城市4G无线通信论文

【摘要】本文通过研判5G时代智慧城市发展趋势，阐述了5G新基建在智慧城市建设中所赋予的新动能，分析当前5G时代智慧城市建设面临的主要挑战，剖析电信运营商在5G智慧城市建设中的技术优势和服务优势，研究新型智慧城市的建设中，电信运营商如何赋能助力政府的数字化转型升级。以下是小编精心整理的《城市4G无线通信论文 (精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。

城市4G无线通信论文 篇1：

探究5G无线通信技术及其应用

摘要：4G无线通信技术的飞速发展，给人们的生产生活带来了巨大的改变。5G无线通信技术以4G为发展基础，通过利用新的频段、大规模MIMO、全双工通信等技术手段，5G实现了信息传输的巨大突破，在信息传输速度、效率方面都具有4G技术无可比拟的优势。随着5G关键技术的不断成熟，其在智能工业生产、促进资源分配、推动物联网建设方面所发挥的作用将越来越大。

关键词：5G;通信技术;应用

引言：

互联网金融、大数据、物联网等新技术的发展也带动了通信业务的发展，在过去几年间，我国的通信业务规模呈现平稳增长的优良态势。新冠疫情的爆发给实体经济造成冲击的同时，也为线上经济的发展创造了一個条件。现阶段的网络通信技术主要以4G通信为主，5G技术作为新一代通信技术在应用规模上还未完全铺开，截止2020年末，5G用户普及率仅15%。随着信息技术的不断成熟，5G建设也必然成为未来社会发展的一个重要方向。“十四五”信息通信行业发展规划将建设新型数字基础设计作为发展重点，将重点推进5G网络建设工作，5G的发展建设将进入全新的阶段。

一、5G无线通信技术概述

从通信技术的历史发展上来看，每一代新技术的出现都建立在旧技术的基础之上，通过对限制旧技术发展困境的突破，达到技术进化的目的，5G无线通信技术也不例外。4G通信技术大幅度提升了数据传输速度，其传输速度可达100Mbps，在这样的传输速率下，利用互联网进行图像、视频数据传输的速度更快，互联网得以繁荣发展。同时，随着移动智能通信设备的普及，人们日常生活中使用网络的场景越来越多，使用需求也越来越大，目前的4G网络技术在一定程度上已经不能满足发展的需求。5G通信技术以4G技术为基础，将数据传输的速度提升至1000Mbps，极大地提升了数据传输速率。

(一)5G技术利用新的频段

现有的4G通信的无线电频谱以中低频段为主，集中在3KHz至6GHz的频段范围之中。这个频段的无线电以中长波为主，具有覆盖范围广、穿透力强、解析度高等众多优点，但是随着电子设备不断增加和数据传输任务的不断加重，这一频段的数据传输效率正在下降。为了增强数据传输效率，5G通信技术则选取超过6GHz的微波频段，这个频段的无线电具有中低频段无法比拟的优势。首先是带宽更宽，传递的信息容量更大，能满足更大的信息传输需求;其次是波束更窄，方向性更强，定向的数据传输可以极大提高传输速率;最后是波长短，相较长波而言，利用微波制成的电子元件体积更小，电子系统效率更高。

(二)大规模MIMO技术应用

4G通信技术中的基站天线系统一般采用一对多，即一个基站覆盖多个用户的模式进行数据的定向传输。这种模式中，数据信息传输的信道容量有限，所以数据的传输速度也有一定限度。大规模MIMO技术即多进多出技术，这种技术与传统的传输模式恰好相反，是利用数量众多的天线来服务一定量的用户。相较传统的传输模式而言，大规模MIMO技术的利用可以极大提升信息传输的信道容量。此外，大规模MIMO超高的频谱利用效率贴合5G利用微波频段的特点，利用毫米波波束窄的特点通过智能波束约束，使其定向传播，可以最大程度减少多天线造成的多径效应，提高信号的准确度和覆盖率。

(三)全双工通信

目前无线电设备所用的信息传输方式以半双工传输为主，发送信息与接受信息一般共同使用同一个载波信道，也就是说在同一时刻的信息传输中，只能先发送信息，等信息到达之后才能接收信息，发送与接收不能同时进行，因此在一定程度上使得信息传输的速率降低。全双工通信中，信息的接收与发送使用各自的载波信道，即信息接收与发送同时进行。这种信息传输方式下，信息的传输速度得以大大提高。

