无线通信论文范文

导语：如何才能写好一篇无线通信论文，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公文云整理的十篇范文，供你借鉴。

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电力系统配网与骨干电网相比较，具有配电设备多、分支多、分布广、电网等级复杂、结构繁琐的特点，所以配网通信接线复杂，监控点分散，通信点多，这不仅要求提高无线通信的安全性和可靠性，而且要有较强的抗干扰能力，能够实现双向通信功能。笔者根据多年的工作经验，首先对配网自动化系统进行了概述，然后讲述了配网通信中无线通信技术的分类，然后着重介绍了LTE无线通信技术，最后为提高LTE无线通信技术的安全可靠性提出了几条措施，具有一定的现实意义和参考价值。

2配网自动化系统概述

配网自动化系统作为一种远程监控、协调、操作配电设备的自动化系统，集合了控制技术、通信技术和计算机技术，主要目的是提高配电网络的可靠性和安全性，在改进供电质量的前提下，降低资金投入，最大限度的提高安全性和可靠性。配网自动化系统结构图。配网自动化系统主要由四个部分组成：配电主站、现场监控、通信网络和配电子站。其中通信网络的主要功能是提供现场终端设备和配电主站之间的通信通道，实现数据监控和交流的功能。配网自动化系统的建立主要是为了提高供电可靠性和电压质量。按照信息流向的不同，配网自动化系统数据自动化可以分为上行数据和下行数据，其中上行数据是终端设备采集的数据向主站发送，而下行数据是主站向终端设备发送控制数据，实现控制功能。

3配网通信中无线通信技术的分类

电力系统配网自动化系统需要在主站和终端设备之间进行数据传递、控制和调节，而配电网络结构复杂，造成了通信节点多、节点相对分散、节点之间距离短的特点。无线通信技术应运而生。通常情况下，配网通信中无线通信技术可以分为：无线公网通信和无线专网通信。无线公网通信技术和无线专网通信技术各有优缺点，但是从当前的发展模式来看，无线公网通信技术具有更为广阔的发展前景和发展市场，特别是在LTE无线通信技术问世之后，极大的推动了配网通信的安全性和可靠性，将电网推向“信息化、自动化、互动化”的智能电网方向。

4LTE无线通信技术

LTE无线通信技术作为公网通信技术3G的一个延伸，改进增强了3G空中接入技术，采用OFDM和MIMO标准，大大改善了小区边缘用户的性能，提高了小区容量，并且降低了系统延迟时间。LTE无线通信技术定位于2G、3G、LTE移动业务的综合承载，以网络可靠性和安全性为出发点，致力于建立高速率、高可靠的通信网络。LTE无线通信技术和其他无线通信技术相比较具有多方面的优点：

（1）优化了空中接口技术，强化了数据传送速率；

（2）采用频分多址技术和多输入输出功能，作为无线网进化的准则；

（3）大大提高了上行速率和下行速率，能够分别达到50Mbps和100Mbps；

（4）优化了小区容量，小区之间切换性能大幅度提高；

（5）整体构架是在数据分组交换的基础进行的，能够最大限度提高数据传送效率；

（6）灵活性高，支持“配对”和“非配对”频谱分配，网络时延较低，用户面时延不大于5ms，信令面时延小于100ms。TD-LTE核心网的关键技术主要包括标识管理、节点选择、移动性管理、切换管理、IP地址分配和PDN连接服务和会话管理等，此外，为了提高通信的安全性和可靠性，系统还采用了NAS信令和RRC信令进行加密[3]，进一步提高了可靠性。

5加强LTE无线通信技术可靠性的措施

LTE无线通信技术可靠性并不是传统意义上面的通信可靠性，指的是设备可靠性、网络可靠性和业务可靠性。TCP连接吞吐量和端时延成反比，当传输路径发生故障的时候，系统有两种反应机制：启用重传机制或者倒转路径，无论哪种机制，对于信息传递而言都会大大降低其可靠性和安全性，所以可靠性技术势在必行。通常情况下，提高LTE无线通信技术可靠性的方法有两种：快速检测和保护倒换技术，两者相互结合，互相补充，全面提高配电网络通信的可靠性。

5.1快速检测技术

LTE无线通信利用相邻系统之间的通信故障进行快速检测，进而快速建立起替代通道或者倒转到其他链路。当前，某些硬件设备（如SDH）提供了网络故障检测功能。典型的快速检测技术包括BFD、EthOAM、MPLSOAM，这些典型的快速检测技术能够检测相邻设备之间的报文发送和接收速率，如果在规定的时间间隔内收不到相应的报文，则进行相应的协议倒换。以BFD快速检测技术为例，BFD快速检测技术不仅能够快速检测通信故障，而且可以快速将故障通知应用层。BFD快速检测技术又可以分为BFDforPW机制和BFDforTE机制，前者主要是利用BFD完成隧道引导承载业务快速切换，达到业务保护的目的；后者是一种端到端的快速检测机制，能够检测通信隧道的链路和节点，提高通信可靠性。此外，在通信隧道LSP上面建立起BFD回话，能够利用快速检测技术检测出隧道故障，比如转发路径上的数据平面故障等等，为数据通信提供端到端的保护。

5.2保护倒换技术

保护倒转技术在快速检测技术之后，在事先建立好的通道上面，针对不同承载技术进行快速倒转，切换相关协议。在LTE网络中，保护倒转技术能够按照业务部署进行分类：L2VPN类、L3VPN类、网关类、链路类保护倒换技术。L2VPN类保护倒换技术主要是指PW冗余，L3VPN类保护倒换技术主要是指VPNFRR，网关类保护保护技术为E-VRRP，链路类保护倒换技术包括LDPFRR、混合FRR、TEFRR和TEHSB。其中不同保护技术相互结合可以提高通信可靠性，比如PW+L3VPN。按照保护倒转模式的不同可以分为三类：隧道保护、业务保护及网关保护。①隧道保护，主要保护网络内部链路和节点，能够保证倒换前后业务节点不变，及采用保护技术包括LDP快速收敛、LSP、TEFRR三种技术；②业务保护，主要保护前后业务源宿节点，能够汇聚汇聚路由器、RANER以及EPCCE节点故障，主要采用的保护技术包括PWRedun-dancy、VPNFRR、BFDforPW、BFDforTunnel；③网关保护，用于EPCCE及EPC与EPCCE之间的链路故障检测，相应的保护技术为E-VRRP。

6结语

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由于煤炭生产的施工环境比较复杂，井下人员较多，设备流动性也较大，在生产操作中，常常采用多工种联合流水作业的形式进行煤矿开采，这就要求需要大量的重型设备参与到煤矿生产中，无论是在设备运输中，还是在安装、调试中，其都有较高的要求，若不注重煤炭井上井下的协同生产，则容易发生瓦斯爆炸等事故。然而，随着移动通信技术的发展，建立基于4G通信技术的无线移动通信系统，并将其应用于煤矿生产中，其不仅可以确保煤矿生产顺利进行，还可以完成紧急事故的处理，因此，煤矿4G无线通信移动系统的实现，具有十分重要的意义。

二、基于4G通信技术的煤矿无线通信系统

（一）无线移动通信系统架构

针对当前煤矿生产对无线移动通信系统的需求，利用4G中的TD-LTE通信技术来实现高传输速率的宽带无线网络，建立信息化、自动化、智能化于一体的煤矿安全生产管理系统，打破当前煤矿系统安全生产局面，将煤矿井下传感器、视频等各类业务数据进行统一的网络部署，有效解决信息孤岛的问题，确保煤矿安全生产，从而提高煤矿的生产效率。因此，建立基于分时长期演进（TD-LTE）的宽带无线网络，由于基于4G通信技术的无线移动通信系统可以在频谱带宽20MHz下可以实现上行峰值速率和下行峰值速率分别为50Mb/s，100Mb/s，其接入时延可以小于100ms，如表1所示[3]，表示4G通信系统与3G无线通信系统的对比，因此，采用TD-LTE无线通信技术不仅可以满足语音和数据业务的实时传输，也可以有效避免数据丢包、延时等问题。下面对基于4G通信技术的无线移动通信系统进行对比分析：1.基于TD-LTE通信技术的系统架构。TD-TLE煤矿无线通信系统网络总体架构主要由基站、接入网关、BRAS及核心网通信构成，其中，核心网网元可以实现语音通信、数据传输及集群呼叫功能，其主要通过IMS+EPC+DSS集群模式来实现的[4]。2.建立基于TD-LTE通信技术的基站通信系统。将Femto/Pico基站应用于无线通信系统建设中，增强区域的覆盖范围，通过自身的传输网络统一接入到安全网关中，采用IPSEC的方式，以保证网络传输安全。当基站通过提供WLANAP来承载数据业务过程中[5]，其也可以通过PDG直接接入网络来承载数据业务，为了确保提高高质量、高传输速率的数据和语音业务，则可以通过直接接入3GPP核心网来满足不同的产品需求，实现统一的业务活动，建立以SmallCell为基站的网管系统，从而实现下层无线网络通信系统与上层网管系统的对接。3.建立基于IMS+EPC+DSS集群模式的核心网[6]。在系统中设置核心网，其主要作用是提供用户连接、系统管理、网络承载等功能，分析该系统的核心网系统AXUNiEPC-5[7]，其主要依托电信级EPC核心网的优势来实现网元MME、PGW等功能融为一体的模式，该核心网实现了移动办公、遥感业务、监视控制及电子商务等基本业务，其可以为用户提供安全可靠的LTE接入。另外，核心网系统还利应用了IMS系统，其是一种全新的多媒体业务形式，其不仅可以满足多样化的多媒体业务需求，还可以实现LTE语音业务系统，并且DSS核心网可以实现LTE的集群呼叫功能，DSS与EPC相比，其都采用了ATCA架构，并且都可以实现设备小型化的核心网。4.建立综合应用无线通信系统平台。利用分布式高性能计算机框架架构来建立一个安全、可靠、统一的综合应用系统平台，为了构建灵活、适用强的处理平台，应在软件处理平台基础上增加分析处理数据的专用支持工具，如支持LTE、Wi-Fi网络和终端的基站系统[8]，实现数据传输、视频及语音等各类业务，提供统一的数据存储及应用接口，从而实现自动化管理的应用系统。

