計算機射頻通信系統的設計與功能實現研究

陳 燕

（湖南高速鐵路職業技術學院，湖南 衡陽 421002）

1 射頻通信和計算機技術及其應用優勢

隨著目前的社會經濟、技術等快速發展，計算機和通信技術應用越來越廣泛，還有一些具備計算功能的控制部件應用也不斷隨之增多。在相關技術應用中，會出現大量的數據交換，還涉及到相關設備和數據信息等的遠程控制問題，這些問題的解決都可以借助射頻通信技術來進行。射頻通信技術可以在一定程度上實現計算機功能拓展，滿足相關軟件和硬件的嵌入式應用，還可以解決遠程監控和數據交互中的一些問題，適合在大型超市、野外作業等各大工作場景中應用[1-3]。

射頻通信技術借助無線電波，實現計算機和計算機之間以及計算機和數據之間的采集與控制，相應的數據傳輸可以分為單向和多向。射頻技術應用的優勢比較多，主要表現在技術應用靈活性比較高，整體技術應用實用性更強，在技術應用中，不需要特定的系統布線設置，還可以在移動環境中應用，對于解決一些惡劣環境下的技術操作和數據采集具有很好的使用效果。但這一技術自身也存在一些不足，無線通信受自身因素影響，在具體的使用中和有線網絡的差異性較為明顯，了解和掌握其中的相關性，對于系統技術研究和開發都具有一定的必要性。

2 系統基本設計框架

此次計算機射頻通信系統設計，主要包含的系統構件有兩個：主機部分和通信部件。其中，射頻通信部件可以結合系統功能設計的需求，可以選擇簡單或者是負責結構，但是在整體通信部件設計和選擇上，需要滿足3個不同單元功能，分別為接口單元、控制單元和通信單元。

具體來看，在接口單元設計中，要認識到這一部分是通信和主機的接口和通信部分。在接口方法選擇上，需要考慮對于波特率的要求，波特率偏低，可以使用串行接口和主機連接。而如果對于波特率要求比較高，則可以通過并行接口來處理，確保和主機的有效連接。在連接方式上，串行是相對簡單的方法。此外還有一種USB接口方法，操作簡單且高效。其次，控制單元設計主要是實現數據緩沖，還要實現數據幀構造，滿足通信協議的要求。在這一部分設計中，考慮到成本控制需要，可以使用單片機來進行控制單元構建，因為很多單片機自身具備接口，所以可以方便串行方式實現和主機的連接，使用起來很方便。此外，在系統設計中，可能需要對于系統存儲器進行拓展，以確保數據量緩沖效果。而通信單元可以實現數據幀接收和發送，這部分功能比較關鍵[4-6]。

3 計算機射頻通信系統設計的要點

3.1 通信芯片選擇

在計算機射頻通信系統設計中，相應的通信部件選擇是關鍵，因為這一部分是系統的核心，對于系統的性能具有重要影響。在相關通信部件中，芯片是核心部分，作為系統集成電路，可以實現對于射頻通信電路的集成。所以，在相關芯片的制造和選擇中，有效應用相關通信部件很有必要。

射頻芯片的種類多樣，在相應射頻芯片的性能、成本、發射距離、功率傳輸速度上，需要結合相關系統設計和功能實現進行合理選擇。例如，芯片的發射功率上，相關發射功率應該滿足射頻芯片向外發射無線電波的功率要求，所以要結合無線電管理的條件選擇合適的功率。同時，需要把握功率自身的消耗問題，確保相應功率可以達到距離條件，優先選擇小功率射頻芯片。此外，芯片的抗干擾能力也是芯片選擇中需要重點考慮的問題。在正常環境中包含很多的電磁波形式，這樣在射頻通信部件制造中，就需要解決相互之間的干擾問題。所以，要合理選擇芯片，保證這種干擾能夠緩解或者降低。這就要求選擇的射頻芯片應該具備一定的抗干擾性能。在目前的射頻通信芯片試產中，ASK方式的芯片能夠通過軟件應用，借助沖突檢測協議，促進相關通信干擾問題得到解決[7]。

3.2 通信協議確定

對于計算機射頻通信系統而言，通信協議是信息輸出和接收的重要前提。一般通信協議可以自行設計，也可以和既有的系統之間達到兼容效果。一些射頻芯片要借助接收前導比特流實現電路接收，構建電路初始狀態。

一般情況下，一幀數據中包含了前導、頭部、內容以及校驗等信息。考慮到無線通信通道本身具有一定的時變性，在數據幀的選擇上盡量避免長度過長，以確保每一幀的數據傳輸高效快捷，避免重復操作的麻煩[8]。

