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，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，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。

6結語

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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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1.1傳輸距離較遠、速度較快

基于城域網的無線通信技術的建設采用的技術有兩個，一個是OFDM技術，另一個是自適應編碼技術。通過這兩種技術可以實現無線網絡的高發射功率和高信道利用率，網絡覆蓋范圍廣，在科學條件的檢驗下，有效覆蓋達到50000米，網絡最高的接入速度能夠達到75Mbps，相比較于之前的無線局域網，無線城域網的傳輸速度是其300倍。

1.2廣泛的多媒體服務

基于計算機城域網的無線通信技術自身特有無線的優勢，可以向人們提供面向連接，服務實現多媒體化，以QoS保障完善的電信高級別技術服務，能夠滿足使用者多樣化的各種多媒體需求。

1.3性能優良的終端接入功能

基于計算機城域網的無線通信技術有許多網絡接入方式，并且能夠使用有線網絡來實現無線功能的擴展，包括利用當下熱門的WIFI熱點接入的方式進行網絡信號的連接。這幾種方式都以覆蓋網絡信號范圍廣泛，信號強度大等優點被人們廣泛利用。基于計算機城域網的無線通信技術也可以實現寬帶接入的最后一公里的網絡信號，不需要借用傳統方法的有線通信線路，將快速的網絡信息接入用戶，實現了高速的信息傳遞，提高了人們的使用效率。

1.4低廉的建設成本

高性價比在建設成本的計算上，城域網大大低于無線通信服務。無線通信服務相比較，城域網的功能保障的安全性能和靈活性其卻更高，兼容性也更強。建設成本低，性能卻更完善，因此基于計算機城域網的無線通信技術就有了高性價比的特點。

2基于城域網的無線通信技術的關鍵技術研究

基于計算機城域網的無線通信技術以WiMAX為支持技術，這項技術是根據IEEE802.16的精確標準制定。它擁有多種關鍵技術，其中包括網狀體系結構、多載波調制技術和無線安全技術以及QoS支持服務質量等。網狀體系結構對于MAC層業務結構與消息作出特定的規范，這種節結構可以允許多節點的多點之間的無線連接，這就為網絡傳輸提供了多樣化的網絡搭配以及更強的兼容性。多載波調制技術是城域無線網絡中的另一關鍵技術，它可以具體分析環境的不同，根據環境來進行不同的自適應選擇調試方式。更近一步來說，WiMAX技術可以分為三種不同的調試方式，他們分別是單載波方式和256載波正交頻復用方式（OFMD）以及一種可以實現多用戶分接的2048載波（OFDMA）方式。這些方式有所不同，在使用時應有所區分。在出現特殊需求的時候，一般應該使用單載波方式，想要增大數據的傳輸能力和傳輸速度時，可以把傳輸信號調整制做到256個子載波上，然后通過256載波方式對信號進行傳輸，在此基礎上想要實現對特定用戶的信號需求，就需要使用2048載波方式，來實現面對多個用戶的同時復接。在特殊情況或者是環境發生改變的情況下，自適應編碼技術協同MAC層和物理層的附加功能就能夠保證在外部環境改變的條件下不改變網絡，能夠有效保證網絡的運行經過最佳的調試。有些傳輸技術的不同會產生不同的信號標準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，實現上述要求。這項技術也能夠將語音和視頻的延遲時間降到最低。