（二）无线移动通信系统功能概述

1.调度功能。调度系统是煤矿生产的重要通信手段，生产调度员通过利用调度功能来统筹调度所有资源，并对煤矿生产中各种突发状况进行处理，以保证煤矿生产顺利进行。调度功能主要包括生产进程管理、煤矿生产流程整合及资源分配等功能。2.语音业务。其主要包括以下几种业务：第一，移动电话，其可以提供语音通信功能；第二，紧急呼叫业务，当煤矿井下的集群用户发起紧急呼叫，呼叫中心将会做出答复，其类似与电话业务，具有简单方便、快速的特点；第三，主叫号码识别显示业务，其主要功能是提供主叫用户号码给被叫用户。3.集群通信。为了实现用户之间的通信，利用无线集群通信系统来实现自动化的信息共享功能，与公众无线移动通信相比，无线集群通信系统不仅可以提供系统内部的全呼、组呼之外，还可以提高双向通话功能，通过建立优先等级呼叫和紧急呼叫功能，以满足煤矿生产安全部门指挥调度的需求。4.增殖数据服务。在增殖数据业务中，主要包括提供视频通话、物联网接入、手机终端定位、多种数据等业务，其中，对于视频通话，通过手机实时进行无线视频业务，以便于井上工作人员的判断和决策；数据网接入，通过利用3G通信技术来实现终端及无线传感器等接口的采集，并利用物联网提供终端接入；手机终端定位，即利用4G无线通信技术来实现语音通话及矿用无线通信手机终端定位，即通过操作人员携带的手机与基站之间的信号传输来获得操作人员在井下的信息，这样地面上的工作人员则可以通过计算机来了解井下工作人员的信息，其可以确保煤矿井下的安全生产，同时也可以提供实时信息；数据业务，为了满足煤矿井下多种业务对宽带的需求，实现高速分组无线数据业务，并通过智能手机绑定内部系统，实现信息、视频监控及安全生产实时监控等功能，将综合自动化系统应用于系统中，实现组态软件实时显示功能，当煤矿井下出现异常情况，系统将会提供自动报警提示功能。

三、结束语

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我国相关行业主管部门高度重视5G技术的发展，2013年2月，由工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立了IMT-2020（5G）推进组，其组织架构基于原IMT-Advanced推进组，成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构，是聚合中国产学研用等各方力量、推动中国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。目前，各大主流通信厂商和研究机构都纷纷提出了5G的技术方案，这些方案的技术思路和侧重点都各不相同。本文对各种技术进行了梳理，将5G的关键技术分为4个类别进行阐述，即新型多天线传输技术、高频段传输关键技术、密集网络关键技术和新型网络架构。

1新型多天线传输技术

随着通信产业的发展，频谱资源日益稀少，因此，提高频谱利用率成为未来通信技术发展的重要方向。在这种背景之下，基于大规模天线阵列（LSAS：LargeScaleAntennaSystem）和大规模MIMO（MassiveMIMO）等通信技术被相继提出。其中，利用LSAS技术可以带来巨大的阵列增益和干扰抑制增益，使小区总的频谱效率和边缘用户的频谱效率得到极大的提升。同时，LSAS技术还可以实现对空间位置的划分，利用空分多址，同时服务多个用户。目前，在LTE及LTE-Advanced（Rel.8/9/10/11）中，已经推出了对MIMO天线的诸多增强性改进，用以满足对小区容量和下载速率增长的需求。但是，在LTE-Advanced中，基站下行最大只支持8根发送天线，其对于性能的提升还是十分有限的。在未来的5G中，将引入有源天线技术（AAS：ActiveAntennaSystem），通过这一技术，将更容易实现小区基站上MassiveMIMO的部署，从而实现3D波束成形，相关技术可以显著增加系统容量，满足日益增长的数据业务需求。

具体而言，当前LTE基站的多天线只在水平方向排列，只能形成水平方向的波束，并且当天线数目较多时，水平排列会使得天线总尺寸过大从而导致安装困难。而5G的天线设计参考了军用相控阵雷达的思路，目标是更大地提升系统的空间自由度。基于这一思想的LSAS技术，通过在水平和垂直方向同时放置天线，增加了垂直方向的波束维度，并提高了不同用户间的隔离（如图1所示）。同时，有源天线技术的引入还将更好地提升天线性能，降低天线耦合造成能耗损失，使LSAS技术的商用化成为可能。由于LSAS可以动态地调整水平和垂直方向的波束，因此可以形成针对用户的特定波束，并利用不同的波束方向区分用户（如图2所示）。基于LSAS的3D波束成形可以提供更细的空域粒度，提高单用户MIMO和多用户MIMO的性能。同时，LSAS技术的使用为提升系统容量带来了新的思路。例如，可以通过半静态地调整垂直方向波束，在垂直方向上通过垂直小区分裂（cellsplit）区分不同的小区，实现更大的资源复用（如图3所示）。

2高频传输技术

由于各类无线通信和无线应用的快速发展，各国的低频段频谱资源都已经十分紧张，很难找到适合5G技术应用的新频段。同时，为了保证5G技术所需要的更大传输带宽，各种射频器件也势必要调整到更好的工作频率上。因此，未来5G技术须向高频段扩展，尤其是毫米波频段，该频段频谱资源丰富，具有连续的大带宽，可以满足短距离高速传输的需求。

目前，各大通信企业和研究机构都在积极进行相关研究工作。例如，韩国三星公司已经对28GHz和37GHz频段的信道传播特性进行了信道测量，并研发了基于28GHz频段的系统设备样机，经过实地验证，样机已经达到了1Gbit/s的下载速率，证明了高频段在移动通信特定场景下应用的可行性。但是，由于电磁传播的特性，高频传输目前还面临很多实际的困难。由于空气的吸收作用，频段越高的电磁波路径损耗越大。例如，60GHz的电磁波路径损耗要比5GHz的电子波高出20多个dB。同时，高频段传输以直射路径为主，绕射能力较差，当基站与用户间的直视径受到阻挡，传输性能将显著下降。另外，高频段器件的技术难度较大，相关工艺还不成熟，因此，高频段相关器件较少且价格较贵，给高频段通信带来很大的技术挑战。

3密集网络技术

为应对未来持续增长的数据业务需求，采用更加密集的小区部署将成为5G提升网络总体性能的一种方法。通过在网络中引入更多的低功率节点可以实现热点增强、消除盲点、改善网络覆盖、提高系统容量的目的。但是，随着小区密度的增加，整个网络的拓扑也会变得更为复杂，会带来更加严重的干扰问题。因此，密集网络技术的一个主要难点就是要进行有效的干扰管理，提高网络抗干扰性能，特别是提高小区边缘用户的性能。

密集小区技术也增强了网络的灵活性，可以针对用户的临时性需求和季节性需求快速部署新的小区。在这一技术背景下，未来网络架构将形成“宏蜂窝+长期微蜂窝+临时微蜂窝”的网络架构（如图4所示）。这一结构将大大降低网络性能对于网络前期规划的依赖，为5G时代实现更加灵活自适应的网络提供保障。

与此同时，小区密度的增加也会带来网络容量和无线资源利用率的大幅度提升。仿真表明，当宏小区用户数为200时，仅仅将微蜂窝的渗透率提高到20%，就可能带来理论上1000倍的小区容量提升（如图5所示）。同时，这一性能的提升会随着用户数量的增加而更加明显。考虑到5G主要的服务区域是城市中心等人员密度较大的区域，因此，这一技术将会给5G的发展带来巨大潜力。

当然，密集小区所带来的小区间干扰也将成为5G面临的重要技术难题。目前，在这一领域的研究中，除了传统的基于时域、频域、功率域的干扰协调机制外，3GPPRel-11提出了进一步增强的小区干预先部署的小区临时部署的小区扰协调技术（eICIC），包括通用参考信号（CRS）抵消技术、网络侧的小区检测和干扰消除技术等。这些eICIC技术均在不同的自由度上，通过调度使得相互干扰的信号互相正交，从而消除干扰。除此之外，还有一些新技术的引入也为干扰管理提供了新的手段，如认知技术、干扰消除和干扰对齐技术等。随着相关技术难题的陆续解决，在5G中，密集网络技术将得到更加广泛的应用。

4新型网络架构

未来的5G网络必将是多种网络共存的局面，融合多种通信方式将成为一个显著的特点。由于移动通信网络的演进特性，未来的网络将包括3G、4G以及WLAN网络等多种制式，是无缝、异构、融合的网络。因此，未来5G将形成蜂窝与Wi-Fi融合组网的新型网络架构，可以有效利用非授权频段实现业务分流。

另一方面，随着移动通信业务量的不断增长，基站所承担的业务量和计算量也越来越大。为了减轻基站压力，提高传输速度，D2D（DevicetoDevice）网络的概念被提出。目前，在LTERel-13中已经开始讨论D2D技术，未来也将成为5G中的关键技术。D2D技术即终端直通技术，指终端之间通过复用小区资源直接进行通信的一种技术。D2D技术无需基站转接而直接实现数据交换或服务提供（如图6所示），可以有效减轻蜂窝网络负担，减少移动终端的电池功耗、增加比特速率、提高网络基础设施的鲁棒性。然而，在蜂窝通信系统与D2D通信系统融合的系统中，网络需要决定何时启用D2D通信模式，以及D2D通信如何与蜂窝通信共享资源，是采用正交的方式，还是复用的方式，是复用系统的上行资源，还是下行资源，这些问题也增加了D2D辅助通信系统资源调度的复杂性。

此外，随着物联网技术的飞速发展，未来网络中不仅有人与人的通信，还将产生大量机器与机器（M2M）通信。随着M2M终端及其业务的广泛应用，未来移动网络中连接的终端数量会大幅度提升，会引起接入网或核心网的过载和拥塞，这不但会影响普通移动用户的通信质量，还会造成用户接入网络困难甚至无法接收入。因此，如何优化网络，使之能适应M2M应用的各种场景是未来M2M需要解决的关键。目前确认的方案包括以下几种类型：接入控制方案、资源划分方案、随机接入回退方案、随机接入回退方案、特定时隙接入方案、Pull方案等，另外，还有针对核心网拥塞的无线侧解决方案。