二、5G无线通信技术的应用

总的来说，5G新技术的发展极大地提高了信息传输的速率，在峰值数据速率、用户体验的数据速率、时延、网络能源效率、连接密度等特性上都进行了不同程度的优化提升。随着互联网的发展和移动智能手机的普及，5G技术的应用场景变得愈来愈广泛。

(一)赋能工业生产领域

5G技术极高的连接密度、极快的传输速率等特点使其赋能工业生产领域，推动工业生产向智能化方面发展，如远程控制、智能自动化装配、机器深度学习等。以远程控制为例，5G技术的高速率降低了信息传输时延，大大提高了自动化机器工作的精准度。在高危化学化工生产领域实现全自动化生产，提高生产效率的同时降低事故发生的频率;在工业产品质量检测领域，对于复杂原件的检测往往需要花费大量的人工成本，引入5G技术后，通过逼近原件的高质量图像扫描分析，可以使机器代替人力，促进产业自动化转型;在节能减排上，通过持续性采集企业运行数据，分析巨量数据，可以协助管理人员分析出企业的能源消耗分布，从而制定升级方案，推动企业的绿色发展。随着5G技术在工业生产领域的持续应用，整体工业生产方式、结构都会向智能化、高效化方向发展。

(二)改善地区资源分布不平衡的现状

由于历史、地理等各方面因素的影响，我国东西部地区的经济发展呈现一种不平衡的形式。在这样的形式下，优质的医疗、教育等资源集中在东部一线城市，西部城市的资源相对比较匮乏。5G技术的优势，为解决地区资源差距大提供了一个便利的条件。在医疗方面，通远程医疗手术操作突破了时间和空间的限制，使地区顶尖医疗资源可以向全国扩散，在一定程度上解决部分地区医疗人才、技术短缺的难题;在教育上，使信息不发达的偏远山区学校的学生通过远程教育享受发达城市的优质教育资源，缩短地域性的教育差异[1]。

(三)加速物联网的建设

5G无线通信技术是现有无线接入技术的有效演进以及无线接入技术集成解决方案的有效补充，与上一代无线接入技术相较，能够更可靠、更快、实时地实现无线互联，为人与人之间提供更好的互联体验，并对人与物和物与物之间自由、安全、智能连通予以有效保证[2]。物联网未来智能生活的一种体现形式，物联网通过各种形式传感器及感应系统，以网络为信息传输媒介，通过物与物之间的信息共享，为人们的生产生活提供更强的便利条件。这个过程中，物与物之间庞杂的信息传输是关键，5G技术在信息传输方面的突出优势，让物联网的建设成为可能。

三、结束语

综上，5G通信技术是对4G的突破，在信息传输方面有着无可比拟的巨大优势。以5G技术为主要工具，推动产业、社会生活智能化，推动万物互联，逐步实现信息社会结构的转型，必然是未来社会发展的大方向。

参考文献：

[1] 宋芳、钱罕林、何薇. 5G无线通信技术概念及其应用分析[J]. 数字通信世界， 2020(11)：2.

[2] 樊娟.5G无线通信技术概念及其应用研究[J].无线互联科技，2021，18(4)：3.

陈佳1991.5，男，汉，江苏淮安，工程师，本科，南京熊猫信息产业有限公司，江苏省

聂毓谣(1994.2.12)，女，汉族，吉林长春，工程师，南京熊猫信息产业有限公司

作者：陈佳 聂毓谣

城市4G无线通信论文 篇2：

5G赋能新型智慧城市建设助力政府数字化转型升级

【摘要】 本文通过研判5G时代智慧城市发展趋势，阐述了5G新基建在智慧城市建设中所赋予的新动能，分析当前5G时代智慧城市建设面临的主要挑战，剖析电信运营商在5G智慧城市建设中的技术优势和服务优势，研究新型智慧城市的建设中，电信运营商如何赋能助力政府的数字化转型升级。

