導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇無(wú)線(xiàn)通信論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

電力系統(tǒng)配網(wǎng)與骨干電網(wǎng)相比較，具有配電設(shè)備多、分支多、分布廣、電網(wǎng)等級(jí)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)繁瑣的特點(diǎn)，所以配網(wǎng)通信接線(xiàn)復(fù)雜，監(jiān)控點(diǎn)分散，通信點(diǎn)多，這不僅要求提高無(wú)線(xiàn)通信的安全性和可靠性，而且要有較強(qiáng)的抗干擾能力，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向通信功能。筆者根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)，首先對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行了概述，然后講述了配網(wǎng)通信中無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的分類(lèi)，然后著重介紹了LTE無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，最后為提高LTE無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的安全可靠性提出了幾條措施，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和參考價(jià)值。

2配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)概述

配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)作為一種遠(yuǎn)程監(jiān)控、協(xié)調(diào)、操作配電設(shè)備的自動(dòng)化系統(tǒng)，集合了控制技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，主要目的是提高配電網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性，在改進(jìn)供電質(zhì)量的前提下，降低資金投入，最大限度的提高安全性和可靠性。配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)主要由四個(gè)部分組成：配電主站、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、通信網(wǎng)絡(luò)和配電子站。其中通信網(wǎng)絡(luò)的主要功能是提供現(xiàn)場(chǎng)終端設(shè)備和配電主站之間的通信通道，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控和交流的功能。配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的建立主要是為了提高供電可靠性和電壓質(zhì)量。按照信息流向的不同，配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)自動(dòng)化可以分為上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)，其中上行數(shù)據(jù)是終端設(shè)備采集的數(shù)據(jù)向主站發(fā)送，而下行數(shù)據(jù)是主站向終端設(shè)備發(fā)送控制數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)控制功能。

3配網(wǎng)通信中無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的分類(lèi)

電力系統(tǒng)配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)需要在主站和終端設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞、控制和調(diào)節(jié)，而配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成了通信節(jié)點(diǎn)多、節(jié)點(diǎn)相對(duì)分散、節(jié)點(diǎn)之間距離短的特點(diǎn)。無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。通常情況下，配網(wǎng)通信中無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)可以分為：無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)通信和無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)通信。無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)通信技術(shù)和無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)通信技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，但是從當(dāng)前的發(fā)展模式來(lái)看，無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)通信技術(shù)具有更為廣闊的發(fā)展前景和發(fā)展市場(chǎng)，特別是在LTE無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)問(wèn)世之后，極大的推動(dòng)了配網(wǎng)通信的安全性和可靠性，將電網(wǎng)推向“信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化”的智能電網(wǎng)方向。

4LTE無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)

LTE無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)作為公網(wǎng)通信技術(shù)3G的一個(gè)延伸，改進(jìn)增強(qiáng)了3G空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO標(biāo)準(zhǔn)，大大改善了小區(qū)邊緣用戶(hù)的性能，提高了小區(qū)容量，并且降低了系統(tǒng)延遲時(shí)間。LTE無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)定位于2G、3G、LTE移動(dòng)業(yè)務(wù)的綜合承載，以網(wǎng)絡(luò)可靠性和安全性為出發(fā)點(diǎn)，致力于建立高速率、高可靠的通信網(wǎng)絡(luò)。LTE無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)和其他無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)相比較具有多方面的優(yōu)點(diǎn)：

（1）優(yōu)化了空中接口技術(shù)，強(qiáng)化了數(shù)據(jù)傳送速率；

（2）采用頻分多址技術(shù)和多輸入輸出功能，作為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)進(jìn)化的準(zhǔn)則；

（3）大大提高了上行速率和下行速率，能夠分別達(dá)到50Mbps和100Mbps；

（4）優(yōu)化了小區(qū)容量，小區(qū)之間切換性能大幅度提高；

（5）整體構(gòu)架是在數(shù)據(jù)分組交換的基礎(chǔ)進(jìn)行的，能夠最大限度提高數(shù)據(jù)傳送效率；

（6）靈活性高，支持“配對(duì)”和“非配對(duì)”頻譜分配，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延較低，用戶(hù)面時(shí)延不大于5ms，信令面時(shí)延小于100ms。TD-LTE核心網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括標(biāo)識(shí)管理、節(jié)點(diǎn)選擇、移動(dòng)性管理、切換管理、IP地址分配和PDN連接服務(wù)和會(huì)話(huà)管理等，此外，為了提高通信的安全性和可靠性，系統(tǒng)還采用了NAS信令和RRC信令進(jìn)行加密[3]，進(jìn)一步提高了可靠性。

5加強(qiáng)LTE無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)可靠性的措施

LTE無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)可靠性并不是傳統(tǒng)意義上面的通信可靠性，指的是設(shè)備可靠性、網(wǎng)絡(luò)可靠性和業(yè)務(wù)可靠性。TCP連接吞吐量和端時(shí)延成反比，當(dāng)傳輸路徑發(fā)生故障的時(shí)候，系統(tǒng)有兩種反應(yīng)機(jī)制：?jiǎn)⒂弥貍鳈C(jī)制或者倒轉(zhuǎn)路徑，無(wú)論哪種機(jī)制，對(duì)于信息傳遞而言都會(huì)大大降低其可靠性和安全性，所以可靠性技術(shù)勢(shì)在必行。通常情況下，提高LTE無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)可靠性的方法有兩種：快速檢測(cè)和保護(hù)倒換技術(shù)，兩者相互結(jié)合，互相補(bǔ)充，全面提高配電網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。

5.1快速檢測(cè)技術(shù)

LTE無(wú)線(xiàn)通信利用相鄰系統(tǒng)之間的通信故障進(jìn)行快速檢測(cè)，進(jìn)而快速建立起替代通道或者倒轉(zhuǎn)到其他鏈路。當(dāng)前，某些硬件設(shè)備（如SDH）提供了網(wǎng)絡(luò)故障檢測(cè)功能。典型的快速檢測(cè)技術(shù)包括BFD、EthOAM、MPLSOAM，這些典型的快速檢測(cè)技術(shù)能夠檢測(cè)相鄰設(shè)備之間的報(bào)文發(fā)送和接收速率，如果在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)收不到相應(yīng)的報(bào)文，則進(jìn)行相應(yīng)的協(xié)議倒換。以BFD快速檢測(cè)技術(shù)為例，BFD快速檢測(cè)技術(shù)不僅能夠快速檢測(cè)通信故障，而且可以快速將故障通知應(yīng)用層。BFD快速檢測(cè)技術(shù)又可以分為BFDforPW機(jī)制和BFDforTE機(jī)制，前者主要是利用BFD完成隧道引導(dǎo)承載業(yè)務(wù)快速切換，達(dá)到業(yè)務(wù)保護(hù)的目的；后者是一種端到端的快速檢測(cè)機(jī)制，能夠檢測(cè)通信隧道的鏈路和節(jié)點(diǎn)，提高通信可靠性。此外，在通信隧道LSP上面建立起B(yǎng)FD回話(huà)，能夠利用快速檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)出隧道故障，比如轉(zhuǎn)發(fā)路徑上的數(shù)據(jù)平面故障等等，為數(shù)據(jù)通信提供端到端的保護(hù)。

5.2保護(hù)倒換技術(shù)

保護(hù)倒轉(zhuǎn)技術(shù)在快速檢測(cè)技術(shù)之后，在事先建立好的通道上面，針對(duì)不同承載技術(shù)進(jìn)行快速倒轉(zhuǎn)，切換相關(guān)協(xié)議。在LTE網(wǎng)絡(luò)中，保護(hù)倒轉(zhuǎn)技術(shù)能夠按照業(yè)務(wù)部署進(jìn)行分類(lèi)：L2VPN類(lèi)、L3VPN類(lèi)、網(wǎng)關(guān)類(lèi)、鏈路類(lèi)保護(hù)倒換技術(shù)。L2VPN類(lèi)保護(hù)倒換技術(shù)主要是指PW冗余，L3VPN類(lèi)保護(hù)倒換技術(shù)主要是指VPNFRR，網(wǎng)關(guān)類(lèi)保護(hù)保護(hù)技術(shù)為E-VRRP，鏈路類(lèi)保護(hù)倒換技術(shù)包括LDPFRR、混合FRR、TEFRR和TEHSB。其中不同保護(hù)技術(shù)相互結(jié)合可以提高通信可靠性，比如PW+L3VPN。按照保護(hù)倒轉(zhuǎn)模式的不同可以分為三類(lèi)：隧道保護(hù)、業(yè)務(wù)保護(hù)及網(wǎng)關(guān)保護(hù)。①隧道保護(hù)，主要保護(hù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部鏈路和節(jié)點(diǎn)，能夠保證倒換前后業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)不變，及采用保護(hù)技術(shù)包括LDP快速收斂、LSP、TEFRR三種技術(shù)；②業(yè)務(wù)保護(hù)，主要保護(hù)前后業(yè)務(wù)源宿節(jié)點(diǎn)，能夠匯聚匯聚路由器、RANER以及EPCCE節(jié)點(diǎn)故障，主要采用的保護(hù)技術(shù)包括PWRedun-dancy、VPNFRR、BFDforPW、BFDforTunnel；③網(wǎng)關(guān)保護(hù)，用于EPCCE及EPC與EPCCE之間的鏈路故障檢測(cè)，相應(yīng)的保護(hù)技術(shù)為E-VRRP。

6結(jié)語(yǔ)

篇2

由于煤炭生產(chǎn)的施工環(huán)境比較復(fù)雜，井下人員較多，設(shè)備流動(dòng)性也較大，在生產(chǎn)操作中，常常采用多工種聯(lián)合流水作業(yè)的形式進(jìn)行煤礦開(kāi)采，這就要求需要大量的重型設(shè)備參與到煤礦生產(chǎn)中，無(wú)論是在設(shè)備運(yùn)輸中，還是在安裝、調(diào)試中，其都有較高的要求，若不注重煤炭井上井下的協(xié)同生產(chǎn)，則容易發(fā)生瓦斯爆炸等事故。然而，隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，建立基于4G通信技術(shù)的無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)中，其不僅可以確保煤礦生產(chǎn)順利進(jìn)行，還可以完成緊急事故的處理，因此，煤礦4G無(wú)線(xiàn)通信移動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，具有十分重要的意義。

二、基于4G通信技術(shù)的煤礦無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)

（一）無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信系統(tǒng)架構(gòu)

