有电场强度就一定有电场力；有电场力一定有电场强度.
电场强度是用来表示电场力的性质的物理量；电场强度是电场本身的一种属性，有电荷就有电场，有电场就有电场强度；与电场中有无检验电荷无关，与检验电荷的大小、正负也无关.
对电场来说，有电场不一定有电场力，只有在电场中放入电荷，该电荷才会受到电场力的作用；电场力的大小（F=qE）由放入电场中某点的点电荷q和该点的场强E共同决定.特别注意：电场强度E和电场力F都是矢量，电场中某点的场强方向与正电荷在该点所受电场力方向相同；负电荷所受电场力的方向与该点场强方向相反.
例4 由电场强度的定义式E=F/q 可知，在电场中的同一点（ ）
（A） 电场强度E跟F成正比，跟q成反比
（B） 在电场中的同一点，无论检验电荷所带的电量如何变化，F/q始终不变
（C） 电荷在电场中某点所受的电场力大，该点的电场强度就强
（D） 一个带电的小球在P点受到的电场力为零，则P点的场强一定为零
解析：由电场强度的定义式E=F/q 可知，在电场中的同一点场强不变，与F、q无关；（A）错误，（B）正确.电荷在电场中某点所受的电场力大，其电荷量必然大，但F/q 的比值是不变的，即该点的场强不变，C错误.由F=qE可知，带电小球q不为零，而F为零，则E必为零，（D）正确.答案选（B）（D）.
五、场强与电势（或电势差）
误区：场强越强的地方，电势一定高；场强越弱的地方，电势一定低.
场强是表示电场力的性质的物理量；而电势（或电势差）是表示电场能的性质的物理量；场强是矢量，电势（或电势差）是标量、但有正负之分；电势的正负只表示大小，电势差的正负只表示电势的高低.
电势由电场本身决定，与试探电荷无关，其大小与参考点的选取有关，具有相对性.
电势差是由电场本身两点间的差异决定，与试探电荷无关，与参考点的选取无关.场强为零的区域两点间的电势差一定为零，而电势差为零的区域场强不一定为零.
场强的大小与电势的高低不存在任何关系.电势为零的地方场强不一定为零，电势高的地方场强不一定大；场强为零的地方电势不一定为零；场强大的地方，电势不一定高.
只有在匀强电场中，沿电场线方向两点间的电势差与场强的关系才满足E=Ud；其他情况不满足此关系.特别注意：沿电场线方向，电势逐渐降低.
图3
例5 三个点电荷电场的电场线分布如图3所示，图中a、b两点处的场强大小分别为Ea、Eb，电势分别为φa、φb，则（ ）
（A） Ea>Eb，φa>φb
（B） Ea
（C） Ea>Eb，φa
（D） Eaφb
解析：根据电场线的疏密程度可以判断场强的大小，a点场强大于b点场强；沿电场线电势逐渐降低，作出a点等势面会发现a点的电势低于b点.综上所述Ea>Eb，φa
六、电势与电势能
误区：电场中电势越高的地方，电势能越大.
电势能EP=qφ是描述电荷在电场中的能量，是由点电荷q和该点的电势φ共同决定的，与参考点的选取有关.正电荷在正电势位置电势能为正；反之负电荷在正电势位置电势能为负.简化为：“正正得正，负正得负，负负得正”.因此电势能不仅决定于电场还与检验电荷的正负、电量的大小都有关系.由EP=qφ可知，电势为零电势能一定为零.特别注意：无论正电荷还是负电荷，只要电场力对电荷做正功，电荷的电势能一定减小；电场力对电荷做负功，电荷的电势能一定增加.
例6 关于电势和电势能下列说法中正确的是（ ）
（A） 在电场中，电势高的地方，电荷在该点具有的电势能就大
（B） 在电场中，电势高的地方，放在该点的电荷的电量越大，它所具有的电势能也越大
（C） 在电场中的任何一点上，正电荷所具有的电势能一定大于负电荷具有的电势能
（D） 在负的点电荷所产生的电场中任何一点上，正电荷所具有的电势能一定小于负电荷所具有的电势能.
解析：由于电势能EP=qφ，说明电势能是由点电荷与该点的电势共同决定；而某点的电势与零电势的选取有关，电荷又有正负之分；因此电势能跟电势的正负和大小、电荷的正负与大小都有关系，综合分析可知（A）（B）（C）均不正确；答案为（D）.
七、等势面与场强
误区：电势越高的等势面处场强一定越大.