【关键词】 5G技术 新基建 智慧城市 边缘计算 网络切片

一、新时代智慧城市的发展

1.1智慧城市发展背景

党的十九大报告首次提出建设“网络强国、数字中国、智慧社会”战略构想，为新时代智慧城市发展赋予了能量、指明了方向。2020年政府工作报告提出重点支持“两新一重”建设，国家发改委下发了《关于加快开展强弱结合加强新型城镇化建设工作有序推进县城智能化改造的通知》等政策，要求有序引导各地因地制宜推进县城智能化改造，确保建设效果，有效发挥项目数字化、智能化赋能效应，支持县域经济社会高质量发展。由此，国家先后出台了智慧城市建设指导意见、顶层设计指导意见及评价体系等政策标准，进一步掀起了智慧城市建设的热潮。

依托智慧城市建设工作的加速，社会治理、环境改善、生活幸福、经济发展、科技创新等都将进入新的阶段，成为推动人类文明进步的重要驱动力。智慧城市建设已逐渐成为中国经济增长的核心驱动力，成为数字中国至关重要的一部分。

1.2 5G智慧城市定义

智慧城市是以5G、物联网、云计算、地理空间信息、遥感、大数据、虚拟现实等新一代信息通信技术为支撑，以城市经济社会动态大数据有效智能化挖掘、处理、应用和服务为核心手段的智能化城市系统。

5G新型智慧城市具有泛在感知、高效传输、高融合性、协同运营、智能决策、精准防控六大特点。在5G的帮助下实现了人与人之间的万物互联目标，在新的发展阶段，各行业都面临着转型与升级，5G已逐步成为赋能各行业数字化转型的关键基础设施，5G为新型智慧城市的建设带来了“新引擎”。

二、5G助力智慧城市应用释放更大潜能

2.1 5G是智慧城市发展的重要基石

为满足智慧城市建设的众多应用场景，通讯网络数据传输、终端数据采集及数据存储计算均不可或缺。其中通信网络作为数据采集、分析和处理的通道，扮演着非常重要的角色。以5G为技术底座构建的泛在传感网络将是智慧城市的重要基石，也是實现智慧城市万物智联的关键基础设施之一。

5G超高速率、超低时延、超大连接特性，将全面支撑智慧城市的创新发展。同时，5G融合AI、物联网、区块链、大数据及云计算等为代表的新一代信息技术，将全面深刻地改变城市生产、生活及治理等方方面面。

2.2 5G网络满足智慧城市对网络的差异化需求

基于5G的“泛在传感连接网络”承担着万物联网、互联互通的纽带和桥梁作用，它就像神经元一样到达城市的所有区域。在5G的作用下充分实现了万物互联，该技术能够应用在多个场景之中，充分推动核心网络向虚拟化、智能化与云化的方向发展。和目前的信息技术进行比较来看，5G时网络架构在应用与案例方面体现出了明显优势，该技术利用核心网络内部的网元在NFV的作用下进行解耦，从而使能5G网络根据需求灵活配置网络资源。

上文已经阐述了5G技术在网络架构部署环节中的优势，除此之外，5G网络可借助切片技术与边缘技术，实现服务于客户的实际需求进行实时对接，具有强大的定制能力，在网络和业务的多元融合过程中，对于客户的服务质量与服务能力不断提升，具备根据终端需求实现更灵活部署变更的能力。

5G+切片技术，可实现公网与专网之间的灵活转换，以此通过实践向垂直领域提供专业化、智能化的技术方案。通过5G为基础的人工智能与边缘计算能力的结合，搭建边缘智能设备的计算体系，对海量的数据信息进行高效处理，可有效改善以往由于处理效率低下而造成的带宽浪费与延迟等情况，实现智慧城市应用的集约建设、快速部署与敏捷响应。

5G时代，NFV、SDN和网络切片技术使得运营商可以按场景、时段、区域、带宽、时延、设备连接数量等多维度及其排列组合提供差异化的服务，满足智慧城市的定制化需求。

2.3 5G与多种技术协同打造新型智慧城市

5G+AIoT开启了一个万物智能互联的模式，基于需求场景，辐射所有终端传感节点，助力全域数据采集，可充分满足传感设备对于网络能力的应用需求，从而创建出互联互通与实时共享的“神经末梢”。

5G+MEC构建边缘智能，其立足于本地服务，实现“云”端人工智能处理能力下沉，更加贴近本地数据，形成了新型的云边协同基础设施，让城市感知与城市智能得以无缝对接，大大降低了成本。

5G+IOC实现中央智能，通过智慧城市智能运行中心的建设，不断的应用实践实现创新。对政府各单位数据信息的采集、存储、计算以及挖掘，不断加强城市数据的运营能力。利用5G网络技术，向下连接基础的端云底座，向上承载开发的能力与应用，为海量数据赋能赋智，重塑城市智能体系。