此外，通信協議和系統沖突問題也有一定的關聯。在實際操作中，要是借助FSK或者是ASK芯片來設計，就需要考慮多個通信部件同一頻率問題，明確可能出現的沖突。對此，可以設計一套通信沖突控制協議。這樣就可以在一些沖突問題出現后，通過檢測沖突后再重新發送，規劃合理的通信協議，避免矛盾問題產生。

3.3 天線設計

在計算機射頻通信系統設計中，相同的通信天線設計也很重要。一般使用不同的天線，相應的增益、方向、安裝難度等也會有一些差異。

在計算機射頻通信系統設計中，多使用以下幾種天線。一是鞭狀天線。這類天線自身的增益及全方向性比較好，但是天線高度相對較高，在一些移動環境中的應用并不方便。二是環形天線。這類天線的增益不大，方向變化影響也相對較低，優勢是環形天線可以在電路板中進行印制，整體成本低，安裝便利。三是集成天線。很多集成天線自身的體積不大，增益和全向性較好，使用方便，整體的信息接收和發送效率高，但成本也更高。

完成通信天線選擇后，下一步是進行天線匹配電路設計。要確保完全匹配，才能確保天線可以收獲最大發射量，提升發射效率[9]。

3.4 軟件系統設計

一個功能齊全的計算機射頻通信系統，需要有完備的硬件設備，還需要有一個可靠的軟件系統來作為平臺支撐和管理基礎。構建軟件平臺是整個計算機射頻通信系統的核心部分，軟件性能和應用的靈活性等對于整體的計算機射頻通信系統具有重要影響，決定著計算機射頻通信系統整體的使用性能和協調性等。目前市面上的計算機射頻通信系統還沒有實現全面的智能化目標，只能應用于一部分電氣設備中，實現全覆蓋還需要進一步的技術研究和開發。在目前的計算機射頻通信市場中，應用比較多的智能軟件設備主要是UML為基礎建模語言的軟件系統。系統功能模塊、通信的軟件設備和系統功能軟件模塊是組成這一軟件系統的主要結構，借助有效的智能軟件系統應用，對于提升整體的設備使用性能具有突出作用[10]。

在此次計算機射頻通信系統設計中，要確保軟件功能設計，軟件開發人員應根據《設計開發任務書》的要求進行軟件功能設計，軟件功能設計的輸出結果由技術發展部負責人負責審核。軟件工程師應根據《設計開發任務書》進行軟件詳細設計，軟件詳細設計輸出是《軟件詳細設計說明書》，研究技術發展部負責人和總工程師負責審核批準。

軟件編碼也至關重要。軟件工程師依據《軟件詳細設計說明書》進行編碼，儀器產品項目主管負責審核。軟件工程師在軟件單元模塊的編碼完成后，先進行代碼的自查和調試，再進行軟件單元測試。儀器產品項目主管負責審核。在完成所有開發要求和軟件系統測試后，儀器產品質量主管應組織根據《軟件詳細設計說明書》標準進行驗收測試，測試工程師協助，輸出針對驗收測試的《軟件預期功能測試報告》、《軟件X系統測試報告》，并發送信息到技術支持部門。軟件設計開發的更改可發生在各個階段，開發人員應正確識別和評估設計更改對產品功能、過程、安全性、可靠性以及風險性等方面帶來的影響。當需要進行軟件設計開發更改時，應由相關人員按質量體系要求向儀器產品總監進行反饋，在確認需進行軟件設計開發更改時應報總經理批準后方可進行。當更改涉及到主要技術參數和功能、性能指標，應對更改進行評審驗證和確認，并進行風險評審，經批準后才能實施。

3.5 系統調試

完成計算機射頻通信系統設計后，進行系統調試是必不可少的部分。進行系統調試的目的是更好地把握計算機射頻通信系統設計的各部分功能要通過計算機射頻通信系統調試，明確系統設計中，相關模塊和功能能否正常實現，是否存在相關部分的矛盾沖突，以便進一步做好系統優化和調整，確保整體的系統設計和應用成效安全可靠。

4 結 論

計算機射頻通信系統在目前的計算機和相關領域應用不斷增多，在此背景下，進行計算機射頻通信系統的設計和優化很有必要。此次研究中，重點對于計算機射頻通信系統的設計思路，設計要點進行介紹，并對研究系統設計中芯片選擇、通信協議制定、天線設計、系統軟件設計、系統調試等進行詳細分析，為計算機通信系統設計提供了參考和借鑒。