針對(duì)當(dāng)前煤礦生產(chǎn)對(duì)無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信系統(tǒng)的需求，利用4G中的TD-LTE通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高傳輸速率的寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，建立信息化、自動(dòng)化、智能化于一體的煤礦安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)，打破當(dāng)前煤礦系統(tǒng)安全生產(chǎn)局面，將煤礦井下傳感器、視頻等各類(lèi)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)部署，有效解決信息孤島的問(wèn)題，確保煤礦安全生產(chǎn)，從而提高煤礦的生產(chǎn)效率。因此，建立基于分時(shí)長(zhǎng)期演進(jìn)（TD-LTE）的寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，由于基于4G通信技術(shù)的無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信系統(tǒng)可以在頻譜帶寬20MHz下可以實(shí)現(xiàn)上行峰值速率和下行峰值速率分別為50Mb/s，100Mb/s，其接入時(shí)延可以小于100ms，如表1所示[3]，表示4G通信系統(tǒng)與3G無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的對(duì)比，因此，采用TD-LTE無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)不僅可以滿(mǎn)足語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)傳輸，也可以有效避免數(shù)據(jù)丟包、延時(shí)等問(wèn)題。下面對(duì)基于4G通信技術(shù)的無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析：1.基于TD-LTE通信技術(shù)的系統(tǒng)架構(gòu)。TD-TLE煤礦無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)主要由基站、接入網(wǎng)關(guān)、BRAS及核心網(wǎng)通信構(gòu)成，其中，核心網(wǎng)網(wǎng)元可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通信、數(shù)據(jù)傳輸及集群呼叫功能，其主要通過(guò)IMS+EPC+DSS集群模式來(lái)實(shí)現(xiàn)的[4]。2.建立基于TD-LTE通信技術(shù)的基站通信系統(tǒng)。將Femto/Pico基站應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)建設(shè)中，增強(qiáng)區(qū)域的覆蓋范圍，通過(guò)自身的傳輸網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一接入到安全網(wǎng)關(guān)中，采用IPSEC的方式，以保證網(wǎng)絡(luò)傳輸安全。當(dāng)基站通過(guò)提供WLANAP來(lái)承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)過(guò)程中[5]，其也可以通過(guò)PDG直接接入網(wǎng)絡(luò)來(lái)承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，為了確保提高高質(zhì)量、高傳輸速率的數(shù)據(jù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)，則可以通過(guò)直接接入3GPP核心網(wǎng)來(lái)滿(mǎn)足不同的產(chǎn)品需求，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的業(yè)務(wù)活動(dòng)，建立以SmallCell為基站的網(wǎng)管系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)下層無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)與上層網(wǎng)管系統(tǒng)的對(duì)接。3.建立基于IMS+EPC+DSS集群模式的核心網(wǎng)[6]。在系統(tǒng)中設(shè)置核心網(wǎng)，其主要作用是提供用戶(hù)連接、系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)承載等功能，分析該系統(tǒng)的核心網(wǎng)系統(tǒng)AXUNiEPC-5[7]，其主要依托電信級(jí)EPC核心網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元MME、PGW等功能融為一體的模式，該核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)辦公、遙感業(yè)務(wù)、監(jiān)視控制及電子商務(wù)等基本業(yè)務(wù)，其可以為用戶(hù)提供安全可靠的LTE接入。另外，核心網(wǎng)系統(tǒng)還利應(yīng)用了IMS系統(tǒng)，其是一種全新的多媒體業(yè)務(wù)形式，其不僅可以滿(mǎn)足多樣化的多媒體業(yè)務(wù)需求，還可以實(shí)現(xiàn)LTE語(yǔ)音業(yè)務(wù)系統(tǒng)，并且DSS核心網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)LTE的集群呼叫功能，DSS與EPC相比，其都采用了ATCA架構(gòu)，并且都可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備小型化的核心網(wǎng)。4.建立綜合應(yīng)用無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)平臺(tái)。利用分布式高性能計(jì)算機(jī)框架架構(gòu)來(lái)建立一個(gè)安全、可靠、統(tǒng)一的綜合應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)，為了構(gòu)建靈活、適用強(qiáng)的處理平臺(tái)，應(yīng)在軟件處理平臺(tái)基礎(chǔ)上增加分析處理數(shù)據(jù)的專(zhuān)用支持工具，如支持LTE、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)和終端的基站系統(tǒng)[8]，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、視頻及語(yǔ)音等各類(lèi)業(yè)務(wù)，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及應(yīng)用接口，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理的應(yīng)用系統(tǒng)。

（二）無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信系統(tǒng)功能概述

1.調(diào)度功能。調(diào)度系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)的重要通信手段，生產(chǎn)調(diào)度員通過(guò)利用調(diào)度功能來(lái)統(tǒng)籌調(diào)度所有資源，并對(duì)煤礦生產(chǎn)中各種突發(fā)狀況進(jìn)行處理，以保證煤礦生產(chǎn)順利進(jìn)行。調(diào)度功能主要包括生產(chǎn)進(jìn)程管理、煤礦生產(chǎn)流程整合及資源分配等功能。2.語(yǔ)音業(yè)務(wù)。其主要包括以下幾種業(yè)務(wù)：第一，移動(dòng)電話(huà)，其可以提供語(yǔ)音通信功能；第二，緊急呼叫業(yè)務(wù)，當(dāng)煤礦井下的集群用戶(hù)發(fā)起緊急呼叫，呼叫中心將會(huì)做出答復(fù)，其類(lèi)似與電話(huà)業(yè)務(wù)，具有簡(jiǎn)單方便、快速的特點(diǎn)；第三，主叫號(hào)碼識(shí)別顯示業(yè)務(wù)，其主要功能是提供主叫用戶(hù)號(hào)碼給被叫用戶(hù)。3.集群通信。為了實(shí)現(xiàn)用戶(hù)之間的通信，利用無(wú)線(xiàn)集群通信系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的信息共享功能，與公眾無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信相比，無(wú)線(xiàn)集群通信系統(tǒng)不僅可以提供系統(tǒng)內(nèi)部的全呼、組呼之外，還可以提高雙向通話(huà)功能，通過(guò)建立優(yōu)先等級(jí)呼叫和緊急呼叫功能，以滿(mǎn)足煤礦生產(chǎn)安全部門(mén)指揮調(diào)度的需求。4.增殖數(shù)據(jù)服務(wù)。在增殖數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中，主要包括提供視頻通話(huà)、物聯(lián)網(wǎng)接入、手機(jī)終端定位、多種數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)，其中，對(duì)于視頻通話(huà)，通過(guò)手機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)視頻業(yè)務(wù)，以便于井上工作人員的判斷和決策；數(shù)據(jù)網(wǎng)接入，通過(guò)利用3G通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)終端及無(wú)線(xiàn)傳感器等接口的采集，并利用物聯(lián)網(wǎng)提供終端接入；手機(jī)終端定位，即利用4G無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通話(huà)及礦用無(wú)線(xiàn)通信手機(jī)終端定位，即通過(guò)操作人員攜帶的手機(jī)與基站之間的信號(hào)傳輸來(lái)獲得操作人員在井下的信息，這樣地面上的工作人員則可以通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)了解井下工作人員的信息，其可以確保煤礦井下的安全生產(chǎn)，同時(shí)也可以提供實(shí)時(shí)信息；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，為了滿(mǎn)足煤礦井下多種業(yè)務(wù)對(duì)寬帶的需求，實(shí)現(xiàn)高速分組無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并通過(guò)智能手機(jī)綁定內(nèi)部系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息、視頻監(jiān)控及安全生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能，將綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用于系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)組態(tài)軟件實(shí)時(shí)顯示功能，當(dāng)煤礦井下出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)將會(huì)提供自動(dòng)報(bào)警提示功能。

三、結(jié)束語(yǔ)

篇3

1.1傳輸距離較遠(yuǎn)、速度較快

基于城域網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的建設(shè)采用的技術(shù)有兩個(gè)，一個(gè)是OFDM技術(shù)，另一個(gè)是自適應(yīng)編碼技術(shù)。通過(guò)這兩種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高發(fā)射功率和高信道利用率，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣，在科學(xué)條件的檢驗(yàn)下，有效覆蓋達(dá)到50000米，網(wǎng)絡(luò)最高的接入速度能夠達(dá)到75Mbps，相比較于之前的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)的傳輸速度是其300倍。

1.2廣泛的多媒體服務(wù)

基于計(jì)算機(jī)城域網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)自身特有無(wú)線(xiàn)的優(yōu)勢(shì)，可以向人們提供面向連接，服務(wù)實(shí)現(xiàn)多媒體化，以QoS保障完善的電信高級(jí)別技術(shù)服務(wù)，能夠滿(mǎn)足使用者多樣化的各種多媒體需求。

1.3性能優(yōu)良的終端接入功能

基于計(jì)算機(jī)城域網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)有許多網(wǎng)絡(luò)接入方式，并且能夠使用有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)功能的擴(kuò)展，包括利用當(dāng)下熱門(mén)的WIFI熱點(diǎn)接入的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的連接。這幾種方式都以覆蓋網(wǎng)絡(luò)信號(hào)范圍廣泛，信號(hào)強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)被人們廣泛利用。基于計(jì)算機(jī)城域網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)寬帶接入的最后一公里的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，不需要借用傳統(tǒng)方法的有線(xiàn)通信線(xiàn)路，將快速的網(wǎng)絡(luò)信息接入用戶(hù)，實(shí)現(xiàn)了高速的信息傳遞，提高了人們的使用效率。

1.4低廉的建設(shè)成本

高性?xún)r(jià)比在建設(shè)成本的計(jì)算上，城域網(wǎng)大大低于無(wú)線(xiàn)通信服務(wù)。無(wú)線(xiàn)通信服務(wù)相比較，城域網(wǎng)的功能保障的安全性能和靈活性其卻更高，兼容性也更強(qiáng)。建設(shè)成本低，性能卻更完善，因此基于計(jì)算機(jī)城域網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)就有了高性?xún)r(jià)比的特點(diǎn)。

2基于城域網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)研究

基于計(jì)算機(jī)城域網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)以WiMAX為支持技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)是根據(jù)IEEE802.16的精確標(biāo)準(zhǔn)制定。它擁有多種關(guān)鍵技術(shù)，其中包括網(wǎng)狀體系結(jié)構(gòu)、多載波調(diào)制技術(shù)和無(wú)線(xiàn)安全技術(shù)以及QoS支持服務(wù)質(zhì)量等。網(wǎng)狀體系結(jié)構(gòu)對(duì)于MAC層業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)與消息作出特定的規(guī)范，這種節(jié)結(jié)構(gòu)可以允許多節(jié)點(diǎn)的多點(diǎn)之間的無(wú)線(xiàn)連接，這就為網(wǎng)絡(luò)傳輸提供了多樣化的網(wǎng)絡(luò)搭配以及更強(qiáng)的兼容性。多載波調(diào)制技術(shù)是城域無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的另一關(guān)鍵技術(shù)，它可以具體分析環(huán)境的不同，根據(jù)環(huán)境來(lái)進(jìn)行不同的自適應(yīng)選擇調(diào)試方式。更近一步來(lái)說(shuō)，WiMAX技術(shù)可以分為三種不同的調(diào)試方式，他們分別是單載波方式和256載波正交頻復(fù)用方式（OFMD）以及一種可以實(shí)現(xiàn)多用戶(hù)分接的2048載波（OFDMA）方式。這些方式有所不同，在使用時(shí)應(yīng)有所區(qū)分。在出現(xiàn)特殊需求的時(shí)候，一般應(yīng)該使用單載波方式，想要增大數(shù)據(jù)的傳輸能力和傳輸速度時(shí)，可以把傳輸信號(hào)調(diào)整制做到256個(gè)子載波上，然后通過(guò)256載波方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳輸，在此基礎(chǔ)上想要實(shí)現(xiàn)對(duì)特定用戶(hù)的信號(hào)需求，就需要使用2048載波方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)面對(duì)多個(gè)用戶(hù)的同時(shí)復(fù)接。在特殊情況或者是環(huán)境發(fā)生改變的情況下，自適應(yīng)編碼技術(shù)協(xié)同MAC層和物理層的附加功能就能夠保證在外部環(huán)境改變的條件下不改變網(wǎng)絡(luò)，能夠有效保證網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行經(jīng)過(guò)最佳的調(diào)試。有些傳輸技術(shù)的不同會(huì)產(chǎn)生不同的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)和要求的傳輸以及寬帶分配，支持QoS就能夠做到在MAC層加入面向連接的傳輸方式，實(shí)現(xiàn)上述要求。這項(xiàng)技術(shù)也能夠?qū)⒄Z(yǔ)音和視頻的延遲時(shí)間降到最低。