5结语

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1．1WiFi无线通信技术

WiFi无线通信技术采用OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）正交频分复用技术，其优势在于具有较高的数据带宽，低廉的设备成本，同时使用2．4GHz的公共频段，不需要复杂的审批手续。但WiFi技术不属于国际电信联盟ITU（InternationalTelecommunicationUnion）规定的移动语音通信标准，不具备规模组网通信的理论基础与技术标准，其定位就是短距异步宽带数据无线接入。由于WiFi采用的是短码扩频技术，只适合视距无遮挡点对点直线通信，而对矿井这种遮挡严重，多径反射剧烈，场强衰落快速变化的现场，将直接导致WiFi的通信距离大大缩短。WiFi通信技术所使用的通信体制、占用带宽、调制方式与目前煤矿井下人员定位系统的RFID和ZigBee完全相同或近似，使得系统之间会产生严重的电磁干扰，严重的还会使系统瘫痪。

1．2TD－SCDMA无线通信技术

TD－SCDMA技术是ITU的第三代移动通信空间接口技术规范之一。TD－SCDMA的特点是上下行同频段，通过时隙配置为上下行信道提供无线承载。TD－SCDMA可支持速率为8kbit／s～2Mbit／s的语音、互联网等所有的3G业务。TD－SCDMA系统采用时分双工模式，它的一个载波占用1．6MHz的带宽，仅能提供速率为2Mbit／s的3G数据业务。并且在产业链方面TD－SCDMA不够成熟，终端数量较少。目前，TD－SCDMA矿用通信系统采用BBU（BuildingBasebandUnit）＋RRU（RadioRemoteUnit）拉远方式，BBU部署在地面，RRU作为井下无线站点部署在井下，地面与井下采用私有的IR接口，必须使用裸光纤，无法直接使用井下工业以太环网，且当BBU出现故障时，会导致全网无法工作。某个中间RRU故障会导致整个链上的RRU无法工作，维护、扩容较为困难。

1．3WCDMA无线通信技术

WCDMA技术是ITU正式的第三代移动通信空间接口技术规范之一，是集CDMA、FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess，频分多址）技术优势于一体、系统容量大、抗干扰能力强的移动通信技术［4］。WCDMA发展空间较大，技术成熟性最佳，有较高的扩频增益，可支持速率为8kbit／s～5．76Mbit／s的语音、互联网等所有的3G业务。WCDMA作为产业链最为成熟、网络部署最为广泛、终端最为丰富的3G技术，其网络除能实现语音通信功能外，还可提供高速率数据和图像传输功能。但是，传统WCDMA系统总体造价相对较高，不利于大规模推广，而且井下巷道错综复杂，其无线信号的全矿井无缝覆盖困难大。

1．4Femtocell无线通信技术

1．4．1Femtocell技术简介Femtocell又可称为毫微微小区、家庭基站［5］，是近年来根据3G发展和移动宽带化趋势推出的低功率、超小型化移动基站。Femtocell使用IP协议，通过用户已有的ADSL、LAN等宽带电路连接，远端由专用网关实现从IP网到移动网的联通。它的大小与ADSL调制解调器相似，具有安装方便、自动配置、自动网规、即插即用的特点。1．4．2Femtocell技术优势（1）可覆盖宏小区不能覆盖的地方。（2）可以减少来自于宏小区基站的高功率开销并提高宏小区基站的性能。（3）辐射更低，手机电池也更耐用。（4）为固网与移动网融合提供了一个理想的解决方案。Femtocell的网络架构如图1所示。目前业界主流的设备商主要采用的是把NodeB和RNC（RadioNetworkController，无线网络控制器）功能集成于一个接入设备的扁平化架构，由Femtocell网关提供标准的Iu接口。更进一步的扁平化架构可以把SGSN（ServingGPRSSupportNode，GPRS服务支持节点）／GGSN（GatewayGPRSSupportNode，网关GPRS支持节点）等功能集成于Femtocell接入设备。扁平化架构的优势是它符合下一代移动网络的发展趋势。由于独立节点的减少，使得网络端到端时延大大降低（降低40％左右），从而大大增强用户在使用高速数据业务和实时业务时的体验。同时，节点的减少也大大提高了网络的可靠性。

2基于Femtocell的矿用

WCDMA无线通信系统传统的矿用CDMA－2000，TDS－CDMA以及WCDMA系统总体造价相对较高，不利于大规模推广，而且井下巷道错综复杂，其无线信号的全矿井无缝覆盖困难极大；但随着Femtocell技术的应用，使得WCDMA无线技术应用到煤矿井下变得简单。针对煤矿井下的环境特点，提出了一种基于Femtocell的矿用WCDMA无线通信系统，系统结构如图2所示。从图2可看出，基于Femtocell的矿用WCDMA无线通信系统采用现有的IP网络传输，Femtocell通过工业以太网与地面主系统相连，井下通信的网络架构可采用标准的Femto网络架构，实现井下、井上通信的结合，传输使用矿区已经部署的井下工业以太环网。Femtocell基站集成了NodeB（即移动基站，一般由控制子系统、传输子系统、射频子系统、中频／基带子系统、天馈子系统等部分组成）和RNC的功能，它通过SIP（SessionInitiationProtocol，会话初始协议）／IMS（IPMultimediaSubsystem，IP多媒体系统）连接到地面核心网络（核心网包括移动交换中心MSC和用户归属位置寄存器HLR等），核心网络采用WCDMA专网的自建核心网。

2．1系统的关键技术

2．1．1即插即用Femtocell所扮演的角色类似于终端设备，因此，其使用方法必须简单明确，安装好Femtocell基站后，只要接通电源和网络就可以使用。Femtocell和服务器之间必须能自动完成IP连接和IP分配，能够进行远程的自动软件升级、自动网络规划（包括最小干扰频点的选择、扰码的自动分配、邻区列表的自动创建及发射功率的自动调整）。2．1．2接入控制接入控制主要有3个层面：①接入层的UE（UserExperience）接入鉴权。用户必须可以设置Femtocell的接入模式，如是否允许所有用户接入、能否设置不同的接入用户、Femtocell信号是否可以独享等。因此，Femtocell必须设置一个白名单编辑功能，以满足对Femtocell接入终端的控制。②Femtocell基站设备的接入控制。服务器要能够监控Femtocell基站的使用，并控制其IP接入。目前主要采用在Femtocell基站内置一张类似于SIM卡的信息鉴权设备，运营商可以在SIM卡上烧制相应的鉴权信息。③核心网3GPP标准的UE接入鉴权。Femtocell对用户的接入必须满足3GPP对3G的各项标准规定［6］。2．1．3IP传输网络质量要求因为Femtocell是完全通过IP网络实现与核心网的连接，因此，如何保证业务的QoS服务等级，特别是语音业务的QoS要求非常关键。因此，对于IP传输网络需要有一定的性能要求，如对满足语音业务、满足视频电话及PS384K业务在时延、抖动、丢包率、带宽等方面的指标均有最低要求。2．1．4时钟同步技术Femtocell基站主要通过接收周围宏基站信号来提取同步时钟信号，如果Femtocell完全处于孤岛环境，就需要通过自身的时钟振荡器来获取时钟。

2．2系统优势分析

综合了Femtocell技术与WCDMA技术的特点，基于Femtocell的矿用WCDMA无线通信系统主要有以下优势。（1）组网灵活。由于系统采用Femtocell技术和小型化设备，且可即插即用，系统安装维护方便，组网更加灵活。（2）稳定可靠。系统内设备采用电信级标准设计，确保系统可靠性。无线资源池共享技术的应用使得系统稳定性和可靠性大大提高，且满足突况下设备的资源需求；在正常情况下，设备运行负荷均衡，工作状态稳定。（3）业务丰富。系统不仅支持基本的高质量语音通信和短信业务，而且基于WCDMA的高带宽特性，可灵活承载移动办公、无线监控、生产巡检等各种数据业务。另外，可根据数字化矿山的特点，灵活定制适应于矿山安全生产的多种移动业务。（4）兼容性高。基于Femtocell的矿用WCDMA矿用无线通信系统设备采用国际通用通信标准设计，设备可以和不同制造商生产的公网模式的WCDMA制式终端兼容；可以和多家主流设备制造商生产的用户级交换机和局用交换机互通。

3结语

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GPRS它是利用分封交换的概念方式演变出的一套无线传输方式。在具体应用中将Date分装成许多个独立的封包，然后再将这些封包传送出去。根据现在的使用情况，GPRS大多数被使用在GSM网络上，它是开通的一种全新的分组数据传输业务，除此之外，它还可以提供系列式的交互式业务服务，但是服务各有不同，侧重点也不同。表1给出的是GPRS与其他无线方式服务的应用对比。

2GPRS通信服务器关键技术及终端

在实际的应用中，GPRS通信服务器的一侧是和电能量采集系统通过串行的方式进行连接的，而它的另一侧就是与GPRS网络采用普通的网络连接方式进行连接。通过实际应用，GPRS终端接收时来自GPRS网络的数据包，同时还要负责接收电能表的RS232串行数据流，再次转换成数据包，然后依次通过网络发送到通信中心的服务器。图1所表示的是符合实际网路安全的GPRS网络通信示意图。

3GPRS无线通信技术在自动抄表时的应用

下面根据笔者自身的工作情况，将GPRS无线通信技术在电力系统中自动抄表时的应用做以阐述分析。

3.1系统的设计

实际上，GPRS无线通信技术在自动抄表系统时是由电表数据采集部分、GPRS无线数据传输终端、电力局的配电数据中心这三大部分组成，具体如图2所示。在工作中，电表数据是先通过中国移动的GPRS/GSM网络进行传输，然后居民小区内的所有电表要连到电表集中器，电表数据再经过协议封装后依次发送到中国移动的GPRS数据网络，最后实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。

3.2系统的功能

这个系统的建立对远程实现自动抄表起到很大的作用。因为他具备了系统设置、数据采集、资料录入、自动报警等功能板块。在系统设置上完成了系统网络的建立和初始参数设置；在数据采集方面它能实现广播抄表点抄单表、零点抄表和实时点抄等。而它的系统维护保障了日志年、月、日的查询、系统通讯和定时操作的设置、数据安全备份维护等。

3.3系统的应用

这个的应用主要用到的电表有三相有功无功多功能表。并具有功正、反向分时电量；无功四象限分时电量及无功正、反向分时最大需量及发生时间等。在形式的表现上可以自动实现自动抄表、定时上报、实时查询；在告警功能方面可以实现开箱告警、逆相告警、过流告警等其他功能。

