無線通信論文范文

導語：如何才能寫好一篇無線通信論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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電力系統配網與骨干電網相比較，具有配電設備多、分支多、分布廣、電網等級復雜、結構繁瑣的特點，所以配網通信接線復雜，監控點分散，通信點多，這不僅要求提高無線通信的安全性和可靠性，而且要有較強的抗干擾能力，能夠實現雙向通信功能。筆者根據多年的工作經驗，首先對配網自動化系統進行了概述，然后講述了配網通信中無線通信技術的分類，然后著重介紹了LTE無線通信技術，最后為提高LTE無線通信技術的安全可靠性提出了幾條措施，具有一定的現實意義和參考價值。

2配網自動化系統概述

配網自動化系統作為一種遠程監控、協調、操作配電設備的自動化系統，集合了控制技術、通信技術和計算機技術，主要目的是提高配電網絡的可靠性和安全性，在改進供電質量的前提下，降低資金投入，最大限度的提高安全性和可靠性。配網自動化系統結構圖。配網自動化系統主要由四個部分組成：配電主站、現場監控、通信網絡和配電子站。其中通信網絡的主要功能是提供現場終端設備和配電主站之間的通信通道，實現數據監控和交流的功能。配網自動化系統的建立主要是為了提高供電可靠性和電壓質量。按照信息流向的不同，配網自動化系統數據自動化可以分為上行數據和下行數據，其中上行數據是終端設備采集的數據向主站發送，而下行數據是主站向終端設備發送控制數據，實現控制功能。

3配網通信中無線通信技術的分類

電力系統配網自動化系統需要在主站和終端設備之間進行數據傳遞、控制和調節，而配電網絡結構復雜，造成了通信節點多、節點相對分散、節點之間距離短的特點。無線通信技術應運而生。通常情況下，配網通信中無線通信技術可以分為：無線公網通信和無線專網通信。無線公網通信技術和無線專網通信技術各有優缺點，但是從當前的發展模式來看，無線公網通信技術具有更為廣闊的發展前景和發展市場，特別是在LTE無線通信技術問世之后，極大的推動了配網通信的安全性和可靠性，將電網推向“信息化、自動化、互動化”的智能電網方向。

4LTE無線通信技術

LTE無線通信技術作為公網通信技術3G的一個延伸，改進增強了3G空中接入技術，采用OFDM和MIMO標準，大大改善了小區邊緣用戶的性能，提高了小區容量，并且降低了系統延遲時間。LTE無線通信技術定位于2G、3G、LTE移動業務的綜合承載，以網絡可靠性和安全性為出發點，致力于建立高速率、高可靠的通信網絡。LTE無線通信技術和其他無線通信技術相比較具有多方面的優點：

（1）優化了空中接口技術，強化了數據傳送速率；

（2）采用頻分多址技術和多輸入輸出功能，作為無線網進化的準則；

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

（4）優化了小區容量，小區之間切換性能大幅度提高；

（5）整體構架是在數據分組交換的基礎進行的，能夠最大限度提高數據傳送效率；

（6）靈活性高，支持“配對”和“非配對”頻譜分配，網絡時延較低，用戶面時延不大于5ms，信令面時延小于100ms。TD-LTE核心網的關鍵技術主要包括標識管理、節點選擇、移動性管理、切換管理、IP地址分配和PDN連接服務和會話管理等，此外，為了提高通信的安全性和可靠性，系統還采用了NAS信令和RRC信令進行加密[3]，進一步提高了可靠性。

5加強LTE無線通信技術可靠性的措施

LTE無線通信技術可靠性并不是傳統意義上面的通信可靠性，指的是設備可靠性、網絡可靠性和業務可靠性。TCP連接吞吐量和端時延成反比，當傳輸路徑發生故障的時候，系統有兩種反應機制：啟用重傳機制或者倒轉路徑，無論哪種機制，對于信息傳遞而言都會大大降低其可靠性和安全性，所以可靠性技術勢在必行。通常情況下，提高LTE無線通信技術可靠性的方法有兩種：快速檢測和保護倒換技術，兩者相互結合，互相補充，全面提高配電網絡通信的可靠性。

5.1快速檢測技術

LTE無線通信利用相鄰系統之間的通信故障進行快速檢測，進而快速建立起替代通道或者倒轉到其他鏈路。當前，某些硬件設備（如SDH）提供了網絡故障檢測功能。典型的快速檢測技術包括BFD、EthOAM、MPLSOAM，這些典型的快速檢測技術能夠檢測相鄰設備之間的報文發送和接收速率，如果在規定的時間間隔內收不到相應的報文，則進行相應的協議倒換。以BFD快速檢測技術為例，BFD快速檢測技術不僅能夠快速檢測通信故障，而且可以快速將故障通知應用層。BFD快速檢測技術又可以分為BFDforPW機制和BFDforTE機制，前者主要是利用BFD完成隧道引導承載業務快速切換，達到業務保護的目的；后者是一種端到端的快速檢測機制，能夠檢測通信隧道的鏈路和節點，提高通信可靠性。此外，在通信隧道LSP上面建立起BFD回話，能夠利用快速檢測技術檢測出隧道故障，比如轉發路徑上的數據平面故障等等，為數據通信提供端到端的保護。

5.2保護倒換技術

保護倒轉技術在快速檢測技術之后，在事先建立好的通道上面，針對不同承載技術進行快速倒轉，切換相關協議。在LTE網絡中，保護倒轉技術能夠按照業務部署進行分類：L2VPN類、L3VPN類、網關類、鏈路類保護倒換技術。L2VPN類保護倒換技術主要是指PW冗余，L3VPN類保護倒換技術主要是指VPNFRR，網關類保護保護技術為E-VRRP，鏈路類保護倒換技術包括LDPFRR、混合FRR、TEFRR和TEHSB。其中不同保護技術相互結合可以提高通信可靠性，比如PW+L3VPN。按照保護倒轉模式的不同可以分為三類：隧道保護、業務保護及網關保護。①隧道保護，主要保護網絡內部鏈路和節點，能夠保證倒換前后業務節點不變，及采用保護技術包括LDP快速收斂、LSP、TEFRR三種技術；②業務保護，主要保護前后業務源宿節點，能夠匯聚匯聚路由器、RANER以及EPCCE節點故障，主要采用的保護技術包括PWRedun-dancy、VPNFRR、BFDforPW、BFDforTunnel；③網關保護，用于EPCCE及EPC與EPCCE之間的鏈路故障檢測，相應的保護技術為E-VRRP。

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由于煤炭生產的施工環境比較復雜，井下人員較多，設備流動性也較大，在生產操作中，常常采用多工種聯合流水作業的形式進行煤礦開采，這就要求需要大量的重型設備參與到煤礦生產中，無論是在設備運輸中，還是在安裝、調試中，其都有較高的要求，若不注重煤炭井上井下的協同生產，則容易發生瓦斯爆炸等事故。然而，隨著移動通信技術的發展，建立基于4G通信技術的無線移動通信系統，并將其應用于煤礦生產中，其不僅可以確保煤礦生產順利進行，還可以完成緊急事故的處理，因此，煤礦4G無線通信移動系統的實現，具有十分重要的意義。

二、基于4G通信技術的煤礦無線通信系統

（一）無線移動通信系統架構

針對當前煤礦生產對無線移動通信系統的需求，利用4G中的TD-LTE通信技術來實現高傳輸速率的寬帶無線網絡，建立信息化、自動化、智能化于一體的煤礦安全生產管理系統，打破當前煤礦系統安全生產局面，將煤礦井下傳感器、視頻等各類業務數據進行統一的網絡部署，有效解決信息孤島的問題，確保煤礦安全生產，從而提高煤礦的生產效率。因此，建立基于分時長期演進（TD-LTE）的寬帶無線網絡，由于基于4G通信技術的無線移動通信系統可以在頻譜帶寬20MHz下可以實現上行峰值速率和下行峰值速率分別為50Mb/s，100Mb/s，其接入時延可以小于100ms，如表1所示[3]，表示4G通信系統與3G無線通信系統的對比，因此，采用TD-LTE無線通信技術不僅可以滿足語音和數據業務的實時傳輸，也可以有效避免數據丟包、延時等問題。下面對基于4G通信技術的無線移動通信系統進行對比分析：1.基于TD-LTE通信技術的系統架構。TD-TLE煤礦無線通信系統網絡總體架構主要由基站、接入網關、BRAS及核心網通信構成，其中，核心網網元可以實現語音通信、數據傳輸及集群呼叫功能，其主要通過IMS+EPC+DSS集群模式來實現的[4]。2.建立基于TD-LTE通信技術的基站通信系統。將Femto/Pico基站應用于無線通信系統建設中，增強區域的覆蓋范圍，通過自身的傳輸網絡統一接入到安全網關中，采用IPSEC的方式，以保證網絡傳輸安全。當基站通過提供WLANAP來承載數據業務過程中[5]，其也可以通過PDG直接接入網絡來承載數據業務，為了確保提高高質量、高傳輸速率的數據和語音業務，則可以通過直接接入3GPP核心網來滿足不同的產品需求，實現統一的業務活動，建立以SmallCell為基站的網管系統，從而實現下層無線網絡通信系統與上層網管系統的對接。3.建立基于IMS+EPC+DSS集群模式的核心網[6]。在系統中設置核心網，其主要作用是提供用戶連接、系統管理、網絡承載等功能，分析該系統的核心網系統AXUNiEPC-5[7]，其主要依托電信級EPC核心網的優勢來實現網元MME、PGW等功能融為一體的模式，該核心網實現了移動辦公、遙感業務、監視控制及電子商務等基本業務，其可以為用戶提供安全可靠的LTE接入。另外，核心網系統還利應用了IMS系統，其是一種全新的多媒體業務形式，其不僅可以滿足多樣化的多媒體業務需求，還可以實現LTE語音業務系統，并且DSS核心網可以實現LTE的集群呼叫功能，DSS與EPC相比，其都采用了ATCA架構，并且都可以實現設備小型化的核心網。4.建立綜合應用無線通信系統平臺。利用分布式高性能計算機框架架構來建立一個安全、可靠、統一的綜合應用系統平臺，為了構建靈活、適用強的處理平臺，應在軟件處理平臺基礎上增加分析處理數據的專用支持工具，如支持LTE、Wi-Fi網絡和終端的基站系統[8]，實現數據傳輸、視頻及語音等各類業務，提供統一的數據存儲及應用接口，從而實現自動化管理的應用系統。

