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(tǒng)配網(wǎng)與骨干電網(wǎng)相比較，具有配電設備多、分支多、分布廣、電網(wǎng)等級復雜、結構繁瑣的特點，所以配網(wǎng)通信接線復雜，監(jiān)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(xiàn)雙向通信功能。筆者根據(jù)多年的工作經(jīng)驗，首先對配網(wǎng)自動化系統(tǒng)進行了概述，然后講述了配網(wǎng)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(xiàn)實意義和參考價值。

2配網(wǎng)自動化系統(tǒng)概述

配網(wǎng)自動化系統(tǒng)作為一種遠程監(jiān)控、協(xié)調、操作配電設備的自動化系統(tǒng)，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(wǎng)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(wǎng)自動化系統(tǒng)結構圖。配網(wǎng)自動化系統(tǒng)主要由四個部分組成：配電主站、現(xiàn)場監(jiān)控、通信網(wǎng)絡和配電子站。其中通信網(wǎng)絡的主要功能是提供現(xiàn)場終端設備和配電主站之間的通信通道，實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控和交流的功能。配網(wǎng)自動化系統(tǒng)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(wǎng)自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)自動化可以分為上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)，其中上行數(shù)據(jù)是終端設備采集的數(shù)據(jù)向主站發(fā)送，而下行數(shù)據(jù)是主站向終端設備發(fā)送控制數(shù)據(jù)，實現(xiàn)控制功能。

3配網(wǎng)通信中無線通信技術的分類

電力系統(tǒng)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)需要在主站和終端設備之間進行數(shù)據(jù)傳遞、控制和調節(jié)，而配電網(wǎng)絡結構復雜，造成了通信節(jié)點多、節(jié)點相對分散、節(jié)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(wǎng)通信中無線通信技術可以分為：無線公網(wǎng)通信和無線專網(wǎng)通信。無線公網(wǎng)通信技術和無線專網(wǎng)通信技術各有優(yōu)缺點，但是從當前的發(fā)展模式來看，無線公網(wǎng)通信技術具有更為廣闊的發(fā)展前景和發(fā)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(wǎng)通信的安全性和可靠性，將電網(wǎng)推向“信息化、自動化、互動化”的智能電網(wǎng)方向。

4LTE無線通信技術

LTE無線通信技術作為公網(wǎng)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(qū)邊緣用戶的性能，提高了小區(qū)容量，并且降低了系統(tǒng)延遲時間。LTE無線通信技術定位于2G、3G、LTE移動業(yè)務的綜合承載，以網(wǎng)絡可靠性和安全性為出發(fā)點，致力于建立高速率、高可靠的通信網(wǎng)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(yōu)點：

（1）優(yōu)化了空中接口技術，強化了數(shù)據(jù)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(wǎng)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(yōu)化了小區(qū)容量，小區(qū)之間切換性能大幅度提高；

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

（6）靈活性高，支持“配對”和“非配對”頻譜分配，網(wǎng)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(wǎng)的關鍵技術主要包括標識管理、節(jié)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(tǒng)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(tǒng)意義上面的通信可靠性，指的是設備可靠性、網(wǎng)絡可靠性和業(yè)務可靠性。TCP連接吞吐量和端時延成反比，當傳輸路徑發(fā)生故障的時候，系統(tǒng)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(wǎng)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(tǒng)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(wǎng)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(fā)送和接收速率，如果在規(guī)定的時間間隔內收不到相應的報文，則進行相應的協(xié)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(yè)務快速切換，達到業(yè)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(jié)點，提高通信可靠性。此外，在通信隧道LSP上面建立起B(yǎng)FD回話，能夠利用快速檢測技術檢測出隧道故障，比如轉發(fā)路徑上的數(shù)據(jù)平面故障等等，為數(shù)據(jù)通信提供端到端的保護。

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(xié)議。在LTE網(wǎng)絡中，保護倒轉技術能夠按照業(yè)務部署進行分類：L2VPN類、L3VPN類、網(wǎng)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(wǎng)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(yè)務保護及網(wǎng)關保護。①隧道保護，主要保護網(wǎng)絡內部鏈路和節(jié)點，能夠保證倒換前后業(yè)務節(jié)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(yè)務保護，主要保護前后業(yè)務源宿節(jié)點，能夠匯聚匯聚路由器、RANER以及EPCCE節(jié)點故障，主要采用的保護技術包括PWRedun-dancy、VPNFRR、BFDforPW、BFDforTunnel；③網(wǎng)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(huán)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(lián)合流水作業(yè)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(xié)同生產，則容易發(fā)生瓦斯爆炸等事故。然而，隨著移動通信技術的發(fā)展，建立基于4G通信技術的無線移動通信系統(tǒng)，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(tǒng)的實現(xiàn)，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(tǒng)