4结语

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（正文）一、全球趋势：公众移动保持增长宽带无线热点不断

当今，全球无线通信产业的两个突出特点体现在：一是公众移动通信保持增长态势，一些国家和地区增势强劲，但存在发展不均衡的现象；二是宽带无线通信技术热点不断，研究和应用十分活跃。

资料显示，在全球电信市场普遍低调的背景下，移动通信依然保持了较好的增长态势。统计显示，2003年全球移动用户数增长率在17％以上，总计达到13.54亿户。在市场值方面，全球移动业务市场在2003年已达到4680亿欧元，比上年增长了11.3％以上。

尽管全球移动市场在增长，但这种增长也呈现出很大的不均衡性。从用户数来看，在北美、欧洲等发达国家和地区，由于移动用户普及率已经很高，因此新增用户数日益减少；而在亚洲、非洲等地区，特别是像中国这样的发展中国家，移动用户数增长迅猛。从用户创造的价值来看，欧美发达国家的ARPU值远远超过了新兴的发展中国家。从数据新业务市场的增长来看，韩国、日本呈现爆发态势，已成为全球移动通信发展的新热点。

目前，我国的移动通信市场呈现持续快速增长的局面，截至4月底，移动用户总数达到2.96亿，用户普及率达到20.9％。考虑闲置的充值卡和一人双机的情况，我国移动通信由于用户普及率相对还比较低，仍有相当巨大和持久的增长空间。但我国的移动通信领域已进入了全面竞争的时代，GSM、CDMA乃至小灵通等网络激烈争夺用户，这已导致了资费下降，用户ARPU值下降的情况。目前我国的GPRS、CDMA1X等2.5G数据业务发展态势不错，并已逐步培育了用户群。而3G还处在技术试验阶段，政府依然保持谨慎态度。

除传统的公众移动通信外，全球的宽带无线接入领域近期研究和应用十分活跃，热点不断出现，给无线通信业界带来了清新的空气。这包括宽带固定无线接入技术、WLAN技术、WiMAX技术、UWB技术等等，呈现百花齐放的局面。这些技术的出现和发展，给整个无线通信产业注入了勃勃生机。

二、热点解析：五大技术引领应用模式各展所长

前文对全球无线通信领域的发展情况作了概要性介绍，以下将重点就当前无线通信领域的焦点问题和热点技术展开较深入的介绍和分析。主要包括3G、3.5GHzMMDS、WLAN、WiMax、UWB等五大热点。

1.举世瞩目的3G

今天，第三代移动通信3G格外引人瞩目，成为无线通信产业的最大热点。

首先，从技术角度来看，3G主流技术已经基本成熟。cdma2000由于技术本身的平滑演进特性，进入3G的障碍不大。WCDMA以前受版本不断更新的影响，阻碍了商用进程，但目前主体标准已经定型，具备了规模商用的基础。TD－SCDMA技术要相对滞后一些。

总的说来，当前的3G技术已经能够支持规模化的商用网络部署。

其次，目前欧美等运营商已经进入了3G网络部署阶段。3G网络的商用部署正在全球一步步地铺展开来。截至2004年3月底，就WCDMA而言，全球已经发放了120份牌照，签署了91份商业部署合同，目前已有二十多家网络投入商用，预计到2004年年底总数将超过40家。目前两家韩国运营商STK和KTF在使用cdma20001xEV－DO，日本KDDI也开始了EV－DO网络的商用，而Verizon也即将参与该制式下3G网络的部署。

应该说，2004年已经进入了全球3G的商用部署年。

第三，部分运营商的3G用户数量开始呈现快速增长的局面。最早推出3G商用业务的NTTDoCoMo近期宣布，在距离突破200万用户仅仅两个月的时间内，他们的3G用户总数就增长至300万大关。5月中下旬，和记黄埔表示，在过去两个月中，3G用户数出现了快速增加，目前在全球范围内已经达到了173万。截至2004年1月1日，全球使用cdma2000（包括CDMA1X）系列和WCDMA标准制式的3G用户数已经达到了7300万。

从全球来看，3G商用在部分地区已取得了初步成功。

第四，我国3G处在黎明的前夕。我国对3G一直采取积极稳健的态度，目前，我国正在进行第二阶段的网络技术试验，或称外场测试。自今年3月起，开始启动WCDMA、cdma2000和TD－SCDMA的测试工作，由6大运营商分别在北京、上海、广州三地进行。测试的重点包括：3G网络覆盖、容量等性能试验；不同3G技术之间、3G和2G技术之间的干扰、共存；各种3G业务及业务兼容性试验；3G终端和系统之间互操作试验；3G和2G之间的互操作试验。

预计此阶段试验将在今年10月份完成，试验将对我国对3G的决策工作起到重要的参考作用。由于此次试验由运营商参与，且属于网络试验。因此，预计若此次试验结果令人满意的话，我国的3G牌照发放工作有可能顺势展开。

趋势分析3G一波三折，曾经有一段时间，人们对3G的前途失去了信心，并在今天留下了心理阴影。对3G问题，我国应如何把握呢？笔者认为，目前，3G已处在商用的爆发阶段，由于3G技术和产品的成熟，3G的商用已不容置疑地摆在了我们面前。欧美等国运营商加紧部署3G网络以及日韩等国3G用户的快速增长，表明3G已经成为全球移动通信领域新的成长点，我国需要当机立断，尽快开展3G牌照的发放工作和商用部署工作。这样才不至于坐失机遇，在本来领先的移动网络建设中落后。同时，3G也为国内的电信制造商提供了绝佳的机遇，这也是我国移动通信产业的一次发展良机。

应该说，目前3G还存在一些问题，主要表现在市场还处在启蒙阶段，杀手级的业务还没有呈现，终端还不够多。在我国，政府将考虑对市场竞争度的把握，涉及3G网络发放几张牌照的问题，同时，还将考虑设备国产化问题。这些问题已经属于次要矛盾，目前最重要的是要选择恰当时机尽快推动3G网络平台的建设，这才是解决以上矛盾的关键环节和引导环节。

这主要是因为我国3G网络建设不同于西方发达国家，我国移动话音用户市场还有很大的成长空间，这就能够避免出现因为发展初期新应用新业务不足无法支撑网络生存的状况。同时，我国有迫切需要进入移动市场的“新”运营商，中国电信和中国网通如果被允许经营移动通信业务，其网络建设必然会选择3G，这从中远期的网络成本上要远远低于2G技术。此外，尽快发放3G牌照，对解决现有的小灵通（PHS）的矛盾，也有重要的战略意义。目前，日本都已经弃PHS而转攻3G，其目的十分明显，即要纠正自己早期大上带有强烈本土化特征的PHS导致失去移动领域国际领先地位的失误，重新用全球性的先进技术武装自己的移动通信产业，实现在该领域的战略性崛起。如果我国反其道而行之，将是不明智的，这关键还是政府的决策引导问题，而不能抱怨运营商。总之，3G不是一蹴而就的，如果迟迟不进行网络的建设，其他的矛盾将继续积聚，难以得到根本性的解决。

2.3.5GHz宽带固定无线接入的推广应用

3.5GHz宽带固定无线接入技术MMDS，是工作于3.5GHz无线频段上的中宽带无线接入技术。今年4月份，第三批3.5GHz宽带固定无线接入频率评选（招标）工作在我国进行，使MMDS技术在我国的应用进一步扩大，这也使3.5GHz固定无线接入技术成为今年业界的热点之一。

在此次评选（招标）工作中，中国电信、中国网通、中国移动、中国联通、中国铁通五大运营商分别获得河北、山西、内蒙古等27个省（区）的3.5GHz频段2×30MHz频率使用权，并将获准经营相应电信业务。加上此前的两次3.5GHz频率使用权分配，我国3.5GHz频段已在绝大部分地区分配完毕。这表明，我国的3.5GHz宽带固定无线接入进入了规模商用。

前一段时间，无线电管理局副局长刘岩率领由无线电管理局、电信管理局、电信研究院共同组成的调研组，对第二批3.5GHz中标企业的工作情况进行了调研。通过调研发现，在第二批中标的9家企业中有7家建设开通了网络，这7家企业在一半以上的中标城市建设了自己的网络。目前运营商倾向于提供的业务包括：语音接入业务（本地和IP电话），数据专线业务，Internet接入业务等。调研中还发现，如果将3.5GHz网络作为单一网络来经营，盈利困难比较大，特别是对于大型企业。调研中，运营企业对进一步获得3.5GHz频率资源表现出了很大热情。

趋势分析宽带固定无线接入技术因为其高带宽、建设速度快、接入方式灵活等特点，受到了业界的关注。但这项技术也有其局限性，比如高频段26GHz的LMDS技术受天气影响较大，而3.5GHzMMDS技术在我国又受到了带宽不足等因素的限制。因此，对于宽带固定无线接入技术，我们应该回归理性的认识。它具有自身的优势，但也有其固有的缺陷，因此在应用中要实事求是。

就目前重点推广的3.5GHz技术来看，运营商的经营经验表明，若单独把MMDS技术作为一个独立网络来运作，由于其技术、用户规模和频率带宽的限制，较难实现盈利。因此，我们应该进一步放宽眼光，把它推广至更大的应用领域。比如可以考虑像现在某些运营商所采用的，将之作为移动基站的回路。

对于3.5GHzMMDS技术，我们一方面要积极推动其综合业务的应用，比如数据增值业务的开发和经营。同时也要从全局的角度考虑，使之成为移动通信网络的有效补充手段。这样才能充分发挥3.5GHz频段的效率。未来，随着3G技术的商用，3.5GHz将有望成为移动网络重要的接入补充手段，并对3G网络的搭建起到支撑作用。

3.沸沸扬扬的WLAN标准之争

无线局域网技术WLAN（Wi－Fi），其技术标准为802.11，可实现十几兆至几十兆的无线接入。我国目前发展的主要是802.11b标准的WLAN网络，支持11Mbps的无线接入。作为近年来的一项新技术，WLAN在欧美等国快速发展，在我国近两年也得到了几大运营商的追捧。而自去年开始的WAPI标准之争，吸引了全球的关注目光。