三、5G智慧城市建设面临的主要挑战

5G智慧城市的规划建设需要自上而下，做好顶层设计，但也要考虑到不同条件、不同发展程度的地区所处的情况，因地制宜进行规划实施。一线城市信息化在推动经济发展方式转变、城市运行与管理方式转变、社会生活方式转变等方面已取得一定成效，但在部分欠发达的县域城市中，5G智慧城市具有一定的建设基础，仍存在一些瓶颈和亟待解决的问题。

一是应用场景相对较多，顶层设计存在不足。新型智慧城市覆盖了多方面的城市应用领域，但有的县域城市缺乏顶层规划和整体设计，各项智慧城市应用独立建设，难以满足智慧城市数据互通的要求;还有一些直接将其他地区关于智慧城市的建设计划复制照搬，没有充分考虑自身的发展需求与城市特色等问题，不仅出现了城市重复建设，同时还造成了严重的资源浪费现象，由此城市建设失去焦点。

二是信息化数据资源分散，难以统筹研判。分散建设的信息化系统形成了大量的“信息孤岛”，信息割裂、数据碎片化严重，大量数据以离散、毫无关联的方式沉淀在各单位系统中，数据资源无法统一开发利用，城市管理者未能从海量信息资源中获得有效的信息进行全面研判和科学决策。

三是产城融合效应水平低下。在欠发达县域城市，智慧园区、产业园区与智慧城市建设之间的产城融合效应仍处于较低水平，5G、工业互联网、数据中心、人工智能等新基建拉动经济增长不明显，城市治理的精细化和智能化仍处于较低水平。

四、电信运营商赋能5G智慧城市建设

电信运营商作为国家通信网络基础设施的建设者，长期致力于推动国家经济社会信息化进程，在智慧城市的发展推动方面具有得天独厚的集成优势。

首先，电信运营商具备庞大的网、云、数等资源能力、优秀的资源整合集成能力和经验丰富的运营能力。5G网络作为智慧城市的基础设施，是实现城市万物智联的重要基础，而电信运营商是网络的建设和运营方，具有天然的资源以及网络运营管理优势。电信运营商可以充分利用基站空间及动力资源，将边缘计算设备部署在骨干或者汇聚机房，对智慧城市与日俱增的数据进行分析计算，因此运营商在边缘云部署的成本和效率上占据优势。利用上述网络能力和边缘计算基础，对于智慧城市发展所产生的数据商业价值和社会价值不断提升，电信运营商将在数据收集和分析处理方面，发挥其独特的优势。

其次，电信运营商拥有覆盖全国所有省、市、区县庞大的专业服务团队和服务政府及企业客户的丰富经验，有效弥补政府在专业人员支持、持续资金投入、科学规划、管理和运营经验等方面的不足，盘活各类城市资源，并提供全天候、全方位的专业服务。由于电信运营商的分公司/子公司遍布全国各地，对当地的网络部署和产业发展特点有着更深入的了解，更有利于因地制宜地为政府提供智慧城市规划设计服务。

基于上述优势，在5G智慧城市的建设进程中，电信运营商作为智慧城市网络基础设施的建设者、智慧城市解决方案的提供商和智慧城市平台运营的服务提供商，一直致力于通過技术手段创新推动当地政府数字化转型升级。

五、结束语

作为最新一代的无线通信技术，5G超高速率、超低时延、超大连接特性让其成为智慧城市的重要毛细血管。以5G为基础的泛在传感网络，可以根据各项垂直应用的场景灵活地配置所需的网络资源，使智慧城市建设对网络部署的差异化需求得以满足，实现智慧城市万物智联。5G将与人工智能、大数据、云计算及物联网等新一代网络技术深度融合，充分赋能智慧城市的建设。

智慧城市建设进程的加速推进和新一代技术的迅速发展为电信行业的发展带来了重大机遇。依托在5G网络建设能力、资源整合集成能力、经验丰富的运营能力、属地化服务能力等方面的先发优势，电信运营商可全力支撑智慧城市的规划建设，提供因地制宜并具备高度前瞻性和创新性的5G智慧城市顶层规划。同时，随着5G智慧城市的逐步落地，将会催生更多应用创新，越来越多的产业都需要将更需要定制化、智能化的解决方案。近年来，电信运营商利用自身的行业经验和网络优势，不断成立各类研究院、创新中心，致力于取得更多原创性、引领性突破，开发定制5G智慧应用解决方案。所以，电信运营商通过结合5G网络部署能力和边缘计算能力，将有更多的机会向企业单位和政府单位提供各垂直领域的创新性的信息化解决方案，并为智慧城市的建设提供5G网络+解决方案的一站式创新服务。