（一）無線移動通信系統(tǒng)架構

針對當前煤礦生產對無線移動通信系統(tǒng)的需求，利用4G中的TD-LTE通信技術來實現(xiàn)高傳輸速率的寬帶無線網(wǎng)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(tǒng)，打破當前煤礦系統(tǒng)安全生產局面，將煤礦井下傳感器、視頻等各類業(yè)務數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的網(wǎng)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(wǎng)絡，由于基于4G通信技術的無線移動通信系統(tǒng)可以在頻譜帶寬20MHz下可以實現(xiàn)上行峰值速率和下行峰值速率分別為50Mb/s，100Mb/s，其接入時延可以小于100ms，如表1所示[3]，表示4G通信系統(tǒng)與3G無線通信系統(tǒng)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(shù)據(jù)業(yè)務的實時傳輸，也可以有效避免數(shù)據(jù)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(tǒng)進行對比分析：1.基于TD-LTE通信技術的系統(tǒng)架構。TD-TLE煤礦無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡總體架構主要由基站、接入網(wǎng)關、BRAS及核心網(wǎng)通信構成，其中，核心網(wǎng)網(wǎng)元可以實現(xiàn)語音通信、數(shù)據(jù)傳輸及集群呼叫功能，其主要通過IMS+EPC+DSS集群模式來實現(xiàn)的[4]。2.建立基于TD-LTE通信技術的基站通信系統(tǒng)。將Femto/Pico基站應用于無線通信系統(tǒng)建設中，增強區(qū)域的覆蓋范圍，通過自身的傳輸網(wǎng)絡統(tǒng)一接入到安全網(wǎng)關中，采用IPSEC的方式，以保證網(wǎng)絡傳輸安全。當基站通過提供WLANAP來承載數(shù)據(jù)業(yè)務過程中[5]，其也可以通過PDG直接接入網(wǎng)絡來承載數(shù)據(jù)業(yè)務，為了確保提高高質量、高傳輸速率的數(shù)據(jù)和語音業(yè)務，則可以通過直接接入3GPP核心網(wǎng)來滿足不同的產品需求，實現(xiàn)統(tǒng)一的業(yè)務活動，建立以SmallCell為基站的網(wǎng)管系統(tǒng)，從而實現(xiàn)下層無線網(wǎng)絡通信系統(tǒng)與上層網(wǎng)管系統(tǒng)的對接。3.建立基于IMS+EPC+DSS集群模式的核心網(wǎng)[6]。在系統(tǒng)中設置核心網(wǎng)，其主要作用是提供用戶連接、系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡承載等功能，分析該系統(tǒng)的核心網(wǎng)系統(tǒng)AXUNiEPC-5[7]，其主要依托電信級EPC核心網(wǎng)的優(yōu)勢來實現(xiàn)網(wǎng)元MME、PGW等功能融為一體的模式，該核心網(wǎng)實現(xiàn)了移動辦公、遙感業(yè)務、監(jiān)視控制及電子商務等基本業(yè)務，其可以為用戶提供安全可靠的LTE接入。另外，核心網(wǎng)系統(tǒng)還利應用了IMS系統(tǒng)，其是一種全新的多媒體業(yè)務形式，其不僅可以滿足多樣化的多媒體業(yè)務需求，還可以實現(xiàn)LTE語音業(yè)務系統(tǒng)，并且DSS核心網(wǎng)可以實現(xiàn)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(xiàn)設備小型化的核心網(wǎng)。4.建立綜合應用無線通信系統(tǒng)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(tǒng)一的綜合應用系統(tǒng)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(shù)據(jù)的專用支持工具，如支持LTE、Wi-Fi網(wǎng)絡和終端的基站系統(tǒng)[8]，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、視頻及語音等各類業(yè)務，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲及應用接口，從而實現(xiàn)自動化管理的應用系統(tǒng)。

（二）無線移動通信系統(tǒng)功能概述

1.調度功能。調度系統(tǒng)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(tǒng)籌調度所有資源，并對煤礦生產中各種突發(fā)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(yè)務。其主要包括以下幾種業(yè)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(yè)務，當煤礦井下的集群用戶發(fā)起緊急呼叫，呼叫中心將會做出答復，其類似與電話業(yè)務，具有簡單方便、快速的特點；第三，主叫號碼識別顯示業(yè)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(xiàn)用戶之間的通信，利用無線集群通信系統(tǒng)來實現(xiàn)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(tǒng)不僅可以提供系統(tǒng)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(yōu)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(shù)據(jù)服務。在增殖數(shù)據(jù)業(yè)務中，主要包括提供視頻通話、物聯(lián)網(wǎng)接入、手機終端定位、多種數(shù)據(jù)等業(yè)務，其中，對于視頻通話，通過手機實時進行無線視頻業(yè)務，以便于井上工作人員的判斷和決策；數(shù)據(jù)網(wǎng)接入，通過利用3G通信技術來實現(xiàn)終端及無線傳感器等接口的采集，并利用物聯(lián)網(wǎng)提供終端接入；手機終端定位，即利用4G無線通信技術來實現(xiàn)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(shù)據(jù)業(yè)務，為了滿足煤礦井下多種業(yè)務對寬帶的需求，實現(xiàn)高速分組無線數(shù)據(jù)業(yè)務，并通過智能手機綁定內部系統(tǒng)，實現(xiàn)信息、視頻監(jiān)控及安全生產實時監(jiān)控等功能，將綜合自動化系統(tǒng)應用于系統(tǒng)中，實現(xiàn)組態(tài)軟件實時顯示功能，當煤礦井下出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)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(wǎng)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(xiàn)無線網(wǎng)絡的高發(fā)射功率和高信道利用率，網(wǎng)絡覆蓋范圍廣，在科學條件的檢驗下，有效覆蓋達到50000米，網(wǎng)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(wǎng)，無線城域網(wǎng)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(wǎng)的無線通信技術自身特有無線的優(yōu)勢，可以向人們提供面向連接，服務實現(xiàn)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(yōu)良的終端接入功能

