摘要：在船舶通信系统中，串口通信效果较好，失真度小，传输速度稳定。本文先从理论上介绍本课题涉及的串口通信等相关技术和通信方式，理论研究后再与仿真相结合，更深入地理解通信的原理与实现特别是对其技术标准的掌握，同时对其进行了设计与改进。
关键词：船舶通信系统；串口服务器；研究
1 引言
在船舶通信系统中，利用串口通信技术进行服务器通信是极为关键的，这种方法会同时在所有频点上与接收信号做并行相关运算，输出相关运算结果超过阀值的一路对应的频率即为捕获到的发送端频率，在一跳时间内即可完成频率捕获，是一种较为成熟的技术。
2 船舶通信系统的嵌入式串口服务器设计
2.1 串口通信特点
串口通信系统利用串口序列实现了信号频谱的扩展，与传统窄带通信方式相比，具有以下特点:
(1)抗干扰能力强。串口通信的载波频率始终在较宽的频率范围上不停地跳变，有效的躲避了敌方的干扰信号，保证通信的正常进行。
(2)截获概率低。串口信号的快速伪随机跳变，使得干扰方很难截获串口信号，即使部分信号被截获，也由于不知道信号频率的跳变规律，无法截获下一跳的信号，保证了通信的安全进行。
(3)抗衰落能力。无线信号由于多径传播的影响，频率选择性的衰落，常采用分集的方法以抵抗这种衰落。串口系统由于信道的快速跳变，某一载波频率持续的时间很短，只要合理选择频率间隔，就能起到频率分集的作用。
(4)多址组网能力。串口序列可以作为串口电台的地址码，分配给不同的串口电台，由于串口序列的正交性，各个电台在同一时间段(一个串口周期)使用不同的频率进行通信，避免了相互干扰，有效地提高了频谱利用率。
(5)易于与窄带通信系统兼容。串口通信系统从时域上看是一个载波频率不断变化的瞬时窄带系统，因此只要是串口序列始终保持一个定值就可以以一个固定的载波频率与窄带系统互通信息。
2.2 嵌入式串口服务器设计
2.2.1 系统架构
船舶串口服务器系统由硬件和软件两部分组成。硬件由MOXA串口服务器、交换机、监控的设备、服务器、客户端等设备组成。可根据设备数量，增加串口服务器。软件系统开发采用Visual Basic 6.0，c/s分布模式，服务器程序Server提供数据采集和消息服务，客户端由配置客户端Configuration和监控客户端Explorer组成。
2.2.2 串口服务器选择
串口服务器是RS-232和TCP/IP协议的转换器，在以太网和串口设备之间提供透明传输，向上提供以太网接口，向下提供标准RS-232 串口，实现以太网和多个串口设备的连接，将串口数据转化成IP端口数据，进行IP化的数据存取和传输。
该方案中串口服务器选择MOXA公司的NPort5610。NPort5610提供简单方便的联网方式，在串口和以太网界面之间执行双向监控数据传输，满足系统设计需求，且具有很强的网络扩展性能。可以在服务器端，通过NPort5610同时集中管理串口设备，在网络中分布管理主机。服务器端通过发送接收机、音频四选一等串口设备协议帧到NPort5610上进行转发，硬件设备根据协议帧格式对接收到的协议帧进行识别、响应和反馈。
2.2.3 实施方案
系统采用VB开发Server、Configuration、Explorer程序。Server程序为系统的数据采集与消息服务器。它通过多线程方式对所有设备的状态参数进行实时监测，并根据监控客户端和管理客户端的控制和管理操作向设备发送查询或控制命令，同时为客户端的各种组件服务提供事件和数据响应。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其在发送端发送的信息序列中隐含了同步信息，并在接收端将这些同步信息提取出来从而实现频率同步的方法。最为经典的自同步法就是串行等待搜索自同步法。在串口同步中，发送端与接收端的串口图案表是一致的，不同在于双方在同一时刻并不一定处于串口图案中的同一频点。串行等待搜索法的原理是，接收端初始阶段并不按照串口图案表快速跳变，而是停止在某一具体频点上持续输出，当发送端的串口频率和接收端频率不同时，发送端与接收端的两路信号在相关器中输出的相关运算结果无法达到阀值，即此时没有完成频率捕获；接着，发送端的串口频率继续按照串口图案表跳变，当跳变到接收端持续输出的频点时，发送端和接收端信号的相关运算结果超过阀值，即接收端已完成频率捕获。从该时刻起，发送端与接收端都从频率起始按照一致的串口频率表进行频率跳变。
