5G技術(shù)下的無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)用性

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【摘要】為了解決以往4G通信出現(xiàn)的卡頓現(xiàn)象，對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)展開(kāi)研究是具有必要性的，基于此，提出了5g技術(shù)下無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)用性分析。在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖支持下，以MCS51單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)無(wú)線通信系統(tǒng)硬件，根據(jù)外部控制器控制地址延遲情況，避免數(shù)據(jù)丟失。以控制功能和無(wú)線通信功能為主，設(shè)計(jì)軟件部分。通過(guò)5G技術(shù)無(wú)線通信系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，可分析其應(yīng)用前景，有助于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】5G技術(shù)；無(wú)線通信；實(shí)用性；服務(wù)器

引言：

隨著我國(guó)通信技術(shù)從3G時(shí)期到當(dāng)前4G時(shí)期的同步，網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代為社會(huì)各領(lǐng)域提供了服務(wù)。在4G通信技術(shù)的廣泛推廣和應(yīng)用中，新的5G時(shí)代已經(jīng)快速到來(lái)，作為引領(lǐng)萬(wàn)物互聯(lián)的新一代移動(dòng)通信技術(shù)，5G具有速率高、大寬帶、低時(shí)延的優(yōu)點(diǎn)，將成為未來(lái)全球無(wú)線通信領(lǐng)域的一個(gè)主要技術(shù)[1]。5通信產(chǎn)業(yè)不僅推動(dòng)了我國(guó)ICT產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步融合，同時(shí)還極大的促進(jìn)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，5G無(wú)線通信技術(shù)縮短了我國(guó)通信技術(shù)與國(guó)外通信技術(shù)之間的差距，為我國(guó)通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)[2]。

一、5G技術(shù)下無(wú)線通信系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)原有的電路交換方式上引入兩個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，作為全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)，以此實(shí)現(xiàn)安全功能和接入控制。5G技術(shù)無(wú)線通信系統(tǒng)在終端接口獲取客戶系統(tǒng)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)解析處理后再由5G技術(shù)終端分組數(shù)據(jù)發(fā)送到全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)基站。若分組數(shù)據(jù)是發(fā)送到另一個(gè)5G技術(shù)終端,則數(shù)據(jù)由5G技術(shù)骨干網(wǎng)發(fā)送到服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)，再經(jīng)管理系統(tǒng)發(fā)送到5G技術(shù)終端[3]。

二、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)5G技術(shù)無(wú)線通信的特點(diǎn)，采用嵌入式5G技術(shù)進(jìn)行通信系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，硬件結(jié)構(gòu)模塊主要包括嵌入TCP/IP的單片機(jī)、5G技術(shù)模塊、SIM卡座、外部接口和擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等部分組成。MCS51負(fù)責(zé)控制5G技術(shù)模塊的接收和發(fā)送信息，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)RS232串口和外部控制器或數(shù)據(jù)采集端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，利用軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)、中斷過(guò)程。

2.1數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊

系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊是由多個(gè)存儲(chǔ)單元組成，用來(lái)存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)信息和存儲(chǔ)程序指令的記憶設(shè)備，具有存儲(chǔ)容量大、存取速度快的優(yōu)點(diǎn)。存儲(chǔ)器在工作時(shí)通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)單元地址存放或讀取各類信息，并對(duì)每個(gè)單元的二進(jìn)制數(shù)據(jù)保存為地址碼，存儲(chǔ)器在集成電路中可以形成沒(méi)有實(shí)物形式的存儲(chǔ)功能的電路，通過(guò)大量存儲(chǔ)單元組成的陣列、地址譯碼、讀寫(xiě)控制電路等組成存儲(chǔ)集成電路，與I/O接口和一些相關(guān)的電路存取控制管理形成存儲(chǔ)芯片。當(dāng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)入芯片時(shí)，行列地址先后將RAS和CAS鎖存在芯片內(nèi)部，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入選中的存貯單，5G技術(shù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了為用戶提供更加安全方便、高效率和極大存儲(chǔ)空間的數(shù)據(jù)管理服務(wù)。