（二）無線移動通信系統功能概述

1.調度功能。調度系統是煤礦生產的重要通信手段，生產調度員通過利用調度功能來統籌調度所有資源，并對煤礦生產中各種突發狀況進行處理，以保證煤礦生產順利進行。調度功能主要包括生產進程管理、煤礦生產流程整合及資源分配等功能。2.語音業務。其主要包括以下幾種業務：第一，移動電話，其可以提供語音通信功能；第二，緊急呼叫業務，當煤礦井下的集群用戶發起緊急呼叫，呼叫中心將會做出答復，其類似與電話業務，具有簡單方便、快速的特點；第三，主叫號碼識別顯示業務，其主要功能是提供主叫用戶號碼給被叫用戶。3.集群通信。為了實現用戶之間的通信，利用無線集群通信系統來實現自動化的信息共享功能，與公眾無線移動通信相比，無線集群通信系統不僅可以提供系統內部的全呼、組呼之外，還可以提高雙向通話功能，通過建立優先等級呼叫和緊急呼叫功能，以滿足煤礦生產安全部門指揮調度的需求。4.增殖數據服務。在增殖數據業務中，主要包括提供視頻通話、物聯網接入、手機終端定位、多種數據等業務，其中，對于視頻通話，通過手機實時進行無線視頻業務，以便于井上工作人員的判斷和決策；數據網接入，通過利用3G通信技術來實現終端及無線傳感器等接口的采集，并利用物聯網提供終端接入；手機終端定位，即利用4G無線通信技術來實現語音通話及礦用無線通信手機終端定位，即通過操作人員攜帶的手機與基站之間的信號傳輸來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計算機來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，同時也可以提供實時信息；數據業務，為了滿足煤礦井下多種業務對寬帶的需求，實現高速分組無線數據業務，并通過智能手機綁定內部系統，實現信息、視頻監控及安全生產實時監控等功能，將綜合自動化系統應用于系統中，實現組態軟件實時顯示功能，當煤礦井下出現異常情況，系統將會提供自動報警提示功能。

三、結束語

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我國相關行業主管部門高度重視5G技術的發展，2013年2月，由工業和信息化部、國家發展和改革委員會、科學技術部聯合推動成立了IMT-2020（5G）推進組，其組織架構基于原IMT-Advanced推進組，成員包括中國主要的運營商、制造商、高校和研究機構，是聚合中國產學研用等各方力量、推動中國第五代移動通信技術研究和開展國際交流與合作的主要平臺。目前，各大主流通信廠商和研究機構都紛紛提出了5G的技術方案，這些方案的技術思路和側重點都各不相同。本文對各種技術進行了梳理，將5G的關鍵技術分為4個類別進行闡述，即新型多天線傳輸技術、高頻段傳輸關鍵技術、密集網絡關鍵技術和新型網絡架構。

1新型多天線傳輸技術

隨著通信產業的發展，頻譜資源日益稀少，因此，提高頻譜利用率成為未來通信技術發展的重要方向。在這種背景之下，基于大規模天線陣列（LSAS：LargeScaleAntennaSystem）和大規模MIMO（MassiveMIMO）等通信技術被相繼提出。其中，利用LSAS技術可以帶來巨大的陣列增益和干擾抑制增益，使小區總的頻譜效率和邊緣用戶的頻譜效率得到極大的提升。同時，LSAS技術還可以實現對空間位置的劃分，利用空分多址，同時服務多個用戶。目前，在LTE及LTE-Advanced（Rel.8/9/10/11）中，已經推出了對MIMO天線的諸多增強性改進，用以滿足對小區容量和下載速率增長的需求。但是，在LTE-Advanced中，基站下行最大只支持8根發送天線，其對于性能的提升還是十分有限的。在未來的5G中，將引入有源天線技術（AAS：ActiveAntennaSystem），通過這一技術，將更容易實現小區基站上MassiveMIMO的部署，從而實現3D波束成形，相關技術可以顯著增加系統容量，滿足日益增長的數據業務需求。

具體而言，當前LTE基站的多天線只在水平方向排列，只能形成水平方向的波束，并且當天線數目較多時，水平排列會使得天線總尺寸過大從而導致安裝困難。而5G的天線設計參考了軍用相控陣雷達的思路，目標是更大地提升系統的空間自由度。基于這一思想的LSAS技術，通過在水平和垂直方向同時放置天線，增加了垂直方向的波束維度，并提高了不同用戶間的隔離（如圖1所示）。同時，有源天線技術的引入還將更好地提升天線性能，降低天線耦合造成能耗損失，使LSAS技術的商用化成為可能。由于LSAS可以動態地調整水平和垂直方向的波束，因此可以形成針對用戶的特定波束，并利用不同的波束方向區分用戶（如圖2所示）。基于LSAS的3D波束成形可以提供更細的空域粒度，提高單用戶MIMO和多用戶MIMO的性能。同時，LSAS技術的使用為提升系統容量帶來了新的思路。例如，可以通過半靜態地調整垂直方向波束，在垂直方向上通過垂直小區分裂（cellsplit）區分不同的小區，實現更大的資源復用（如圖3所示）。

2高頻傳輸技術

由于各類無線通信和無線應用的快速發展，各國的低頻段頻譜資源都已經十分緊張，很難找到適合5G技術應用的新頻段。同時，為了保證5G技術所需要的更大傳輸帶寬，各種射頻器件也勢必要調整到更好的工作頻率上。因此，未來5G技術須向高頻段擴展，尤其是毫米波頻段，該頻段頻譜資源豐富，具有連續的大帶寬，可以滿足短距離高速傳輸的需求。

目前，各大通信企業和研究機構都在積極進行相關研究工作。例如，韓國三星公司已經對28GHz和37GHz頻段的信道傳播特性進行了信道測量，并研發了基于28GHz頻段的系統設備樣機，經過實地驗證，樣機已經達到了1Gbit/s的下載速率，證明了高頻段在移動通信特定場景下應用的可行性。但是，由于電磁傳播的特性，高頻傳輸目前還面臨很多實際的困難。由于空氣的吸收作用，頻段越高的電磁波路徑損耗越大。例如，60GHz的電磁波路徑損耗要比5GHz的電子波高出20多個dB。同時，高頻段傳輸以直射路徑為主，繞射能力較差，當基站與用戶間的直視徑受到阻擋，傳輸性能將顯著下降。另外，高頻段器件的技術難度較大，相關工藝還不成熟，因此，高頻段相關器件較少且價格較貴，給高頻段通信帶來很大的技術挑戰。

3密集網絡技術

為應對未來持續增長的數據業務需求，采用更加密集的小區部署將成為5G提升網絡總體性能的一種方法。通過在網絡中引入更多的低功率節點可以實現熱點增強、消除盲點、改善網絡覆蓋、提高系統容量的目的。但是，隨著小區密度的增加，整個網絡的拓撲也會變得更為復雜，會帶來更加嚴重的干擾問題。因此，密集網絡技術的一個主要難點就是要進行有效的干擾管理，提高網絡抗干擾性能，特別是提高小區邊緣用戶的性能。

密集小區技術也增強了網絡的靈活性，可以針對用戶的臨時性需求和季節性需求快速部署新的小區。在這一技術背景下，未來網絡架構將形成“宏蜂窩+長期微蜂窩+臨時微蜂窩”的網絡架構（如圖4所示）。這一結構將大大降低網絡性能對于網絡前期規劃的依賴，為5G時代實現更加靈活自適應的網絡提供保障。

與此同時，小區密度的增加也會帶來網絡容量和無線資源利用率的大幅度提升。仿真表明，當宏小區用戶數為200時，僅僅將微蜂窩的滲透率提高到20%，就可能帶來理論上1000倍的小區容量提升（如圖5所示）。同時，這一性能的提升會隨著用戶數量的增加而更加明顯。考慮到5G主要的服務區域是城市中心等人員密度較大的區域，因此，這一技術將會給5G的發展帶來巨大潛力。

當然，密集小區所帶來的小區間干擾也將成為5G面臨的重要技術難題。目前，在這一領域的研究中，除了傳統的基于時域、頻域、功率域的干擾協調機制外，3GPPRel-11提出了進一步增強的小區干預先部署的小區臨時部署的小區擾協調技術（eICIC），包括通用參考信號（CRS）抵消技術、網絡側的小區檢測和干擾消除技術等。這些eICIC技術均在不同的自由度上，通過調度使得相互干擾的信號互相正交，從而消除干擾。除此之外，還有一些新技術的引入也為干擾管理提供了新的手段，如認知技術、干擾消除和干擾對齊技術等。隨著相關技術難題的陸續解決，在5G中，密集網絡技術將得到更加廣泛的應用。

4新型網絡架構

未來的5G網絡必將是多種網絡共存的局面，融合多種通信方式將成為一個顯著的特點。由于移動通信網絡的演進特性，未來的網絡將包括3G、4G以及WLAN網絡等多種制式，是無縫、異構、融合的網絡。因此，未來5G將形成蜂窩與Wi-Fi融合組網的新型網絡架構，可以有效利用非授權頻段實現業務分流。

另一方面，隨著移動通信業務量的不斷增長，基站所承擔的業務量和計算量也越來越大。為了減輕基站壓力，提高傳輸速度，D2D（DevicetoDevice）網絡的概念被提出。目前，在LTERel-13中已經開始討論D2D技術，未來也將成為5G中的關鍵技術。D2D技術即終端直通技術，指終端之間通過復用小區資源直接進行通信的一種技術。D2D技術無需基站轉接而直接實現數據交換或服務提供（如圖6所示），可以有效減輕蜂窩網絡負擔，減少移動終端的電池功耗、增加比特速率、提高網絡基礎設施的魯棒性。然而，在蜂窩通信系統與D2D通信系統融合的系統中，網絡需要決定何時啟用D2D通信模式，以及D2D通信如何與蜂窩通信共享資源，是采用正交的方式，還是復用的方式，是復用系統的上行資源，還是下行資源，這些問題也增加了D2D輔助通信系統資源調度的復雜性。

此外，隨著物聯網技術的飛速發展，未來網絡中不僅有人與人的通信，還將產生大量機器與機器（M2M）通信。隨著M2M終端及其業務的廣泛應用，未來移動網絡中連接的終端數量會大幅度提升，會引起接入網或核心網的過載和擁塞，這不但會影響普通移動用戶的通信質量，還會造成用戶接入網絡困難甚至無法接收入。因此，如何優化網絡，使之能適應M2M應用的各種場景是未來M2M需要解決的關鍵。目前確認的方案包括以下幾種類型：接入控制方案、資源劃分方案、隨機接入回退方案、隨機接入回退方案、特定時隙接入方案、Pull方案等，另外，還有針對核心網擁塞的無線側解決方案。