3WiMAX通信技術(shù)的應(yīng)用

WiMAX通信技術(shù)擁有眾多技術(shù)不具備的新的技術(shù)特點(diǎn)，現(xiàn)今應(yīng)用最廣泛的就在于實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)商的城域網(wǎng)無(wú)線(xiàn)通信的鋪設(shè)上。具體來(lái)說(shuō)WiMAX通信技術(shù)的功能可以分為兩個(gè)大方面，第一方面是將其作為一種補(bǔ)充，彌補(bǔ)現(xiàn)存的有線(xiàn)寬帶接入方式，解決終端連接的問(wèn)題，廣泛的增大無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)接入的范圍，使其接入方式具有靈活性的特點(diǎn)；另一個(gè)方面是將WiMAX通信技術(shù)直接作為城域網(wǎng)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的覆蓋，以此來(lái)彌補(bǔ)WIFI技術(shù)，這一方面可以對(duì)城市建設(shè)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)覆蓋。具體如下：有些地方環(huán)境差或者有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入比較困難，例如某些城市的建造區(qū)、新開(kāi)發(fā)的偏遠(yuǎn)郊區(qū)、人口稀少網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸差的技術(shù)弱的山區(qū)，再或者是網(wǎng)絡(luò)普及較差的農(nóng)村地區(qū)，在這些地方就可以直接將WiMAX通信技術(shù)直接應(yīng)用，接入終端，在保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的基礎(chǔ)上降低成本。WIFI熱點(diǎn)覆蓋區(qū)域有限，可以通過(guò)WiMAX通信技術(shù)彌補(bǔ)覆蓋區(qū)域的不廣泛，在網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)之外使用WiMAX通信技術(shù)，來(lái)連接整個(gè)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)。

4總結(jié)

篇4

可見(jiàn)光通信的發(fā)射和接收技術(shù)主要采用強(qiáng)制調(diào)制/直接檢測(cè)（IM/DD）方式。由于這種檢測(cè)方式的硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，成本也比較低，在實(shí)際應(yīng)用中被廣泛地采用。它是一種非最優(yōu)化的檢測(cè)技術(shù)，這種檢測(cè)技術(shù)使得可見(jiàn)光通信的研究更加具有實(shí)用性，相比于傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)，這種檢測(cè)方式具有靈敏度低的缺點(diǎn)。而且對(duì)于可見(jiàn)光通信需要制作專(zhuān)門(mén)的收發(fā)器，因此要想完善可見(jiàn)光通信技術(shù)，還需要設(shè)計(jì)合理的LED驅(qū)動(dòng)電路和接收激光的檢測(cè)電路。

2可見(jiàn)光鏈路技術(shù)

光的傳播具有很強(qiáng)的方向性，因此可見(jiàn)光通信在傳播的過(guò)程中，其鏈路會(huì)受到路徑中物體的阻擋。無(wú)線(xiàn)光鏈路主要分為視距鏈路和非視距鏈路兩種方式。視距鏈路方式下光線(xiàn)在傳播的過(guò)程中遇到障礙物，不能像射頻電磁波一樣進(jìn)行繞射或者衍射，其魯棒性較差。在非視距鏈路的方式下，反射鏡的應(yīng)用可以使反射后的光功率具有較大程度的衰減值，從而其鏈路也更加可靠。但是也需要提高相應(yīng)的信號(hào)處理技術(shù)和接收機(jī)的靈敏度。這兩種鏈路技術(shù)在室內(nèi)的通信中都得到了很好的應(yīng)用，其中視距鏈路占據(jù)大部分的接收信號(hào)功率，而非視距鏈路主要是用來(lái)對(duì)信道進(jìn)行時(shí)延擴(kuò)展?？梢?jiàn)光通信需要的是雙向的交互信息，因此在進(jìn)行可見(jiàn)光通信的設(shè)計(jì)過(guò)程中要充分考慮反向鏈路的問(wèn)題?？梢岳霉饩€(xiàn)傳播的可逆特性，在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間形成反向的鏈路。這種方式雖然理論可行，但在具體的應(yīng)用中還要考慮其實(shí)用性，可見(jiàn)光通信的信源端和接收端在復(fù)雜程度和體積規(guī)模上具有很大的不同，因此需要將反向鏈路設(shè)計(jì)成不對(duì)稱(chēng)的方式，這樣的設(shè)計(jì)方法會(huì)增大下行信道的容量，實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳輸，還可以傳遞反饋和鏈路的控制信息。

3可見(jiàn)光通信與傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)通信結(jié)合技術(shù)

相比于傳統(tǒng)的SISO系統(tǒng)，MIMO采用多天線(xiàn)傳輸，具有了更多的空間自由度?？梢愿鶕?jù)不同的應(yīng)用情況采取不同的增益，其存在的主要增益有陣列增益、分集增益、空分復(fù)用增益和干擾增益。不同的增益之間存在著權(quán)衡。其主要的缺點(diǎn)是在數(shù)據(jù)流之間存在一定的干擾，需要在接收端采用最大的似然檢測(cè)，只有這樣才能獲得最佳的性能，也提高了相應(yīng)的計(jì)算復(fù)雜度。主要的接收算法有ZF接收算法和MMSE接收算法，其中MMSE接收算法可以通過(guò)預(yù)編碼技術(shù)完全消除數(shù)據(jù)流之間的干擾，很好地權(quán)衡了噪聲抑制和計(jì)算的復(fù)雜度方面。同時(shí)接收端在進(jìn)行后處理矩陣的處理后，各個(gè)子數(shù)據(jù)流不會(huì)受到其他數(shù)據(jù)流的干擾。OFDM技術(shù)是一種多載波調(diào)制技術(shù)，可以有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的并行傳輸。這種技術(shù)使得每個(gè)頻點(diǎn)占用的帶寬比較小，其信道響應(yīng)也較為平坦，因此可以對(duì)抗頻率的選擇性衰落。OFDM技術(shù)利用的是傅里葉變換技術(shù)，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，降低了OFDM的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。另外，OFDM技術(shù)可以和其他多址的接入方法相結(jié)合，在配置方面具有較大的靈活性。但是由于OFDM技術(shù)是一種多載波調(diào)制技術(shù)，其發(fā)射的信號(hào)是由多個(gè)獨(dú)立的子信道疊加而成的，因此當(dāng)各個(gè)子信道的相位一致時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)較大的峰值，導(dǎo)致較高的峰值平均功率比。而且該系統(tǒng)中各個(gè)子載波是相互正交的，頻率的偏差會(huì)引起子載波間的干擾?？梢?jiàn)光通信技術(shù)可以應(yīng)用OFDM提高通信鏈路的電學(xué)頻譜利用率，在可見(jiàn)光通信系統(tǒng)中應(yīng)用MIMO技術(shù)可以增加其信道的容量。然而，相比于傳統(tǒng)的通信技術(shù)，光通信具有其獨(dú)特的方面，因此在進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)還要充分考慮光鏈路的特點(diǎn)，比如光通信中的空間復(fù)用技術(shù)，發(fā)射和接收機(jī)中的光學(xué)原理，成像和非成像分集的使用等等。

4總結(jié)

篇5

GPRS它是利用分封交換的概念方式演變出的一套無(wú)線(xiàn)傳輸方式。在具體應(yīng)用中將Date分裝成許多個(gè)獨(dú)立的封包，然后再將這些封包傳送出去。根據(jù)現(xiàn)在的使用情況，GPRS大多數(shù)被使用在GSM網(wǎng)絡(luò)上，它是開(kāi)通的一種全新的分組數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，除此之外，它還可以提供系列式的交互式業(yè)務(wù)服務(wù)，但是服務(wù)各有不同，側(cè)重點(diǎn)也不同。表1給出的是GPRS與其他無(wú)線(xiàn)方式服務(wù)的應(yīng)用對(duì)比。

2GPRS通信服務(wù)器關(guān)鍵技術(shù)及終端

在實(shí)際的應(yīng)用中，GPRS通信服務(wù)器的一側(cè)是和電能量采集系統(tǒng)通過(guò)串行的方式進(jìn)行連接的，而它的另一側(cè)就是與GPRS網(wǎng)絡(luò)采用普通的網(wǎng)絡(luò)連接方式進(jìn)行連接。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，GPRS終端接收時(shí)來(lái)自GPRS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包，同時(shí)還要負(fù)責(zé)接收電能表的RS232串行數(shù)據(jù)流，再次轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)包，然后依次通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到通信中心的服務(wù)器。圖1所表示的是符合實(shí)際網(wǎng)路安全的GPRS網(wǎng)絡(luò)通信示意圖。

3GPRS無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在自動(dòng)抄表時(shí)的應(yīng)用

下面根據(jù)筆者自身的工作情況，將GPRS無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中自動(dòng)抄表時(shí)的應(yīng)用做以闡述分析。

3.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

實(shí)際上，GPRS無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在自動(dòng)抄表系統(tǒng)時(shí)是由電表數(shù)據(jù)采集部分、GPRS無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸終端、電力局的配電數(shù)據(jù)中心這三大部分組成，具體如圖2所示。在工作中，電表數(shù)據(jù)是先通過(guò)中國(guó)移動(dòng)的GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，然后居民小區(qū)內(nèi)的所有電表要連到電表集中器，電表數(shù)據(jù)再經(jīng)過(guò)協(xié)議封裝后依次發(fā)送到中國(guó)移動(dòng)的GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，最后實(shí)現(xiàn)電表數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線(xiàn)連接。

3.2系統(tǒng)的功能

這個(gè)系統(tǒng)的建立對(duì)遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表起到很大的作用。因?yàn)樗邆淞讼到y(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集、資料錄入、自動(dòng)報(bào)警等功能板塊。在系統(tǒng)設(shè)置上完成了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的建立和初始參數(shù)設(shè)置；在數(shù)據(jù)采集方面它能實(shí)現(xiàn)廣播抄表點(diǎn)抄單表、零點(diǎn)抄表和實(shí)時(shí)點(diǎn)抄等。而它的系統(tǒng)維護(hù)保障了日志年、月、日的查詢(xún)、系統(tǒng)通訊和定時(shí)操作的設(shè)置、數(shù)據(jù)安全備份維護(hù)等。

3.3系統(tǒng)的應(yīng)用

這個(gè)的應(yīng)用主要用到的電表有三相有功無(wú)功多功能表。并具有功正、反向分時(shí)電量；無(wú)功四象限分時(shí)電量及無(wú)功正、反向分時(shí)最大需量及發(fā)生時(shí)間等。在形式的表現(xiàn)上可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表、定時(shí)上報(bào)、實(shí)時(shí)查詢(xún)；在告警功能方面可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)箱告警、逆相告警、過(guò)流告警等其他功能。

4結(jié)語(yǔ)

篇6

與藍(lán)牙技術(shù)相比，超寬帶無(wú)線(xiàn)傳輸信號(hào)可以在接收端有效地恢復(fù)信號(hào)，擴(kuò)大增益，因此超寬帶技術(shù)能夠適應(yīng)各種頻帶寬度，抵抗各個(gè)頻率段信號(hào)的干擾,具有更強(qiáng)的抗干擾性。通信距離較短。超寬帶無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)傳輸受距離的影響，高頻信號(hào)強(qiáng)度的衰減很快，傳輸距離將被縮短，因此超寬帶無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)適用于短距離間的通信。

二、超寬帶無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的應(yīng)用

由于超寬帶無(wú)線(xiàn)通信的信道帶寬非常寬，能夠和整個(gè)頻譜共同進(jìn)行使用，也可與其他通信系統(tǒng)共存。因此，超寬帶無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)能夠在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用，如個(gè)域網(wǎng)、智能交通系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)等。隨著“數(shù)字化家庭”或“數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)”的概念越來(lái)越普及，人們通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)將消費(fèi)者的家用電器和電子產(chǎn)品進(jìn)行有效的連接，實(shí)現(xiàn)這些設(shè)備之間信息的傳遞和交換。數(shù)字辦公室采用無(wú)線(xiàn)應(yīng)用程序的方式，而不是傳統(tǒng)的有線(xiàn)連接，這樣就能夠使得辦公環(huán)境更加方便和靈活。早期藍(lán)牙技術(shù)使得一些無(wú)線(xiàn)設(shè)備成為可能，但是由于傳輸速率過(guò)低，只能用于一些計(jì)算機(jī)的設(shè)備和主機(jī)的連接。超寬帶無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)和顯示器、攝像頭、會(huì)議設(shè)備、無(wú)線(xiàn)終端設(shè)備之間的互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備間的信號(hào)傳輸。超寬帶無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)能夠在各種場(chǎng)所使便攜設(shè)備實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)，并且具有很好的傳輸速率和抗干擾能力，便于數(shù)據(jù)的傳輸。