2003年5月12日，由中国宽带无线IP标准工作组负责起草的无线局域网两项国家标准（即WAPI标准），由国家信息产业部报送国家标准化管理委员会正式颁布。2003年12月1日，国家认证认可监督管理委员会2003年第113号公告，宣布对无线局域网产品实施强制性产品认证，要求所有产品都要加载我国拥有自主知识产权的安全保密协议WAPI，从2004年6月1日起，不符合WAPI标准的无线局域网产品不得出厂、进口、销售或者在其他经营活动中使用。但2004年4月22日，国务院副总理吴仪表示中国已经同意美方提出的要求，不在2004年6月1日最后期限到来之时强制实施WAPI标准。2004年4月29日，国家质检总局、认监委、国标委联合了2004年第44号公告。公告强调：WAPI标准实施时间只是推迟，并没有取消，也没有取消标准的强制性属性。

笔者认为，之所以出现WAPI标准之争，除了国家出于自身信息安全的考虑外，我国无线通信设备厂商希望成长壮大，占领新兴技术市场的渴望也是重要因素。但该标准的无限期推迟，也暴露出一些问题。那就是，我国的无线技术的核心能力，与国际水平相比还有一定差距，还难以撼动国际主流的技术集团。同时，我国通信技术标准的制订策略，还存在封闭性的问题，这也是其受到国际社会普遍攻击的重要原因。当然，WAPI标准的推迟执行，也是出于更大的国家利益的考虑。

趋势分析WAPI标准之争，表明WLAN技术在全球的重要战略地位。其战略意义不只在于网络的部署、用户的发展、业务的经营范畴，更在于其对IT通信产品领域的巨大拉动力量，特别是对计算机芯片的突出贡献。因此，我国应该积极推进WLAN核心技术的研究工作，这不仅涉及通信产业，而且涉及IT领域的巨大利益。

抛开WAPI标准之争，我们如何把握WLAN技术的发展趋势呢？应该说，WLAN在我国目前的工作，陷入了低潮阶段。这主要是受制于WLAN技术自身的限制，比如其漫游性、安全性、如何计费等等，还没有得到妥善的解决。另外，高端商业用户的不足，使网络建设的投资收益比较低，因此也影响了运营商的积极性。未来，随着技术的进一步成熟，WLAN技术将在特定的区域和范围，特别是热点区域和高速信息接入领域，发挥对移动通信网络的重要补充作用。3G网络商用后，WLAN将成为弥补3G固定区域高速覆盖的不足。总体来看，WLAN具有很强的生命力，但其在运营领域的发展速度估计会低于过去的预期。

4.宽带无线技术新宠WiMAX

有资料显示，“WiMAX”已经成为近期互联网上搜索量最大的通信关键词，该项技术以其远覆盖和高带宽特性，成为无线业界的新宠。

WiMAX全称为WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess，即全球微波接入互操作系统，其技术标准为IEEE802.16。WiMAX也组织了自己的联盟。目前这个联盟已经发展了数十家会员，该联盟由Intel牵头，我国中兴通讯也名列其中。WiMAX的目标是促进IEEE802.16的应用。

WiMAX相对于Wi－Fi的优势主要体现在Wi－Fi解决的是无线局域网的接入问题，而WiMAX解决的是无线城域网的问题。Wi－Fi只能把互联网的连接信号传送到300英尺远的地方，WiMAX则能把信号传送31英里之远。Wi－Fi网络连接速度为每秒54兆，而WiMAX为每秒70兆。有专家认为，WiMAX的覆盖范围和传输速度将对3G构成威胁。在成本等各个方面的优势使得业内人士将WiMAX技术看作是一项打破产业格局的技术。

近期，英国电信（BT）、法国电信、Qwest通信公司、Reliance电信和XO通信加入了WiMAX论坛，目前WiMAX论坛已经拥有98个成员，运营商占25％。今年初，Intel也宣布，下半年开始将会在其生产的芯片中部分采用WiMAX标准。

趋势分析对于今天异常火热的WiMAX技术，我们该如何看待？它会成为3G技术的终结者吗？笔者认为，这种观点不尽正确。首先，从技术自身角度来看，WiMAX还不具备公众移动通信网络的广域漫游、安全特性、终端便携等移动特性。其次，WiMAX标准还不成熟，因此预计商用还需要至少两年以上的时间，规模普及还要五年左右的时间。其三，WiMAX的特点是高速的数据传输能力，但其还没有对实时话音业务的高效支持能力，这将限制其作为公众移动通信的应用。其四，WiMAX的产业规模以及技术和设备成熟性还远远难以和3G相抗衡，其推广期也将滞后于已经开始启动的3G技术。其五，WiMAX技术有可能受到传统移动通信运营商或制造商的抵制，从而限制其发展。

对于WiMAX技术，笔者认为它具有巨大的潜力，但尚处在襁褓阶段，目前还难以对当前的全球无线通信格局产生重大的影响。由于3G的实施，WiMAX将可能成为未来3G网络的补充手段，在高速信息接入领域发挥其特性。但受其自身移动性和话音支持能力的限制，WiMAX不大可能杀死3G。

5.超宽带无线接入技术UWB

无线技术领域的活跃除表现在新技术不断涌现外，还表现在其传输能力的不断拓展。近两年，一项超高速的无线接入技术受到了大家的关注，那就是UWB。

UWB是一种时域通信技术，它采用超短周期脉冲进行调制，把信号直接按照0或1发送出去，而不使用载波，这与此前的无线通信截然不同。脉冲调制产生的信号为超宽带信号，谱密度极低，信号的中心频率在650MHz～5GHz之间，平均功率为亚毫瓦量级，抗干扰和多径的能力强，具有多个可利用信道。与CDMA系统相比，时域通信系统结构简单，成本相对较低。UWB技术具有高速率、低成本、低功耗的显著特性。

UWB最引人注目的特点是具有很高的数据传输速率。XtremeSpectrum公司预测，他们即将开发出的产品具有在10米内传输约100Mbps的能力，Intel则把目标定在了500Mbps。

趋势分析对于UWB技术，我们应该这样看待，它以其独特的速率锋芒以及特殊的应用范围，也将在无线通信领域占据一席之地。由于其高速、窄覆盖的特点，它很适合组建家庭的高速信息网络。它对蓝牙技术具有一定的冲击，但对当前的移动技术、WLAN等技术的威胁不大，甚至可以成为其良好的能力补充。

三、走势把握：接入多元网络一体综合布局代表方向

以上，就当前无线通信领域的热点和焦点问题进行了叙述和讨论。那么，我们该如何把握中期未来无线领域的发展趋势呢？

首先，无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。这主要表现在不同的接入技术具有不同的覆盖范围，不同的适用区域，不同的技术特点，不同的接入速率。比如3G和WLAN、UWB等，都可实现互补效应。3G可解决广域无缝覆盖和强漫游的移动性需求，WLAN可解决中距离的较高速数据接入，而UWB可实现近距离的超高速无线接入。因此，在政策上我们应该综合推进各种无线接入的发展，推进组网的一体化进程，通过建网的接入手段多元化，实现对不同用户群体的需求覆盖，达到市场细分和业务的多元化，解决移动通信发展不均衡的状况。

其次，我国政府应该给企业配置更多的无线频率资源，推进不同技术相关频谱的规划和应用工作。这样才有利于不同的企业根据不同的发展策略和市场需求，综合地规划自己的无线通信网络，实现资源的有效配置和利用。当然，政府也需要加强对有限频率资源的管理，对于企业闲置不用的频率占用，考虑适当的手段予以收回。

其三，从公众移动通信网络发展来看，3G已经成为全球包括中国移动网络演进的主要进程。从欧美发达国家的经验来看，由于其移动话音用户的普及率高，通过发展用户实现增长的模式已成为历史。因此，他们期望通过3G搭建更大的业务平台，从而实现利润的新来源。由于3G技术的成熟，目前3G商用网络部署已经在全球范围内启动。就我国而言，也要借鉴欧美的经验，在用户数量增长放缓之前，就应提前培育新兴移动市场。目前，政府应该开始积极考虑3G牌照发放和商用问题，把握住这个移动业界的巨大历史机遇。

其四，从宽带无线接入技术来看，全球该领域发展十分火热。该领域的发展呈现出向高带宽快速跃进、覆盖范围逐步扩张的趋势。未来，该领域还可能出现更强大的新技术，从另一个角度对整个无线通信产业起到推进作用。但从近期来看，我们对宽带无线接入技术发展应该有一个理性的态度和科学的把握。目前的宽带无线接入技术主要集中在固定环境下的高速接入，其移动性和话音支持能力无法和公众移动通信网络抗衡。在发展中，我们应该从全局的观点来把握，使之成为与移动网络互补的重要技术手段，这样既可以充分发挥其技术个性，又防止出现不必要的资源竞争和浪费。

其五，未来的无线通信网络应该是怎样的呢？专家认为，未来的无线通信网络将是一个综合的一体化的解决方案。各种无线技术都将在这个一体化的网络中发挥自己的作用，找到自己的天地。从大范围公众移动通信来看，3G或超3G技术将是主导，从而形成对全球的广泛无缝覆盖；而WLAN、WiMAX、UWB等宽带接入技术，将因其自己不同的技术特点，在不同覆盖范围或应用区域内，与公众移动通信网络形成有效互补。

其六，更远的未来，按当前专家们的预想，通信信息网络将向下一代网络NGN融合。在未来NGN概念中，固定网络将形成一个高带宽、IP化、具有强QoS保证的信息通信网络平台。在这一平台上，各种接入手段将成为网络的触手，向各个应用领域延伸。而3G、宽带固定无线接入、各种无线局域网或城域网方案，都将成为大NGN平台的延伸部分。从而形成集固定无线手段于一体，各种接入方式综合发挥效用，各种业务形成全网络配置的一体化综合网络。当然，这一进程将是漫长的，也必将遇到很多挫折。

四、结束语

篇7

可在固定及移动物体之间传递信号，信号覆盖盲点少，尤其适用于山区和谷底等常规通信网络无法到达的地区和区域。但通信时间延长、费用较高，通常作为应急通信的备用手段。目前常用海事卫星系统和北斗卫星导航系统。北斗卫星导航系统是我国自主研发的卫星系统，既可以实现快速定位功能（精度约20m），又可以保证在应急时刻的短报文传输（120个汉字），可靠性高，但缺点是信息传输速率低。多种无线通信方式比较及分析。