基于計算機城域網(wǎng)的無線通信技術有許多網(wǎng)絡接入方式，并且能夠使用有線網(wǎng)絡來實現(xiàn)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(wǎng)絡信號的連接。這幾種方式都以覆蓋網(wǎng)絡信號范圍廣泛，信號強度大等優(yōu)點被人們廣泛利用?；谟嬎銠C城域網(wǎng)的無線通信技術也可以實現(xiàn)寬帶接入的最后一公里的網(wǎng)絡信號，不需要借用傳統(tǒng)方法的有線通信線路，將快速的網(wǎng)絡信息接入用戶，實現(xiàn)了高速的信息傳遞，提高了人們的使用效率。

1.4低廉的建設成本

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

2基于城域網(wǎng)的無線通信技術的關鍵技術研究

基于計算機城域網(wǎng)的無線通信技術以WiMAX為支持技術，這項技術是根據(jù)IEEE802.16的精確標準制定。它擁有多種關鍵技術，其中包括網(wǎng)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(wǎng)狀體系結構對于MAC層業(yè)務結構與消息作出特定的規(guī)范，這種節(jié)結構可以允許多節(jié)點的多點之間的無線連接，這就為網(wǎng)絡傳輸提供了多樣化的網(wǎng)絡搭配以及更強的兼容性。多載波調制技術是城域無線網(wǎng)絡中的另一關鍵技術，它可以具體分析環(huán)境的不同，根據(jù)環(huán)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(xiàn)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(qū)分。在出現(xiàn)特殊需求的時候，一般應該使用單載波方式，想要增大數(shù)據(jù)的傳輸能力和傳輸速度時，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(xiàn)對特定用戶的信號需求，就需要使用2048載波方式，來實現(xiàn)面對多個用戶的同時復接。在特殊情況或者是環(huán)境發(fā)生改變的情況下，自適應編碼技術協(xié)同MAC層和物理層的附加功能就能夠保證在外部環(huán)境改變的條件下不改變網(wǎng)絡，能夠有效保證網(wǎng)絡的運行經(jīng)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(xiàn)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(xiàn)今應用最廣泛的就在于實現(xiàn)運營商的城域網(wǎng)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(xiàn)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(wǎng)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(wǎng)無線通信技術進行網(wǎng)絡區(qū)域的覆蓋，以此來彌補WIFI技術，這一方面可以對城市建設區(qū)域進行網(wǎng)絡無線覆蓋。具體如下：有些地方環(huán)境差或者有線網(wǎng)絡接入比較困難，例如某些城市的建造區(qū)、新開發(fā)的偏遠郊區(qū)、人口稀少網(wǎng)絡信號傳輸差的技術弱的山區(qū)，再或者是網(wǎng)絡普及較差的農村地區(qū)，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(wǎng)絡質量的基礎上降低成本。WIFI熱點覆蓋區(qū)域有限，可以通過WiMAX通信技術彌補覆蓋區(qū)域的不廣泛，在網(wǎng)絡熱點之外使用WiMAX通信技術，來連接整個無線通信網(wǎng)絡。

4總結

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可見光通信的發(fā)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(yōu)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(tǒng)的無線檢測系統(tǒng)，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(fā)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(jù)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?？梢姽馔ㄐ判枰氖请p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?？梢岳霉饩€傳播的可逆特性，在發(fā)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(guī)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(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳輸，還可以傳遞反饋和鏈路的控制信息。

3可見光通信與傳統(tǒng)無線通信結合技術

相比于傳統(tǒng)的SISO系統(tǒng)，MIMO采用多天線傳輸，具有了更多的空間自由度?？梢愿鶕?jù)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(shù)據(jù)流之間存在一定的干擾，需要在接收端采用最大的似然檢測，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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)流不會受到其他數(shù)據(jù)流的干擾。OFDM技術是一種多載波調制技術，可以有效地實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(xiàn)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(fā)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(xiàn)較大的峰值，導致較高的峰值平均功率比。而且該系統(tǒng)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(tǒng)中應用MIMO技術可以增加其信道的容量。然而，相比于傳統(tǒng)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(fā)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(jù)現(xiàn)在的使用情況，GPRS大多數(shù)被使用在GSM網(wǎng)絡上，它是開通的一種全新的分組數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務，除此之外，它還可以提供系列式的交互式業(yè)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(tǒng)通過串行的方式進行連接的，而它的另一側就是與GPRS網(wǎng)絡采用普通的網(wǎng)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(wǎng)絡的數(shù)據(jù)包，同時還要負責接收電能表的RS232串行數(shù)據(jù)流，再次轉換成數(shù)據(jù)包，然后依次通過網(wǎng)絡發(fā)送到通信中心的服務器。圖1所表示的是符合實際網(wǎng)路安全的GPRS網(wǎng)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(jù)筆者自身的工作情況，將GPRS無線通信技術在電力系統(tǒng)中自動抄表時的應用做以闡述分析。