由于超寬帶無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)可以提供相當(dāng)于計(jì)算機(jī)總線(xiàn)的傳輸速率，使得個(gè)人終端可以從互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)即時(shí)下載大量數(shù)據(jù)，還能將大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的存儲(chǔ)空間而不是個(gè)人終端中，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)云儲(chǔ)存。攜帶具有超寬帶無(wú)線(xiàn)功能的小型終端，在任何地方都能夠訪(fǎng)問(wèn)本地超寬帶網(wǎng)絡(luò)，使用當(dāng)?shù)氐脑O(shè)備在任何時(shí)候都能夠控制自己的多媒體電腦?？梢钥闯?，超寬帶無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備間的數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)連接，不再使用復(fù)雜的信號(hào)線(xiàn)對(duì)設(shè)備進(jìn)行連接，使得安裝操作變得更加簡(jiǎn)便。

三、結(jié)論

篇7

可在固定及移動(dòng)物體之間傳遞信號(hào)，信號(hào)覆蓋盲點(diǎn)少，尤其適用于山區(qū)和谷底等常規(guī)通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)法到達(dá)的地區(qū)和區(qū)域。但通信時(shí)間延長(zhǎng)、費(fèi)用較高，通常作為應(yīng)急通信的備用手段。目前常用海事衛(wèi)星系統(tǒng)和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自主研發(fā)的衛(wèi)星系統(tǒng)，既可以實(shí)現(xiàn)快速定位功能（精度約20m），又可以保證在應(yīng)急時(shí)刻的短報(bào)文傳輸（120個(gè)漢字），可靠性高，但缺點(diǎn)是信息傳輸速率低。多種無(wú)線(xiàn)通信方式比較及分析。

2指揮決策系統(tǒng)通信需求

全程連續(xù)救治指揮決策系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)或定時(shí)將全程救治鏈中各個(gè)救援單元（方艙醫(yī)院、后送手術(shù)救護(hù)車(chē)和衛(wèi)生列車(chē)）中采集的傷病員、醫(yī)護(hù)人員、醫(yī)藥耗材等信息，以及運(yùn)輸途中的音視頻信息數(shù)據(jù)傳輸至指揮中心用于決策指揮；同時(shí)，各醫(yī)療救援單元需通過(guò)北斗系統(tǒng)將實(shí)時(shí)位置信息上傳，以便指揮平臺(tái)實(shí)時(shí)掌握各個(gè)救援單元的位置信息。全程救治鏈通信鏈路示意圖如圖1所示。現(xiàn)場(chǎng)傷病員在方艙醫(yī)院進(jìn)行簡(jiǎn)單包扎處理后，手術(shù)急救車(chē)以及衛(wèi)生列車(chē)將部分重癥傷病員運(yùn)往后方醫(yī)院。在整個(gè)過(guò)程中，依托移動(dòng)公網(wǎng)、海事衛(wèi)星、北斗衛(wèi)星通信方式，各救治單元需要與后方醫(yī)院專(zhuān)家組及指揮決策平臺(tái)保持持續(xù)暢通的音頻、視頻、文本通信鏈路。在全程救治鏈中，可靠實(shí)時(shí)的通信是保障指揮決策系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，主要包括：

（1）方艙醫(yī)院與指揮平臺(tái)通信。方艙醫(yī)院的位置是固定的，通信難度不大，可通過(guò)移動(dòng)公網(wǎng)傳輸傷病員、醫(yī)護(hù)人員、醫(yī)藥耗材等相關(guān)文本信息以及音視頻信息；在移動(dòng)公網(wǎng)不可用環(huán)境下，可通過(guò)衛(wèi)星通信方式進(jìn)行緊急信息通信。

（2）手術(shù)救護(hù)車(chē)及衛(wèi)生列車(chē)與指揮平臺(tái)通信。與方艙醫(yī)院類(lèi)似，需要與指揮平臺(tái)傳送接收文本、視頻及音頻信息。但是，車(chē)輛屬于高速運(yùn)動(dòng)的通信對(duì)象，對(duì)通信鏈路的可靠性要求更高。

（3）方艙醫(yī)院、手術(shù)救護(hù)車(chē)及衛(wèi)生列車(chē)的通信。鏈路穩(wěn)定時(shí)，可通過(guò)指揮平臺(tái)進(jìn)行交互信息傳輸（文本、圖片、音視頻）；特殊情況下，采用離線(xiàn)方式在各救援單元之間傳遞簡(jiǎn)單的文本數(shù)據(jù)。

3多網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)通信保障策略

方艙醫(yī)院、手術(shù)救護(hù)車(chē)及衛(wèi)生列車(chē)分布區(qū)域較廣，且屬異地動(dòng)、靜態(tài)通信對(duì)象，與指揮平臺(tái)只能采用無(wú)線(xiàn)通信的方式?，F(xiàn)有的移動(dòng)公網(wǎng)GSM/CDMA/GPRS、3G/4G可被選為主要的通信方式；在常規(guī)通信不可用的情況下，可采用衛(wèi)星通信鏈路，以構(gòu)成動(dòng)態(tài)可切換的星型網(wǎng)絡(luò)。因此，本文提出的多網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)通信保障策略。終端信號(hào)發(fā)射器會(huì)根據(jù)各無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度選擇使用移動(dòng)、聯(lián)通或電信網(wǎng)絡(luò)，如都無(wú)法滿(mǎn)足通信需求，終端將自動(dòng)選擇使用臨時(shí)中繼站或者衛(wèi)星通信方式。通過(guò)以上策略，可以實(shí)現(xiàn)全程救治鏈中各環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)可靠的多網(wǎng)絡(luò)通信，其中多種通信方式的無(wú)縫切換起著決定性的作用。對(duì)不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型采用動(dòng)態(tài)切換不同通信鏈路的方式，可提高通信的有效性和可靠性。

（1）方艙醫(yī)院、手術(shù)救護(hù)車(chē)與指揮中心的通信。方艙醫(yī)院位置相對(duì)固定；救護(hù)車(chē)運(yùn)行速度較低、信號(hào)屏蔽少，運(yùn)行線(xiàn)路中信號(hào)覆蓋較好。二者均可采用常規(guī)狀態(tài)下，優(yōu)先選用移動(dòng)公網(wǎng)（GSM/CDMA/GPRS、3G/4G）。當(dāng)此無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)不可用或信號(hào)較差時(shí)，可通過(guò)應(yīng)急通信車(chē)中繼轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)；特殊地理環(huán)境下，應(yīng)立即切換至衛(wèi)星通信；若所有通信鏈路都不可用時(shí)，采用IC卡存儲(chǔ)相關(guān)信息進(jìn)行離線(xiàn)傳輸。

（2）衛(wèi)生列車(chē)與指揮中心的通信。列車(chē)運(yùn)行速度較快，行駛路線(xiàn)中可能有較多的山丘和隧洞，同時(shí)，列車(chē)車(chē)廂鐵殼會(huì)影響無(wú)線(xiàn)信號(hào)的接收與發(fā)送，試驗(yàn)表明，常規(guī)的GSM/CDMA/GPRS或3G網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)效果較差。對(duì)于衛(wèi)生列車(chē)，主要考慮采用鐵路GSM-R專(zhuān)用通信網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星通信結(jié)合的方式進(jìn)行信息發(fā)送與接收，通信方式切換流程。

（3）方艙醫(yī)院、手術(shù)救護(hù)車(chē)與衛(wèi)生列車(chē)之間的通信。需保證不同單元在同一時(shí)刻使用同種無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)，如移動(dòng)公網(wǎng)信號(hào)強(qiáng)度無(wú)法同步，可選擇共同使用衛(wèi)星通信方式。

4多網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)通信鏈路終端一體機(jī)的研制與應(yīng)用

根據(jù)全程救治鏈中對(duì)可靠實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)通信的迫切需求和以上保障策略，我們研制了多網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)通信鏈路終端一體機(jī)，可以滿(mǎn)足移動(dòng)公網(wǎng)鏈路、海事衛(wèi)星通信鏈路以及北斗通信鏈路的聯(lián)通。其中，移動(dòng)公網(wǎng)鏈路包括中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信各自的3G網(wǎng)絡(luò)；海事衛(wèi)星通信鏈路指國(guó)際海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)；北斗通信鏈路是指北斗短報(bào)文通信方式。終端設(shè)計(jì)示意圖。根據(jù)不同終端連接的不同要求，此終端一體機(jī)對(duì)外表現(xiàn)為4個(gè)網(wǎng)口、1個(gè)串口以及5個(gè)信號(hào)指示燈。其中，4個(gè)網(wǎng)口分別代表中國(guó)移動(dòng)3G網(wǎng)絡(luò)、聯(lián)通3G網(wǎng)絡(luò)、電信3G網(wǎng)絡(luò)和海事衛(wèi)星鏈路網(wǎng)絡(luò)；1個(gè)串口和北斗模塊相連保證北斗短報(bào)文通信；而5個(gè)信號(hào)指示燈分別代表移動(dòng)3G網(wǎng)絡(luò)、聯(lián)通3G網(wǎng)絡(luò)、電信3G網(wǎng)絡(luò)、海事衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)以及北斗通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度，每個(gè)指示燈有3種顏色狀態(tài)分別為紅、黃、綠，紅色代表當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度最弱，黃色其次，綠色最強(qiáng)。指示燈熄滅代表此處沒(méi)有此網(wǎng)絡(luò)覆蓋，指示燈閃爍代表用戶(hù)正在使用此網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)，終端另一側(cè)安裝5個(gè)網(wǎng)絡(luò)的5根天線(xiàn)來(lái)收發(fā)信號(hào)。通過(guò)一體機(jī)在衛(wèi)生列車(chē)上的實(shí)際應(yīng)用，研發(fā)的終端一體機(jī)能夠在各種環(huán)境中實(shí)現(xiàn)多種通信網(wǎng)絡(luò)的可靠實(shí)時(shí)無(wú)縫切換，大大地保障了全程救治鏈中各環(huán)節(jié)的通信需求。

5結(jié)語(yǔ)

篇8

關(guān)鍵詞：UWBIEEE802.11BluetoothHomeRF

超寬帶（Ultra-wideband,UWB）技術(shù)起源于20世紀(jì)50年代末，此前主要作為軍事技術(shù)在雷達(dá)等通信設(shè)備中使用。隨著無(wú)線(xiàn)通信的飛速發(fā)展，人們對(duì)高速無(wú)線(xiàn)通信提出了更高的要求，超宛帶技術(shù)又被重新提出，并倍受關(guān)注。UWB是指信號(hào)帶寬大于500MHz或者是信號(hào)帶寬與中心頻率之比大于25%。與常見(jiàn)的通信方式使用連續(xù)的載波不同，UWB采用極短的脈沖信號(hào)來(lái)傳送信息，通常每個(gè)脈沖持續(xù)的時(shí)間只有幾十皮秒到幾納秒的時(shí)間。這些脈沖所占用的帶寬甚至高達(dá)幾GHz，因此最大數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到幾百M(fèi)bps。在高速通信的同時(shí)，UWB設(shè)備的發(fā)射功率卻很小，僅僅是現(xiàn)有設(shè)備的幾百分之一，對(duì)于普通的非UWB接收機(jī)來(lái)說(shuō)近似于噪聲，因此從理論上講，UWB可以與現(xiàn)有無(wú)線(xiàn)電設(shè)備共享帶寬。所以，UWB是一種高速而又低功耗的數(shù)據(jù)通信方式，它有望在無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。目前，Intel、Motorola、Sony等知名大公司正在進(jìn)行UWB無(wú)線(xiàn)設(shè)備的開(kāi)發(fā)和推廣。