3WiMAX通信技術的應用

WiMAX通信技術擁有眾多技術不具備的新的技術特點，現今應用最廣泛的就在于實現運營商的城域網無線通信的鋪設上。具體來說WiMAX通信技術的功能可以分為兩個大方面，第一方面是將其作為一種補充，彌補現存的有線寬帶接入方式，解決終端連接的問題，廣泛的增大無線通信網接入的范圍，使其接入方式具有靈活性的特點；另一個方面是將WiMAX通信技術直接作為城域網無線通信技術進行網絡區域的覆蓋，以此來彌補WIFI技術，這一方面可以對城市建設區域進行網絡無線覆蓋。具體如下：有些地方環境差或者有線網絡接入比較困難，例如某些城市的建造區、新開發的偏遠郊區、人口稀少網絡信號傳輸差的技術弱的山區，再或者是網絡普及較差的農村地區，在這些地方就可以直接將WiMAX通信技術直接應用，接入終端，在保證網絡質量的基礎上降低成本。WIFI熱點覆蓋區域有限，可以通過WiMAX通信技術彌補覆蓋區域的不廣泛，在網絡熱點之外使用WiMAX通信技術，來連接整個無線通信網絡。

4總結

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可見光通信的發射和接收技術主要采用強制調制/直接檢測（IM/DD）方式。由于這種檢測方式的硬件結構比較簡單，成本也比較低，在實際應用中被廣泛地采用。它是一種非最優化的檢測技術，這種檢測技術使得可見光通信的研究更加具有實用性，相比于傳統的無線檢測系統，這種檢測方式具有靈敏度低的缺點。而且對于可見光通信需要制作專門的收發器，因此要想完善可見光通信技術，還需要設計合理的LED驅動電路和接收激光的檢測電路。

2可見光鏈路技術

光的傳播具有很強的方向性，因此可見光通信在傳播的過程中，其鏈路會受到路徑中物體的阻擋。無線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在傳播的過程中遇到障礙物，不能像射頻電磁波一樣進行繞射或者衍射，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的信號處理技術和接收機的靈敏度。這兩種鏈路技術在室內的通信中都得到了很好的應用，其中視距鏈路占據大部分的接收信號功率，而非視距鏈路主要是用來對信道進行時延擴展。可見光通信需要的是雙向的交互信息，因此在進行可見光通信的設計過程中要充分考慮反向鏈路的問題。可以利用光線傳播的可逆特性，在發射機和接收機之間形成反向的鏈路。這種方式雖然理論可行，但在具體的應用中還要考慮其實用性，可見光通信的信源端和接收端在復雜程度和體積規模上具有很大的不同，因此需要將反向鏈路設計成不對稱的方式，這樣的設計方法會增大下行信道的容量，實現高速的數據傳輸，還可以傳遞反饋和鏈路的控制信息。

3可見光通信與傳統無線通信結合技術

相比于傳統的SISO系統，MIMO采用多天線傳輸，具有了更多的空間自由度。可以根據不同的應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、空分復用增益和干擾增益。不同的增益之間存在著權衡。其主要的缺點是在數據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，只有這樣才能獲得最佳的性能，也提高了相應的計算復雜度。主要的接收算法有ZF接收算法和MMSE接收算法，其中MMSE接收算法可以通過預編碼技術完全消除數據流之間的干擾，很好地權衡了噪聲抑制和計算的復雜度方面。同時接收端在進行后處理矩陣的處理后，各個子數據流不會受到其他數據流的干擾。OFDM技術是一種多載波調制技術，可以有效地實現數據流的并行傳輸。這種技術使得每個頻點占用的帶寬比較小，其信道響應也較為平坦，因此可以對抗頻率的選擇性衰落。OFDM技術利用的是傅里葉變換技術，結構比較簡單，降低了OFDM的實現復雜度。另外，OFDM技術可以和其他多址的接入方法相結合，在配置方面具有較大的靈活性。但是由于OFDM技術是一種多載波調制技術，其發射的信號是由多個獨立的子信道疊加而成的，因此當各個子信道的相位一致時，就會出現較大的峰值，導致較高的峰值平均功率比。而且該系統中各個子載波是相互正交的，頻率的偏差會引起子載波間的干擾。可見光通信技術可以應用OFDM提高通信鏈路的電學頻譜利用率，在可見光通信系統中應用MIMO技術可以增加其信道的容量。然而，相比于傳統的通信技術，光通信具有其獨特的方面，因此在進行技術設計時還要充分考慮光鏈路的特點，比如光通信中的空間復用技術，發射和接收機中的光學原理，成像和非成像分集的使用等等。