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1．1WiFi無線通信技術

WiFi無線通信技術采用OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）正交頻分復用技術，其優勢在于具有較高的數據帶寬，低廉的設備成本，同時使用2．4GHz的公共頻段，不需要復雜的審批手續。但WiFi技術不屬于國際電信聯盟ITU（InternationalTelecommunicationUnion）規定的移動語音通信標準，不具備規模組網通信的理論基礎與技術標準，其定位就是短距異步寬帶數據無線接入。由于WiFi采用的是短碼擴頻技術，只適合視距無遮擋點對點直線通信，而對礦井這種遮擋嚴重，多徑反射劇烈，場強衰落快速變化的現場，將直接導致WiFi的通信距離大大縮短。WiFi通信技術所使用的通信體制、占用帶寬、調制方式與目前煤礦井下人員定位系統的RFID和ZigBee完全相同或近似，使得系統之間會產生嚴重的電磁干擾，嚴重的還會使系統癱瘓。

1．2TD－SCDMA無線通信技術

TD－SCDMA技術是ITU的第三代移動通信空間接口技術規范之一。TD－SCDMA的特點是上下行同頻段，通過時隙配置為上下行信道提供無線承載。TD－SCDMA可支持速率為8kbit／s～2Mbit／s的語音、互聯網等所有的3G業務。TD－SCDMA系統采用時分雙工模式，它的一個載波占用1．6MHz的帶寬，僅能提供速率為2Mbit／s的3G數據業務。并且在產業鏈方面TD－SCDMA不夠成熟，終端數量較少。目前，TD－SCDMA礦用通信系統采用BBU（BuildingBasebandUnit）＋RRU（RadioRemoteUnit）拉遠方式，BBU部署在地面，RRU作為井下無線站點部署在井下，地面與井下采用私有的IR接口，必須使用裸光纖，無法直接使用井下工業以太環網，且當BBU出現故障時，會導致全網無法工作。某個中間RRU故障會導致整個鏈上的RRU無法工作，維護、擴容較為困難。

1．3WCDMA無線通信技術

WCDMA技術是ITU正式的第三代移動通信空間接口技術規范之一，是集CDMA、FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess，頻分多址）技術優勢于一體、系統容量大、抗干擾能力強的移動通信技術［4］。WCDMA發展空間較大，技術成熟性最佳，有較高的擴頻增益，可支持速率為8kbit／s～5．76Mbit／s的語音、互聯網等所有的3G業務。WCDMA作為產業鏈最為成熟、網絡部署最為廣泛、終端最為豐富的3G技術，其網絡除能實現語音通信功能外，還可提供高速率數據和圖像傳輸功能。但是，傳統WCDMA系統總體造價相對較高，不利于大規模推廣，而且井下巷道錯綜復雜，其無線信號的全礦井無縫覆蓋困難大。

1．4Femtocell無線通信技術

1．4．1Femtocell技術簡介Femtocell又可稱為毫微微小區、家庭基站［5］，是近年來根據3G發展和移動寬帶化趨勢推出的低功率、超小型化移動基站。Femtocell使用IP協議，通過用戶已有的ADSL、LAN等寬帶電路連接，遠端由專用網關實現從IP網到移動網的聯通。它的大小與ADSL調制解調器相似，具有安裝方便、自動配置、自動網規、即插即用的特點。1．4．2Femtocell技術優勢（1）可覆蓋宏小區不能覆蓋的地方。（2）可以減少來自于宏小區基站的高功率開銷并提高宏小區基站的性能。（3）輻射更低，手機電池也更耐用。（4）為固網與移動網融合提供了一個理想的解決方案。Femtocell的網絡架構如圖1所示。目前業界主流的設備商主要采用的是把NodeB和RNC（RadioNetworkController，無線網絡控制器）功能集成于一個接入設備的扁平化架構，由Femtocell網關提供標準的Iu接口。更進一步的扁平化架構可以把SGSN（ServingGPRSSupportNode，GPRS服務支持節點）／GGSN（GatewayGPRSSupportNode，網關GPRS支持節點）等功能集成于Femtocell接入設備。扁平化架構的優勢是它符合下一代移動網絡的發展趨勢。由于獨立節點的減少，使得網絡端到端時延大大降低（降低40％左右），從而大大增強用戶在使用高速數據業務和實時業務時的體驗。同時，節點的減少也大大提高了網絡的可靠性。

2基于Femtocell的礦用

WCDMA無線通信系統傳統的礦用CDMA－2000，TDS－CDMA以及WCDMA系統總體造價相對較高，不利于大規模推廣，而且井下巷道錯綜復雜，其無線信號的全礦井無縫覆蓋困難極大；但隨著Femtocell技術的應用，使得WCDMA無線技術應用到煤礦井下變得簡單。針對煤礦井下的環境特點，提出了一種基于Femtocell的礦用WCDMA無線通信系統，系統結構如圖2所示。從圖2可看出，基于Femtocell的礦用WCDMA無線通信系統采用現有的IP網絡傳輸，Femtocell通過工業以太網與地面主系統相連，井下通信的網絡架構可采用標準的Femto網絡架構，實現井下、井上通信的結合，傳輸使用礦區已經部署的井下工業以太環網。Femtocell基站集成了NodeB（即移動基站，一般由控制子系統、傳輸子系統、射頻子系統、中頻／基帶子系統、天饋子系統等部分組成）和RNC的功能，它通過SIP（SessionInitiationProtocol，會話初始協議）／IMS（IPMultimediaSubsystem，IP多媒體系統）連接到地面核心網絡（核心網包括移動交換中心MSC和用戶歸屬位置寄存器HLR等），核心網絡采用WCDMA專網的自建核心網。

2．1系統的關鍵技術

2．1．1即插即用Femtocell所扮演的角色類似于終端設備，因此，其使用方法必須簡單明確，安裝好Femtocell基站后，只要接通電源和網絡就可以使用。Femtocell和服務器之間必須能自動完成IP連接和IP分配，能夠進行遠程的自動軟件升級、自動網絡規劃（包括最小干擾頻點的選擇、擾碼的自動分配、鄰區列表的自動創建及發射功率的自動調整）。2．1．2接入控制接入控制主要有3個層面：①接入層的UE（UserExperience）接入鑒權。用戶必須可以設置Femtocell的接入模式，如是否允許所有用戶接入、能否設置不同的接入用戶、Femtocell信號是否可以獨享等。因此，Femtocell必須設置一個白名單編輯功能，以滿足對Femtocell接入終端的控制。②Femtocell基站設備的接入控制。服務器要能夠監控Femtocell基站的使用，并控制其IP接入。目前主要采用在Femtocell基站內置一張類似于SIM卡的信息鑒權設備，運營商可以在SIM卡上燒制相應的鑒權信息。③核心網3GPP標準的UE接入鑒權。Femtocell對用戶的接入必須滿足3GPP對3G的各項標準規定［6］。2．1．3IP傳輸網絡質量要求因為Femtocell是完全通過IP網絡實現與核心網的連接，因此，如何保證業務的QoS服務等級，特別是語音業務的QoS要求非常關鍵。因此，對于IP傳輸網絡需要有一定的性能要求，如對滿足語音業務、滿足視頻電話及PS384K業務在時延、抖動、丟包率、帶寬等方面的指標均有最低要求。2．1．4時鐘同步技術Femtocell基站主要通過接收周圍宏基站信號來提取同步時鐘信號，如果Femtocell完全處于孤島環境，就需要通過自身的時鐘振蕩器來獲取時鐘。

2．2系統優勢分析

綜合了Femtocell技術與WCDMA技術的特點，基于Femtocell的礦用WCDMA無線通信系統主要有以下優勢。（1）組網靈活。由于系統采用Femtocell技術和小型化設備，且可即插即用，系統安裝維護方便，組網更加靈活。（2）穩定可靠。系統內設備采用電信級標準設計，確保系統可靠性。無線資源池共享技術的應用使得系統穩定性和可靠性大大提高，且滿足突況下設備的資源需求；在正常情況下，設備運行負荷均衡，工作狀態穩定。（3）業務豐富。系統不僅支持基本的高質量語音通信和短信業務，而且基于WCDMA的高帶寬特性，可靈活承載移動辦公、無線監控、生產巡檢等各種數據業務。另外，可根據數字化礦山的特點，靈活定制適應于礦山安全生產的多種移動業務。（4）兼容性高。基于Femtocell的礦用WCDMA礦用無線通信系統設備采用國際通用通信標準設計，設備可以和不同制造商生產的公網模式的WCDMA制式終端兼容；可以和多家主流設備制造商生產的用戶級交換機和局用交換機互通。

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GPRS它是利用分封交換的概念方式演變出的一套無線傳輸方式。在具體應用中將Date分裝成許多個獨立的封包，然后再將這些封包傳送出去。根據現在的使用情況，GPRS大多數被使用在GSM網絡上，它是開通的一種全新的分組數據傳輸業務，除此之外，它還可以提供系列式的交互式業務服務，但是服務各有不同，側重點也不同。表1給出的是GPRS與其他無線方式服務的應用對比。

2GPRS通信服務器關鍵技術及終端

在實際的應用中，GPRS通信服務器的一側是和電能量采集系統通過串行的方式進行連接的，而它的另一側就是與GPRS網絡采用普通的網絡連接方式進行連接。通過實際應用，GPRS終端接收時來自GPRS網絡的數據包，同時還要負責接收電能表的RS232串行數據流，再次轉換成數據包，然后依次通過網絡發送到通信中心的服務器。圖1所表示的是符合實際網路安全的GPRS網絡通信示意圖。

3GPRS無線通信技術在自動抄表時的應用

下面根據筆者自身的工作情況，將GPRS無線通信技術在電力系統中自動抄表時的應用做以闡述分析。

3.1系統的設計

實際上，GPRS無線通信技術在自動抄表系統時是由電表數據采集部分、GPRS無線數據傳輸終端、電力局的配電數據中心這三大部分組成，具體如圖2所示。在工作中，電表數據是先通過中國移動的GPRS/GSM網絡進行傳輸，然后居民小區內的所有電表要連到電表集中器，電表數據再經過協議封裝后依次發送到中國移動的GPRS數據網絡，最后實現電表數據和數據中心系統的實時在線連接。

3.2系統的功能

這個系統的建立對遠程實現自動抄表起到很大的作用。因為他具備了系統設置、數據采集、資料錄入、自動報警等功能板塊。在系統設置上完成了系統網絡的建立和初始參數設置；在數據采集方面它能實現廣播抄表點抄單表、零點抄表和實時點抄等。而它的系統維護保障了日志年、月、日的查詢、系統通訊和定時操作的設置、數據安全備份維護等。