1UWB的主要特點(diǎn)及其應(yīng)用

鑒于UWB信號(hào)是持續(xù)時(shí)間非常短的脈沖串，占用帶寬大，因此它有一些十分獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和用途。在通信領(lǐng)域，UWB可以提供高速率的無(wú)線(xiàn)通信。在雷達(dá)方面，UWB雷達(dá)具有高分辨力（ns級(jí)）。當(dāng)前的隱身技術(shù)采用的是隱射涂料和隱身特殊結(jié)構(gòu)，但都只能在一個(gè)不大的頻帶內(nèi)有效，在超寬頻帶內(nèi)，目標(biāo)就會(huì)原形畢露。UWB雷達(dá)還具有很強(qiáng)的穿透能力，UWB信號(hào)能穿透樹(shù)葉、土地、混凝土、水體等介質(zhì)，因此軍事上UWB雷達(dá)可用來(lái)探測(cè)地雷，民用上可以查找地下金屬管道、探測(cè)高速公路地基等。在定位方面，UWB可以提供很高的定位精度。UWB使用極微弱的同步脈沖可以辨別出隱藏的物體或墻體后運(yùn)動(dòng)著的物體，定位誤差只有一兩厘米。也就是說(shuō)，同一個(gè)UWB設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)通信、雷達(dá)和定位三大功能。

UWB無(wú)線(xiàn)通信除了帶寬大，通信速率高之外，還有更多的優(yōu)點(diǎn)。首先，UWB通信的保密性強(qiáng)。UWB系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度非常低，有用信息完全淹沒(méi)在噪聲中，被截獲概率很小，被檢測(cè)的概率也很低，這一點(diǎn)在軍事通信上有很大的應(yīng)用前景。其次，UWB通信采用調(diào)時(shí)序列，能夠抗多徑衰落。多徑衰落是指反射波和直射波疊加后造成的接收點(diǎn)信號(hào)幅度隨機(jī)變化，而UWB系統(tǒng)每次的脈沖發(fā)射時(shí)間很短，在反射波到達(dá)之前，直射波的發(fā)射和接收已經(jīng)完成。因此，UWB系統(tǒng)特點(diǎn)適合于高速移動(dòng)環(huán)境下使用。更重要的是，UWB通信又被稱(chēng)為是無(wú)載波的基帶通信，UWB通信系統(tǒng)幾乎是全數(shù)字通信系統(tǒng)，所需要的射頻和微波器件很少，這樣可以減小系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低成本?？梢哉f(shuō)，低成本、低功耗、高速率、簡(jiǎn)單有效的UWB通信正是人類(lèi)所期望的夢(mèng)幻般的無(wú)線(xiàn)通信方式。

當(dāng)然，UWB通信也存在不足，主要問(wèn)題是UWB系統(tǒng)占用的帶寬很大，UWB系統(tǒng)可能會(huì)干擾現(xiàn)其他無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)，因此UWB系統(tǒng)的頻率許可問(wèn)題一直在爭(zhēng)論之中；另外，還有學(xué)者認(rèn)為，盡管UWB系統(tǒng)發(fā)射的平均功率很低，但是由于它的脈沖持續(xù)時(shí)間很短，它的瞬時(shí)功率峰值可能會(huì)很大，這甚至?xí)绊懙矫窈降仍S多系統(tǒng)的正常工作。但是學(xué)術(shù)界的種種爭(zhēng)論并不影響UWB的開(kāi)發(fā)和使用，2002年2月美國(guó)通信協(xié)會(huì)（FCC）批準(zhǔn)了UWB用于短距離無(wú)線(xiàn)通信的申請(qǐng)。

UWB的用途有很少，主要分為軍事和民用兩個(gè)方面。在軍事上UWB可以用于低截獲率（LPI/D）的內(nèi)部無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)、LPI/D地波通信、LPI/D高度計(jì)、戰(zhàn)場(chǎng)手持和網(wǎng)絡(luò)LPI/D電臺(tái)、UWB雷達(dá)、防撞雷達(dá)、警戒雷達(dá)、無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽、接近引信、高精度定位系統(tǒng)、無(wú)人駕駛飛行器和地面戰(zhàn)車(chē)及其通信鏈路、探測(cè)地雷、檢測(cè)地址目標(biāo)等等。在民用方面，UWB可用于20Mbps以上的高速無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、高度計(jì)、民航防撞雷達(dá)、汽車(chē)防撞感應(yīng)器、高精度定位、無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽和工業(yè)射頻監(jiān)控等。

2UWB通信與其它短距離無(wú)線(xiàn)通信的比較

UWB技術(shù)與現(xiàn)有其它無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)有著很大的不同，它將會(huì)為無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)（LAN）和個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的接入帶來(lái)低功耗、高帶寬并且相對(duì)簡(jiǎn)單的解決方案。超寬帶技術(shù)解決了困擾傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)電技術(shù)多年的諸如信道衰落、高速率時(shí)系統(tǒng)復(fù)雜、成本高和功耗大等重大難題，但是UWB通信不會(huì)很快取代現(xiàn)有的其它無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。

雖然UWB通信中所須的頻帶寬度相當(dāng)大，從500MHz直至幾GHz。如英特爾的樣機(jī)使用的就是從2GHz頻帶至6GHz頻帶之間的4GHz帶寬。但實(shí)際上并不存在如此之寬的空閑頻帶，無(wú)論采取什么辦法，UWB通信使用的頻帶與現(xiàn)有無(wú)線(xiàn)通信使用的頻帶必定會(huì)發(fā)生重疊，為了避免UWB通信對(duì)其它系統(tǒng)的干擾，UWB用戶(hù)人事科有必須申請(qǐng)頻率許可。2002年2月FCC準(zhǔn)許UWB技術(shù)進(jìn)入民用領(lǐng)域的條件就是：“在發(fā)送功率低于美國(guó)放射噪音規(guī)定值-41.3dBm/MHz（換算成功率則為1mW/MHz）的條件下，可將3.1GHz～10.6GHz的頻帶用于對(duì)地下和隔墻之物進(jìn)行掃描的成像系統(tǒng)、汽車(chē)防撞雷達(dá)以及在家電終端和便攜式終端間進(jìn)行測(cè)躡和無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信"。發(fā)射功率的大小決定了傳輸距離，按照FCC的規(guī)定，UWB通信在近期內(nèi)將只可能用于極短距離的無(wú)線(xiàn)通信，這就意味著在一定時(shí)期內(nèi)UWB將會(huì)與現(xiàn)有短距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)共同生存，共同發(fā)展。

（1）UWB與IEEE802.11a

IEEE802.11a是IEEE最初制定的一個(gè)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)之一，它主要用來(lái)解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶(hù)與用戶(hù)終端的無(wú)線(xiàn)接入，工作在5GHzU-NII頻帶，物理層速率54Mbps，傳輸層速率25Mbps。采用正交頻分復(fù)用（OFDM）擴(kuò)頻技術(shù)；可提供25Mbps的無(wú)線(xiàn)ATM接口和10Mbps的以太網(wǎng)無(wú)線(xiàn)幀結(jié)構(gòu)接口，以及TDD/TDMA的空中接口，支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務(wù)。IEEE802.11a用作無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)時(shí)的通信距離可以達(dá)到100m，而UWB只能在10m以?xún)?nèi)的范圍通信。根據(jù)英特爾照FCC的規(guī)定而進(jìn)行的演示結(jié)果顯示，對(duì)于10m以?xún)?nèi)的距離，UWB可以發(fā)揮出高達(dá)數(shù)百M(fèi)bps的傳輸性能，但是在20m處反倒是IEEE802.11a/b的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)網(wǎng)設(shè)備更好一些。因此在目前UWB發(fā)射功率受限的情況下，UWB只能用于10m以?xún)?nèi)的高速數(shù)據(jù)通信，而10m到100m的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)通信，還需要由802.11來(lái)完成，當(dāng)然與UWB相比，802.11的功耗大，傳輸速率低。

（2）UWB與Bluetooth

自從2002年2月14日，F(xiàn)CC頂住多方面的壓力批準(zhǔn)UWB用于無(wú)線(xiàn)通信以來(lái)，就不斷有人將UWB評(píng)論為藍(lán)牙（Bluetooth）的殺手，因?yàn)閺男阅軆r(jià)格比上看，Bluetooth是現(xiàn)有無(wú)線(xiàn)通信方式中最接近UWB的，但是UWB真的會(huì)取代Bluetooth嗎？從目前的情況看，答案是否定的。首先從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，Bluetooth工作在無(wú)須申請(qǐng)的2.4GHzISM頻段上，主要用來(lái)連接打印機(jī)、筆記本電腦等辦公設(shè)備。它的通信速率通常在1Mbps以下，通信距離可以達(dá)到10m以上。而UWB的通信速率在幾百M(fèi)bps，通信距離僅有幾米，因此二者的應(yīng)用領(lǐng)域不盡相同。其次，從技術(shù)上看，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，Bluetooth已經(jīng)具有較完善的通信協(xié)議。Bluetooth的核心協(xié)議包括物理層協(xié)議和鏈路接入?yún)f(xié)議，鏈路管理協(xié)議及服務(wù)發(fā)展協(xié)議等等，而UWB的工業(yè)實(shí)用協(xié)議還在制定中，估計(jì)要等到2004年才可能初步確定。還有，Bluetooth是一種短距離無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的代稱(chēng)，藍(lán)牙的實(shí)質(zhì)內(nèi)容就是要建立通用的無(wú)線(xiàn)電空中接口及其控制軟件的公開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)，從這方面講，UWB可以看作是采用一種特殊無(wú)線(xiàn)電波來(lái)高速傳送數(shù)據(jù)的通信方式，嚴(yán)格地講，它不能構(gòu)成一個(gè)完整的通信協(xié)議或標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到UWB高速、低功耗的特點(diǎn)，也許在下一代Bluetooth標(biāo)準(zhǔn)中，UWB可能被用做物理層的通信方式。最后，從市場(chǎng)角度分析，藍(lán)牙產(chǎn)品已經(jīng)成熟并得到推廣和使用，而UWB的研究還處在起步階段?；谝陨显?，在未來(lái)的幾年內(nèi)，UWB和Bluetooth更有可能既是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，又是合作朋友。

（3）UWB與HomeRF

家庭射頻（HomeRF）標(biāo)準(zhǔn)是由HomeRF工作組開(kāi)發(fā)的，旨在家庭范圍內(nèi)，使計(jì)算機(jī)與其他電子設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信的開(kāi)放性工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。HomeRF是IEEE802.11與DECT的結(jié)合，使用這種技術(shù)能降低語(yǔ)音數(shù)據(jù)成本。HomeRF采用了擴(kuò)頻技術(shù)，工作在2.4GHz頻帶，能同步支持4條高質(zhì)量語(yǔ)音信道，但是HomeRF的傳輸速率只有1M～2Mbps。由于HomeRF技術(shù)沒(méi)有完全公開(kāi)，目前只有幾十家小企業(yè)支持，在抗干擾等方面相對(duì)應(yīng)其他技術(shù)而言尚有欠缺，因此它的應(yīng)用前景還不是十分明朗。同IEEE802.11一樣，HomeRF的通信距離比UWB遠(yuǎn)，而傳輸速率比UWB低，在UWB發(fā)射功率受限的前提下，二者應(yīng)該是各有千秋。

結(jié)合上述討論，可以用表1對(duì)四種短距離無(wú)線(xiàn)通信做個(gè)簡(jiǎn)單的比較。

表14種短距離無(wú)線(xiàn)通信比較

IEEE802.11aBluetoothHomeRFUWB

傳輸速率54Mbps小于1Mbps1-2Mbps可高達(dá)500Mbps

通信距離10m-100m10m50m小于10m

發(fā)射功率1瓦以上1毫瓦-100毫瓦1瓦以上1毫瓦以下

空間容量80Kbps/m30Kbps/m250Kbps/m21000Kbps/m2

應(yīng)用范圍無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)等家庭和辦公室設(shè)備互連家庭語(yǔ)音和數(shù)據(jù)流近距離多媒體

