【摘要】：當前,工業(yè)網(wǎng)絡互聯(lián)中對多信號混合傳輸?shù)母叻�(wěn)定性、強抗干擾性、高實時性等需求不斷提高,工業(yè)網(wǎng)關(guān)是連接工業(yè)網(wǎng)絡與外部網(wǎng)絡的核心模塊,因此,研究一種能夠解決當前工業(yè)網(wǎng)絡中需求問題的工業(yè)網(wǎng)關(guān)是很有必要的。本論文調(diào)研了現(xiàn)階段工業(yè)網(wǎng)絡及工業(yè)網(wǎng)關(guān)的研究現(xiàn)狀,發(fā)現(xiàn)將光載無線技術(shù)應用到工業(yè)網(wǎng)關(guān)中可以很好的解決這些問題。本論文對基于光載無線技術(shù)的工業(yè)網(wǎng)關(guān)進行了研究和設計,主要成果總結(jié)如下:1、設計了基于光載無線技術(shù)的工業(yè)網(wǎng)關(guān)的硬件系統(tǒng),該硬件系統(tǒng)以MT7620A芯片以及STMB2芯片為核心,包含了 LoRa、6LoVPAN、WiFi光載無線模塊,同時擴展了 CAN、RS485、RS232、SFP光纖接口及電源等模塊。設計工業(yè)網(wǎng)關(guān)能夠完成對多種信號進行光載混合傳輸、多串口與TCP/I P之間的通信以及多種協(xié)議之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等功能。2、研究了 SCM RCF系統(tǒng)模型以及通過副載波復用技術(shù)對LoRa、6LoWPAN WiFi三種無線射頻信號進行光載混合傳輸?shù)姆椒?同時設計了一種該環(huán)境下傳輸過程中非線性失真的預失真處理方法,最后通過實驗驗證了方法的可行性。3、在網(wǎng)關(guān)軟件系統(tǒng)方面,首先完成了 CpenWrt系統(tǒng)搭建和VPN配置,然后設計了一種轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議來實現(xiàn)多串口與TCP/IP協(xié)議之間的數(shù)據(jù)互傳。此外,還研究了 CAN、6LoWPAN及TCP/IP三種網(wǎng)絡之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模型,設計了轉(zhuǎn)換流程,實現(xiàn)了三種網(wǎng)絡之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。
【學位授予單位】：湖南工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP393.05
【圖文】：

術(shù)融合了光纖通信技術(shù)以及無線通信技術(shù)的眾多優(yōu)點，是解決工業(yè)網(wǎng)絡互聯(lián)中所面臨問題的最行之有效的技術(shù)[1]。當前，Internet 的普及率已經(jīng)達到了很高的水平，而德國提出的工業(yè) 4.0 概念則使得工業(yè)現(xiàn)場各種設備組成的工業(yè)網(wǎng)絡連接到 Internet 成為工業(yè)接入網(wǎng)未來發(fā)展的趨勢。工業(yè)網(wǎng)關(guān)作為連接工業(yè)網(wǎng)絡內(nèi)部與外部的核心模塊，工業(yè)網(wǎng)關(guān)的性能好壞將直接決定著工業(yè)網(wǎng)絡是否能夠?qū)崿F(xiàn)解決當前工業(yè)網(wǎng)絡中所面臨的問題，因此，研究設計一種穩(wěn)定性高、帶寬容量大、靈活性高、傳輸速度快等特點的工業(yè)網(wǎng)關(guān)是要想實現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡互聯(lián)而必須要重點關(guān)注的。1.2 ROF 技術(shù)介紹1.2.1 ROF 系統(tǒng)基本組成及工作原理1.ROF 通信系統(tǒng)的基本組成ROF 通信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示。主要有中心局（Central Office，CO）、遠端天線單元（RemoteAntenna Unit，RAU)以及光纖組成。

Sub-Carrier Multiplexing,SCM）通過光收發(fā)模塊進行電/光（E/O）信號轉(zhuǎn)換為光波信號，經(jīng)過光纖傳輸，在遠端天線單元經(jīng)過光收發(fā)（O/E）轉(zhuǎn)換，從光波信號中將射頻信號解調(diào)出來，經(jīng)過遠端天線口處理，最后通過天線將射頻信號發(fā)射出去。上行鏈路方向，射頻接收傳輸至中心局進行處理是與下行方向過程相反的，在此就不中在進行電/光轉(zhuǎn)換所使用到的副載波復用技術(shù)在后面的第三章中述以及可能會產(chǎn)生失真現(xiàn)象和對應解決的辦法。F 通信系統(tǒng)采用的是分布式部署，分布式部署的意思就是一個中許多個分布的遠端天線單元[2]。采用這種結(jié)構(gòu)主要是因為中心局的成的功能相對遠端天線單元較為復雜，遠端天線單元只需通過光收O 或 O/E 轉(zhuǎn)換即可，結(jié)構(gòu)簡單，易于大規(guī)模的部署，實現(xiàn) ROF 系覆蓋范圍大的特點。ROF 系統(tǒng)分布式部署結(jié)構(gòu)圖如圖 1-2 所示。

這種電光調(diào)制根據(jù)不同的調(diào)制技術(shù)主要可以概括為以下兩種：一制（Direct Modulation），光源器件一般選用發(fā)光二極管（LED）以及半器（LD）；二是外調(diào)制（External Modulation），相比較于直接調(diào)制，外上就是在直接調(diào)制的基礎(chǔ)上做了改進，在其中加了外調(diào)制器。因為電術(shù)是本文中 ROF 通信系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，所以在下面我們將分別詳細介調(diào)制技術(shù)的工作原理以及特點等。如前文所述，ROF 系統(tǒng)直接調(diào)制技術(shù)一般采用 LED 或 LD 光源。其中源因為其性能不夠強大，固使用 LED 用作光源進行直接調(diào)制的一般為求不高的 ROF 系統(tǒng)上。因此，在目前的 ROF 系統(tǒng)直接調(diào)制光源中，用的為 LD 光源，即半導體激光器[4]。如圖 1-3 所示，由于 LD 半導體激輸入電流與輸出光功率之間存在一種特殊的變化，這一變化被稱為 L性，即光功率-電流特性，因為這種獨特的 P-I 特性的存在，所以可以將信息的射頻模擬電信號直接傳輸?shù)郊す馄髦�，再利用激光器控制輸出樣就將電信號成功調(diào)制為了光信號，這一過程即為 ROF 系統(tǒng)中直接調(diào)原理。

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本文編號：2750807