3.1系統(tǒng)的設計

實際上，GPRS無線通信技術在自動抄表系統(tǒng)時是由電表數(shù)據(jù)采集部分、GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸終端、電力局的配電數(shù)據(jù)中心這三大部分組成，具體如圖2所示。在工作中，電表數(shù)據(jù)是先通過中國移動的GPRS/GSM網(wǎng)絡進行傳輸，然后居民小區(qū)內的所有電表要連到電表集中器，電表數(shù)據(jù)再經(jīng)過協(xié)議封裝后依次發(fā)送到中國移動的GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，最后實現(xiàn)電表數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的實時在線連接。

3.2系統(tǒng)的功能

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

3.3系統(tǒng)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(fā)生時間等。在形式的表現(xiàn)上可以自動實現(xiàn)自動抄表、定時上報、實時查詢；在告警功能方面可以實現(xiàn)開箱告警、逆相告警、過流告警等其他功能。

4結語

篇6

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(tǒng)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(wǎng)、智能交通系統(tǒng)、無線傳感器網(wǎng)絡等。隨著“數(shù)字化家庭”或“數(shù)字家庭網(wǎng)絡”的概念越來越普及，人們通過無線通信網(wǎng)絡將消費者的家用電器和電子產品進行有效的連接，實現(xiàn)這些設備之間信息的傳遞和交換。數(shù)字辦公室采用無線應用程序的方式，而不是傳統(tǒng)的有線連接，這樣就能夠使得辦公環(huán)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(xiàn)主機和顯示器、攝像頭、會議設備、無線終端設備之間的互聯(lián)，從而實現(xiàn)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(xiàn)設備之間的互聯(lián)，并且具有很好的傳輸速率和抗干擾能力，便于數(shù)據(jù)的傳輸。

由于超寬帶無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(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)即時下載大量數(shù)據(jù)，還能將大量的數(shù)據(jù)存儲在網(wǎng)絡服務器的存儲空間而不是個人終端中，這樣就能夠實現(xiàn)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(wǎng)絡，使用當?shù)氐脑O備在任何時候都能夠控制自己的多媒體電腦?？梢钥闯?，超寬帶無線通信技術可以實現(xiàn)不同設備間的數(shù)據(jù)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(qū)和谷底等常規(guī)通信網(wǎng)絡無法到達的地區(qū)和區(qū)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(wèi)星系統(tǒng)和北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國自主研發(fā)的衛(wèi)星系統(tǒng)，既可以實現(xiàn)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(tǒng)通信需求

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

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

（2）手術救護車及衛(wèi)生列車與指揮平臺通信。與方艙醫(yī)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(yī)院、手術救護車及衛(wèi)生列車的通信。鏈路穩(wěn)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(shù)據(jù)。

3多網(wǎng)絡無線通信保障策略

方艙醫(yī)院、手術救護車及衛(wèi)生列車分布區(qū)域較廣，且屬異地動、靜態(tài)通信對象，與指揮平臺只能采用無線通信的方式?，F(xiàn)有的移動公網(wǎng)GSM/CDMA/GPRS、3G/4G可被選為主要的通信方式；在常規(guī)通信不可用的情況下，可采用衛(wèi)星通信鏈路，以構成動態(tài)可切換的星型網(wǎng)絡。因此，本文提出的多網(wǎng)絡無線通信保障策略。終端信號發(fā)射器會根據(jù)各無線網(wǎng)絡信號強度選擇使用移動、聯(lián)通或電信網(wǎng)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(wèi)星通信方式。通過以上策略，可以實現(xiàn)全程救治鏈中各環(huán)節(jié)的實時可靠的多網(wǎng)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(shù)據(jù)類型采用動態(tài)切換不同通信鏈路的方式，可提高通信的有效性和可靠性。

（1）方艙醫(yī)院、手術救護車與指揮中心的通信。方艙醫(yī)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(guī)狀態(tài)下，優(yōu)先選用移動公網(wǎng)（GSM/CDMA/GPRS、3G/4G）。當此無線網(wǎng)絡不可用或信號較差時，可通過應急通信車中繼轉發(fā)信號；特殊地理環(huán)境下，應立即切換至衛(wèi)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(wèi)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(fā)送，試驗表明，常規(guī)的GSM/CDMA/GPRS或3G網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)效果較差。對于衛(wèi)生列車，主要考慮采用鐵路GSM-R專用通信網(wǎng)絡與衛(wèi)星通信結合的方式進行信息發(fā)送與接收，通信方式切換流程。