終端類(lèi)型筆記本，臺(tái)式電腦，掌上電腦和因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān)筆記本，移動(dòng)電話(huà)，掌上電腦，移動(dòng)設(shè)備筆記本，無(wú)繩電話(huà)，無(wú)線(xiàn)音響，移動(dòng)設(shè)備無(wú)線(xiàn)電視，DVD高速因特網(wǎng)

網(wǎng)關(guān)

主要支持公司Cisco,Lucent,3ComEricsson,NokiaMotorolaApple,DellCompaqIntel,Motorola,Sony,Sharp

3家庭無(wú)線(xiàn)通信是UWB的發(fā)展方向之一

雖然無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)已經(jīng)在企業(yè)和公共場(chǎng)所得到推廣和應(yīng)用，但是這些現(xiàn)有技術(shù)很難為家庭多媒體網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)互連提供一個(gè)合適的方案。按照傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)電設(shè)計(jì)方法，如果要提高通信速率，必須要提高數(shù)字信號(hào)處理器的處理速度，這勢(shì)必要增加系統(tǒng)的成本和功耗，高速率的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品往往也是高成本、大功耗的。然而，家庭無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)有一些特殊的要求。首先，為了滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)數(shù)字視頻的要求，家庭無(wú)線(xiàn)互連產(chǎn)品需要更高的通信速率，以無(wú)線(xiàn)高清晰數(shù)字電視（WHDTV）為例，如果采用MPFG2HD數(shù)據(jù)格式，則視頻數(shù)據(jù)流的速率高達(dá)25Mbps；其次，要想家庭無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)品走向千家萬(wàn)戶(hù)，系統(tǒng)成本必須很低，市場(chǎng)調(diào)查表明，如果無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品的價(jià)格比同類(lèi)有線(xiàn)產(chǎn)品的價(jià)格高出30%，將很難被眾多的消費(fèi)者所接受；還有，家庭無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)品中用到嵌入式網(wǎng)關(guān)和小型手持設(shè)備往往是電池供電，因此它們的功耗必須很低。也就是說(shuō)，家庭無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)品必須具備高速率、低成本和低功耗三個(gè)優(yōu)點(diǎn)，按照傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)電設(shè)計(jì)方案，無(wú)法在速率、成本和功耗這三者之間找到一個(gè)合適的平衡點(diǎn)。

IEEE802.11a是現(xiàn)有無(wú)線(xiàn)通信標(biāo)準(zhǔn)中，唯一能在通信速率上滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)視頻數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)傳送要求的。它的最高速率是54Mbps，有效速率是25Mbps，考慮到MAC接入?yún)f(xié)議，實(shí)現(xiàn)傳送數(shù)據(jù)流的速率還要更低一些。然而，IEEE802.11a是按照與Ethernet接入相類(lèi)似的分組方式設(shè)計(jì)的，因此它不太適合用于實(shí)時(shí)傳輸視頻數(shù)據(jù)流。還有，IEEE802.11a的功耗大概在1.5W到2W之間，因此綜不能用于電池供電的小型設(shè)備。更重要的是，一個(gè)IEEE802.11a網(wǎng)絡(luò)接入卡（NIC）售價(jià)大概是150～200美元，這樣的價(jià)格很難被家庭消費(fèi)者所接受。因此IEEE802.11a更適合于用在對(duì)價(jià)格和功耗要求不是很高的公用無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)里，況且當(dāng)時(shí)IEEE專(zhuān)家設(shè)計(jì)IEEE802.11a時(shí)也根本沒(méi)有考慮過(guò)將它用在家庭無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)上。

目前，現(xiàn)有技術(shù)中被認(rèn)為最有可能進(jìn)入家庭無(wú)線(xiàn)通信互連的是Bluetooth，因?yàn)樵趦r(jià)格和功耗上它很有競(jìng)爭(zhēng)力，然而，Bluetooth的傳輸速率不到1Mbps，極限速率也只有10Mbps。按照這樣的速率計(jì)算，如果用Bluetooth來(lái)傳送一部?jī)尚r(shí)的電影可能需要10個(gè)小時(shí)，這顯然不能被用戶(hù)所接受。20多年前，F(xiàn)CC提出Bluetooth標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，僅僅是希望將它用在無(wú)線(xiàn)耳機(jī)上，經(jīng)過(guò)20多年的努力，Bluetooth已經(jīng)發(fā)展成為最主要的低速率的點(diǎn)到點(diǎn)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。利用Bluetooth，可以很好地實(shí)現(xiàn)筆記本電腦、PDA、移動(dòng)電話(huà)等設(shè)備之間的低速率數(shù)據(jù)通信，但是FCC從來(lái)沒(méi)有考慮過(guò)將Bluetooth發(fā)展成為高速率數(shù)據(jù)通信或者是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)，從這一點(diǎn)來(lái)講Bluetooth也很難進(jìn)入家庭無(wú)線(xiàn)網(wǎng)。

HomeRF是專(zhuān)門(mén)為家庭無(wú)線(xiàn)互連提出的，它可以很好的實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、MP3以及其它家用電器之間語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的通信和互連，但是，HomeRF的有效傳輸速率只有2Mbps，工作在10Mbps以上將嚴(yán)重影響它的性能，這就決定了它不可能進(jìn)入無(wú)線(xiàn)HDTV，視頻游戲等寬帶家庭無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域。更重要的是HomeRF的技術(shù)還不成熟，HomeRF標(biāo)準(zhǔn)缺少I(mǎi)ntel等大公司的支持，它的推廣和應(yīng)用前景并不被業(yè)界看好。

篇9

如果能在單一架構(gòu)下管理多個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),或者說(shuō)在單一架構(gòu)下管理統(tǒng)一后的單一無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),應(yīng)該是過(guò)程行業(yè)用戶(hù)一致的要求,所以我們說(shuō)多種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的融合是一個(gè)大趨勢(shì),它可以提供遠(yuǎn)程操作的更高可靠性和更低成本。三大無(wú)線(xiàn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)合作的技術(shù)基礎(chǔ)原本是存在的,因?yàn)镮SA100.11a、WirelessHART和WIA-PA的底層協(xié)議都是IEEE802.15.4,而提供芯片和通信協(xié)議棧的商家往往同時(shí)提供這幾種技術(shù)的部件,即使是在ISA100.11a、WirelessHART和WIA-PA陣營(yíng)內(nèi),還包括有很多相同的會(huì)員。作為ISA100的核心成員單位的尼維斯(Nivis)公司一向以其管理和優(yōu)化網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的軟件而聞名,同時(shí)在利用ISA100.11a、WirelessHART和6LoWPAN開(kāi)發(fā)基于標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀通信堆棧方面擁有豐富的知識(shí)和能力。

尼維斯公司目前是我們所了解到的唯一同時(shí)提供ISA100.11a和WirelessHART兩種流程行業(yè)無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品供應(yīng)商,比如其無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)和路由器用在ISA100.11a和WirelessHART的型號(hào)是相同的,使用戶(hù)能夠在單一的硬件上運(yùn)行任何一種標(biāo)準(zhǔn)。如VersaRouter910路由器既支持Nivis的ISA100.11a標(biāo)準(zhǔn),也支持WirelessHART標(biāo)準(zhǔn),擁有在同一平臺(tái)上運(yùn)行的軟件,VersaRouter910是一個(gè)雙啟動(dòng)硬件(Dualboothardware),是集全功能于一身,專(zhuān)門(mén)為客戶(hù)準(zhǔn)備好提供的無(wú)線(xiàn)解決方案設(shè)計(jì)的工業(yè)級(jí)無(wú)線(xiàn)路由器。中科博微公司是可同時(shí)提供WIA-PA、WirelessHART兩種流程行業(yè)無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品供應(yīng)商,比如其無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)既有屬于WIA-PA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的WIAPA-GW1498、WIAPA-GWS12002種型號(hào)的網(wǎng)關(guān),又有屬于WirelessHART無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的WHT-GW1250網(wǎng)關(guān)。北京天宇藍(lán)翔科技發(fā)展有限公司也可提供WIA-PA、WirelessHART兩種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。在ISA100.11a和WirelessHART問(wèn)世之初,在ISA名下成立過(guò)ISA100.12工作組,負(fù)責(zé)尋找將WirelessHART和ISA100.11a無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)融合的技術(shù)途徑。當(dāng)時(shí)認(rèn)定實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)融合技術(shù)途徑的唯一方法是提案申請(qǐng),后有3個(gè)團(tuán)隊(duì)提出申請(qǐng)。

但最終這些團(tuán)隊(duì)沒(méi)有解決以下核心問(wèn)題:網(wǎng)絡(luò)規(guī)范的定義能夠取代ISA100.11a和WirelessHART及提供2個(gè)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的反向兼容。代表ISA100.11a和WirelessHART供應(yīng)商的兩個(gè)團(tuán)隊(duì)都不能接受修改自己基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的要求,因此無(wú)法達(dá)成任何妥協(xié)協(xié)議。其原因非技術(shù)方面,而是集中在營(yíng)銷(xiāo)效應(yīng)方面。因此在2013年,ISA100.12工作組已決定放棄在無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)融合方面的努力。ISA100.12工作組中的最終用戶(hù)曾建議的融合備選方案是供應(yīng)商可提供同時(shí)對(duì)ISA100.11a和WirelessHART無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行操作的產(chǎn)品,即“雙啟動(dòng)”產(chǎn)品的解決方案。2010年初,德國(guó)測(cè)量與控制標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)NAMURPressRelease(公告),開(kāi)始提出單一(融合)工業(yè)無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)(僅過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域)的要求,建議三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)合并為一個(gè)IEC標(biāo)準(zhǔn)。2010年8月在倫敦的Heathrow(希思羅)機(jī)場(chǎng)召開(kāi)了工作組第一次會(huì)議,工作組即以希思羅命名。2011年3月底在瑞士的融合工作組會(huì)議形成備忘錄決定成立技術(shù)工作組,重慶郵電大學(xué)是希思羅工作組的5名核心成員之一和技術(shù)工作組主要成員。

技術(shù)工作組首先完成“三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的異同”資料的編輯,然后達(dá)成分三步開(kāi)展工作的共識(shí),第一步是實(shí)現(xiàn)三標(biāo)準(zhǔn)共存,如圖1所示,第二步完成漸進(jìn)式融合,第三步以單一的OSI/ISO層過(guò)程儀表協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、統(tǒng)一的接入點(diǎn)、統(tǒng)一的網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的最終融合,這里的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、接入點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)均以希思羅命名。2012年12月現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì)(FF)宣布與國(guó)際自動(dòng)化學(xué)會(huì)自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)ISA100合作提出了一個(gè)通用的框架,允許多個(gè)工業(yè)通信協(xié)議通過(guò)共享無(wú)線(xiàn)集成架構(gòu)在過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)中運(yùn)行,使現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)連接到遠(yuǎn)程的I/O和ISA100.11a、WirelessHART、有線(xiàn)H1協(xié)議集成到單一的標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)境中,這稱(chēng)為基金會(huì)的遠(yuǎn)程操作管理ROM,這是通過(guò)第三方的開(kāi)放融合,以便為用戶(hù)提供更高的可靠性和更低成本的遠(yuǎn)程操作。這個(gè)框架保持了“基礎(chǔ)設(shè)施”戰(zhàn)略,而不是試圖在無(wú)線(xiàn)設(shè)備水平方面競(jìng)爭(zhēng)。