4總結

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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

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與藍牙技術相比，超寬帶無線傳輸信號可以在接收端有效地恢復信號，擴大增益，因此超寬帶技術能夠適應各種頻帶寬度，抵抗各個頻率段信號的干擾,具有更強的抗干擾性。通信距離較短。超寬帶無線通信信號傳輸受距離的影響，高頻信號強度的衰減很快，傳輸距離將被縮短，因此超寬帶無線通信技術適用于短距離間的通信。

二、超寬帶無線通信技術的應用

由于超寬帶無線通信的信道帶寬非常寬，能夠和整個頻譜共同進行使用，也可與其他通信系統共存。因此，超寬帶無線通信技術能夠在許多領域得到應用，如個域網、智能交通系統、無線傳感器網絡等。隨著“數字化家庭”或“數字家庭網絡”的概念越來越普及，人們通過無線通信網絡將消費者的家用電器和電子產品進行有效的連接，實現這些設備之間信息的傳遞和交換。數字辦公室采用無線應用程序的方式，而不是傳統的有線連接，這樣就能夠使得辦公環境更加方便和靈活。早期藍牙技術使得一些無線設備成為可能，但是由于傳輸速率過低，只能用于一些計算機的設備和主機的連接。超寬帶無線通信技術可以實現主機和顯示器、攝像頭、會議設備、無線終端設備之間的互聯，從而實現各個設備間的信號傳輸。超寬帶無線通信技術能夠在各種場所使便攜設備實現設備之間的互聯，并且具有很好的傳輸速率和抗干擾能力，便于數據的傳輸。

由于超寬帶無線通信技術可以提供相當于計算機總線的傳輸速率，使得個人終端可以從互聯網或局域網即時下載大量數據，還能將大量的數據存儲在網絡服務器的存儲空間而不是個人終端中，這樣就能夠實現云儲存。攜帶具有超寬帶無線功能的小型終端，在任何地方都能夠訪問本地超寬帶網絡，使用當地的設備在任何時候都能夠控制自己的多媒體電腦。可以看出，超寬帶無線通信技術可以實現不同設備間的數據無線連接，不再使用復雜的信號線對設備進行連接，使得安裝操作變得更加簡便。

三、結論

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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。

篇9

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。

篇10

關鍵詞：超寬帶（UWB）脈形調制（PSM）正交改進型hermite脈沖

超寬帶（UltraWideBand）作為一種新型的無線通信技術與傳統的通信方式相比有著很大的區別。由于它不需使用載波電路，而是通過發送納秒級脈沖傳輸數據，因此該技術具有發射和接收電路簡單、功耗低、對現存通信系統影響小、傳輸速率高的優點，此外它還具有多徑分辨能力強、穿透力強、隱蔽性好、系統容量大、定位精度高等優勢。根據FCC的規定，從3.1GHz～10.6GHz之間的7.5GHz帶寬頻率都將作為UWB通信設備所使用。但出于對現存無線系統影響的考慮，UWB的發射功率被限制在1mW/MHz以下。

UWB是一種可以為無線局域網LAN、個人域網PAN的接口卡和接入技術帶來低功耗、高帶寬并且相對簡單的無線通信技術。它解決了困擾傳統無線技術多年的重大難題，開發了一個具有對信道衰落特性不敏感、發射信號功率普密度低、不易被截獲、復雜度不高等眾多優點的傳輸技術。該技術尤其適用于室內等密集多徑場所的高速無線接入和軍事通信應用中。

圖1

1基本概念

超寬帶（UWB）又被稱為脈沖無線電（ImpulseRadio）,具體定義為相對帶寬（信號帶寬與中心頻率的比）大于25%的信號，即：

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

或者是帶寬超過1.5GHz。實際上UWB信號是一種持續時間極短、帶寬很寬的短時脈沖。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，典型點空比為0.1%。