面对全国各地日益剧增5G智慧城市规划和建设需求，电信运营商将充分发挥在5G网络建设、资源集成、属地化运营服务方面的能力优势，抓住机遇，通过逐步完善城市基础网络、强化云计算、物联网、人工智能和大数据服务能力，全面赋能更智能化的城市管理，更精细化的基层治理，推动我国数字经济发展，打造统筹规划，集约建设的新型智慧城市。利用领先的智慧城市云-边-端服务能力，电信运营商将进一步赋能打造5G新型智慧城市创新标杆应用，加快城镇新一代信息技术赋能实体经济与产业的深度融合步伐，帮助城市治理更加高效、产业发展更加强劲、生活服务更加便捷，促进经济社会高质量发展，谱写新时代5G新型智慧城市建设新章。

参 考 文 献

[1]柏世刚. 5G技术在智慧城市部署中的应用分析[J]. 电子世界， 2020， No.605(23)：186-187.

[2]王昀. 新基建风口下的智慧城市建设思考与实践[J]. 机器人产业， 2020， No.33(04)：75-79.

[3]卓文. 5G技术在智慧城市部署中的应用探析[J]. 数字通信世界， 2020(8).

[4]杭秋宏. 新基建驱动5G新型智慧城市创新应用[J]. 长江技术经济， 2020(S2).

[5]李德仁， 邵振峰， 杨小敏. 从数字城市到智慧城市的理论与实践[J]. 地理空间信息， 2011(6)：1-5.

作者：朱翔

城市4G无线通信论文 篇3：

基于4G通信网络的数字广播系统的研究和设计

摘 要：文章论述了一种基于多路音频编解码和数据加密技术，利用4G无线通信传输的新型数字广播系统设计。该设计构建了一套广播收发终端和数字广播播发平台，可支持收发终端单独进行电话、短信、话筒、U盘、MP3文件等多路模拟和数字音频的广播，也可以利用数字广播管理平台下发音频，通过4G通信网络，实现收发终端的音频数据的接收、解码和播放。该系统同时可支持上下级行政区域联动、分区广播和定时广播。

关键词：音频编解码;数据加密;音频收发控制;4G网络通信

Research and Design of Digital Broadcast System Based on 4G Communication Network

WU Hao

(Fujian Newland Communication Science and Technology Co.，Ltd.，Fuzhou 350003，China)

0 引 言

自新冠肺炎疫情發生以来，应急广播对公共突发事件的宣导和预警作用日益被各级政府认可。目前国内的应急广播系统主要还是以FM调频、数字地面电视DTMB、有线同轴DVB-C等单向无线广播以及网络宽带等有线双向广播为主，存在安全性差、设备集成度低、功能单一、建设成本高、管理运维难等缺陷。本公司十几年来专注于我国电信运营商和广播电视行业的整体数字化改造，以无线射频及嵌入式终端的核心技术为基础，为客户提供从平台到终端的音视频节目传输整体解决方案。作者作为公司广播电视研发中心负责人，从现有的广播系统制约因素入手，设计开发了一套基于多路音频编解码和数据加密技术、利用4G无线通信传输的新型双向数字广播系统，实现了广播系统的无线化、互联网化、数字化。

1 整体设计

本设计是基于4G网络的新型数字广播系统，研究电话、短信、话筒、U盘、MP3文件等多路音频模拟采集、音频MPEG转码和数据动态加密、多路网络传输融合组网技术以及应急广播系统平台软件，实现语音的覆盖、回传及设备组网和联动。数字广播系统的系统架构包括以下四个部分：数字广播收发终端;音频处理和数据加密;4G网络传输;数字广播管理平台软件、安全认证、流媒体服务和数据库。为提升后续系统运维的效率，本设计研究了系统运维软件，可支持参数修改、日志回传、升级等设备的远程管理。本设计遵循标准系统设计规范和系统运维设计规范，具体的系统框图如图1所示。