3.3系統的應用

這個的應用主要用到的電表有三相有功無功多功能表。并具有功正、反向分時電量；無功四象限分時電量及無功正、反向分時最大需量及發生時間等。在形式的表現上可以自動實現自動抄表、定時上報、實時查詢；在告警功能方面可以實現開箱告警、逆相告警、過流告警等其他功能。

4結語

篇6

（正文）一、全球趨勢：公眾移動保持增長寬帶無線熱點不斷

當今，全球無線通信產業的兩個突出特點體現在：一是公眾移動通信保持增長態勢，一些國家和地區增勢強勁，但存在發展不均衡的現象；二是寬帶無線通信技術熱點不斷，研究和應用十分活躍。

資料顯示，在全球電信市場普遍低調的背景下，移動通信依然保持了較好的增長態勢。統計顯示，2003年全球移動用戶數增長率在17％以上，總計達到13.54億戶。在市場值方面，全球移動業務市場在2003年已達到4680億歐元，比上年增長了11.3％以上。

盡管全球移動市場在增長，但這種增長也呈現出很大的不均衡性。從用戶數來看，在北美、歐洲等發達國家和地區，由于移動用戶普及率已經很高，因此新增用戶數日益減少；而在亞洲、非洲等地區，特別是像中國這樣的發展中國家，移動用戶數增長迅猛。從用戶創造的價值來看，歐美發達國家的ARPU值遠遠超過了新興的發展中國家。從數據新業務市場的增長來看，韓國、日本呈現爆發態勢，已成為全球移動通信發展的新熱點。

目前，我國的移動通信市場呈現持續快速增長的局面，截至4月底，移動用戶總數達到2.96億，用戶普及率達到20.9％。考慮閑置的充值卡和一人雙機的情況，我國移動通信由于用戶普及率相對還比較低，仍有相當巨大和持久的增長空間。但我國的移動通信領域已進入了全面競爭的時代，GSM、CDMA乃至小靈通等網絡激烈爭奪用戶，這已導致了資費下降，用戶ARPU值下降的情況。目前我國的GPRS、CDMA1X等2.5G數據業務發展態勢不錯，并已逐步培育了用戶群。而3G還處在技術試驗階段，政府依然保持謹慎態度。

除傳統的公眾移動通信外，全球的寬帶無線接入領域近期研究和應用十分活躍，熱點不斷出現，給無線通信業界帶來了清新的空氣。這包括寬帶固定無線接入技術、WLAN技術、WiMAX技術、UWB技術等等，呈現百花齊放的局面。這些技術的出現和發展，給整個無線通信產業注入了勃勃生機。

二、熱點解析：五大技術引領應用模式各展所長

前文對全球無線通信領域的發展情況作了概要性介紹，以下將重點就當前無線通信領域的焦點問題和熱點技術展開較深入的介紹和分析。主要包括3G、3.5GHzMMDS、WLAN、WiMax、UWB等五大熱點。

1.舉世矚目的3G

今天，第三代移動通信3G格外引人矚目，成為無線通信產業的最大熱點。

首先，從技術角度來看，3G主流技術已經基本成熟。cdma2000由于技術本身的平滑演進特性，進入3G的障礙不大。WCDMA以前受版本不斷更新的影響，阻礙了商用進程，但目前主體標準已經定型，具備了規模商用的基礎。TD－SCDMA技術要相對滯后一些。

總的說來，當前的3G技術已經能夠支持規模化的商用網絡部署。

其次，目前歐美等運營商已經進入了3G網絡部署階段。3G網絡的商用部署正在全球一步步地鋪展開來。截至2004年3月底，就WCDMA而言，全球已經發放了120份牌照，簽署了91份商業部署合同，目前已有二十多家網絡投入商用，預計到2004年年底總數將超過40家。目前兩家韓國運營商STK和KTF在使用cdma20001xEV－DO，日本KDDI也開始了EV－DO網絡的商用，而Verizon也即將參與該制式下3G網絡的部署。

應該說，2004年已經進入了全球3G的商用部署年。

第三，部分運營商的3G用戶數量開始呈現快速增長的局面。最早推出3G商用業務的NTTDoCoMo近期宣布，在距離突破200萬用戶僅僅兩個月的時間內，他們的3G用戶總數就增長至300萬大關。5月中下旬，和記黃埔表示，在過去兩個月中，3G用戶數出現了快速增加，目前在全球范圍內已經達到了173萬。截至2004年1月1日，全球使用cdma2000（包括CDMA1X）系列和WCDMA標準制式的3G用戶數已經達到了7300萬。

從全球來看，3G商用在部分地區已取得了初步成功。

第四，我國3G處在黎明的前夕。我國對3G一直采取積極穩健的態度，目前，我國正在進行第二階段的網絡技術試驗，或稱外場測試。自今年3月起，開始啟動WCDMA、cdma2000和TD－SCDMA的測試工作，由6大運營商分別在北京、上海、廣州三地進行。測試的重點包括：3G網絡覆蓋、容量等性能試驗；不同3G技術之間、3G和2G技術之間的干擾、共存；各種3G業務及業務兼容性試驗；3G終端和系統之間互操作試驗；3G和2G之間的互操作試驗。

預計此階段試驗將在今年10月份完成，試驗將對我國對3G的決策工作起到重要的參考作用。由于此次試驗由運營商參與，且屬于網絡試驗。因此，預計若此次試驗結果令人滿意的話，我國的3G牌照發放工作有可能順勢展開。

趨勢分析3G一波三折，曾經有一段時間，人們對3G的前途失去了信心，并在今天留下了心理陰影。對3G問題，我國應如何把握呢？筆者認為，目前，3G已處在商用的爆發階段，由于3G技術和產品的成熟，3G的商用已不容置疑地擺在了我們面前。歐美等國運營商加緊部署3G網絡以及日韓等國3G用戶的快速增長，表明3G已經成為全球移動通信領域新的成長點，我國需要當機立斷，盡快開展3G牌照的發放工作和商用部署工作。這樣才不至于坐失機遇，在本來領先的移動網絡建設中落后。同時，3G也為國內的電信制造商提供了絕佳的機遇，這也是我國移動通信產業的一次發展良機。

應該說，目前3G還存在一些問題，主要表現在市場還處在啟蒙階段，殺手級的業務還沒有呈現，終端還不夠多。在我國，政府將考慮對市場競爭度的把握，涉及3G網絡發放幾張牌照的問題，同時，還將考慮設備國產化問題。這些問題已經屬于次要矛盾，目前最重要的是要選擇恰當時機盡快推動3G網絡平臺的建設，這才是解決以上矛盾的關鍵環節和引導環節。

這主要是因為我國3G網絡建設不同于西方發達國家，我國移動話音用戶市場還有很大的成長空間，這就能夠避免出現因為發展初期新應用新業務不足無法支撐網絡生存的狀況。同時，我國有迫切需要進入移動市場的“新”運營商，中國電信和中國網通如果被允許經營移動通信業務，其網絡建設必然會選擇3G，這從中遠期的網絡成本上要遠遠低于2G技術。此外，盡快發放3G牌照，對解決現有的小靈通（PHS）的矛盾，也有重要的戰略意義。目前，日本都已經棄PHS而轉攻3G，其目的十分明顯，即要糾正自己早期大上帶有強烈本土化特征的PHS導致失去移動領域國際領先地位的失誤，重新用全球性的先進技術武裝自己的移動通信產業，實現在該領域的戰略性崛起。如果我國反其道而行之，將是不明智的，這關鍵還是政府的決策引導問題，而不能抱怨運營商。總之，3G不是一蹴而就的，如果遲遲不進行網絡的建設，其他的矛盾將繼續積聚，難以得到根本性的解決。

2.3.5GHz寬帶固定無線接入的推廣應用

3.5GHz寬帶固定無線接入技術MMDS，是工作于3.5GHz無線頻段上的中寬帶無線接入技術。今年4月份，第三批3.5GHz寬帶固定無線接入頻率評選（招標）工作在我國進行，使MMDS技術在我國的應用進一步擴大，這也使3.5GHz固定無線接入技術成為今年業界的熱點之一。

在此次評選（招標）工作中，中國電信、中國網通、中國移動、中國聯通、中國鐵通五大運營商分別獲得河北、山西、內蒙古等27個省（區）的3.5GHz頻段2×30MHz頻率使用權，并將獲準經營相應電信業務。加上此前的兩次3.5GHz頻率使用權分配，我國3.5GHz頻段已在絕大部分地區分配完畢。這表明，我國的3.5GHz寬帶固定無線接入進入了規模商用。

前一段時間，無線電管理局副局長劉巖率領由無線電管理局、電信管理局、電信研究院共同組成的調研組，對第二批3.5GHz中標企業的工作情況進行了調研。通過調研發現，在第二批中標的9家企業中有7家建設開通了網絡，這7家企業在一半以上的中標城市建設了自己的網絡。目前運營商傾向于提供的業務包括：語音接入業務（本地和IP電話），數據專線業務，Internet接入業務等。調研中還發現，如果將3.5GHz網絡作為單一網絡來經營，盈利困難比較大，特別是對于大型企業。調研中，運營企業對進一步獲得3.5GHz頻率資源表現出了很大熱情。

趨勢分析寬帶固定無線接入技術因為其高帶寬、建設速度快、接入方式靈活等特點，受到了業界的關注。但這項技術也有其局限性，比如高頻段26GHz的LMDS技術受天氣影響較大，而3.5GHzMMDS技術在我國又受到了帶寬不足等因素的限制。因此，對于寬帶固定無線接入技術，我們應該回歸理性的認識。它具有自身的優勢，但也有其固有的缺陷，因此在應用中要實事求是。

就目前重點推廣的3.5GHz技術來看，運營商的經營經驗表明，若單獨把MMDS技術作為一個獨立網絡來運作，由于其技術、用戶規模和頻率帶寬的限制，較難實現盈利。因此，我們應該進一步放寬眼光，把它推廣至更大的應用領域。比如可以考慮像現在某些運營商所采用的，將之作為移動基站的回路。

對于3.5GHzMMDS技術，我們一方面要積極推動其綜合業務的應用，比如數據增值業務的開發和經營。同時也要從全局的角度考慮，使之成為移動通信網絡的有效補充手段。這樣才能充分發揮3.5GHz頻段的效率。未來，隨著3G技術的商用，3.5GHz將有望成為移動網絡重要的接入補充手段，并對3G網絡的搭建起到支撐作用。

3.沸沸揚揚的WLAN標準之爭

無線局域網技術WLAN（Wi－Fi），其技術標準為802.11，可實現十幾兆至幾十兆的無線接入。我國目前發展的主要是802.11b標準的WLAN網絡，支持11Mbps的無線接入。作為近年來的一項新技術，WLAN在歐美等國快速發展，在我國近兩年也得到了幾大運營商的追捧。而自去年開始的WAPI標準之爭，吸引了全球的關注目光。