2.2MCS51單片機(jī)模塊

MCS51單片機(jī)模塊是在原始MCS48單片機(jī)的基礎(chǔ)上添加了更多電路單元，將隨機(jī)存儲(chǔ)器、中央處理器、只讀存儲(chǔ)器、定時(shí)器等功能集成到同一塊硅片上，集成超大規(guī)模的電路芯片，是一種結(jié)構(gòu)先進(jìn)、功能強(qiáng)、穩(wěn)定可靠的電路技術(shù)。MCS51單片機(jī)有4個(gè)I/O端口，其中P0端口是一個(gè)8位漏極雙向I/O端口，包括1個(gè)輸出鎖存器、2個(gè)三態(tài)緩沖器、1個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和1個(gè)輸出控制端。驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)控制一端信號(hào)輸出，通過(guò)一對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管、1個(gè)與門(mén)、1個(gè)反相器和1個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等進(jìn)行輸出，輸出狀態(tài)受控制端影響；P1端口負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的輸入/輸出，的作用具有輸出鎖存靜態(tài)口，可以對(duì)輸入的信息進(jìn)行讀引腳和讀鎖存器，對(duì)輸出的信息進(jìn)行鎖存，并將內(nèi)部總線輸出數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)鎖存器反相后，存鎖到端口線上；P2端口只負(fù)責(zé)地址總線口使用，具有雙向I/O帶內(nèi)部上電阻的8位的準(zhǔn)向雙口，當(dāng)轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)MUX啟動(dòng)時(shí)輸出級(jí)和鎖存器直接連通，在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器操作過(guò)程中，端口可以不斷輸送出地址8位以上；P3端口是一個(gè)8位雙向I/O口，輸出功能控制線為高電平，與P1端口相同，非門(mén)輸出取決于鎖存器狀態(tài)，即可作為第一功能口，也可進(jìn)行獨(dú)立定義。

2.3外部控制器模塊

系統(tǒng)外部控制器模塊分別由自體測(cè)試接口模塊、低速讀寫(xiě)控制模塊、高速流讀寫(xiě)控制模塊組成，自體測(cè)試接口模塊是將寫(xiě)入控制模塊之中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀出與寫(xiě)入的對(duì)比測(cè)試，通過(guò)測(cè)試結(jié)果顯示正常或錯(cuò)誤，則表示控制模塊有無(wú)效果，實(shí)現(xiàn)自體測(cè)試；低速讀寫(xiě)控制模塊負(fù)責(zé)對(duì)控制模塊指定地址的單個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行直接的寫(xiě)入讀取；高速流讀寫(xiě)控制模塊可對(duì)控制模塊任意地址的數(shù)據(jù)進(jìn)行大批量的寫(xiě)入讀取。外部控制器模塊采用SATA2.0控制器與MSM6290高速存儲(chǔ)芯片作為存儲(chǔ)介質(zhì)，發(fā)揮了控制效率高、速度快的特點(diǎn)，節(jié)省了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶さ罆r(shí)間。SATA2.0控制器由物理層、鏈路層、傳出層和命令控制層進(jìn)行控制工作，當(dāng)數(shù)據(jù)從物理層進(jìn)行收發(fā)到命令層的過(guò)程中，每一層都是由自體檢測(cè)狀態(tài)機(jī)進(jìn)行控制的。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器命令控制界面，通過(guò)將采集命令與數(shù)據(jù)分層，加快數(shù)據(jù)的原語(yǔ)交互、信息處理和命令生成，提高了控制速度，增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，發(fā)揮了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。

三、軟件部分設(shè)計(jì)

3.1無(wú)線通信控制功能

5G技術(shù)無(wú)線通信系統(tǒng)在軟件部分設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)無(wú)線通信控制功能和服務(wù)功能的優(yōu)化設(shè)計(jì)，完善了軟件功能。針對(duì)無(wú)線通信控制功能設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、劃分功能模塊實(shí)現(xiàn)算法和具體的代碼，系統(tǒng)在軟件體系中主要針對(duì)模塊的層次結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效分割，在模塊初始化過(guò)程中對(duì)每個(gè)子模塊都進(jìn)行精準(zhǔn)的處理規(guī)范，實(shí)現(xiàn)軟件程序的控制功能。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄存儲(chǔ)時(shí)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)組織、關(guān)聯(lián)程度和信息的有效處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)，增加了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活性。當(dāng)外部控制器控制模塊啟動(dòng)時(shí)，經(jīng)過(guò)自體測(cè)試檢查，根據(jù)參數(shù)設(shè)置需求，對(duì)參數(shù)進(jìn)行全部寫(xiě)入讀取存儲(chǔ)器或直接從數(shù)據(jù)器中寫(xiě)入讀取，通信功能直接與PC主機(jī)通信，軟件流程分別對(duì)FPGA時(shí)序和分時(shí)操作進(jìn)行程序順序、命令的循環(huán)重復(fù)控制，提高了無(wú)線通信的控制功能。