等势面：电场中电势相等的点构成的面叫等势面.等势面是虚拟的、是为描述电场的性质而假想的面；引入等势面可以形象地反映电场中电势的分布情况；同时由等势面可以绘制电场线.等势面的特点：
①等势面一定与电场线垂直；②电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面，两个不同的等势面永远不会相交；③在同一等势面上移动电荷时，电场力不做功；④在等差等势面中，相邻两个等势面间的电势差相等；电场线越密的区域等差等势面也越密.因此电势高的等势面处场强不一定大，只有等差等势面越密的地方场强才越大.
例7 位于A、B处的两个带有不等量负电的点电荷在平面内电势分布如图所示，图中实线表示等势线，则（ ）
（A） a点和b点的电场强度相同
（B） 正电荷从c点移到d点，电场力做正功
（C） 负电荷从a点移到c点，电场力做正功
（D） 正电荷从e点沿图中虚线移到f点电势能先减小后增大
图4
解析：a点的等势线比b点的稀疏，故a点的场强比b点的小，（A）错.c点电势低于d点，正电荷从c点移到d点，即正电荷向高电势处移动、电场力做负功，（B）错.a点电势低于c点，从a到c，把负电荷移向高电势，电场力做正功，（C）对.从e到f，电势先变低后变高，故沿此方向移动正电荷，电场力先做正功，后做负功，电势能先减小后增大，（D）对；答案选（C）（D）.
八、电容器与电容
误区：带电的容器叫电容器.
电容器：是两个彼此绝缘又相距很近的导体组成了电容器.电容器是一个仪器，而电容是一个物理量，它表征了电容器容纳电荷的本领.
电容的定义：电容器所带的电荷量Q与两板间的电势差U的比值，叫做电容器的电容.其定义式C=
QU=ΔQΔU，对于某一电容器，QU是一个确定的值，它是由电容器本身的性质决定，与Q、U的大小无关；因此不能说电容C与Q成正比、与U成反比.
特别注意：①电容器的电荷量是指一个极板上所带电荷量的绝对值；②平行板电容器的电容的决定因素：与两平行板间的正对面积S、两板之间的距离d和两板间的电介质的介电常数ε有关；C=εS
4πkd；③无论电容器是否带电，其电容是不变的.
例8 下列关于电容器和电容的说法中不正确的是（ ）
（A） 根据C=QU可知，电容器的电容与其所带电荷量成正比，跟两板间的电压成反比
（B） 对于确定的电容器，其带电荷量与两板间的电压成正比
（C） 无论电容器的电压如何变化（小于击穿电压且不为零），它所带的电荷量与电压的比值恒定不变
（D） 电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，其大小与加在两极板上的电压无关
一辆2010款别克英朗XT轿车，行驶里程约24000千米，偶尔出现无法启动的故障。
故障诊断与排除
针对车主描述的故障症状，笔者首先进行蓄电池电压测量，结果表明蓄电池电压正常。启动车辆，发动机能够启动，但故障灯持续点亮。在试车时，发现存在变速器锁挡、加速无力、RPD指示灯闪烁的情况。接上通用专用诊断仪GDS+MDI，分别与车辆的各个系统进行通讯，发现各系统中存储如下故障码：
(1)发动机控制模块中存在的故障码U0073，含义为CAN总线通讯故障；故障码U0101，含义为与变速器控制模块失去通讯；故障码U0121，含义为与电子制动控制模块失去通讯；故障码U0140，含义为与车身控制模块失去通讯。
(2)变速器控制模块中存在的故障码U0100，含义为与发动机控制模块失去通讯故障。
(3)电子制动控制模块中存在的故障码U0073，含义为通讯总线A控制模块故障；故障码U0100，含义为与发动机控制模块失去通讯故障；故障码U0140，含义为与车身控制模块失去通讯。
(4)车身控制模块中存在的故障码U0100，含义为与发动机控制模块失去通讯；故障码U0101，含义为与变速器控制模块失去通讯；故障码U0121，含义为与电子制动控制模块失去通讯。
(5)电子动力转向控制模块中存在的故障码U0100，含义为与发动机控制模块失去通讯故障。
这些故障码显示都与车载网络系统有关。我们进行了维修手册查阅，2010款别克英朗XT采用GMLAN总线系统，如图1所示。该系统主要包括发动机控制模块K20、自动变速器总成T12、电子制动控制模块K17、车身控制模块K9和动力转向控制模块K43等。