（3）方艙醫(yī)院、手術救護車與衛(wèi)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(wǎng)絡，如移動公網(wǎng)信號強度無法同步，可選擇共同使用衛(wèi)星通信方式。

4多網(wǎng)絡無線通信鏈路終端一體機的研制與應用

根據(jù)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(wǎng)絡無線通信鏈路終端一體機，可以滿足移動公網(wǎng)鏈路、海事衛(wèi)星通信鏈路以及北斗通信鏈路的聯(lián)通。其中，移動公網(wǎng)鏈路包括中國移動、中國聯(lián)通和中國電信各自的3G網(wǎng)絡；海事衛(wèi)星通信鏈路指國際海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)；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(jù)不同終端連接的不同要求，此終端一體機對外表現(xiàn)為4個網(wǎng)口、1個串口以及5個信號指示燈。其中，4個網(wǎng)口分別代表中國移動3G網(wǎng)絡、聯(lián)通3G網(wǎng)絡、電信3G網(wǎng)絡和海事衛(wèi)星鏈路網(wǎng)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(wǎng)絡、聯(lián)通3G網(wǎng)絡、電信3G網(wǎng)絡、海事衛(wèi)星通信網(wǎng)絡以及北斗通信網(wǎng)絡信號強度，每個指示燈有3種顏色狀態(tài)分別為紅、黃、綠，紅色代表當前網(wǎng)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(wǎng)絡覆蓋，指示燈閃爍代表用戶正在使用此網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸。同時，終端另一側安裝5個網(wǎng)絡的5根天線來收發(fā)信號。通過一體機在衛(wèi)生列車上的實際應用，研發(fā)的終端一體機能夠在各種環(huán)境中實現(xiàn)多種通信網(wǎng)絡的可靠實時無縫切換，大大地保障了全程救治鏈中各環(huán)節(jié)的通信需求。

5結語

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(fā)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(xù)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(xù)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(shù)據(jù)傳輸速率可以達到幾百Mbps。在高速通信的同時，UWB設備的發(fā)射功率卻很小，僅僅是現(xiàn)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(xiàn)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(shù)據(jù)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(fā)和推廣。

1UWB的主要特點及其應用

鑒于UWB信號是持續(xù)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(yōu)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(xiàn)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(yōu)點。首先，UWB通信的保密性強。UWB系統(tǒng)的發(fā)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(tǒng)每次的脈沖發(fā)射時間很短，在反射波到達之前，直射波的發(fā)射和接收已經(jīng)完成。因此，UWB系統(tǒng)特點適合于高速移動環(huán)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(tǒng)幾乎是全數(shù)字通信系統(tǒng)，所需要的射頻和微波器件很少，這樣可以減小系統(tǒng)的復雜性，降低成本?？梢哉f，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(tǒng)占用的帶寬很大，UWB系統(tǒng)可能會干擾現(xiàn)其他無線通信系統(tǒng)，因此UWB系統(tǒng)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(tǒng)發(fā)射的平均功率很低，但是由于它的脈沖持續(xù)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(tǒng)的正常工作。但是學術界的種種爭論并不影響UWB的開發(fā)和使用，2002年2月美國通信協(xié)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(tǒng)、LPI/D地波通信、LPI/D高度計、戰(zhàn)場手持和網(wǎng)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(tǒng)、無人駕駛飛行器和地面戰(zhàn)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(wǎng)、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(yè)射頻監(jiān)控等。

2UWB通信與其它短距離無線通信的比較

UWB技術與現(xiàn)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(wǎng)（LAN）和個人局域網(wǎng)（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(tǒng)無線電技術多年的諸如信道衰落、高速率時系統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)有無線通信使用的頻帶必定會發(fā)生重疊，為了避免UWB通信對其它系統(tǒng)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(fā)送功率低于美國放射噪音規(guī)定值-41.3dBm/MHz（換算成功率則為1mW/MHz）的條件下，可將3.1GHz～10.6GHz的頻帶用于對地下和隔墻之物進行掃描的成像系統(tǒng)、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(shù)據(jù)通信"。發(fā)射功率的大小決定了傳輸距離，按照FCC的規(guī)定，UWB通信在近期內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(xiàn)有短距離無線技術共同生存，共同發(fā)展。