2 硬件架构

如图2所示，本设计采用SI8000作为主控芯片，基于ARM架构的Linux系统运行软件。本方案具备多个通道的音频信号输入：RCA1和RCA2，USB和MP3、4G模组、短信接入和电话语音接入、话筒等，并将这些模拟音频信号送入音频ADC。采样芯片通过I2S接口将ADC转换后的数据传送至主CPU并编码成AAC或MP3音频格式。4G模块具备USB接口、MIC语音接入接口，CPU通过MINI PCI-E接口对4G模块进行控制及数据双向传输。MIC接口则连接到文本转语音芯片的语音输出接口，以实现电话呼入时的操作语音提示。本设计内置100 W功放芯片，可连接音箱、功放机等设备。

3 软件架构

数字广播收发终端基于嵌入式Linux系统开发，除了芯片驱动、内核系统、文件系统，还包含音频编解码、媒体数据收发、音频数据加解密模块等主要软件模块。数字广播管理和运维平台基于Linux CENTOS7.5系统开发，采用主流的J2EE平台设计。

3.1 音频编解码模块

该模块主要功能是将模拟采样产生的PCM数据或U口接入的数字音频文件通过模块进行编码、转码产生不同比特率的AAC和MP3格式的音频文件。它包含了用于各种音频封装格式的生成和解析nllibaformat库和用于各种类型声音编解码的nllibavcodec库。通过指令nlmpeg-i origine-vn-ar 44100-ac 2-ab 192-f mp3 final.mp3，可将任意格式的音视频文件编码成新的MP3文件，其中44 100对应的是重采样率(单位：Hz);192对应的是比特率(单位：Kbps)，可设置成32-320等多种不同值。

3.2 流媒体数据收发模块

该模块主要功能是基于RTSP协议将音频流推送给支持RTSP的流媒体服务器，实现音频数据以RTSP协议封装、解析和收发，支持广播应用。模块提供restful api以及web hook接口，支持媒体流列表获取，拉流和推流流媒体信息详情查看;支持推流和拉流的上下行流量和连接客户端数量等统计;支持流媒体的实时监听功能。

3.3 音频数据加解密模块

采用SM2国密算法和对称算法的密钥，对音频流进行加密，加密的密钥和音频流通过流媒体格式发送到收发终端，收发终端使用根证书对加密的公钥进行解密，用公钥对加密的DES密钥进行解密，获取密钥后采用DES解密算法对音频流进行解密，播放音频。收发终端存放1个根证书和10个SM2数字证书，证书定期从控制流中获取更新。收发终端只有在解密校验音频信息错误后，才会使用最新的公钥和数字证书。

3.4 数字广播管理和运维平台软件

基于Linux CENTOS7.5系统开发，采用先进的计算机程序设计平台J2EE平台进行设计开发，整个网站系统结构完全可以进行自定义配置和管理设备信息，具有良好的灵活性和可扩展性。系统应用服务器采用Tomcat;数据库为Mysql 5.6，功能模块包括安全认证、流媒体服务、媒体制作播发、设备管理、系统运维，整个管理系统易操作易维护。

4 基于4G网络的收发控制

4G通道收发控制单元是本设计的核心功能。4G模组通过USB-Serial连接主板，设备上电后Linux系统会依照配置的驱动根据VID/PID，将模组作为RNDIS设备挂载，相关端口会出现在/sys/bus/usb-serial/drivers/option1/目录下以ttyUSBx的形式挂载。并且系统会将该模组认为usb0网卡。设备应用程序检测到/sys/bus/usb-serial/drivers/option1/出现ttyUSBx设备后，通过lsusb命令检测其PID/VID，并确定其大致型号。根据型号选择并打开对应AT口的ttyUSB，进行后续AT指令的查询与设置。通过socket()与ioctl()函数打开模组网卡usb0，并使用busybox的udhcpc工具来从模组里自动获取ip。以上初始化流程结束后设备便正常注册上4G网络。