2003年5月12日，由中國寬帶無線IP標準工作組負責起草的無線局域網兩項國家標準（即WAPI標準），由國家信息產業部報送國家標準化管理委員會正式頒布。2003年12月1日，國家認證認可監督管理委員會2003年第113號公告，宣布對無線局域網產品實施強制性產品認證，要求所有產品都要加載我國擁有自主知識產權的安全保密協議WAPI，從2004年6月1日起，不符合WAPI標準的無線局域網產品不得出廠、進口、銷售或者在其他經營活動中使用。但2004年4月22日，國務院副總理吳儀表示中國已經同意美方提出的要求，不在2004年6月1日最后期限到來之時強制實施WAPI標準。2004年4月29日，國家質檢總局、認監委、國標委聯合了2004年第44號公告。公告強調：WAPI標準實施時間只是推遲，并沒有取消，也沒有取消標準的強制性屬性。

筆者認為，之所以出現WAPI標準之爭，除了國家出于自身信息安全的考慮外，我國無線通信設備廠商希望成長壯大，占領新興技術市場的渴望也是重要因素。但該標準的無限期推遲，也暴露出一些問題。那就是，我國的無線技術的核心能力，與國際水平相比還有一定差距，還難以撼動國際主流的技術集團。同時，我國通信技術標準的制訂策略，還存在封閉性的問題，這也是其受到國際社會普遍攻擊的重要原因。當然，WAPI標準的推遲執行，也是出于更大的國家利益的考慮。

趨勢分析WAPI標準之爭，表明WLAN技術在全球的重要戰略地位。其戰略意義不只在于網絡的部署、用戶的發展、業務的經營范疇，更在于其對IT通信產品領域的巨大拉動力量，特別是對計算機芯片的突出貢獻。因此，我國應該積極推進WLAN核心技術的研究工作，這不僅涉及通信產業，而且涉及IT領域的巨大利益。

拋開WAPI標準之爭，我們如何把握WLAN技術的發展趨勢呢？應該說，WLAN在我國目前的工作，陷入了低潮階段。這主要是受制于WLAN技術自身的限制，比如其漫游性、安全性、如何計費等等，還沒有得到妥善的解決。另外，高端商業用戶的不足，使網絡建設的投資收益比較低，因此也影響了運營商的積極性。未來，隨著技術的進一步成熟，WLAN技術將在特定的區域和范圍，特別是熱點區域和高速信息接入領域，發揮對移動通信網絡的重要補充作用。3G網絡商用后，WLAN將成為彌補3G固定區域高速覆蓋的不足。總體來看，WLAN具有很強的生命力，但其在運營領域的發展速度估計會低于過去的預期。

4.寬帶無線技術新寵WiMAX

有資料顯示，“WiMAX”已經成為近期互聯網上搜索量最大的通信關鍵詞，該項技術以其遠覆蓋和高帶寬特性，成為無線業界的新寵。

WiMAX全稱為WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess，即全球微波接入互操作系統，其技術標準為IEEE802.16。WiMAX也組織了自己的聯盟。目前這個聯盟已經發展了數十家會員，該聯盟由Intel牽頭，我國中興通訊也名列其中。WiMAX的目標是促進IEEE802.16的應用。

WiMAX相對于Wi－Fi的優勢主要體現在Wi－Fi解決的是無線局域網的接入問題，而WiMAX解決的是無線城域網的問題。Wi－Fi只能把互聯網的連接信號傳送到300英尺遠的地方，WiMAX則能把信號傳送31英里之遠。Wi－Fi網絡連接速度為每秒54兆，而WiMAX為每秒70兆。有專家認為，WiMAX的覆蓋范圍和傳輸速度將對3G構成威脅。在成本等各個方面的優勢使得業內人士將WiMAX技術看作是一項打破產業格局的技術。

近期，英國電信（BT）、法國電信、Qwest通信公司、Reliance電信和XO通信加入了WiMAX論壇，目前WiMAX論壇已經擁有98個成員，運營商占25％。今年初，Intel也宣布，下半年開始將會在其生產的芯片中部分采用WiMAX標準。

趨勢分析對于今天異常火熱的WiMAX技術，我們該如何看待？它會成為3G技術的終結者嗎？筆者認為，這種觀點不盡正確。首先，從技術自身角度來看，WiMAX還不具備公眾移動通信網絡的廣域漫游、安全特性、終端便攜等移動特性。其次，WiMAX標準還不成熟，因此預計商用還需要至少兩年以上的時間，規模普及還要五年左右的時間。其三，WiMAX的特點是高速的數據傳輸能力，但其還沒有對實時話音業務的高效支持能力，這將限制其作為公眾移動通信的應用。其四，WiMAX的產業規模以及技術和設備成熟性還遠遠難以和3G相抗衡，其推廣期也將滯后于已經開始啟動的3G技術。其五，WiMAX技術有可能受到傳統移動通信運營商或制造商的抵制，從而限制其發展。

對于WiMAX技術，筆者認為它具有巨大的潛力，但尚處在襁褓階段，目前還難以對當前的全球無線通信格局產生重大的影響。由于3G的實施，WiMAX將可能成為未來3G網絡的補充手段，在高速信息接入領域發揮其特性。但受其自身移動性和話音支持能力的限制，WiMAX不大可能殺死3G。

5.超寬帶無線接入技術UWB

無線技術領域的活躍除表現在新技術不斷涌現外，還表現在其傳輸能力的不斷拓展。近兩年，一項超高速的無線接入技術受到了大家的關注，那就是UWB。

UWB是一種時域通信技術，它采用超短周期脈沖進行調制，把信號直接按照0或1發送出去，而不使用載波，這與此前的無線通信截然不同。脈沖調制產生的信號為超寬帶信號，譜密度極低，信號的中心頻率在650MHz～5GHz之間，平均功率為亞毫瓦量級，抗干擾和多徑的能力強，具有多個可利用信道。與CDMA系統相比，時域通信系統結構簡單，成本相對較低。UWB技術具有高速率、低成本、低功耗的顯著特性。

UWB最引人注目的特點是具有很高的數據傳輸速率。XtremeSpectrum公司預測，他們即將開發出的產品具有在10米內傳輸約100Mbps的能力，Intel則把目標定在了500Mbps。

趨勢分析對于UWB技術，我們應該這樣看待，它以其獨特的速率鋒芒以及特殊的應用范圍，也將在無線通信領域占據一席之地。由于其高速、窄覆蓋的特點，它很適合組建家庭的高速信息網絡。它對藍牙技術具有一定的沖擊，但對當前的移動技術、WLAN等技術的威脅不大，甚至可以成為其良好的能力補充。

三、走勢把握：接入多元網絡一體綜合布局代表方向

以上，就當前無線通信領域的熱點和焦點問題進行了敘述和討論。那么，我們該如何把握中期未來無線領域的發展趨勢呢？

首先，無線通信領域各種技術的互補性日趨鮮明。這主要表現在不同的接入技術具有不同的覆蓋范圍，不同的適用區域，不同的技術特點，不同的接入速率。比如3G和WLAN、UWB等，都可實現互補效應。3G可解決廣域無縫覆蓋和強漫游的移動性需求，WLAN可解決中距離的較高速數據接入，而UWB可實現近距離的超高速無線接入。因此，在政策上我們應該綜合推進各種無線接入的發展，推進組網的一體化進程，通過建網的接入手段多元化，實現對不同用戶群體的需求覆蓋，達到市場細分和業務的多元化，解決移動通信發展不均衡的狀況。

其次，我國政府應該給企業配置更多的無線頻率資源，推進不同技術相關頻譜的規劃和應用工作。這樣才有利于不同的企業根據不同的發展策略和市場需求，綜合地規劃自己的無線通信網絡，實現資源的有效配置和利用。當然，政府也需要加強對有限頻率資源的管理，對于企業閑置不用的頻率占用，考慮適當的手段予以收回。

其三，從公眾移動通信網絡發展來看，3G已經成為全球包括中國移動網絡演進的主要進程。從歐美發達國家的經驗來看，由于其移動話音用戶的普及率高，通過發展用戶實現增長的模式已成為歷史。因此，他們期望通過3G搭建更大的業務平臺，從而實現利潤的新來源。由于3G技術的成熟，目前3G商用網絡部署已經在全球范圍內啟動。就我國而言，也要借鑒歐美的經驗，在用戶數量增長放緩之前，就應提前培育新興移動市場。目前，政府應該開始積極考慮3G牌照發放和商用問題，把握住這個移動業界的巨大歷史機遇。

其四，從寬帶無線接入技術來看，全球該領域發展十分火熱。該領域的發展呈現出向高帶寬快速躍進、覆蓋范圍逐步擴張的趨勢。未來，該領域還可能出現更強大的新技術，從另一個角度對整個無線通信產業起到推進作用。但從近期來看，我們對寬帶無線接入技術發展應該有一個理性的態度和科學的把握。目前的寬帶無線接入技術主要集中在固定環境下的高速接入，其移動性和話音支持能力無法和公眾移動通信網絡抗衡。在發展中，我們應該從全局的觀點來把握，使之成為與移動網絡互補的重要技術手段，這樣既可以充分發揮其技術個性，又防止出現不必要的資源競爭和浪費。

其五，未來的無線通信網絡應該是怎樣的呢？專家認為，未來的無線通信網絡將是一個綜合的一體化的解決方案。各種無線技術都將在這個一體化的網絡中發揮自己的作用，找到自己的天地。從大范圍公眾移動通信來看，3G或超3G技術將是主導，從而形成對全球的廣泛無縫覆蓋；而WLAN、WiMAX、UWB等寬帶接入技術，將因其自己不同的技術特點，在不同覆蓋范圍或應用區域內，與公眾移動通信網絡形成有效互補。

其六，更遠的未來，按當前專家們的預想，通信信息網絡將向下一代網絡NGN融合。在未來NGN概念中，固定網絡將形成一個高帶寬、IP化、具有強QoS保證的信息通信網絡平臺。在這一平臺上，各種接入手段將成為網絡的觸手，向各個應用領域延伸。而3G、寬帶固定無線接入、各種無線局域網或城域網方案，都將成為大NGN平臺的延伸部分。從而形成集固定無線手段于一體，各種接入方式綜合發揮效用，各種業務形成全網絡配置的一體化綜合網絡。當然，這一進程將是漫長的，也必將遇到很多挫折。