（1）UWB與IEEE802.11a

IEEE802.11a是IEEE最初制定的一個無線局域網(wǎng)標準之一，它主要用來解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)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(wǎng)無線幀結構接口，以及TDD/TDMA的空中接口，支持語音、數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務。IEEE802.11a用作無線局域網(wǎng)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(jù)英特爾照FCC的規(guī)定而進行的演示結果顯示，對于10m以內的距離，UWB可以發(fā)揮出高達數(shù)百Mbps的傳輸性能，但是在20m處反倒是IEEE802.11a/b的無線局域網(wǎng)網(wǎng)設備更好一些。因此在目前UWB發(fā)射功率受限的情況下，UWB只能用于10m以內的高速數(shù)據(jù)通信，而10m到100m的無線局域網(wǎng)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，F(xiàn)CC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(xiàn)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(jīng)過多年的發(fā)展，Bluetooth已經(jīng)具有較完善的通信協(xié)議。Bluetooth的核心協(xié)議包括物理層協(xié)議和鏈路接入?yún)f(xié)議，鏈路管理協(xié)議及服務發(fā)展協(xié)議等等，而UWB的工業(yè)實用協(xié)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(shù)據(jù)的通信方式，嚴格地講，它不能構成一個完整的通信協(xié)議或標準?？紤]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(jīng)成熟并得到推廣和使用，而UWB的研究還處在起步階段?；谝陨显颍谖磥淼膸啄陜?，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(fā)的，旨在家庭范圍內，使計算機與其他電子設備之間實現(xiàn)無線通信的開放性工業(yè)標準。HomeRF是IEEE802.11與DECT的結合，使用這種技術能降低語音數(shù)據(jù)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(yè)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(fā)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(fā)射功率1瓦以上1毫瓦-100毫瓦1瓦以上1毫瓦以下

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

應用范圍無線局域網(wǎng)計算機等家庭和辦公室設備互連家庭語音和數(shù)據(jù)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(wǎng)網(wǎng)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(wǎng)

網(wǎng)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(fā)展方向之一

雖然無線通信網(wǎng)已經(jīng)在企業(yè)和公共場所得到推廣和應用，但是這些現(xiàn)有技術很難為家庭多媒體網(wǎng)絡無線互連提供一個合適的方案。按照傳統(tǒng)的無線電設計方法，如果要提高通信速率，必須要提高數(shù)字信號處理器的處理速度，這勢必要增加系統(tǒng)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(wǎng)有一些特殊的要求。首先，為了滿足無線數(shù)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(shù)字電視（WHDTV）為例，如果采用MPFG2HD數(shù)據(jù)格式，則視頻數(shù)據(jù)流的速率高達25Mbps；其次，要想家庭無線通信產品走向千家萬戶，系統(tǒng)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(wǎng)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(yōu)點，按照傳統(tǒng)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(xiàn)有無線通信標準中，唯一能在通信速率上滿足無線視頻數(shù)據(jù)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?yún)f(xié)議，實現(xiàn)傳送數(shù)據(jù)流的速率還要更低一些。然而，IEEE802.11a是按照與Ethernet接入相類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(shù)據(jù)流。還有，IEEE802.11a的功耗大概在1.5W到2W之間，因此綜不能用于電池供電的小型設備。更重要的是，一個IEEE802.11a網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)上。

目前，現(xiàn)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，F(xiàn)CC提出Bluetooth標準時，僅僅是希望將它用在無線耳機上，經(jīng)過20多年的努力，Bluetooth已經(jīng)發(fā)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(xiàn)筆記本電腦、PDA、移動電話等設備之間的低速率數(shù)據(jù)通信，但是FCC從來沒有考慮過將Bluetooth發(fā)展成為高速率數(shù)據(jù)通信或者是無線網(wǎng)絡互連技術，從這一點來講Bluetooth也很難進入家庭無線網(wǎng)。

HomeRF是專門為家庭無線互連提出的，它可以很好的實現(xiàn)計算機、打印機、MP3以及其它家用電器之間語音和數(shù)據(jù)的通信和互連，但是，HomeRF的有效傳輸速率只有2Mbps，工作在10Mbps以上將嚴重影響它的性能，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(yè)界看好。

篇9

如果能在單一架構下管理多個無線網(wǎng)絡的實時數(shù)據(jù),或者說在單一架構下管理統(tǒng)一后的單一無線網(wǎng)絡的實時數(shù)據(jù),應該是過程行業(yè)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(xié)議都是IEEE802.15.4,而提供芯片和通信協(xié)議棧的商家往往同時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(yōu)化網(wǎng)狀網(wǎng)絡的軟件而聞名,同時在利用ISA100.11a、WirelessHART和6LoWPAN開發(fā)基于標準的無線網(wǎng)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(yè)無線產品供應商,比如其無線節(jié)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(yè)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(yè)無線產品供應商,比如其無線網(wǎng)關既有屬于WIA-PA無線網(wǎng)絡的WIAPA-GW1498、WIAPA-GWS12002種型號的網(wǎng)關,又有屬于WirelessHART無線網(wǎng)絡的WHT-GW1250網(wǎng)關。北京天宇藍翔科技發(fā)展有限公司也可提供WIA-PA、WirelessHART兩種無線網(wǎng)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(xiàn)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(wǎng)絡規(guī)范的定義能夠取代ISA100.11a和WirelessHART及提供2個現(xiàn)有網(wǎng)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(wǎng)絡的要求,因此無法達成任何妥協(xié)協(xié)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(wǎng)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(yè)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(xiàn)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(xié)議的現(xiàn)場設備、統(tǒng)一的接入點、統(tǒng)一的網(wǎng)關實現(xiàn)標準的最終融合,這里的現(xiàn)場設備、接入點、網(wǎng)關均以希思羅命名。2012年12月現(xiàn)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(yè)通信協(xié)議通過共享無線集成架構在過程自動化系統(tǒng)中運行,使現(xiàn)場總線連接到遠程的I/O和ISA100.11a、WirelessHART、有線H1協(xié)議集成到單一的標準化環(huán)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(zhàn)略,而不是試圖在無線設備水平方面競爭。