3.2無(wú)線通信服務(wù)功能

無(wú)線通信服務(wù)端中的數(shù)據(jù)鏈路層主要負(fù)責(zé)主控模塊以相應(yīng)格式，傳送到命令層并進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)鏈路層可以有效控制數(shù)據(jù)碰撞，在執(zhí)行命令處理流程中以地址順序和查詢驅(qū)動(dòng)狀態(tài)為基礎(chǔ)，通過(guò)控制數(shù)據(jù)處理模塊，使模塊指令相同，待數(shù)據(jù)處理完畢后，再進(jìn)行掃描。掃描開(kāi)始前，查詢當(dāng)前驅(qū)動(dòng)模塊響應(yīng)狀態(tài)，發(fā)送驅(qū)動(dòng)命令，更新控制模塊狀態(tài)并設(shè)置查詢地址。地址設(shè)置完成后，利用同種方式實(shí)現(xiàn)靜態(tài)掃描，然后再不斷重復(fù)上述操作直到掃描結(jié)束。在正常狀態(tài)下，系統(tǒng)通電后監(jiān)控系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)。設(shè)置地址后，地址就會(huì)+1，一旦系統(tǒng)通電，能夠?qū)崿F(xiàn)控制與驅(qū)動(dòng)模塊掃描。

四、5G技術(shù)下無(wú)線通信系統(tǒng)實(shí)用性分析

4.1安卓系統(tǒng)中的應(yīng)用

5G技術(shù)下的通信系統(tǒng)存儲(chǔ)器讀寫(xiě)速度非?？欤恍﹤鹘y(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備很難適用5G網(wǎng)絡(luò)，在當(dāng)前智能手機(jī)、平板電腦等許多移動(dòng)設(shè)備之中，應(yīng)用安卓系統(tǒng)的較為廣泛。安卓系統(tǒng)的操作與其他操作系統(tǒng)并無(wú)太大區(qū)別，只是系統(tǒng)在研發(fā)時(shí)增加了開(kāi)放源代碼，系統(tǒng)分別為應(yīng)用程序框架層、應(yīng)用程序?qū)?、系統(tǒng)內(nèi)核層和系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層四個(gè)分層架構(gòu)。由于安卓系統(tǒng)具有開(kāi)放源代碼，可以把5G納米技術(shù)應(yīng)用于安卓系統(tǒng)的內(nèi)核層之中，使硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)和系統(tǒng)基礎(chǔ)文件有效分離，快速?gòu)挠脖P(pán)驅(qū)動(dòng)到云終端同步再到終端。5G高速傳輸技術(shù)不僅可以節(jié)約終端系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間，而且還提高了終端系統(tǒng)硬件設(shè)備的性能，在安卓系統(tǒng)的應(yīng)用中增加了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

4.2光場(chǎng)相機(jī)中的應(yīng)用

光場(chǎng)相機(jī)在拍照時(shí)利用光場(chǎng)技術(shù)只需構(gòu)圖拍照就可，不需要進(jìn)行對(duì)焦，而且抓拍過(guò)程中可以在低光或影像高速移動(dòng)情況下就能拍出清晰的照片。光場(chǎng)相機(jī)與傳統(tǒng)相機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，通過(guò)主鏡頭和感光器之間布滿的顯微鏡陣列接收光線，追蹤光線落地就可以快速清晰地拍出完美照片。但是光場(chǎng)相機(jī)的照片需要相對(duì)較大的容量，而5G的高速存儲(chǔ)功能正好能夠滿足光場(chǎng)相機(jī)的需求，可以有效解決光場(chǎng)超片容量大的問(wèn)題，提高光場(chǎng)相機(jī)的應(yīng)用功能。

4.3在云計(jì)算領(lǐng)域中的應(yīng)用

在現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，云計(jì)算是基于互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的相關(guān)服務(wù)和虛擬化資源，云計(jì)算的運(yùn)算速度可達(dá)每秒十萬(wàn)億次，為用戶提供了安全可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心。未來(lái)發(fā)展中5G的應(yīng)用不僅可以提高云計(jì)算的整體運(yùn)作能力，還能有效避免數(shù)據(jù)泄露、丟失和病毒入侵的發(fā)生。同時(shí)強(qiáng)大的5G能夠增加大量和規(guī)?；脑朴?jì)算商業(yè)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的無(wú)限增長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭冰,楊文鉑,李航.采摘機(jī)器人無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)—基于LTE-advanced與微粒群算法[J].農(nóng)機(jī)化研究,2018,40(3):198-202.

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作者：舒誠(chéng)誠(chéng) 單位：浙江中通文博服務(wù)有限公司