2指挥决策系统通信需求

全程连续救治指挥决策系统需要实时或定时将全程救治链中各个救援单元（方舱医院、后送手术救护车和卫生列车）中采集的伤病员、医护人员、医药耗材等信息，以及运输途中的音视频信息数据传输至指挥中心用于决策指挥；同时，各医疗救援单元需通过北斗系统将实时位置信息上传，以便指挥平台实时掌握各个救援单元的位置信息。全程救治链通信链路示意图如图1所示。现场伤病员在方舱医院进行简单包扎处理后，手术急救车以及卫生列车将部分重症伤病员运往后方医院。在整个过程中，依托移动公网、海事卫星、北斗卫星通信方式，各救治单元需要与后方医院专家组及指挥决策平台保持持续畅通的音频、视频、文本通信链路。在全程救治链中，可靠实时的通信是保障指挥决策系统正常运行的基础，主要包括：

（1）方舱医院与指挥平台通信。方舱医院的位置是固定的，通信难度不大，可通过移动公网传输伤病员、医护人员、医药耗材等相关文本信息以及音视频信息；在移动公网不可用环境下，可通过卫星通信方式进行紧急信息通信。

（2）手术救护车及卫生列车与指挥平台通信。与方舱医院类似，需要与指挥平台传送接收文本、视频及音频信息。但是，车辆属于高速运动的通信对象，对通信链路的可靠性要求更高。

（3）方舱医院、手术救护车及卫生列车的通信。链路稳定时，可通过指挥平台进行交互信息传输（文本、图片、音视频）；特殊情况下，采用离线方式在各救援单元之间传递简单的文本数据。

3多网络无线通信保障策略

方舱医院、手术救护车及卫生列车分布区域较广，且属异地动、静态通信对象，与指挥平台只能采用无线通信的方式。现有的移动公网GSM/CDMA/GPRS、3G/4G可被选为主要的通信方式；在常规通信不可用的情况下，可采用卫星通信链路，以构成动态可切换的星型网络。因此，本文提出的多网络无线通信保障策略。终端信号发射器会根据各无线网络信号强度选择使用移动、联通或电信网络，如都无法满足通信需求，终端将自动选择使用临时中继站或者卫星通信方式。通过以上策略，可以实现全程救治链中各环节的实时可靠的多网络通信，其中多种通信方式的无缝切换起着决定性的作用。对不同的数据类型采用动态切换不同通信链路的方式，可提高通信的有效性和可靠性。

（1）方舱医院、手术救护车与指挥中心的通信。方舱医院位置相对固定；救护车运行速度较低、信号屏蔽少，运行线路中信号覆盖较好。二者均可采用常规状态下，优先选用移动公网（GSM/CDMA/GPRS、3G/4G）。当此无线网络不可用或信号较差时，可通过应急通信车中继转发信号；特殊地理环境下，应立即切换至卫星通信；若所有通信链路都不可用时，采用IC卡存储相关信息进行离线传输。

（2）卫生列车与指挥中心的通信。列车运行速度较快，行驶路线中可能有较多的山丘和隧洞，同时，列车车厢铁壳会影响无线信号的接收与发送，试验表明，常规的GSM/CDMA/GPRS或3G网络传输数据效果较差。对于卫生列车，主要考虑采用铁路GSM-R专用通信网络与卫星通信结合的方式进行信息发送与接收，通信方式切换流程。

（3）方舱医院、手术救护车与卫生列车之间的通信。需保证不同单元在同一时刻使用同种无线通信网络，如移动公网信号强度无法同步，可选择共同使用卫星通信方式。

4多网络无线通信链路终端一体机的研制与应用

根据全程救治链中对可靠实时无线通信的迫切需求和以上保障策略，我们研制了多网络无线通信链路终端一体机，可以满足移动公网链路、海事卫星通信链路以及北斗通信链路的联通。其中，移动公网链路包括中国移动、中国联通和中国电信各自的3G网络；海事卫星通信链路指国际海事卫星通信系统；北斗通信链路是指北斗短报文通信方式。终端设计示意图。根据不同终端连接的不同要求，此终端一体机对外表现为4个网口、1个串口以及5个信号指示灯。其中，4个网口分别代表中国移动3G网络、联通3G网络、电信3G网络和海事卫星链路网络；1个串口和北斗模块相连保证北斗短报文通信；而5个信号指示灯分别代表移动3G网络、联通3G网络、电信3G网络、海事卫星通信网络以及北斗通信网络信号强度，每个指示灯有3种颜色状态分别为红、黄、绿，红色代表当前网络信号强度最弱，黄色其次，绿色最强。指示灯熄灭代表此处没有此网络覆盖，指示灯闪烁代表用户正在使用此网络进行数据传输。同时，终端另一侧安装5个网络的5根天线来收发信号。通过一体机在卫生列车上的实际应用，研发的终端一体机能够在各种环境中实现多种通信网络的可靠实时无缝切换，大大地保障了全程救治链中各环节的通信需求。

5结语

篇8

关键词：UWBIEEE802.11BluetoothHomeRF

超宽带（Ultra-wideband,UWB）技术起源于20世纪50年代末，此前主要作为军事技术在雷达等通信设备中使用。随着无线通信的飞速发展，人们对高速无线通信提出了更高的要求，超宛带技术又被重新提出，并倍受关注。UWB是指信号带宽大于500MHz或者是信号带宽与中心频率之比大于25%。与常见的通信方式使用连续的载波不同，UWB采用极短的脉冲信号来传送信息，通常每个脉冲持续的时间只有几十皮秒到几纳秒的时间。这些脉冲所占用的带宽甚至高达几GHz，因此最大数据传输速率可以达到几百Mbps。在高速通信的同时，UWB设备的发射功率却很小，仅仅是现有设备的几百分之一，对于普通的非UWB接收机来说近似于噪声，因此从理论上讲，UWB可以与现有无线电设备共享带宽。所以，UWB是一种高速而又低功耗的数据通信方式，它有望在无线通信领域得到广泛的应用。目前，Intel、Motorola、Sony等知名大公司正在进行UWB无线设备的开发和推广。

1UWB的主要特点及其应用

鉴于UWB信号是持续时间非常短的脉冲串，占用带宽大，因此它有一些十分独特的优点和用途。在通信领域，UWB可以提供高速率的无线通信。在雷达方面，UWB雷达具有高分辨力（ns级）。当前的隐身技术采用的是隐射涂料和隐身特殊结构，但都只能在一个不大的频带内有效，在超宽频带内，目标就会原形毕露。UWB雷达还具有很强的穿透能力，UWB信号能穿透树叶、土地、混凝土、水体等介质，因此军事上UWB雷达可用来探测地雷，民用上可以查找地下金属管道、探测高速公路地基等。在定位方面，UWB可以提供很高的定位精度。UWB使用极微弱的同步脉冲可以辨别出隐藏的物体或墙体后运动着的物体，定位误差只有一两厘米。也就是说，同一个UWB设备可以实现通信、雷达和定位三大功能。

UWB无线通信除了带宽大，通信速率高之外，还有更多的优点。首先，UWB通信的保密性强。UWB系统的发射功率谱密度非常低，有用信息完全淹没在噪声中，被截获概率很小，被检测的概率也很低，这一点在军事通信上有很大的应用前景。其次，UWB通信采用调时序列，能够抗多径衰落。多径衰落是指反射波和直射波叠加后造成的接收点信号幅度随机变化，而UWB系统每次的脉冲发射时间很短，在反射波到达之前，直射波的发射和接收已经完成。因此，UWB系统特点适合于高速移动环境下使用。更重要的是，UWB通信又被称为是无载波的基带通信，UWB通信系统几乎是全数字通信系统，所需要的射频和微波器件很少，这样可以减小系统的复杂性，降低成本。可以说，低成本、低功耗、高速率、简单有效的UWB通信正是人类所期望的梦幻般的无线通信方式。

当然，UWB通信也存在不足，主要问题是UWB系统占用的带宽很大，UWB系统可能会干扰现其他无线通信系统，因此UWB系统的频率许可问题一直在争论之中；另外，还有学者认为，尽管UWB系统发射的平均功率很低，但是由于它的脉冲持续时间很短，它的瞬时功率峰值可能会很大，这甚至会影响到民航等许多系统的正常工作。但是学术界的种种争论并不影响UWB的开发和使用，2002年2月美国通信协会（FCC）批准了UWB用于短距离无线通信的申请。

UWB的用途有很少，主要分为军事和民用两个方面。在军事上UWB可以用于低截获率（LPI/D）的内部无线通信系统、LPI/D地波通信、LPI/D高度计、战场手持和网络LPI/D电台、UWB雷达、防撞雷达、警戒雷达、无线标签、接近引信、高精度定位系统、无人驾驶飞行器和地面战车及其通信链路、探测地雷、检测地址目标等等。在民用方面，UWB可用于20Mbps以上的高速无线局域网、高度计、民航防撞雷达、汽车防撞感应器、高精度定位、无线标签和工业射频监控等。

2UWB通信与其它短距离无线通信的比较

UWB技术与现有其它无线通信技术有着很大的不同，它将会为无线局域网（LAN）和个人局域网（PAN）的接入带来低功耗、高带宽并且相对简单的解决方案。超宽带技术解决了困扰传统无线电技术多年的诸如信道衰落、高速率时系统复杂、成本高和功耗大等重大难题，但是UWB通信不会很快取代现有的其它无线通信技术。

虽然UWB通信中所须的频带宽度相当大，从500MHz直至几GHz。如英特尔的样机使用的就是从2GHz频带至6GHz频带之间的4GHz带宽。但实际上并不存在如此之宽的空闲频带，无论采取什么办法，UWB通信使用的频带与现有无线通信使用的频带必定会发生重叠，为了避免UWB通信对其它系统的干扰，UWB用户人事科有必须申请频率许可。2002年2月FCC准许UWB技术进入民用领域的条件就是：“在发送功率低于美国放射噪音规定值-41.3dBm/MHz（换算成功率则为1mW/MHz）的条件下，可将3.1GHz～10.6GHz的频带用于对地下和隔墙之物进行扫描的成像系统、汽车防撞雷达以及在家电终端和便携式终端间进行测蹑和无线数据通信"。发射功率的大小决定了传输距离，按照FCC的规定，UWB通信在近期内将只可能用于极短距离的无线通信，这就意味着在一定时期内UWB将会与现有短距离无线技术共同生存，共同发展。