2、系統(tǒng)架構的創(chuàng)新

霍尼韋爾公司2004年推出工業(yè)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(wǎng)絡系統(tǒng)構成如圖2所示。作為網(wǎng)關設備的基站W(wǎng)BR與各種類型的XYR5000無線變送器可直接通信,最大數(shù)量為50臺,最大距離610m?；具€可有線接入最多25個AO/DO組件,基站與控制系統(tǒng)的連接有RS485ModbusRTU接口,還可提供RS232到WMT無線管理工具上顯示。隨后IEC三大國際標準的早期無線網(wǎng)絡系統(tǒng)的架構是由網(wǎng)關和無線現(xiàn)場設備組成,如橫河電機無線系統(tǒng)的早期架構是YFGW710現(xiàn)場無線一體型網(wǎng)關和現(xiàn)場無線設備,一臺網(wǎng)關可接入最多10臺(刷新率1s)或50臺(刷新率5s)現(xiàn)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(yè)無線網(wǎng)絡系統(tǒng)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(wǎng)絡系統(tǒng)的架構也是由網(wǎng)關和無線現(xiàn)場設備組成,可能會包括適配器等設備,同時每一臺無線現(xiàn)場設備還可作為路由器將其他無線現(xiàn)場設備的信息傳送到網(wǎng)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(wǎng)絡方案,采用了XYR6000變送器,載頻為2.4GHz。推出OneWireless無線網(wǎng)絡后,系統(tǒng)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(wǎng)關的是多功能節(jié)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(xiàn)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(jié)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(jié)點設備被分為兩類:網(wǎng)格接入點(MAP)和根接入點(RAP)。網(wǎng)格接入點是Mesh網(wǎng)絡的遠程接入點,它作為ISA100.11a無線現(xiàn)場設備網(wǎng)絡和IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi網(wǎng)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(xiàn)場設備網(wǎng)絡來說,每個網(wǎng)格接入點都可以發(fā)送和接收來自無線現(xiàn)場設備的消息,同時,它又作為一個路由器,為其相鄰網(wǎng)格接入點以IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi網(wǎng)絡轉發(fā)消息,從而在2層網(wǎng)絡中為無線設備和主機應用之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,通過轉發(fā)過程,數(shù)據(jù)可以找到通過中間網(wǎng)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(xiàn)故障,網(wǎng)絡會自動通過其他路徑安排數(shù)據(jù)傳輸,直到數(shù)據(jù)抵達網(wǎng)關為止。根接入點通過光纖、有線以太網(wǎng)或電纜連接器連接到有線網(wǎng)絡或服務器,作為到有線網(wǎng)絡的“根”或“網(wǎng)關”,它必須在接入點配置時設定為根接入點。通信時,網(wǎng)格接入點通過網(wǎng)格接入點之間的路徑或直接傳送到根接入點。在這種網(wǎng)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(wǎng)絡規(guī)模的增大和網(wǎng)格接入點數(shù)量的增加,有必要使用多臺根接入點以保證無線網(wǎng)絡所需的性能和吞吐量(如圖5所示)。推薦根接入點對網(wǎng)格接入點比值為20,這意味著,最多20個網(wǎng)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(wǎng)格接入點可接入數(shù)十臺無線現(xiàn)場設備,每個根接入點可接入20個網(wǎng)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(guī)?？蓾M足數(shù)百點到數(shù)千點的大型無線網(wǎng)絡的要求。