2、系統(tǒng)架構(gòu)的創(chuàng)新

霍尼韋爾公司2004年推出工業(yè)無(wú)線(xiàn)變送器——基于ZigBee無(wú)線(xiàn)技術(shù)的XYR5000無(wú)線(xiàn)壓力變送器,載頻為902MHz~928MHz,以此為基礎(chǔ)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。作為網(wǎng)關(guān)設(shè)備的基站W(wǎng)BR與各種類(lèi)型的XYR5000無(wú)線(xiàn)變送器可直接通信,最大數(shù)量為50臺(tái),最大距離610m?；具€可有線(xiàn)接入最多25個(gè)AO/DO組件,基站與控制系統(tǒng)的連接有RS485ModbusRTU接口,還可提供RS232到WMT無(wú)線(xiàn)管理工具上顯示。隨后IEC三大國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的早期無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的架構(gòu)是由網(wǎng)關(guān)和無(wú)線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組成,如橫河電機(jī)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的早期架構(gòu)是YFGW710現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線(xiàn)一體型網(wǎng)關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線(xiàn)設(shè)備,一臺(tái)網(wǎng)關(guān)可接入最多10臺(tái)(刷新率1s)或50臺(tái)(刷新率5s)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線(xiàn)設(shè)備,如圖3所示。艾默生過(guò)程管理公司下屬的羅斯蒙特公司真正針對(duì)流程行業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究始于1998年,2006年推出的智能無(wú)線(xiàn)解決方案是采用900MHz,2007年以后在歐洲和亞洲則推出2.4GHz的解決方案。早期無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的架構(gòu)也是由網(wǎng)關(guān)和無(wú)線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組成,可能會(huì)包括適配器等設(shè)備,同時(shí)每一臺(tái)無(wú)線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備還可作為路由器將其他無(wú)線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息傳送到網(wǎng)關(guān),如圖4所示。

2007年6月11日,霍尼韋爾公司推出基于ISA100.11a思路的OneWireless無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)方案,采用了XYR6000變送器,載頻為2.4GHz。推出OneWireless無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)后,系統(tǒng)架構(gòu)也在不斷更新,較早的版本是2009年4月的120版,當(dāng)時(shí)作為網(wǎng)關(guān)的是多功能節(jié)點(diǎn);2011年9月200版的新功能包括無(wú)線(xiàn)變送器無(wú)路由功能改為路由功能可選、增加了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接入點(diǎn)FDAP、增加了HART適配器等,2011年10月又引入了CiscoAironet1552SOutdoorAP節(jié)點(diǎn)設(shè)備、CiscoWLAN控制器;2013年4月210版的新功能包括在線(xiàn)

無(wú)線(xiàn)設(shè)備授權(quán)等新功能。AP節(jié)點(diǎn)設(shè)備被分為兩類(lèi):網(wǎng)格接入點(diǎn)(MAP)和根接入點(diǎn)(RAP)。網(wǎng)格接入點(diǎn)是Mesh網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程接入點(diǎn),它作為ISA100.11a無(wú)線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)和IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn),這是所有接入點(diǎn)的默認(rèn)角色。對(duì)下層ISA100.11a無(wú)線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō),每個(gè)網(wǎng)格接入點(diǎn)都可以發(fā)送和接收來(lái)自無(wú)線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的消息,同時(shí),它又作為一個(gè)路由器,為其相鄰網(wǎng)格接入點(diǎn)以IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)消息,從而在2層網(wǎng)絡(luò)中為無(wú)線(xiàn)設(shè)備和主機(jī)應(yīng)用之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程,數(shù)據(jù)可以找到通過(guò)中間網(wǎng)格接入點(diǎn)抵達(dá)目的地的最佳路徑。 如果一個(gè)鏈路因?yàn)槿魏卧蚨霈F(xiàn)故障,網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)通過(guò)其他路徑安排數(shù)據(jù)傳輸,直到數(shù)據(jù)抵達(dá)網(wǎng)關(guān)為止。根接入點(diǎn)通過(guò)光纖、有線(xiàn)以太網(wǎng)或電纜連接器連接到有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)器,作為到有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的“根”或“網(wǎng)關(guān)”,它必須在接入點(diǎn)配置時(shí)設(shè)定為根接入點(diǎn)。通信時(shí),網(wǎng)格接入點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)格接入點(diǎn)之間的路徑或直接傳送到根接入點(diǎn)。在這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,接入點(diǎn)之間有許多冗余路徑連接,因而特別可靠。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大和網(wǎng)格接入點(diǎn)數(shù)量的增加,有必要使用多臺(tái)根接入點(diǎn)以保證無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)所需的性能和吞吐量(如圖5所示)。推薦根接入點(diǎn)對(duì)網(wǎng)格接入點(diǎn)比值為20,這意味著,最多20個(gè)網(wǎng)格接入點(diǎn)可以共享相同的一次和二次根接入點(diǎn),由于每個(gè)網(wǎng)格接入點(diǎn)可接入數(shù)十臺(tái)無(wú)線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備,每個(gè)根接入點(diǎn)可接入20個(gè)網(wǎng)格接入點(diǎn),而根接入點(diǎn)又可以多個(gè)同時(shí)接入交換機(jī),其應(yīng)用規(guī)?？蓾M(mǎn)足數(shù)百點(diǎn)到數(shù)千點(diǎn)的大型無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的要求。

艾默生過(guò)程管理公司在WirelessHART網(wǎng)絡(luò)中也推出了CiscoAP節(jié)點(diǎn)設(shè)備作為構(gòu)成回傳網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的接入點(diǎn),菲尼克斯公司在WirelessHART網(wǎng)絡(luò)中也推出了可與該公司多臺(tái)WirelessHART網(wǎng)關(guān)組成骨干網(wǎng)絡(luò)的WLAN接入點(diǎn),且都通過(guò)Wi-Fi傳送采集的所有信息,同時(shí),WirelessHART網(wǎng)絡(luò)也可接收支持802.11Wi-Fi通信的無(wú)線(xiàn)設(shè)備的信息。隨著工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將過(guò)程控制延伸到工廠(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)角落,其應(yīng)用越來(lái)越普及,單個(gè)應(yīng)用實(shí)例的規(guī)模也越來(lái)越大,已突破一個(gè)工序或一個(gè)車(chē)間的范圍。在這種形勢(shì)下,流程行業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的制造廠(chǎng)家不失時(shí)機(jī)地推出可覆蓋整個(gè)工廠(chǎng)的全集成式多用途無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。這樣的網(wǎng)絡(luò)中既包括簡(jiǎn)單的無(wú)線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)儀表網(wǎng)絡(luò),也覆蓋多種無(wú)線(xiàn)應(yīng)用的場(chǎng)合。創(chuàng)新的系統(tǒng)架構(gòu)主要體現(xiàn)在接入點(diǎn)設(shè)備作為主干網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),比如OneWireless無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)先后推出的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接入點(diǎn)FDAP、CiscoAironet1552SOutdoorAP節(jié)點(diǎn),橫河電機(jī)ISA100.11a無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的YFGW510現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn),艾默生過(guò)程管理公司W(wǎng)irelessHART無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)推出的781遠(yuǎn)程鏈路、CiscoAP節(jié)點(diǎn)設(shè)備和WLAN接入點(diǎn),菲尼克斯公司W(wǎng)irelessHART無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的WLAN接入點(diǎn)。這些設(shè)備具有骨干路由器功能,可將眾多的無(wú)線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息通過(guò)底層網(wǎng)絡(luò)采集后,盡快地通過(guò)骨干網(wǎng)絡(luò)傳送到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)。這種將網(wǎng)關(guān)功能分離為接入點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線(xiàn)管理站以及將信息傳送分為底層網(wǎng)絡(luò)及骨干網(wǎng)絡(luò)的分層架構(gòu),不僅擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模、提高了信息傳送速度,還能更好地實(shí)現(xiàn)同時(shí)管理多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線(xiàn)子網(wǎng)通信系統(tǒng)的要求。

篇10

關(guān)鍵詞：超寬帶（UWB）脈形調(diào)制（PSM）正交改進(jìn)型hermite脈沖

超寬帶（UltraWideBand）作為一種新型的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)與傳統(tǒng)的通信方式相比有著很大的區(qū)別。由于它不需使用載波電路，而是通過(guò)發(fā)送納秒級(jí)脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此該技術(shù)具有發(fā)射和接收電路簡(jiǎn)單、功耗低、對(duì)現(xiàn)存通信系統(tǒng)影響小、傳輸速率高的優(yōu)點(diǎn)，此外它還具有多徑分辨能力強(qiáng)、穿透力強(qiáng)、隱蔽性好、系統(tǒng)容量大、定位精度高等優(yōu)勢(shì)。根據(jù)FCC的規(guī)定，從3.1GHz～10.6GHz之間的7.5GHz帶寬頻率都將作為UWB通信設(shè)備所使用。但出于對(duì)現(xiàn)存無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)影響的考慮，UWB的發(fā)射功率被限制在1mW/MHz以下。

UWB是一種可以為無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)LAN、個(gè)人域網(wǎng)PAN的接口卡和接入技術(shù)帶來(lái)低功耗、高帶寬并且相對(duì)簡(jiǎn)單的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。它解決了困擾傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)技術(shù)多年的重大難題，開(kāi)發(fā)了一個(gè)具有對(duì)信道衰落特性不敏感、發(fā)射信號(hào)功率普密度低、不易被截獲、復(fù)雜度不高等眾多優(yōu)點(diǎn)的傳輸技術(shù)。該技術(shù)尤其適用于室內(nèi)等密集多徑場(chǎng)所的高速無(wú)線(xiàn)接入和軍事通信應(yīng)用中。

圖1

1基本概念

超寬帶（UWB）又被稱(chēng)為脈沖無(wú)線(xiàn)電（ImpulseRadio）,具體定義為相對(duì)帶寬（信號(hào)帶寬與中心頻率的比）大于25%的信號(hào)，即：

Bf=B/fc=(fh-fl)/[(fh+fl)/2]>25%(1)

或者是帶寬超過(guò)1.5GHz。實(shí)際上UWB信號(hào)是一種持續(xù)時(shí)間極短、帶寬很寬的短時(shí)脈沖。它的主要形式是超短基帶脈沖，寬度一般在0.1～20ns，脈沖間隔為2～5000ns，精度可控，頻譜為50MHz～10GHz，頻帶大于100%中心頻率，典型點(diǎn)空比為0.1%。

傳統(tǒng)的UWB系統(tǒng)使用一種被稱(chēng)為“單周期（monocycle）脈形”的脈沖。一般情況下，通過(guò)隨道二極管或者水銀開(kāi)關(guān)產(chǎn)生。在計(jì)算機(jī)仿真中用高斯脈沖來(lái)近似代替它。由于天線(xiàn)對(duì)脈沖的影響不同，所以可以假設(shè)發(fā)送脈沖為：

而接收端收到的信號(hào)為：

tc是脈沖的時(shí)移，2tau為脈沖的寬度。圖1給出了發(fā)射脈沖和接收脈沖的時(shí)域脈形。

2UWB的性能特點(diǎn)

超寬帶有別于其它現(xiàn)存的一些通信技術(shù)，其最根本的區(qū)別在于無(wú)需載波，大大降低了發(fā)射和接收設(shè)備的復(fù)雜性，從根本上降低了通信的成本。

UWB的優(yōu)點(diǎn)可以歸納為以下八個(gè)方面：

（1）無(wú)需載波，發(fā)送和接收設(shè)備簡(jiǎn)單。由于UWB信號(hào)是一些超短時(shí)的脈沖，其頻率很高，所以它不象傳統(tǒng)的基帶信號(hào)那樣需要將其調(diào)制到某個(gè)發(fā)射頻率上才能在信道中傳輸。因此，必然會(huì)使發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化。

圖2

（2）功耗低。由于UWB信號(hào)無(wú)需載波，工作在頻譜的電子噪聲波段，所以它只需要很低的電源功率。一般UWB系統(tǒng)只需要50～70mW的電源，而這只是移動(dòng)電話(huà)的百分之一，藍(lán)牙技術(shù)的十分之一。