傳統的UWB系統使用一種被稱為“單周期（monocycle）脈形”的脈沖。一般情況下，通過隨道二極管或者水銀開關產生。在計算機仿真中用高斯脈沖來近似代替它。由于天線對脈沖的影響不同，所以可以假設發送脈沖為：

而接收端收到的信號為：

tc是脈沖的時移，2tau為脈沖的寬度。圖1給出了發射脈沖和接收脈沖的時域脈形。

2UWB的性能特點

超寬帶有別于其它現存的一些通信技術，其最根本的區別在于無需載波，大大降低了發射和接收設備的復雜性，從根本上降低了通信的成本。

UWB的優點可以歸納為以下八個方面：

（1）無需載波，發送和接收設備簡單。由于UWB信號是一些超短時的脈沖，其頻率很高，所以它不象傳統的基帶信號那樣需要將其調制到某個發射頻率上才能在信道中傳輸。因此，必然會使發射機和接收機的結構簡單化。

圖2

（2）功耗低。由于UWB信號無需載波，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系統只需要50～70mW的電源，而這只是移動電話的百分之一，藍牙技術的十分之一。

（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，其最大數據傳輸速度可以達到幾百Mbps～1Gbps。美國英特爾公司于2002年4月在“IDF2002SpringJapan”上對該技術進行了演示，在數米的距離內傳輸速率可達100Mbps。

（4）隱蔽性好，安全性高。由于UWB信號的帶寬很寬，且發射功率很低，這必然使該項通信技術具有低截獲能力LPD（LowProbabilityofDetection）的優點。另外超寬帶還采用了跳時TH（TimeHopping）擴頻技術，接收端必須在知道發射端擴頻碼的條件下才能解調出發送的數據信息。

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

（6）系統容量大。香農公式給出

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

可以看出，帶寬增加使信道容量的升高遠遠大于信號功率上升所帶來的效應，這一點也正是提出超寬帶技術的理論機理。

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

（8）穿透能力強。在具有相同帶寬的無線信號中，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相對于毫米波信號具有更強的穿透能力。

3UWB信號的調制方式

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

首先定義一個單周期脈形：

s(k)代表信號kth,w(t)為傳輸的單周期脈沖。

將其移至每一幀的開始：

Tf代表脈沖重復周期，j表示第j個單脈沖。

加入偽隨機跳時碼：

最后加入調制數據：

其中，d(k)是信息數據，δ為時移。為了滿足多用戶的需求，提高通信的安全性和對系統功率譜密度PSD（PowerSpectralDensity）的考慮，引入了跳時碼，下面就從功率譜密度的角度來分析這個問題。

假設采用圖1（a）給出的高斯單脈沖作為發送信號，且只是一串周期性的脈沖序列，由于時域信號的周期性導致其頻域出現了強烈的能量類峰，這些類峰將對現存傳統的無線信號造成干擾。因此需要采取某種措施將其平滑。如果采用PPM調制對脈沖的位置做出調整，可以看到：由于調制的置亂效果，頻域的尖峰得到了一定的控制，但此時仍比較明顯。為了進一步降低類峰的幅度，引入跳時碼，這樣發送信號的功率譜就會得到進一步的平滑，幾乎近似于背景噪聲，這也正是UWB系統能與現存無線系統并存的原因之一。圖2給出了上述不同信號的PSD圖和引入跳時碼后的時域波形。

除PPM外，UWB信號還可以采用脈幅調制PAM（PulseAmplitudeModulation），開關鍵OOK（On-OffKey）和二相移鍵控BPSK（Bi-PhaseShiftKey）等。在接收端，單脈沖信號可以通過相關技術實現可靠接收。實際應用中常使用相關器（correlator），它用準備好的模板波形乘以接收到的射頻信號，再積分就得到一個直流輸出電壓。相關器輸出的是接收到的單周期脈沖和模板波形的相對時間位置差，從輸出中尋找時間位置差為0的即為要接收的信號。