艾默生過程管理公司在WirelessHART網(wǎng)絡中也推出了CiscoAP節(jié)點設備作為構成回傳網(wǎng)絡節(jié)點的接入點,菲尼克斯公司在WirelessHART網(wǎng)絡中也推出了可與該公司多臺WirelessHART網(wǎng)關組成骨干網(wǎng)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(wǎng)絡也可接收支持802.11Wi-Fi通信的無線設備的信息。隨著工業(yè)無線網(wǎng)絡將過程控制延伸到工廠現(xiàn)場的各個角落,其應用越來越普及,單個應用實例的規(guī)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(yè)無線網(wǎng)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(wǎng)絡。這樣的網(wǎng)絡中既包括簡單的無線現(xiàn)場儀表網(wǎng)絡,也覆蓋多種無線應用的場合。創(chuàng)新的系統(tǒng)架構主要體現(xiàn)在接入點設備作為主干網(wǎng)絡節(jié)點,比如OneWireless無線網(wǎng)絡先后推出的現(xiàn)場設備接入點FDAP、CiscoAironet1552SOutdoorAP節(jié)點,橫河電機ISA100.11a無線網(wǎng)絡的YFGW510現(xiàn)場無線接入點,艾默生過程管理公司W(wǎng)irelessHART無線網(wǎng)絡推出的781遠程鏈路、CiscoAP節(jié)點設備和WLAN接入點,菲尼克斯公司W(wǎng)irelessHART無線網(wǎng)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(xiàn)場設備的信息通過底層網(wǎng)絡采集后,盡快地通過骨干網(wǎng)絡傳送到無線網(wǎng)關。這種將網(wǎng)關功能分離為接入點和現(xiàn)場無線管理站以及將信息傳送分為底層網(wǎng)絡及骨干網(wǎng)絡的分層架構,不僅擴大了網(wǎng)絡的規(guī)模、提高了信息傳送速度,還能更好地實現(xiàn)同時管理多個現(xiàn)場無線子網(wǎng)通信系統(tǒng)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(tǒng)的通信方式相比有著很大的區(qū)別。由于它不需使用載波電路，而是通過發(fā)送納秒級脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此該技術具有發(fā)射和接收電路簡單、功耗低、對現(xiàn)存通信系統(tǒng)影響小、傳輸速率高的優(yōu)點，此外它還具有多徑分辨能力強、穿透力強、隱蔽性好、系統(tǒng)容量大、定位精度高等優(yōu)勢。根據(jù)FCC的規(guī)定，從3.1GHz～10.6GHz之間的7.5GHz帶寬頻率都將作為UWB通信設備所使用。但出于對現(xiàn)存無線系統(tǒng)影響的考慮，UWB的發(fā)射功率被限制在1mW/MHz以下。

UWB是一種可以為無線局域網(wǎng)LAN、個人域網(wǎng)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(tǒng)無線技術多年的重大難題，開發(fā)了一個具有對信道衰落特性不敏感、發(fā)射信號功率普密度低、不易被截獲、復雜度不高等眾多優(yōu)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(xù)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(tǒng)的UWB系統(tǒng)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(fā)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(fā)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(xiàn)存的一些通信技術，其最根本的區(qū)別在于無需載波，大大降低了發(fā)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(yōu)點可以歸納為以下八個方面：

（1）無需載波，發(fā)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(tǒng)的基帶信號那樣需要將其調制到某個發(fā)射頻率上才能在信道中傳輸。因此，必然會使發(fā)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(tǒng)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(shù)據(jù)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(shù)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(fā)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(yōu)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(fā)射端擴頻碼的條件下才能解調出發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。

（5）多徑分辨能力強。從時域角度看，超寬帶系統(tǒng)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(xiàn)頻率選擇性衰落出現(xiàn)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(xiàn)，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(tǒng)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(tǒng)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?shù)膯沃芷诿}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(shù)據(jù)：

其中，d(k)是信息數(shù)據(jù)，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(tǒng)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(fā)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(xiàn)了強烈的能量類峰，這些類峰將對現(xiàn)存?zhèn)鹘y(tǒng)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(fā)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(tǒng)能與現(xiàn)存無線系統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)信息的載荷，因此脈沖形狀的選擇是十分重要的。它的提出得益于人們對hermite多項式的研究。由于hermite多項式的數(shù)學表達式與高斯單脈沖很接近，而且隨著階數(shù)的變化，波形的持續(xù)時間不會有很大的變化，因此人們便想到了用hermite多項式數(shù)的變化產生形狀各異的脈沖，實現(xiàn)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(jīng)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(fā)送端同時發(fā)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(shù)由脈沖階數(shù)單元控制，示波器1、2給出相應階數(shù)和相應階數(shù)減1階的hermite脈形。

傳輸效率的提高帶來系統(tǒng)性能的下降，這是許多系統(tǒng)所不能容忍的，因此需要進行編碼。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(lián)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(tǒng)。性能曲線如圖5所示。

4應用前景和發(fā)展方向

憑借自身的眾多優(yōu)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(wǎng)（Adhoc）和高精度雷達檢測系統(tǒng)中。2002年2月FCC準許UWB技術進入民用領域，條件是：“在發(fā)送功率低于美國放射噪音規(guī)定值-41.3dBm/MHz（換算成功率則為1mW/MHz）的條件下，可將3.1G～10.6GHz的頻帶用于對地下和隔墻之物進行掃描的成像系統(tǒng)、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(shù)據(jù)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(fā)商的青睞。TimeDomain和MultispectralSolutions等公司已經(jīng)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(xiàn)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(jīng)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(wǎng)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(tǒng)；精確定位則可用于資源跟蹤和全球定位系統(tǒng)GPS（GlobalPositionSystem）。由此可見，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(zhàn)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(fā)展的方向。

（1）建立時域內的超寬帶無線電發(fā)射器的模型，從時域角度設計天線的傳輸函數(shù)；

（2）研究超寬帶信號產生和基本功能的優(yōu)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(wǎng)絡協(xié)議和路由協(xié)議，將超寬帶技術應用于分布式的網(wǎng)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(tǒng)的組網(wǎng)協(xié)議；

（6）研究基于超寬帶無線電傳輸技術的無線IP協(xié)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。