别克英朗XT的GMLAN串行数据网络由双绞线组成。一个信号电路D-BU线被确定为高速GMLAN，另一个信号电路WH线被确定为低速GMLAN。高速GMLAN电路和低速GMLAN电路数据总线的两端存在120欧姆的终端电阻，以防止数据在总线传输过程中受到干扰。要确保其网络中任何一个模块所代表的子系统正常工作，都离不开其它子系统所提供的必要信息，同时它也可为其它子系统提供所需的信息，从而实现整个网络系统的信息共享。
针对GMLAN串行数据网络系统的上述特点，结合图1所示的网络结构图，对所读取的故障信息进行分析，发现故障彼此联系，很难从中找出可能的故障原因。尽管故障现象是发动机启动无反应，与发动机控制模块的关系可能大一些，但由于网络信息共享的特点，其它系统的故障也可能导致这一现象的出现，所以我们没有贸然妄下结论，而是记录了这些故障信息，再清除故障代码。进行常规的检查流程，先从外部整理检查了发动机线束，检查了该车高速通讯网络线路，从发动机线束到变速器线束再到ABS线束，对全部通讯线路的接头进行了涂抹导电胶处理。启动车辆，发动机顺利启动，但这并不能肯定故障已经消除了(因为以前这个故障也是间歇性的)。我们更希望故障现象能再一次出现，以便捕捉更加确切的故障信息。
第二天早晨启动车辆，故障现象又出现了。我们抓住时机，再次利用GDS+MDI进行了故障信息的读取，结果如下：
(1)无法与发动机控制模块建立通讯。
(2)变速器控制模块中存在故障码U0100，含以为与发动机控制模块失去通讯故障。
(3)电子刹车控制模块中存在故障码U0073，含以为通讯总线A控制模块故障；故障码U0100，含以为与发动机控制模块失去通讯；故障码U0140，含以为与车身控制模块失去通讯等故障。
这些故障信息都将故障点指向了发动机控制模块，也验证了我们前期的判断。但必须清楚的是，虽然通过分析基本上可以确定故障在于发动机控制模块，但也有可能是发动机控制系统的线路存在问题，所以我们需要确定故障排查的先后顺序。由于线束错综复杂，难度较大，因此，我们遵循“由易到难”的原则，先进行了发动机控制模块的更换和匹配，之后，故障消除。
大约一个星期后，进行回访。司机反映，不能启动的现象是没有了，但是出现了发动机故障灯亮、车辆加速无力、油耗增加等现象。接上诊断电脑检查故障码，发现故障码和上次相同。结合以前的维修经验，我们最终断定可能是发动机线束也存在问题。将发动机线束更换后，故障码消失，车辆恢复正常。对原车的线束内部进行检查，发现内部线路有虚接现象。
专家点评——张宪辉
关键词：高压变电站；继电保护；问题；改进方法
在运行过程中，由于高压变电站运行系统以及运行环境相对复杂，常常引发继电保护部分误动或者在高压变电站发生故障时不发生反应或者延迟反应，从而造成高压变电站故障或者发生严重的电力事故。在这种情况下，认真分析高压变电站继电保护部分存在的问题，并针对存在的问题制定行之有效的改进方法，对于避免重大电力事故的发生，维护高压变电站的稳定安全运行无疑就具有了十分重要的现实意义。
1 直流电源存在的问题与改进方法
1.1 直流电源存在的问题
直流电源是高压变电站继电保护部分的电能供应部分，直流电源是否能够正常供电是继电保护部分能否正常工作的关键。通常情况下，直流电源必须进行现场测试合格后才能进入现场，如果测试不合格则不能进入现场。但是，在运行过程中，如果直流电源的波纹系数相对较大，或者发生突然冲击直流电源，极有可能导致直流电源异常，或者使继电保护装置出现误动作。
1.2 直流电源存在问题的改进方法
1.2.1 严格进行直流电源的针对性试验。在实验过程中，首先要进行严格的渐变试验以及瞬变试验，对直流电源进行突然投入或者断开，在突然投入或者断开的状态下，认真检查继电保护部分是否发生异常动作。渐变试验以及瞬变试验完成后，还要对直流电源进行渐降试验以及渐升试验，重点检查在直流系统远端发生短路故障情况下继电保护部分的运行状况。