四、結束語

篇7

可在固定及移動物體之間傳遞信號，信號覆蓋盲點少，尤其適用于山區和谷底等常規通信網絡無法到達的地區和區域。但通信時間延長、費用較高，通常作為應急通信的備用手段。目前常用海事衛星系統和北斗衛星導航系統。北斗衛星導航系統是我國自主研發的衛星系統，既可以實現快速定位功能（精度約20m），又可以保證在應急時刻的短報文傳輸（120個漢字），可靠性高，但缺點是信息傳輸速率低。多種無線通信方式比較及分析。

2指揮決策系統通信需求

全程連續救治指揮決策系統需要實時或定時將全程救治鏈中各個救援單元（方艙醫院、后送手術救護車和衛生列車）中采集的傷病員、醫護人員、醫藥耗材等信息，以及運輸途中的音視頻信息數據傳輸至指揮中心用于決策指揮；同時，各醫療救援單元需通過北斗系統將實時位置信息上傳，以便指揮平臺實時掌握各個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。現場傷病員在方艙醫院進行簡單包扎處理后，手術急救車以及衛生列車將部分重癥傷病員運往后方醫院。在整個過程中，依托移動公網、海事衛星、北斗衛星通信方式，各救治單元需要與后方醫院專家組及指揮決策平臺保持持續暢通的音頻、視頻、文本通信鏈路。在全程救治鏈中，可靠實時的通信是保障指揮決策系統正常運行的基礎，主要包括：

（1）方艙醫院與指揮平臺通信。方艙醫院的位置是固定的，通信難度不大，可通過移動公網傳輸傷病員、醫護人員、醫藥耗材等相關文本信息以及音視頻信息；在移動公網不可用環境下，可通過衛星通信方式進行緊急信息通信。

（2）手術救護車及衛生列車與指揮平臺通信。與方艙醫院類似，需要與指揮平臺傳送接收文本、視頻及音頻信息。但是，車輛屬于高速運動的通信對象，對通信鏈路的可靠性要求更高。

（3）方艙醫院、手術救護車及衛生列車的通信。鏈路穩定時，可通過指揮平臺進行交互信息傳輸（文本、圖片、音視頻）；特殊情況下，采用離線方式在各救援單元之間傳遞簡單的文本數據。

3多網絡無線通信保障策略

方艙醫院、手術救護車及衛生列車分布區域較廣，且屬異地動、靜態通信對象，與指揮平臺只能采用無線通信的方式。現有的移動公網GSM/CDMA/GPRS、3G/4G可被選為主要的通信方式；在常規通信不可用的情況下，可采用衛星通信鏈路，以構成動態可切換的星型網絡。因此，本文提出的多網絡無線通信保障策略。終端信號發射器會根據各無線網絡信號強度選擇使用移動、聯通或電信網絡，如都無法滿足通信需求，終端將自動選擇使用臨時中繼站或者衛星通信方式。通過以上策略，可以實現全程救治鏈中各環節的實時可靠的多網絡通信，其中多種通信方式的無縫切換起著決定性的作用。對不同的數據類型采用動態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）方艙醫院、手術救護車與指揮中心的通信。方艙醫院位置相對固定；救護車運行速度較低、信號屏蔽少，運行線路中信號覆蓋較好。二者均可采用常規狀態下，優先選用移動公網（GSM/CDMA/GPRS、3G/4G）。當此無線網絡不可用或信號較差時，可通過應急通信車中繼轉發信號；特殊地理環境下，應立即切換至衛星通信；若所有通信鏈路都不可用時，采用IC卡存儲相關信息進行離線傳輸。

（2）衛生列車與指揮中心的通信。列車運行速度較快，行駛路線中可能有較多的山丘和隧洞，同時，列車車廂鐵殼會影響無線信號的接收與發送，試驗表明，常規的GSM/CDMA/GPRS或3G網絡傳輸數據效果較差。對于衛生列車，主要考慮采用鐵路GSM-R專用通信網絡與衛星通信結合的方式進行信息發送與接收，通信方式切換流程。

（3）方艙醫院、手術救護車與衛生列車之間的通信。需保證不同單元在同一時刻使用同種無線通信網絡，如移動公網信號強度無法同步，可選擇共同使用衛星通信方式。

4多網絡無線通信鏈路終端一體機的研制與應用

根據全程救治鏈中對可靠實時無線通信的迫切需求和以上保障策略，我們研制了多網絡無線通信鏈路終端一體機，可以滿足移動公網鏈路、海事衛星通信鏈路以及北斗通信鏈路的聯通。其中，移動公網鏈路包括中國移動、中國聯通和中國電信各自的3G網絡；海事衛星通信鏈路指國際海事衛星通信系統；北斗通信鏈路是指北斗短報文通信方式。終端設計示意圖。根據不同終端連接的不同要求，此終端一體機對外表現為4個網口、1個串口以及5個信號指示燈。其中，4個網口分別代表中國移動3G網絡、聯通3G網絡、電信3G網絡和海事衛星鏈路網絡；1個串口和北斗模塊相連保證北斗短報文通信；而5個信號指示燈分別代表移動3G網絡、聯通3G網絡、電信3G網絡、海事衛星通信網絡以及北斗通信網絡信號強度，每個指示燈有3種顏色狀態分別為紅、黃、綠，紅色代表當前網絡信號強度最弱，黃色其次，綠色最強。指示燈熄滅代表此處沒有此網絡覆蓋，指示燈閃爍代表用戶正在使用此網絡進行數據傳輸。同時，終端另一側安裝5個網絡的5根天線來收發信號。通過一體機在衛生列車上的實際應用，研發的終端一體機能夠在各種環境中實現多種通信網絡的可靠實時無縫切換，大大地保障了全程救治鏈中各環節的通信需求。

5結語

篇8

關鍵詞：UWBIEEE802.11BluetoothHomeRF

超寬帶（Ultra-wideband,UWB）技術起源于20世紀50年代末，此前主要作為軍事技術在雷達等通信設備中使用。隨著無線通信的飛速發展，人們對高速無線通信提出了更高的要求，超宛帶技術又被重新提出，并倍受關注。UWB是指信號帶寬大于500MHz或者是信號帶寬與中心頻率之比大于25%。與常見的通信方式使用連續的載波不同，UWB采用極短的脈沖信號來傳送信息，通常每個脈沖持續的時間只有幾十皮秒到幾納秒的時間。這些脈沖所占用的帶寬甚至高達幾GHz，因此最大數據傳輸速率可以達到幾百Mbps。在高速通信的同時，UWB設備的發射功率卻很小，僅僅是現有設備的幾百分之一，對于普通的非UWB接收機來說近似于噪聲，因此從理論上講，UWB可以與現有無線電設備共享帶寬。所以，UWB是一種高速而又低功耗的數據通信方式，它有望在無線通信領域得到廣泛的應用。目前，Intel、Motorola、Sony等知名大公司正在進行UWB無線設備的開發和推廣。

1UWB的主要特點及其應用

鑒于UWB信號是持續時間非常短的脈沖串，占用帶寬大，因此它有一些十分獨特的優點和用途。在通信領域，UWB可以提供高速率的無線通信。在雷達方面，UWB雷達具有高分辨力（ns級）。當前的隱身技術采用的是隱射涂料和隱身特殊結構，但都只能在一個不大的頻帶內有效，在超寬頻帶內，目標就會原形畢露。UWB雷達還具有很強的穿透能力，UWB信號能穿透樹葉、土地、混凝土、水體等介質，因此軍事上UWB雷達可用來探測地雷，民用上可以查找地下金屬管道、探測高速公路地基等。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動著的物體，定位誤差只有一兩厘米。也就是說，同一個UWB設備可以實現通信、雷達和定位三大功能。

UWB無線通信除了帶寬大，通信速率高之外，還有更多的優點。首先，UWB通信的保密性強。UWB系統的發射功率譜密度非常低，有用信息完全淹沒在噪聲中，被截獲概率很小，被檢測的概率也很低，這一點在軍事通信上有很大的應用前景。其次，UWB通信采用調時序列，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信號幅度隨機變化，而UWB系統每次的脈沖發射時間很短，在反射波到達之前，直射波的發射和接收已經完成。因此，UWB系統特點適合于高速移動環境下使用。更重要的是，UWB通信又被稱為是無載波的基帶通信，UWB通信系統幾乎是全數字通信系統，所需要的射頻和微波器件很少，這樣可以減小系統的復雜性，降低成本。可以說，低成本、低功耗、高速率、簡單有效的UWB通信正是人類所期望的夢幻般的無線通信方式。

當然，UWB通信也存在不足，主要問題是UWB系統占用的帶寬很大，UWB系統可能會干擾現其他無線通信系統，因此UWB系統的頻率許可問題一直在爭論之中；另外，還有學者認為，盡管UWB系統發射的平均功率很低，但是由于它的脈沖持續時間很短，它的瞬時功率峰值可能會很大，這甚至會影響到民航等許多系統的正常工作。但是學術界的種種爭論并不影響UWB的開發和使用，2002年2月美國通信協會（FCC）批準了UWB用于短距離無線通信的申請。

UWB的用途有很少，主要分為軍事和民用兩個方面。在軍事上UWB可以用于低截獲率（LPI/D）的內部無線通信系統、LPI/D地波通信、LPI/D高度計、戰場手持和網絡LPI/D電臺、UWB雷達、防撞雷達、警戒雷達、無線標簽、接近引信、高精度定位系統、無人駕駛飛行器和地面戰車及其通信鏈路、探測地雷、檢測地址目標等等。在民用方面，UWB可用于20Mbps以上的高速無線局域網、高度計、民航防撞雷達、汽車防撞感應器、高精度定位、無線標簽和工業射頻監控等。

2UWB通信與其它短距離無線通信的比較

UWB技術與現有其它無線通信技術有著很大的不同，它將會為無線局域網（LAN）和個人局域網（PAN）的接入帶來低功耗、高帶寬并且相對簡單的解決方案。超寬帶技術解決了困擾傳統無線電技術多年的諸如信道衰落、高速率時系統復雜、成本高和功耗大等重大難題，但是UWB通信不會很快取代現有的其它無線通信技術。

雖然UWB通信中所須的頻帶寬度相當大，從500MHz直至幾GHz。如英特爾的樣機使用的就是從2GHz頻帶至6GHz頻帶之間的4GHz帶寬。但實際上并不存在如此之寬的空閑頻帶，無論采取什么辦法，UWB通信使用的頻帶與現有無線通信使用的頻帶必定會發生重疊，為了避免UWB通信對其它系統的干擾，UWB用戶人事科有必須申請頻率許可。2002年2月FCC準許UWB技術進入民用領域的條件就是：“在發送功率低于美國放射噪音規定值-41.3dBm/MHz（換算成功率則為1mW/MHz）的條件下，可將3.1GHz～10.6GHz的頻帶用于對地下和隔墻之物進行掃描的成像系統、汽車防撞雷達以及在家電終端和便攜式終端間進行測躡和無線數據通信"。發射功率的大小決定了傳輸距離，按照FCC的規定，UWB通信在近期內將只可能用于極短距離的無線通信，這就意味著在一定時期內UWB將會與現有短距離無線技術共同生存，共同發展。