（1）UWB与IEEE802.11a

IEEE802.11a是IEEE最初制定的一个无线局域网标准之一，它主要用来解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，工作在5GHzU-NII频带，物理层速率54Mbps，传输层速率25Mbps。采用正交频分复用（OFDM）扩频技术；可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口，以及TDD/TDMA的空中接口，支持语音、数据、图像业务。IEEE802.11a用作无线局域网时的通信距离可以达到100m，而UWB只能在10m以内的范围通信。根据英特尔照FCC的规定而进行的演示结果显示，对于10m以内的距离，UWB可以发挥出高达数百Mbps的传输性能，但是在20m处反倒是IEEE802.11a/b的无线局域网网设备更好一些。因此在目前UWB发射功率受限的情况下，UWB只能用于10m以内的高速数据通信，而10m到100m的无线局域网通信，还需要由802.11来完成，当然与UWB相比，802.11的功耗大，传输速率低。

（2）UWB与Bluetooth

自从2002年2月14日，FCC顶住多方面的压力批准UWB用于无线通信以来，就不断有人将UWB评论为蓝牙（Bluetooth）的杀手，因为从性能价格比上看，Bluetooth是现有无线通信方式中最接近UWB的，但是UWB真的会取代Bluetooth吗？从目前的情况看，答案是否定的。首先从应用领域来看，Bluetooth工作在无须申请的2.4GHzISM频段上，主要用来连接打印机、笔记本电脑等办公设备。它的通信速率通常在1Mbps以下，通信距离可以达到10m以上。而UWB的通信速率在几百Mbps，通信距离仅有几米，因此二者的应用领域不尽相同。其次，从技术上看，经过多年的发展，Bluetooth已经具有较完善的通信协议。Bluetooth的核心协议包括物理层协议和链路接入协议，链路管理协议及服务发展协议等等，而UWB的工业实用协议还在制定中，估计要等到2004年才可能初步确定。还有，Bluetooth是一种短距离无线连接技术标准的代称，蓝牙的实质内容就是要建立通用的无线电空中接口及其控制软件的公开标准，从这方面讲，UWB可以看作是采用一种特殊无线电波来高速传送数据的通信方式，严格地讲，它不能构成一个完整的通信协议或标准。考虑到UWB高速、低功耗的特点，也许在下一代Bluetooth标准中，UWB可能被用做物理层的通信方式。最后，从市场角度分析，蓝牙产品已经成熟并得到推广和使用，而UWB的研究还处在起步阶段。基于以上原因，在未来的几年内，UWB和Bluetooth更有可能既是竞争对手，又是合作朋友。

（3）UWB与HomeRF

家庭射频（HomeRF）标准是由HomeRF工作组开发的，旨在家庭范围内，使计算机与其他电子设备之间实现无线通信的开放性工业标准。HomeRF是IEEE802.11与DECT的结合，使用这种技术能降低语音数据成本。HomeRF采用了扩频技术，工作在2.4GHz频带，能同步支持4条高质量语音信道，但是HomeRF的传输速率只有1M～2Mbps。由于HomeRF技术没有完全公开，目前只有几十家小企业支持，在抗干扰等方面相对应其他技术而言尚有欠缺，因此它的应用前景还不是十分明朗。同IEEE802.11一样，HomeRF的通信距离比UWB远，而传输速率比UWB低，在UWB发射功率受限的前提下，二者应该是各有千秋。

结合上述讨论，可以用表1对四种短距离无线通信做个简单的比较。

表14种短距离无线通信比较

IEEE802.11aBluetoothHomeRFUWB

传输速率54Mbps小于1Mbps1-2Mbps可高达500Mbps

通信距离10m-100m10m50m小于10m

发射功率1瓦以上1毫瓦-100毫瓦1瓦以上1毫瓦以下

空间容量80Kbps/m30Kbps/m250Kbps/m21000Kbps/m2

应用范围无线局域网计算机等家庭和办公室设备互连家庭语音和数据流近距离多媒体

终端类型笔记本，台式电脑，掌上电脑和因特网网关笔记本，移动电话，掌上电脑，移动设备笔记本，无绳电话，无线音响，移动设备无线电视，DVD高速因特网

网关

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

3家庭无线通信是UWB的发展方向之一

虽然无线通信网已经在企业和公共场所得到推广和应用，但是这些现有技术很难为家庭多媒体网络无线互连提供一个合适的方案。按照传统的无线电设计方法，如果要提高通信速率，必须要提高数字信号处理器的处理速度，这势必要增加系统的成本和功耗，高速率的无线产品往往也是高成本、大功耗的。然而，家庭无线通信网有一些特殊的要求。首先，为了满足无线数字视频的要求，家庭无线互连产品需要更高的通信速率，以无线高清晰数字电视（WHDTV）为例，如果采用MPFG2HD数据格式，则视频数据流的速率高达25Mbps；其次，要想家庭无线通信产品走向千家万户，系统成本必须很低，市场调查表明，如果无线产品的价格比同类有线产品的价格高出30%，将很难被众多的消费者所接受；还有，家庭无线通信产品中用到嵌入式网关和小型手持设备往往是电池供电，因此它们的功耗必须很低。也就是说，家庭无线通信产品必须具备高速率、低成本和低功耗三个优点，按照传统的无线电设计方案，无法在速率、成本和功耗这三者之间找到一个合适的平衡点。

IEEE802.11a是现有无线通信标准中，唯一能在通信速率上满足无线视频数据流实时传送要求的。它的最高速率是54Mbps，有效速率是25Mbps，考虑到MAC接入协议，实现传送数据流的速率还要更低一些。然而，IEEE802.11a是按照与Ethernet接入相类似的分组方式设计的，因此它不太适合用于实时传输视频数据流。还有，IEEE802.11a的功耗大概在1.5W到2W之间，因此综不能用于电池供电的小型设备。更重要的是，一个IEEE802.11a网络接入卡（NIC）售价大概是150～200美元，这样的价格很难被家庭消费者所接受。因此IEEE802.11a更适合于用在对价格和功耗要求不是很高的公用无线局域网里，况且当时IEEE专家设计IEEE802.11a时也根本没有考虑过将它用在家庭无线通信网上。

目前，现有技术中被认为最有可能进入家庭无线通信互连的是Bluetooth，因为在价格和功耗上它很有竞争力，然而，Bluetooth的传输速率不到1Mbps，极限速率也只有10Mbps。按照这样的速率计算，如果用Bluetooth来传送一部两小时的电影可能需要10个小时，这显然不能被用户所接受。20多年前，FCC提出Bluetooth标准时，仅仅是希望将它用在无线耳机上，经过20多年的努力，Bluetooth已经发展成为最主要的低速率的点到点无线通信技术。利用Bluetooth，可以很好地实现笔记本电脑、PDA、移动电话等设备之间的低速率数据通信，但是FCC从来没有考虑过将Bluetooth发展成为高速率数据通信或者是无线网络互连技术，从这一点来讲Bluetooth也很难进入家庭无线网。

HomeRF是专门为家庭无线互连提出的，它可以很好的实现计算机、打印机、MP3以及其它家用电器之间语音和数据的通信和互连，但是，HomeRF的有效传输速率只有2Mbps，工作在10Mbps以上将严重影响它的性能，这就决定了它不可能进入无线HDTV，视频游戏等宽带家庭无线通信领域。更重要的是HomeRF的技术还不成熟，HomeRF标准缺少Intel等大公司的支持，它的推广和应用前景并不被业界看好。

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如果能在单一架构下管理多个无线网络的实时数据,或者说在单一架构下管理统一后的单一无线网络的实时数据,应该是过程行业用户一致的要求,所以我们说多种无线通信技术标准的融合是一个大趋势,它可以提供远程操作的更高可靠性和更低成本。三大无线国际标准合作的技术基础原本是存在的,因为ISA100.11a、WirelessHART和WIA-PA的底层协议都是IEEE802.15.4,而提供芯片和通信协议栈的商家往往同时提供这几种技术的部件,即使是在ISA100.11a、WirelessHART和WIA-PA阵营内,还包括有很多相同的会员。作为ISA100的核心成员单位的尼维斯(Nivis)公司一向以其管理和优化网状网络的软件而闻名,同时在利用ISA100.11a、WirelessHART和6LoWPAN开发基于标准的无线网状通信堆栈方面拥有丰富的知识和能力。

尼维斯公司目前是我们所了解到的唯一同时提供ISA100.11a和WirelessHART两种流程行业无线产品供应商,比如其无线节点和路由器用在ISA100.11a和WirelessHART的型号是相同的,使用户能够在单一的硬件上运行任何一种标准。如VersaRouter910路由器既支持Nivis的ISA100.11a标准,也支持WirelessHART标准,拥有在同一平台上运行的软件,VersaRouter910是一个双启动硬件(Dualboothardware),是集全功能于一身,专门为客户准备好提供的无线解决方案设计的工业级无线路由器。中科博微公司是可同时提供WIA-PA、WirelessHART两种流程行业无线产品供应商,比如其无线网关既有属于WIA-PA无线网络的WIAPA-GW1498、WIAPA-GWS12002种型号的网关,又有属于WirelessHART无线网络的WHT-GW1250网关。北京天宇蓝翔科技发展有限公司也可提供WIA-PA、WirelessHART两种无线网络产品。在ISA100.11a和WirelessHART问世之初,在ISA名下成立过ISA100.12工作组,负责寻找将WirelessHART和ISA100.11a无线标准融合的技术途径。当时认定实现无线标准融合技术途径的唯一方法是提案申请,后有3个团队提出申请。

但最终这些团队没有解决以下核心问题:网络规范的定义能够取代ISA100.11a和WirelessHART及提供2个现有网络的反向兼容。代表ISA100.11a和WirelessHART供应商的两个团队都不能接受修改自己基础网络的要求,因此无法达成任何妥协协议。其原因非技术方面,而是集中在营销效应方面。因此在2013年,ISA100.12工作组已决定放弃在无线通信技术标准融合方面的努力。ISA100.12工作组中的最终用户曾建议的融合备选方案是供应商可提供同时对ISA100.11a和WirelessHART无线网络进行操作的产品,即“双启动”产品的解决方案。2010年初,德国测量与控制标准委员会NAMURPressRelease(公告),开始提出单一(融合)工业无线标准(仅过程自动化领域)的要求,建议三个标准合并为一个IEC标准。2010年8月在伦敦的Heathrow(希思罗)机场召开了工作组第一次会议,工作组即以希思罗命名。2011年3月底在瑞士的融合工作组会议形成备忘录决定成立技术工作组,重庆邮电大学是希思罗工作组的5名核心成员之一和技术工作组主要成员。