3 船舶通信系统的数据传输提升方案
3.1 直接序列扩频，简称为直扩(DS)方式
使用速率比信息码高得多的伪随机码与信息信号相乘后再进行载波调制，实现信号的频谱扩展，信号功率在同一时刻分散在整个带宽内的扩频方式被称为直接序列扩频。然而在收端则使用相同的扩频码序列对接收到的扩频信号进行相关运算，被展宽的扩频信号被还原成了原始的信息。该系统的优点为：抗干扰能力强、信号发射功率小、抑制远近效应和抗跟踪干扰以及抗多径、多址能力强。信源的原始数据先经过直序扩频调制、再进行载波调制，然后进入信道。接收机在收到信号后，首先进行解扩，解扩的过程为：本地伪码产生器生成一个和发端相同的本地伪码序列，然后用这个伪码序列和接收到的信号在混频器进行时域相乘。解扩后的信号再经过解调，原始信息被恢复出来。
3.2 跳变频率工作方式，简称跳频(FH)方式
载波频率在伪码控制下不断随机跳变即为跳频。跳频可以被看成是载波依据一定的规律变化的多频频移键控(MFSK)。例如频移键控中的 2FSK，只需要两个频率，分别代表传号和空号。而跳频系统则有几个、几十个，甚至上千个频率，由所传信息与扩频码的组合进行选择控制，不断跳变。与直扩系统不同的是，跳频系统的伪码不是用来直接传输，而是用来做选择信道使用。在接收端，接收到的含噪声和干扰的信号先经过高频放大滤波滤除带外噪声后被送到混频器。接收机的本地载波也是一个频率跳变信号，它的变化规律和发送端是一样的，但是与发送频率相差一个固定的中频。收、发双方的伪码只要完全同步，收、发双方的频率合成器就可以同步输出。混频器输出一个固定的中频，然后解调这个中频信号就能够得到发送的原始信号数据。
3.3 跳变时间工作方式，简称跳时(TH)方式
跳时扩频是将时间轴划分为很多时隙，这些时隙在跳时扩频通信中一般称为时片，若干时片组成一跳时间帧，而在一帧内哪个时隙发射信号由扩频码序列进行控制。跳时扩频与跳频扩频相似，但它是在时间轴而不是在频率轴离散跳变，在时域躲避通信干扰。
4 总结
串口通信拥有定频通信无法比拟的优势，信号不断在若干个串口信道之间跳变，在通信侦察能力落后的早期发展阶段，有效的保证了军通信的正常进行。但随着信息技术的发展，对串口通信技术的研究越来越深入，各种行之有效的干扰措施不断出现。特别是快速信号处理技术的发展，使得干扰方可以在短时间内检测到串口信号，并分析出通信方的串口频率集，对串口通信的干扰更加有效。为提高系统的通信能力，目前串口通信正朝着数字化、快速化、宽带化、自适应化的方向迅速发展。
参考文献
[1]王宇桐.船舶导航网络通信技术的研究[J].科技风,2018(34):82.
[2]胡轶群,李冠宇,邱文博,徐俊臣,王亚丁,杜玉杰.基于北斗/海事卫星通信的船舶水文气象自动观测技术研究[J].集成电路应用,2018,35(11):90-92.
[3]蒋鑫鑫.船舶通信导航技术及发展趋势研究[J].通讯世界,2018(10):71-72.
[4]朱祥贤.基于船舶物联网的船舶通信系统设计[J].舰船科学技术,2018,40(20):136-138.
[5]张小华.船舶通信网络恶意入侵下破损数据恢复方法分析[J].舰船科学技术,2018,40(20):148-150.
作者简介
邢超（1993-10-28），男，汉族，籍贯：上海市，当前职务：调试员，当前职称：高级工，学历：中技。
论文作者:邢超
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：串口论文; 频率论文; 信号论文; 通信论文; 载波论文; 船舶论文; 序列论文; 《电力设备》2018年第24期论文;