（1）UWB與IEEE802.11a

IEEE802.11a是IEEE最初制定的一個無線局域網標準之一，它主要用來解決辦公室局域網和校園網中用戶與用戶終端的無線接入，工作在5GHzU-NII頻帶，物理層速率54Mbps，傳輸層速率25Mbps。采用正交頻分復用（OFDM）擴頻技術；可提供25Mbps的無線ATM接口和10Mbps的以太網無線幀結構接口，以及TDD/TDMA的空中接口，支持語音、數據、圖像業務。IEEE802.11a用作無線局域網時的通信距離可以達到100m，而UWB只能在10m以內的范圍通信。根據英特爾照FCC的規定而進行的演示結果顯示，對于10m以內的距離，UWB可以發揮出高達數百Mbps的傳輸性能，但是在20m處反倒是IEEE802.11a/b的無線局域網網設備更好一些。因此在目前UWB發射功率受限的情況下，UWB只能用于10m以內的高速數據通信，而10m到100m的無線局域網通信，還需要由802.11來完成，當然與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，FCC頂住多方面的壓力批準UWB用于無線通信以來，就不斷有人將UWB評論為藍牙（Bluetooth）的殺手，因為從性能價格比上看，Bluetooth是現有無線通信方式中最接近UWB的，但是UWB真的會取代Bluetooth嗎？從目前的情況看，答案是否定的。首先從應用領域來看，Bluetooth工作在無須申請的2.4GHzISM頻段上，主要用來連接打印機、筆記本電腦等辦公設備。它的通信速率通常在1Mbps以下，通信距離可以達到10m以上。而UWB的通信速率在幾百Mbps，通信距離僅有幾米，因此二者的應用領域不盡相同。其次，從技術上看，經過多年的發展，Bluetooth已經具有較完善的通信協議。Bluetooth的核心協議包括物理層協議和鏈路接入協議，鏈路管理協議及服務發展協議等等，而UWB的工業實用協議還在制定中，估計要等到2004年才可能初步確定。還有，Bluetooth是一種短距離無線連接技術標準的代稱，藍牙的實質內容就是要建立通用的無線電空中接口及其控制軟件的公開標準，從這方面講，UWB可以看作是采用一種特殊無線電波來高速傳送數據的通信方式，嚴格地講，它不能構成一個完整的通信協議或標準。考慮到UWB高速、低功耗的特點，也許在下一代Bluetooth標準中，UWB可能被用做物理層的通信方式。最后，從市場角度分析，藍牙產品已經成熟并得到推廣和使用，而UWB的研究還處在起步階段。基于以上原因，在未來的幾年內，UWB和Bluetooth更有可能既是競爭對手，又是合作朋友。

（3）UWB與HomeRF

家庭射頻（HomeRF）標準是由HomeRF工作組開發的，旨在家庭范圍內，使計算機與其他電子設備之間實現無線通信的開放性工業標準。HomeRF是IEEE802.11與DECT的結合，使用這種技術能降低語音數據成本。HomeRF采用了擴頻技術，工作在2.4GHz頻帶，能同步支持4條高質量語音信道，但是HomeRF的傳輸速率只有1M～2Mbps。由于HomeRF技術沒有完全公開，目前只有幾十家小企業支持，在抗干擾等方面相對應其他技術而言尚有欠缺，因此它的應用前景還不是十分明朗。同IEEE802.11一樣，HomeRF的通信距離比UWB遠，而傳輸速率比UWB低，在UWB發射功率受限的前提下，二者應該是各有千秋。

結合上述討論，可以用表1對四種短距離無線通信做個簡單的比較。

表14種短距離無線通信比較

IEEE802.11aBluetoothHomeRFUWB

傳輸速率54Mbps小于1Mbps1-2Mbps可高達500Mbps

通信距離10m-100m10m50m小于10m

發射功率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

應用范圍無線局域網計算機等家庭和辦公室設備互連家庭語音和數據流近距離多媒體

終端類型筆記本，臺式電腦，掌上電腦和因特網網關筆記本，移動電話，掌上電腦，移動設備筆記本，無繩電話，無線音響，移動設備無線電視，DVD高速因特網

網關

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

3家庭無線通信是UWB的發展方向之一

雖然無線通信網已經在企業和公共場所得到推廣和應用，但是這些現有技術很難為家庭多媒體網絡無線互連提供一個合適的方案。按照傳統的無線電設計方法，如果要提高通信速率，必須要提高數字信號處理器的處理速度，這勢必要增加系統的成本和功耗，高速率的無線產品往往也是高成本、大功耗的。然而，家庭無線通信網有一些特殊的要求。首先，為了滿足無線數字視頻的要求，家庭無線互連產品需要更高的通信速率，以無線高清晰數字電視（WHDTV）為例，如果采用MPFG2HD數據格式，則視頻數據流的速率高達25Mbps；其次，要想家庭無線通信產品走向千家萬戶，系統成本必須很低，市場調查表明，如果無線產品的價格比同類有線產品的價格高出30%，將很難被眾多的消費者所接受；還有，家庭無線通信產品中用到嵌入式網關和小型手持設備往往是電池供電，因此它們的功耗必須很低。也就是說，家庭無線通信產品必須具備高速率、低成本和低功耗三個優點，按照傳統的無線電設計方案，無法在速率、成本和功耗這三者之間找到一個合適的平衡點。

IEEE802.11a是現有無線通信標準中，唯一能在通信速率上滿足無線視頻數據流實時傳送要求的。它的最高速率是54Mbps，有效速率是25Mbps，考慮到MAC接入協議，實現傳送數據流的速率還要更低一些。然而，IEEE802.11a是按照與Ethernet接入相類似的分組方式設計的，因此它不太適合用于實時傳輸視頻數據流。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備。更重要的是，一個IEEE802.11a網絡接入卡（NIC）售價大概是150～200美元，這樣的價格很難被家庭消費者所接受。因此IEEE802.11a更適合于用在對價格和功耗要求不是很高的公用無線局域網里，況且當時IEEE專家設計IEEE802.11a時也根本沒有考慮過將它用在家庭無線通信網上。

目前，現有技術中被認為最有可能進入家庭無線通信互連的是Bluetooth，因為在價格和功耗上它很有競爭力，然而，Bluetooth的傳輸速率不到1Mbps，極限速率也只有10Mbps。按照這樣的速率計算，如果用Bluetooth來傳送一部兩小時的電影可能需要10個小時，這顯然不能被用戶所接受。20多年前，FCC提出Bluetooth標準時，僅僅是希望將它用在無線耳機上，經過20多年的努力，Bluetooth已經發展成為最主要的低速率的點到點無線通信技術。利用Bluetooth，可以很好地實現筆記本電腦、PDA、移動電話等設備之間的低速率數據通信，但是FCC從來沒有考慮過將Bluetooth發展成為高速率數據通信或者是無線網絡互連技術，從這一點來講Bluetooth也很難進入家庭無線網。

HomeRF是專門為家庭無線互連提出的，它可以很好的實現計算機、打印機、MP3以及其它家用電器之間語音和數據的通信和互連，但是，HomeRF的有效傳輸速率只有2Mbps，工作在10Mbps以上將嚴重影響它的性能，這就決定了它不可能進入無線HDTV，視頻游戲等寬帶家庭無線通信領域。更重要的是HomeRF的技術還不成熟，HomeRF標準缺少Intel等大公司的支持，它的推廣和應用前景并不被業界看好。

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如果能在單一架構下管理多個無線網絡的實時數據,或者說在單一架構下管理統一后的單一無線網絡的實時數據,應該是過程行業用戶一致的要求,所以我們說多種無線通信技術標準的融合是一個大趨勢,它可以提供遠程操作的更高可靠性和更低成本。三大無線國際標準合作的技術基礎原本是存在的,因為ISA100.11a、WirelessHART和WIA-PA的底層協議都是IEEE802.15.4,而提供芯片和通信協議棧的商家往往同時提供這幾種技術的部件,即使是在ISA100.11a、WirelessHART和WIA-PA陣營內,還包括有很多相同的會員。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化網狀網絡的軟件而聞名,同時在利用ISA100.11a、WirelessHART和6LoWPAN開發基于標準的無線網狀通信堆棧方面擁有豐富的知識和能力。

尼維斯公司目前是我們所了解到的唯一同時提供ISA100.11a和WirelessHART兩種流程行業無線產品供應商,比如其無線節點和路由器用在ISA100.11a和WirelessHART的型號是相同的,使用戶能夠在單一的硬件上運行任何一種標準。如VersaRouter910路由器既支持Nivis的ISA100.11a標準,也支持WirelessHART標準,擁有在同一平臺上運行的軟件,VersaRouter910是一個雙啟動硬件(Dualboothardware),是集全功能于一身,專門為客戶準備好提供的無線解決方案設計的工業級無線路由器。中科博微公司是可同時提供WIA-PA、WirelessHART兩種流程行業無線產品供應商,比如其無線網關既有屬于WIA-PA無線網絡的WIAPA-GW1498、WIAPA-GWS12002種型號的網關,又有屬于WirelessHART無線網絡的WHT-GW1250網關。北京天宇藍翔科技發展有限公司也可提供WIA-PA、WirelessHART兩種無線網絡產品。在ISA100.11a和WirelessHART問世之初,在ISA名下成立過ISA100.12工作組,負責尋找將WirelessHART和ISA100.11a無線標準融合的技術途徑。當時認定實現無線標準融合技術途徑的唯一方法是提案申請,后有3個團隊提出申請。

但最終這些團隊沒有解決以下核心問題:網絡規范的定義能夠取代ISA100.11a和WirelessHART及提供2個現有網絡的反向兼容。代表ISA100.11a和WirelessHART供應商的兩個團隊都不能接受修改自己基礎網絡的要求,因此無法達成任何妥協協議。其原因非技術方面,而是集中在營銷效應方面。因此在2013年,ISA100.12工作組已決定放棄在無線通信技術標準融合方面的努力。ISA100.12工作組中的最終用戶曾建議的融合備選方案是供應商可提供同時對ISA100.11a和WirelessHART無線網絡進行操作的產品,即“雙啟動”產品的解決方案。2010年初,德國測量與控制標準委員會NAMURPressRelease(公告),開始提出單一(融合)工業無線標準(僅過程自動化領域)的要求,建議三個標準合并為一個IEC標準。2010年8月在倫敦的Heathrow(希思羅)機場召開了工作組第一次會議,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議形成備忘錄決定成立技術工作組,重慶郵電大學是希思羅工作組的5名核心成員之一和技術工作組主要成員。