收发终端启动并注册到4G网络后，周期性发送设备心跳到管理平台，同时内置的广播流媒体数据收发模块对广播信息进行监控。当有语音电话接入，设备的AD采样芯片按已设置的采用率进行AD转换，生成PCM数据;当有短信接入，设备的TTS芯片将文字转成语音PCM数据;当有平台音频数据接入，流媒体数据收发模块进行RTSP协议解析后，生成音频流数据;以上接入数据可单独接入，也可以同时接入。接入的数据实时传送到音频编码器模块进行编码，生成AAC或MP3文件，经过数据加密(电话或者短信)和解密(平台下发音频)，产生混合数字信息，控制单元根据收发终端已设置好的优先级产生通过输出指令，可同步输出到音频平衡/非平衡、功放两种模拟输出通道，同时生成携带不同收发终端区域信息的RTSP流媒体数据，发送到流媒体收发模块进行数据分发和广播。通过以上流程，可实现基于4G网络的多通道接入和多设备的分组、分区广播，详细流程如图3所示。

5 系统调试和成果展示

5.1 数字广播系统功能调试和性能测试

本设计经过以上的软硬件模块开发后，进行了基于4G网络环境的收发终端和平台广播开停播、电话和短信广播、分组定时广播等功能调试，输出音质清晰、流畅。同时针对4G网络不同信号强度的通信环境，在不同音频比特率的MP3音频格式条件下，测试收发终端的4G信号接收门限，确保音频接收和解码输出的清晰流畅。以下是本系统的主要的功能和性能测试数据，如表1所示。

5.2 收发终端实物展示

收发终端的内部模块如图4所示，采用工业级开关电源，支持次级短路保护，具备防护外壳，保证设备的稳定与可靠性。电源及输出端有防雷器件，4G模块和功放采用模块化设计，故障时易于更换，核心电路板三防漆处理，设备具有接地端子。

收发终端的外部硬件接口如图5所示，包含4G天线SMA接口、USB、RCA模拟音频输出、SIM卡槽、外置喇叭接线柱、工作状态指示灯、音量旋钮等接口，设备倒挂安装，使用抱箍等配件固定。

收发终端采用全铝合金柱形机箱，接线全在机箱底部，箱体金属部分喷粉防腐设计，机箱颜色有灰色和白色可选。如图6所示是收发终端的正面图。

5.3 管理平台页面展示

数字广播系统平台采用B/S架构，可以通过浏览器远程安全登录管理和信息的展示。如图7所示，管理平台采用倒L形菜单结构，包含设备管理、节目制作、广播管理、运维管理等子模块，设备管理页面展示设备状态、更新时间、当前节目信号强度以及设备功放的电压电流值。

5.4 相关技术的成功案例

目前该系统借助于电信、广电网络等运营商云服务平台，已在包括福建在内的全国二十多个县市的农村、景区、学校等地批量商用，日常播放平安三率、党建知识、文明创城等各类“平战结合”的宣传，应急接入新冠疫情、森林防火、洪灾备灾等突发事件的播报。如图8所示是数字广播系统主页，可显示系统设备在线数量和实时播放任务数量。

6 结 论

本设计分析了基于4G网络传输的数字广播市场需求和整体方案，描述了收发终端的硬件原理设计，详细介绍了基于Linux系统的嵌入式收发终端的软件模块和平台管理运维软件，并对以上设计系统进行功能验证和不同4G信号网络环境下性能测试。该系统组网简单、部署快、管理便捷、广播形式多样，可广泛应用于美丽乡村、城市建设、交通、学校、景区等场所。

参考文献：

[1] 国家新闻出版广电总局广播科学研究院.应急广播系统总体技术规范：GD/J 079-2018 [S].北京：国家广播电视總局科技司，2018.

[2] 国家新闻出版广电总局广播科学研究院.应急广播系统资源分类及编码规范：GD/J 080-2018 [S].北京：国家广播电视总局科技司，2018.

[3] 国家新闻出版广电总局广播科学研究院.应急广播消息格式规范：GD/J 082-2018 [S].北京：国家广播电视总局科技司，2018.

[4] 全国信息安全标准化技术委员会.信息安全技术 网络安全等级保护安全设计技术要求：GB/T 25070-2019 [S].北京：中国质检出版社，2019.

[5] 窦中兆，王公仆，冯穗力.TD-LTE系统原理与无线网络优化 [M].北京：清华大学出版社，2019.

[6] 全国信息技术标准化技术委员会.信息技术 运动图像及其伴音信息的通用编码 第1部分：系统：GB/T 17975.1-2010 [S].北京：中国标准出版社，2011.

作者简介：吴好(1981—)，男，汉族，福建福州人，工程师，研究生，主要研究方向：通信技术研究、广播系统设计开发。

作者：吴好