為了追求更高效率的信息傳輸，近來人們提出了一種新型脈沖調制方式——脈形調制PSM（PulseShapeModulation）。PSM就是對脈沖的形狀進行調制從而實現信息的載荷，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hermite多項式的研究。由于hermite多項式的數學表達式與高斯單脈沖很接近，而且隨著階數的變化，波形的持續時間不會有很大的變化，因此人們便想到了用hermite多項式數的變化產生形狀各異的脈沖，實現多元化的調制。為了尋求正交的波形，需對hermite多項式進行修正，即：

經過改動之后，便可以得到彼此正交的各階hermite多項式了。這時可以在發送端同時發送n個不同形狀的單脈沖，正交性使其互不干擾，接收端用相關接收技術即可把每一個信號分離出來。

圖3給出了改進型hermite多項式時域波形。與此同時還可以通過搭建simulink電路得到想要的各階hermite多項式脈沖。如圖4給出了搭建電路和仿真波形。在simulink電路中，Hermite多項式的階數由脈沖階數單元控制，示波器1、2給出相應階數和相應階數減1階的hermite脈形。

傳輸效率的提高帶來系統性能的下降，這是許多系統所不能容忍的，因此需要進行編碼。首先在形域采用BCH（7，4）對信號編碼，這樣一來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，隨后在時域對信息幀進行BCH（31，11）編碼，使性能進一步提高，最后還可以在時域和形域聯合編碼，誤碼性能會得到大幅度的改善，而傳輸效率仍然高于單脈沖系統。性能曲線如圖5所示。

4應用前景和發展方向

憑借自身的眾多優勢，超寬帶技術具有廣闊的應用前景，UWB首先在美國軍方和政府部門得到了實質性關注，并迅速應用于美國軍隊的無線電臺組網（Adhoc）和高精度雷達檢測系統中。2002年2月FCC準許UWB技術進入民用領域，條件是：“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3.1G～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距和無線數據通信”。盡管該技術在應用中有如此多的限制，但它仍受到廣大電信開發商的青睞。TimeDomain和MultispectralSolutions等公司已經向IEEE-802.15委員會提出了采用超寬帶技術的議案，眾多公司的研究部門乃至學校也都將該技術的研究提到了日程中來。許多現已成熟的技術紛紛與UWB進行結合，如UWB-OFDM、UWB-Adhoc、UWB-Wavelet、UWB-Neuralnetwork等，有的公司甚至已經利用這些技術生產出了實際的民用產品。

圖4

筆者把超寬帶技術的應用歸納為短距離無線通信、雷達探測和精確定位三個最主要的方面。其中在短距離無線通信中可用于密文傳送、音/視頻流傳輸、射頻標簽識別以及無中心自紡織網絡（Adhoc）的物理層等領域；雷達方面主要用作防撞雷達檢測、精密測高學、穿墻成像和探地雷達系統；精確定位則可用于資源跟蹤和全球定位系統GPS（GlobalPositionSystem）。由此可見，UWB技術的背后蘊藏著巨大的商機。

當然，超寬帶技術若要真正用于人們的日常生活，還有許多極具挑戰性的課題，這也是超寬帶技術近來乃至今后很長一段時間內研究和發展的方向。

（1）建立時域內的超寬帶無線電發射器的模型，從時域角度設計天線的傳輸函數；

（2）研究超寬帶信號產生和基本功能的優化；

（3）研究低電平趕寬帶無線電信號集合而千萬的干擾，有效平衡功率和通信范圍的關系；

（4）超寬帶跳時碼的研究；

（5）研究移動Adhoc網絡協議和路由協議，將超寬帶技術應用于分布式的網絡結構、盲捕獲和自配置功能中；研究適用于超寬帶類似于“藍牙”系統的組網協議；

（6）研究基于超寬帶無線電傳輸技術的無線IP協議；

（7）研究超寬帶無線電的測試技術，包括傳輸信道的測試、估計、信道模型等。