技術工作組首先完成“三個標準的異同”資料的編輯,然后達成分三步開展工作的共識,第一步是實現三標準共存,如圖1所示,第二步完成漸進式融合,第三步以單一的OSI/ISO層過程儀表協議的現場設備、統一的接入點、統一的網關實現標準的最終融合,這里的現場設備、接入點、網關均以希思羅命名。2012年12月現場總線基金會(FF)宣布與國際自動化學會自動化標準委員會ISA100合作提出了一個通用的框架,允許多個工業通信協議通過共享無線集成架構在過程自動化系統中運行,使現場總線連接到遠程的I/O和ISA100.11a、WirelessHART、有線H1協議集成到單一的標準化環境中,這稱為基金會的遠程操作管理ROM,這是通過第三方的開放融合,以便為用戶提供更高的可靠性和更低成本的遠程操作。這個框架保持了“基礎設施”戰略,而不是試圖在無線設備水平方面競爭。

2、系統架構的創新

霍尼韋爾公司2004年推出工業無線變送器——基于ZigBee無線技術的XYR5000無線壓力變送器,載頻為902MHz~928MHz,以此為基礎的無線網絡系統構成如圖2所示。作為網關設備的基站WBR與各種類型的XYR5000無線變送器可直接通信,最大數量為50臺,最大距離610m。基站還可有線接入最多25個AO/DO組件,基站與控制系統的連接有RS485ModbusRTU接口,還可提供RS232到WMT無線管理工具上顯示。隨后IEC三大國際標準的早期無線網絡系統的架構是由網關和無線現場設備組成,如橫河電機無線系統的早期架構是YFGW710現場無線一體型網關和現場無線設備,一臺網關可接入最多10臺(刷新率1s)或50臺(刷新率5s)現場無線設備,如圖3所示。艾默生過程管理公司下屬的羅斯蒙特公司真正針對流程行業無線網絡系統的研究始于1998年,2006年推出的智能無線解決方案是采用900MHz,2007年以后在歐洲和亞洲則推出2.4GHz的解決方案。早期無線網絡系統的架構也是由網關和無線現場設備組成,可能會包括適配器等設備,同時每一臺無線現場設備還可作為路由器將其他無線現場設備的信息傳送到網關,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無線網絡方案,采用了XYR6000變送器,載頻為2.4GHz。推出OneWireless無線網絡后,系統架構也在不斷更新,較早的版本是2009年4月的120版,當時作為網關的是多功能節點;2011年9月200版的新功能包括無線變送器無路由功能改為路由功能可選、增加了現場設備接入點FDAP、增加了HART適配器等,2011年10月又引入了CiscoAironet1552SOutdoorAP節點設備、CiscoWLAN控制器;2013年4月210版的新功能包括在線

無線設備授權等新功能。AP節點設備被分為兩類:網格接入點(MAP)和根接入點(RAP)。網格接入點是Mesh網絡的遠程接入點,它作為ISA100.11a無線現場設備網絡和IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi網絡的接入點,這是所有接入點的默認角色。對下層ISA100.11a無線現場設備網絡來說,每個網格接入點都可以發送和接收來自無線現場設備的消息,同時,它又作為一個路由器,為其相鄰網格接入點以IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi網絡轉發消息,從而在2層網絡中為無線設備和主機應用之間實現數據傳輸,通過轉發過程,數據可以找到通過中間網格接入點抵達目的地的最佳路徑。 如果一個鏈路因為任何原因而出現故障,網絡會自動通過其他路徑安排數據傳輸,直到數據抵達網關為止。根接入點通過光纖、有線以太網或電纜連接器連接到有線網絡或服務器,作為到有線網絡的“根”或“網關”,它必須在接入點配置時設定為根接入點。通信時,網格接入點通過網格接入點之間的路徑或直接傳送到根接入點。在這種網絡拓撲結構中,接入點之間有許多冗余路徑連接,因而特別可靠。隨著網絡規模的增大和網格接入點數量的增加,有必要使用多臺根接入點以保證無線網絡所需的性能和吞吐量(如圖5所示)。推薦根接入點對網格接入點比值為20,這意味著,最多20個網格接入點可以共享相同的一次和二次根接入點,由于每個網格接入點可接入數十臺無線現場設備,每個根接入點可接入20個網格接入點,而根接入點又可以多個同時接入交換機,其應用規模可滿足數百點到數千點的大型無線網絡的要求。

艾默生過程管理公司在WirelessHART網絡中也推出了CiscoAP節點設備作為構成回傳網絡節點的接入點,菲尼克斯公司在WirelessHART網絡中也推出了可與該公司多臺WirelessHART網關組成骨干網絡的WLAN接入點,且都通過Wi-Fi傳送采集的所有信息,同時,WirelessHART網絡也可接收支持802.11Wi-Fi通信的無線設備的信息。隨著工業無線網絡將過程控制延伸到工廠現場的各個角落,其應用越來越普及,單個應用實例的規模也越來越大,已突破一個工序或一個車間的范圍。在這種形勢下,流程行業無線網絡設備的制造廠家不失時機地推出可覆蓋整個工廠的全集成式多用途無線網絡。這樣的網絡中既包括簡單的無線現場儀表網絡,也覆蓋多種無線應用的場合。創新的系統架構主要體現在接入點設備作為主干網絡節點,比如OneWireless無線網絡先后推出的現場設備接入點FDAP、CiscoAironet1552SOutdoorAP節點,橫河電機ISA100.11a無線網絡的YFGW510現場無線接入點,艾默生過程管理公司WirelessHART無線網絡推出的781遠程鏈路、CiscoAP節點設備和WLAN接入點,菲尼克斯公司WirelessHART無線網絡的WLAN接入點。這些設備具有骨干路由器功能,可將眾多的無線現場設備的信息通過底層網絡采集后,盡快地通過骨干網絡傳送到無線網關。這種將網關功能分離為接入點和現場無線管理站以及將信息傳送分為底層網絡及骨干網絡的分層架構,不僅擴大了網絡的規模、提高了信息傳送速度,還能更好地實現同時管理多個現場無線子網通信系統的要求。

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移動電話不僅是溝通的電話,現在還成功的發展成了游戲機的作用,不僅可以上網打游戲聽歌,還可以看電影團購等等。NFC技術可以將不同使用者的需求通過網絡傳輸經過辨認后,迅速轉換成使用者想要的資訊。使用者可以隨時在網上觀看心儀的圖片,欣賞喜歡的歌曲,觀看想看的電影,也可以對這些信息通過NFC技術下載到自己的手機上。

2、商務旅游

NFC技術為廣大使用者解決了很多以前不能在路上解決的問題,例如,著急出差卻已經買不到票耽誤了行程,NFC技術可以在網上迅速查到票的剩余情況并及時更新;在旅游的路上找不到路,NFC技術可以進行定位;著急打車卻沒有空車,NFC技術可以通過網絡幫助使用者聯系車輛并自動定位。

3、NFC的關鍵技術

3.1調制技術

NFC的工作頻段是12.33-14.99MHz。為了保證NFC信號的頻譜范圍在13.56MHz頻段內,NFC信號的波特率必須小于1Mbps。當數據傳輸速率大于1Mbps時,只有采用多進制調制才能滿足高速傳輸要求。如果采用多進制ASK調制脈沖波形,則由于脈沖波形的調制度較低,多進信號的分辨率很低,這將導致系統輸出信噪比的嚴重下降。多進制差分相移鍵控可解決這一難題。DPSK信號是利用前后兩個相鄰碼元載波的相位差來傳送數字信息,而與載波的幅度沒有關系,因此調制信號的幅度在傳輸過程中始終保持不變。同時,在DPSK接收機中避免了復雜的相干解調,價格低廉、容易實現。因此在高速數據傳輸時,采用多進制DPSK調制是一種理想的選擇。

3.2信源編碼

隨著數據傳輸速率的上升,脈沖的寬度變得越來越窄,對電路的脈沖響應要求也愈來愈高。為了減小電路的實現難度,在高速傳輸時可以采用Miller碼進行信源編碼。它是Manchester碼的一種變形,Miller碼的平均脈寬要比Manchester碼寬,降低了編碼硬件的實現難度。

3.3防沖突機制

如我們所知,NFC技術是兩個技術設備相互靠攏就可以開啟的網絡,但并不是隨便的兩個設備都可以靠攏,NFC技術在啟動之前,都是需要對周圍可以連接的系統進行檢測,看是否能夠有空閑的設備供自己與之想靠攏,這是NFC技術在工作之前必須要確認的一個步驟,因為隨便和其它設備相連,會導致網絡混亂,網絡突然斷開,設備與設備之間的聯系不緊密,會造成NFC技術的癱瘓。因此,在連接其他設備之前,NFC技術的設備通常都是先對周圍進行掃描,當周圍的射頻場小,也就是說掃描后確定有未連接的設備,在對其他設備進行呼叫,相對近的設備會與這一臺設備相連,連接成為網絡。NFC技術中沒有那兩個技術設備是固定連接的,所以在確定了較近的設備正常工作后,會連接成為可安全使用的網絡。

3.4傳輸協議

傳輸協議的設計主要考慮數據傳輸的有效性與可靠性。傳輸協議一般分為三個過程:協議激活、數據交換、協議關閉。3.4.1協議激活協議的激活包含屬性的申請和參數的選擇,激活的流程分為有源模式和無源模式兩種。有源模式的協議激活流程為:第1步:主呼啟動防沖突機制,進行系統初始化;第2步:主呼切換到有源模式并選擇傳輸速率;第3步:主呼發送屬性請求;第4步:被呼發出屬性響應以回應主呼的屬性請求,回應成功后選中該被呼作為連接對象;第5步:主呼如果檢測到有沖突發生,重新發送屬性請求;第6步:如果被呼支持主呼屬性請求中的可變參數,主呼在收到被呼的屬性響應后發送參數選擇請求指令,以改變有關參數;第7步:被呼發出參數選擇響應以回應主呼的參數選擇請求,并改變有關參數(如果被呼不支持屬性請求中的可變參數,則不需要改變有關參數);第8步:利用數據交換協議傳輸數據。無源模式的協議激活流程與有源模式的協議激活流程基本類似,所不同的是在系統完成初始化后需要進行單用戶設備檢測。3.4.2協議關閉關閉協議包含信道的拆線和設備的釋放。在數據交換完成后,主呼可以利用數據交換協議進行拆線。一旦拆線成功,主呼和被呼都回到初始狀態。主呼可再次激活,但是被呼是通過釋放請求指令切換到剛開機的原始狀態。