（3）傳輸速率高。極寬的帶寬使UWB具有很高的傳輸速率，一般情況下，其最大數(shù)據(jù)傳輸速度可以達(dá)到幾百M(fèi)bps～1Gbps。美國(guó)英特爾公司于2002年4月在“IDF2002SpringJapan”上對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了演示，在數(shù)米的距離內(nèi)傳輸速率可達(dá)100Mbps。

（4）隱蔽性好，安全性高。由于UWB信號(hào)的帶寬很寬，且發(fā)射功率很低，這必然使該項(xiàng)通信技術(shù)具有低截獲能力LPD（LowProbabilityofDetection）的優(yōu)點(diǎn)。另外超寬帶還采用了跳時(shí)TH（TimeHopping）擴(kuò)頻技術(shù)，接收端必須在知道發(fā)射端擴(kuò)頻碼的條件下才能解調(diào)出發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。

（5）多徑分辨能力強(qiáng)。從時(shí)域角度看，超寬帶系統(tǒng)采用脈沖寬度為幾納秒的窄信號(hào)，因此具有很高的時(shí)間分辨力，相應(yīng)的多徑分辨率小于幾十厘米；從頻域的角度分析，由于UWB信號(hào)的帶寬極寬，所以信號(hào)在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)頻率選擇性衰落出現(xiàn)是一定的。然而正是因?yàn)闃O寬的帶寬，多徑衰落只在某些頻點(diǎn)處出現(xiàn)，從整體上考慮，衰落掉的能量只是信號(hào)總能量很小的部分，所以該技術(shù)在抗多徑方面仍具有魯棒性。

（6）系統(tǒng)容量大。香農(nóng)公式給出

C=Blog2(1+S/N)(4)

可以看出，帶寬增加使信道容量的升高遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號(hào)功率上升所帶來(lái)的效應(yīng)，這一點(diǎn)也正是提出超寬帶技術(shù)的理論機(jī)理。

（7）高精度的距離分辨力。由于超寬帶定位設(shè)備的時(shí)間抖動(dòng)小于20ps，如果采用GPS相同的工作原理和算法，相應(yīng)的距離不確定性小于1cm。而在實(shí)際應(yīng)用中，超寬帶雷達(dá)系統(tǒng)使用的超窄脈沖信號(hào)，其距離分辨率小于30cm。

（8）穿透能力強(qiáng)。在具有相同帶寬的無(wú)線(xiàn)信號(hào)中，超寬帶的頻率最低，因此，它在具有大容量和高距離分辨率的同時(shí)相對(duì)于毫米波信號(hào)具有更強(qiáng)的穿透能力。

3UWB信號(hào)的調(diào)制方式

UWB的調(diào)制方式有許多，以脈沖調(diào)制PPM（PulsePositionModulation）為例作為一個(gè)舉例分析。

首先定義一個(gè)單周期脈形：

s(k)代表信號(hào)kth,w(t)為傳輸?shù)膯沃芷诿}沖。

將其移至每一幀的開(kāi)始：

Tf代表脈沖重復(fù)周期，j表示第j個(gè)單脈沖。

加入偽隨機(jī)跳時(shí)碼：

最后加入調(diào)制數(shù)據(jù)：

其中，d(k)是信息數(shù)據(jù)，δ為時(shí)移。為了滿(mǎn)足多用戶(hù)的需求，提高通信的安全性和對(duì)系統(tǒng)功率譜密度PSD（PowerSpectralDensity）的考慮，引入了跳時(shí)碼，下面就從功率譜密度的角度來(lái)分析這個(gè)問(wèn)題。

假設(shè)采用圖1（a）給出的高斯單脈沖作為發(fā)送信號(hào)，且只是一串周期性的脈沖序列，由于時(shí)域信號(hào)的周期性導(dǎo)致其頻域出現(xiàn)了強(qiáng)烈的能量類(lèi)峰，這些類(lèi)峰將對(duì)現(xiàn)存?zhèn)鹘y(tǒng)的無(wú)線(xiàn)信號(hào)造成干擾。因此需要采取某種措施將其平滑。如果采用PPM調(diào)制對(duì)脈沖的位置做出調(diào)整，可以看到：由于調(diào)制的置亂效果，頻域的尖峰得到了一定的控制，但此時(shí)仍比較明顯。為了進(jìn)一步降低類(lèi)峰的幅度，引入跳時(shí)碼，這樣發(fā)送信號(hào)的功率譜就會(huì)得到進(jìn)一步的平滑，幾乎近似于背景噪聲，這也正是UWB系統(tǒng)能與現(xiàn)存無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)并存的原因之一。圖2給出了上述不同信號(hào)的PSD圖和引入跳時(shí)碼后的時(shí)域波形。

除PPM外，UWB信號(hào)還可以采用脈幅調(diào)制PAM（PulseAmplitudeModulation），開(kāi)關(guān)鍵OOK（On-OffKey）和二相移鍵控BPSK（Bi-PhaseShiftKey）等。在接收端，單脈沖信號(hào)可以通過(guò)相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)可靠接收。實(shí)際應(yīng)用中常使用相關(guān)器（correlator），它用準(zhǔn)備好的模板波形乘以接收到的射頻信號(hào)，再積分就得到一個(gè)直流輸出電壓。相關(guān)器輸出的是接收到的單周期脈沖和模板波形的相對(duì)時(shí)間位置差，從輸出中尋找時(shí)間位置差為0的即為要接收的信號(hào)。

為了追求更高效率的信息傳輸，近來(lái)人們提出了一種新型脈沖調(diào)制方式——脈形調(diào)制PSM（PulseShapeModulation）。PSM就是對(duì)脈沖的形狀進(jìn)行調(diào)制從而實(shí)現(xiàn)信息的載荷，因此脈沖形狀的選擇是十分重要的。它的提出得益于人們對(duì)hermite多項(xiàng)式的研究。由于hermite多項(xiàng)式的數(shù)學(xué)表達(dá)式與高斯單脈沖很接近，而且隨著階數(shù)的變化，波形的持續(xù)時(shí)間不會(huì)有很大的變化，因此人們便想到了用hermite多項(xiàng)式數(shù)的變化產(chǎn)生形狀各異的脈沖，實(shí)現(xiàn)多元化的調(diào)制。為了尋求正交的波形，需對(duì)hermite多項(xiàng)式進(jìn)行修正，即：

經(jīng)過(guò)改動(dòng)之后，便可以得到彼此正交的各階hermite多項(xiàng)式了。這時(shí)可以在發(fā)送端同時(shí)發(fā)送n個(gè)不同形狀的單脈沖，正交性使其互不干擾，接收端用相關(guān)接收技術(shù)即可把每一個(gè)信號(hào)分離出來(lái)。

圖3給出了改進(jìn)型hermite多項(xiàng)式時(shí)域波形。與此同時(shí)還可以通過(guò)搭建simulink電路得到想要的各階hermite多項(xiàng)式脈沖。如圖4給出了搭建電路和仿真波形。在simulink電路中，Hermite多項(xiàng)式的階數(shù)由脈沖階數(shù)單元控制，示波器1、2給出相應(yīng)階數(shù)和相應(yīng)階數(shù)減1階的hermite脈形。

傳輸效率的提高帶來(lái)系統(tǒng)性能的下降，這是許多系統(tǒng)所不能容忍的，因此需要進(jìn)行編碼。首先在形域采用BCH（7，4）對(duì)信號(hào)編碼，這樣一來(lái)傳輸速率是單脈沖的4倍，而誤碼性能則與單脈沖基本相同，隨后在時(shí)域?qū)π畔M(jìn)行BCH（31，11）編碼，使性能進(jìn)一步提高，最后還可以在時(shí)域和形域聯(lián)合編碼，誤碼性能會(huì)得到大幅度的改善，而傳輸效率仍然高于單脈沖系統(tǒng)。性能曲線(xiàn)如圖5所示。

4應(yīng)用前景和發(fā)展方向

憑借自身的眾多優(yōu)勢(shì)，超寬帶技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，UWB首先在美國(guó)軍方和政府部門(mén)得到了實(shí)質(zhì)性關(guān)注，并迅速應(yīng)用于美國(guó)軍隊(duì)的無(wú)線(xiàn)電臺(tái)組網(wǎng)（Adhoc）和高精度雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)中。2002年2月FCC準(zhǔn)許UWB技術(shù)進(jìn)入民用領(lǐng)域，條件是：“在發(fā)送功率低于美國(guó)放射噪音規(guī)定值-41.3dBm/MHz（換算成功率則為1mW/MHz）的條件下，可將3.1G～10.6GHz的頻帶用于對(duì)地下和隔墻之物進(jìn)行掃描的成像系統(tǒng)、汽車(chē)防撞雷達(dá)以及在家電終端和便攜式終端間進(jìn)行測(cè)距和無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信”。盡管該技術(shù)在應(yīng)用中有如此多的限制，但它仍受到廣大電信開(kāi)發(fā)商的青睞。TimeDomain和MultispectralSolutions等公司已經(jīng)向IEEE-802.15委員會(huì)提出了采用超寬帶技術(shù)的議案，眾多公司的研究部門(mén)乃至學(xué)校也都將該技術(shù)的研究提到了日程中來(lái)。許多現(xiàn)已成熟的技術(shù)紛紛與UWB進(jìn)行結(jié)合，如UWB-OFDM、UWB-Adhoc、UWB-Wavelet、UWB-Neuralnetwork等，有的公司甚至已經(jīng)利用這些技術(shù)生產(chǎn)出了實(shí)際的民用產(chǎn)品。

圖4

筆者把超寬帶技術(shù)的應(yīng)用歸納為短距離無(wú)線(xiàn)通信、雷達(dá)探測(cè)和精確定位三個(gè)最主要的方面。其中在短距離無(wú)線(xiàn)通信中可用于密文傳送、音/視頻流傳輸、射頻標(biāo)簽識(shí)別以及無(wú)中心自紡織網(wǎng)絡(luò)（Adhoc）的物理層等領(lǐng)域；雷達(dá)方面主要用作防撞雷達(dá)檢測(cè)、精密測(cè)高學(xué)、穿墻成像和探地雷達(dá)系統(tǒng)；精確定位則可用于資源跟蹤和全球定位系統(tǒng)GPS（GlobalPositionSystem）。由此可見(jiàn)，UWB技術(shù)的背后蘊(yùn)藏著巨大的商機(jī)。

當(dāng)然，超寬帶技術(shù)若要真正用于人們的日常生活，還有許多極具挑戰(zhàn)性的課題，這也是超寬帶技術(shù)近來(lái)乃至今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)研究和發(fā)展的方向。

（1）建立時(shí)域內(nèi)的超寬帶無(wú)線(xiàn)電發(fā)射器的模型，從時(shí)域角度設(shè)計(jì)天線(xiàn)的傳輸函數(shù)；

（2）研究超寬帶信號(hào)產(chǎn)生和基本功能的優(yōu)化；

（3）研究低電平趕寬帶無(wú)線(xiàn)電信號(hào)集合而千萬(wàn)的干擾，有效平衡功率和通信范圍的關(guān)系；

（4）超寬帶跳時(shí)碼的研究；

（5）研究移動(dòng)Adhoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和路由協(xié)議，將超寬帶技術(shù)應(yīng)用于分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、盲捕獲和自配置功能中；研究適用于超寬帶類(lèi)似于“藍(lán)牙”系統(tǒng)的組網(wǎng)協(xié)議；

（6）研究基于超寬帶無(wú)線(xiàn)電傳輸技術(shù)的無(wú)線(xiàn)IP協(xié)議；

（7）研究超寬帶無(wú)線(xiàn)電的測(cè)試技術(shù)，包括傳輸信道的測(cè)試、估計(jì)、信道模型等。