技术工作组首先完成“三个标准的异同”资料的编辑,然后达成分三步开展工作的共识,第一步是实现三标准共存,如图1所示,第二步完成渐进式融合,第三步以单一的OSI/ISO层过程仪表协议的现场设备、统一的接入点、统一的网关实现标准的最终融合,这里的现场设备、接入点、网关均以希思罗命名。2012年12月现场总线基金会(FF)宣布与国际自动化学会自动化标准委员会ISA100合作提出了一个通用的框架,允许多个工业通信协议通过共享无线集成架构在过程自动化系统中运行,使现场总线连接到远程的I/O和ISA100.11a、WirelessHART、有线H1协议集成到单一的标准化环境中,这称为基金会的远程操作管理ROM,这是通过第三方的开放融合,以便为用户提供更高的可靠性和更低成本的远程操作。这个框架保持了“基础设施”战略,而不是试图在无线设备水平方面竞争。

2、系统架构的创新

霍尼韦尔公司2004年推出工业无线变送器——基于ZigBee无线技术的XYR5000无线压力变送器,载频为902MHz~928MHz,以此为基础的无线网络系统构成如图2所示。作为网关设备的基站WBR与各种类型的XYR5000无线变送器可直接通信,最大数量为50台,最大距离610m。基站还可有线接入最多25个AO/DO组件,基站与控制系统的连接有RS485ModbusRTU接口,还可提供RS232到WMT无线管理工具上显示。随后IEC三大国际标准的早期无线网络系统的架构是由网关和无线现场设备组成,如横河电机无线系统的早期架构是YFGW710现场无线一体型网关和现场无线设备,一台网关可接入最多10台(刷新率1s)或50台(刷新率5s)现场无线设备,如图3所示。艾默生过程管理公司下属的罗斯蒙特公司真正针对流程行业无线网络系统的研究始于1998年,2006年推出的智能无线解决方案是采用900MHz,2007年以后在欧洲和亚洲则推出2.4GHz的解决方案。早期无线网络系统的架构也是由网关和无线现场设备组成,可能会包括适配器等设备,同时每一台无线现场设备还可作为路由器将其他无线现场设备的信息传送到网关,如图4所示。

2007年6月11日,霍尼韦尔公司推出基于ISA100.11a思路的OneWireless无线网络方案,采用了XYR6000变送器,载频为2.4GHz。推出OneWireless无线网络后,系统架构也在不断更新,较早的版本是2009年4月的120版,当时作为网关的是多功能节点;2011年9月200版的新功能包括无线变送器无路由功能改为路由功能可选、增加了现场设备接入点FDAP、增加了HART适配器等,2011年10月又引入了CiscoAironet1552SOutdoorAP节点设备、CiscoWLAN控制器;2013年4月210版的新功能包括在线

无线设备授权等新功能。AP节点设备被分为两类:网格接入点(MAP)和根接入点(RAP)。网格接入点是Mesh网络的远程接入点,它作为ISA100.11a无线现场设备网络和IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi网络的接入点,这是所有接入点的默认角色。对下层ISA100.11a无线现场设备网络来说,每个网格接入点都可以发送和接收来自无线现场设备的消息,同时,它又作为一个路由器,为其相邻网格接入点以IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi网络转发消息,从而在2层网络中为无线设备和主机应用之间实现数据传输,通过转发过程,数据可以找到通过中间网格接入点抵达目的地的最佳路径。 如果一个链路因为任何原因而出现故障,网络会自动通过其他路径安排数据传输,直到数据抵达网关为止。根接入点通过光纤、有线以太网或电缆连接器连接到有线网络或服务器,作为到有线网络的“根”或“网关”,它必须在接入点配置时设定为根接入点。通信时,网格接入点通过网格接入点之间的路径或直接传送到根接入点。在这种网络拓扑结构中,接入点之间有许多冗余路径连接,因而特别可靠。随着网络规模的增大和网格接入点数量的增加,有必要使用多台根接入点以保证无线网络所需的性能和吞吐量(如图5所示)。推荐根接入点对网格接入点比值为20,这意味着,最多20个网格接入点可以共享相同的一次和二次根接入点,由于每个网格接入点可接入数十台无线现场设备,每个根接入点可接入20个网格接入点,而根接入点又可以多个同时接入交换机,其应用规模可满足数百点到数千点的大型无线网络的要求。

艾默生过程管理公司在WirelessHART网络中也推出了CiscoAP节点设备作为构成回传网络节点的接入点,菲尼克斯公司在WirelessHART网络中也推出了可与该公司多台WirelessHART网关组成骨干网络的WLAN接入点,且都通过Wi-Fi传送采集的所有信息,同时,WirelessHART网络也可接收支持802.11Wi-Fi通信的无线设备的信息。随着工业无线网络将过程控制延伸到工厂现场的各个角落,其应用越来越普及,单个应用实例的规模也越来越大,已突破一个工序或一个车间的范围。在这种形势下,流程行业无线网络设备的制造厂家不失时机地推出可覆盖整个工厂的全集成式多用途无线网络。这样的网络中既包括简单的无线现场仪表网络,也覆盖多种无线应用的场合。创新的系统架构主要体现在接入点设备作为主干网络节点,比如OneWireless无线网络先后推出的现场设备接入点FDAP、CiscoAironet1552SOutdoorAP节点,横河电机ISA100.11a无线网络的YFGW510现场无线接入点,艾默生过程管理公司WirelessHART无线网络推出的781远程链路、CiscoAP节点设备和WLAN接入点,菲尼克斯公司WirelessHART无线网络的WLAN接入点。这些设备具有骨干路由器功能,可将众多的无线现场设备的信息通过底层网络采集后,尽快地通过骨干网络传送到无线网关。这种将网关功能分离为接入点和现场无线管理站以及将信息传送分为底层网络及骨干网络的分层架构,不仅扩大了网络的规模、提高了信息传送速度,还能更好地实现同时管理多个现场无线子网通信系统的要求。

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移动电话不仅是沟通的电话,现在还成功的发展成了游戏机的作用,不仅可以上网打游戏听歌,还可以看电影团购等等。NFC技术可以将不同使用者的需求通过网络传输经过辨认后,迅速转换成使用者想要的资讯。使用者可以随时在网上观看心仪的图片,欣赏喜欢的歌曲,观看想看的电影,也可以对这些信息通过NFC技术下载到自己的手机上。

2、商务旅游

NFC技术为广大使用者解决了很多以前不能在路上解决的问题,例如,着急出差却已经买不到票耽误了行程,NFC技术可以在网上迅速查到票的剩余情况并及时更新;在旅游的路上找不到路,NFC技术可以进行定位;着急打车却没有空车,NFC技术可以通过网络帮助使用者联系车辆并自动定位。

3、NFC的关键技术

3.1调制技术

NFC的工作频段是12.33-14.99MHz。为了保证NFC信号的频谱范围在13.56MHz频段内,NFC信号的波特率必须小于1Mbps。当数据传输速率大于1Mbps时,只有采用多进制调制才能满足高速传输要求。如果采用多进制ASK调制脉冲波形,则由于脉冲波形的调制度较低,多进信号的分辨率很低,这将导致系统输出信噪比的严重下降。多进制差分相移键控可解决这一难题。DPSK信号是利用前后两个相邻码元载波的相位差来传送数字信息,而与载波的幅度没有关系,因此调制信号的幅度在传输过程中始终保持不变。同时,在DPSK接收机中避免了复杂的相干解调,价格低廉、容易实现。因此在高速数据传输时,采用多进制DPSK调制是一种理想的选择。

3.2信源编码

随着数据传输速率的上升,脉冲的宽度变得越来越窄,对电路的脉冲响应要求也愈来愈高。为了减小电路的实现难度,在高速传输时可以采用Miller码进行信源编码。它是Manchester码的一种变形,Miller码的平均脉宽要比Manchester码宽,降低了编码硬件的实现难度。

3.3防冲突机制

如我们所知,NFC技术是两个技术设备相互靠拢就可以开启的网络,但并不是随便的两个设备都可以靠拢,NFC技术在启动之前,都是需要对周围可以连接的系统进行检测,看是否能够有空闲的设备供自己与之想靠拢,这是NFC技术在工作之前必须要确认的一个步骤,因为随便和其它设备相连,会导致网络混乱,网络突然断开,设备与设备之间的联系不紧密,会造成NFC技术的瘫痪。因此,在连接其他设备之前,NFC技术的设备通常都是先对周围进行扫描,当周围的射频场小,也就是说扫描后确定有未连接的设备,在对其他设备进行呼叫,相对近的设备会与这一台设备相连,连接成为网络。NFC技术中没有那两个技术设备是固定连接的,所以在确定了较近的设备正常工作后,会连接成为可安全使用的网络。

3.4传输协议

传输协议的设计主要考虑数据传输的有效性与可靠性。传输协议一般分为三个过程:协议激活、数据交换、协议关闭。3.4.1协议激活协议的激活包含属性的申请和参数的选择,激活的流程分为有源模式和无源模式两种。有源模式的协议激活流程为:第1步:主呼启动防冲突机制,进行系统初始化;第2步:主呼切换到有源模式并选择传输速率;第3步:主呼发送属性请求;第4步:被呼发出属性响应以回应主呼的属性请求,回应成功后选中该被呼作为连接对象;第5步:主呼如果检测到有冲突发生,重新发送属性请求;第6步:如果被呼支持主呼属性请求中的可变参数,主呼在收到被呼的属性响应后发送参数选择请求指令,以改变有关参数;第7步:被呼发出参数选择响应以回应主呼的参数选择请求,并改变有关参数(如果被呼不支持属性请求中的可变参数,则不需要改变有关参数);第8步:利用数据交换协议传输数据。无源模式的协议激活流程与有源模式的协议激活流程基本类似,所不同的是在系统完成初始化后需要进行单用户设备检测。3.4.2协议关闭关闭协议包含信道的拆线和设备的释放。在数据交换完成后,主呼可以利用数据交换协议进行拆线。一旦拆线成功,主呼和被呼都回到初始状态。主呼可再次激活,但是被呼是通过释放请求指令切换到刚开机的原始状态。