1.2.2 加强对直流电源的针对性监视。当前应用的继电保护装置，如三侧后备保护、主变主保护等都对直流消失进行提示，三侧操作箱也会对控制回路断路进行提示，在普通的变电站中都能完成对直流电源的监视工作。但是，在综合性越来越强的现代化变电站中，直流电源自动开关跳开以及通信网络发生故障，都会提示通信中断，这样就为工作人员排除故障增加了麻烦。为此，可以将屏后直流自动开关进行更换，如果高压侧的后备保护开关断路，此时可以使用辅助触点对中压侧、低压侧进行后备保护，或者对单个单元进行断控，并且在后台上进行重新定义。这样就避免了操作人员难以掌握故障发生情况的状况，便于针对故障进行排除，达到快速处理的目的。
1.2.3 加强对主变保护本体保护箱的监视。在工作过程中，我们常常会发现部分主变保护本体保护箱不存在监控直流消失的功能，在这种状态下，假如本体保护部分直流断路，那么本体保护必将拒动，这样就会造成非常严重的故障。在这种情况下，一方面可以采取直流自动开关（带辅助触点）发遥信，一方面可以采取装置中的备用继电器，并将其线圈两端分别接在正负电源之上，当电源正常工作状态下，能够正常励磁，当电源消失时，触电就会闭合发出遥信。如果只存在动断触点，此时只需在后台监控机进行触点反定义就可以解决问题。
2 控制回路监视存在的问题与改进方法
2.1 控制回路监视存在的问题
通常情况下，控制回路常常被设计成图1这种线路形式，主要是为了避免降低开关压力，或者由于SF6密度降低而发生闭锁，此时串联在合闸、跳闸回路中间的闭锁开关就会断开，红色信号灯与绿色信号灯均熄灭，开关的位置便难以准确得到反映。这种线路构造主要是没有考虑到线路中红绿信号灯对回路所起到的监视作用。通常情况下，串联TWJ、HWJ动断触点能够控制回路断线，通过TWJ、HWJ能够对合闸、跳闸回路进行监控，以确保其可靠。如果按照图1所示的控制回路安装设备，那么无论是合闸回路还是跳闸回路，均会失去监视，从而对高压变电站的设备安全稳定运行造成直接威胁。
2.2 控制回路监视存在问题的改进方法
将红绿监视信号灯和一对DL辅助触点直接相接，确保能够及时对开关位置进行监控，TWJ、HWJ则按照常规线路进行连接，TWJ、HWJ动断触点实现控制回路断线，这样一方面实现了监控控制回路，又显示了开关的准确位置。
3 母线电压存在的问题与改进方法
3.1 母线电压存在的问题
在高压变电站正常运行的状况下，母线电压对于继电保护部分具有十分重要的作用，当母线电压消失时，系统都能够给出PT断线的信息。通常零序电流保护通常为无方向的，PT断线信息能不能正常发出，关键在于在进行检验过程中，既要对端子排位置的电压断线进行模拟，还要对PT端子箱位置的PT断线进行模拟，尤其是单相断线。主要原因是如果PT箱子端位置一相电压断路，其他回路的耦合也会造成断线相电压不等于“0”的现象。
为了保证高压变电站运行的可靠性，相当多的变电站都选择使用备用电源自投设备，备用电源自投设备的启动条件为检验无压状态，PT断线闭锁的条件为线路中的电流状态。但是在部分变电站中，负荷是扬水灌溉负荷，既扬水期为满负荷状态，非扬水期其负荷就会大幅度降低，甚至降低到使用的符合或者电网损耗的负荷，此时电流闭锁就无法进行锁定，PT短线闭锁就难以发挥正常的作用。此时如果PT断线，备用电源自投设备就会做出无电压和无电流的判断，从而发生误动作。
3.2 母线电压存在问题的改进方法
3.2.1 对继电保护部分进行加电压检测，若PT发生断线，发遥信或者发光字，这样就可以对该故障进行准确判断，便于快速进行修复，恢复电压与电流，从而有效减少几点保护部分的误动概率。
3.2.2 时间继电器使用电压继电器启动，绕过备用电源自投设备复归时间后的闭锁备自投，也就是时间继电器的触点发给备用电源自投设备闭锁信息，并给检修人员发送遥信通知，这样也能有效防止备用电源自投设备的误动发生。
3.2.3 由于高压变电站内PT二次电压自动开关相位是分开的，通常情况下三相电压不会同时断开，此时对PT断线的依据主要为：母线电压值大于整定电压值，母线电压小于整定电压值或者母线电压值小于整定电压值，母线电压大于整定电压值。满足上述判断依据后发出PT断线的信息，并且闭锁备用电源自投设备。
总之，作为重要的能源供应系统，高压变电站在国民生产中所占的位置越来越重要，这就需要继电保护部分能够正常发挥其保护作用，避免因电力系统故障造成重大的经济损失，为此，作为高压变电站检查维护人员，一定要认真进行排查，及时发现继电保护部分存在的隐患并排除，从而维护高压变电站的正常运行，为电力系统的稳定运行提供保证。
参考文献
