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隨著國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的信息化,人們要通信息化開創(chuàng)新的工作方式、管理方式、商貿(mào)方式、金融方式、思想交流方式、文化教育方式、醫(yī)療保健方式以及消費(fèi)與生活方式。無線通信也從固定方式發(fā)展為移動方式,移動通信發(fā)展至今大約經(jīng)歷了五個階段:
第一階段為20年代初至50年代初,主要用于艦船及軍有,采用短波頻及電子管技術(shù),至該階段末期才出現(xiàn)150MHZVHF單工汽車公用移動電話系統(tǒng)MTS。
第二階段為50年代到60年代,此時頻段擴(kuò)展至UHF450MHZ,器件技術(shù)已向半導(dǎo)體過渡,大都為移動環(huán)境中的專用系統(tǒng),并解決了移動電話與公用電話網(wǎng)的接續(xù)問題。
第三階段為70年代初至80年代初頻段擴(kuò)展至800MHZ,美國Bell研究所提出了蜂窩系統(tǒng)概念并于70年代末進(jìn)行了AMPS試驗(yàn)。
第四階段為80年代初至90年代中,為第二代數(shù)字移動通信興起與大發(fā)展階段,并逐步向個人通信業(yè)務(wù)方向邁進(jìn);此時出現(xiàn)了D-AMPS、TACS、ETACS、GSM/DCS、cdmaOne、PDC、PHS、DECT、PACS、PCS等各類系統(tǒng)與業(yè)務(wù)運(yùn)行。
第五階段為90年代中至今,隨著數(shù)據(jù)通信與多媒體業(yè)務(wù)需求的發(fā)展,適應(yīng)移動數(shù)據(jù)、移動計(jì)算及移動多媒體運(yùn)作需要的第三代移動通信開始興起,其全球標(biāo)準(zhǔn)化及相應(yīng)融合工作與樣機(jī)研制和現(xiàn)場試驗(yàn)工作在快速推進(jìn),包括從第二代至第三代移動通信的平滑過渡問題在內(nèi)。
2無線通信領(lǐng)域的未來發(fā)展趨勢
首先,無線通信領(lǐng)域各種技術(shù)的互補(bǔ)性日趨鮮明。這主要表現(xiàn)在不同的接入技術(shù)具有不同的覆蓋范圍,不同的適用區(qū)域,不同的技術(shù)特點(diǎn),不同的接入速率。比如3G和WLAN、UWB等,都可實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)效應(yīng)。3G可解決廣域無縫覆蓋和強(qiáng)漫游的移動性需求,WLAN可解決中距離的較高速數(shù)據(jù)接入,而UWB可實(shí)現(xiàn)近距離的超高速無線接入。因此,在政策上我們應(yīng)該綜合推進(jìn)各種無線接入的發(fā)展,推進(jìn)組網(wǎng)的一體化進(jìn)程,通過建網(wǎng)的接入手段多元化,實(shí)現(xiàn)對不同用戶群體的需求覆蓋,達(dá)到市場細(xì)分和業(yè)務(wù)的多元化,解決移動通信發(fā)展不均衡的狀況。
其次,我國政府應(yīng)該給企業(yè)配置更多的無線頻率資源,推進(jìn)不同技術(shù)相關(guān)頻譜的規(guī)劃和應(yīng)用工作。這樣才有利于不同的企業(yè)根據(jù)不同的發(fā)展策略和市場需求,綜合地規(guī)劃自己的無線通信網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)資源的有效配置和利用。當(dāng)然,政府也需要加強(qiáng)對有限頻率資源的管理,對于企業(yè)閑置不用的頻率占用,考慮適當(dāng)?shù)氖侄斡枰允栈亍?/p>
其三,從公眾移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展來看,3G已經(jīng)成為全球包括中國移動網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的主要進(jìn)程。從歐美發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)來看,由于其移動話音用戶的普及率高,通過發(fā)展用戶實(shí)現(xiàn)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(yè)務(wù)平臺,從而實(shí)現(xiàn)利潤的新來源。由于3G技術(shù)的成熟,目前3G商用網(wǎng)絡(luò)部署已經(jīng)在全球范圍內(nèi)啟動。就我國而言,也要借鑒歐美的經(jīng)驗(yàn),在用戶數(shù)量增長放緩之前,就應(yīng)提前培育新興移動市場。目前,政府應(yīng)該開始積極考慮3G牌照發(fā)放和商用問題,把握住這個移動業(yè)界的巨大歷史機(jī)遇。
其四,從寬帶無線接入技術(shù)來看,全球該領(lǐng)域發(fā)展十分火熱。該領(lǐng)域的發(fā)展呈現(xiàn)出向高帶寬快速躍進(jìn)、覆蓋范圍逐步擴(kuò)張的趨勢。未來,該領(lǐng)域還可能出現(xiàn)更強(qiáng)大的新技術(shù),從另一個角度對整個無線通信產(chǎn)業(yè)起到推進(jìn)作用。但從近期來看,我們對寬帶無線接入技術(shù)發(fā)展應(yīng)該有一個理性的態(tài)度和科學(xué)的把握。目前的寬帶無線接入技術(shù)主要集中在固定環(huán)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(wǎng)絡(luò)抗衡。在發(fā)展中,我們應(yīng)該從全局的觀點(diǎn)來把握,使之成為與移動網(wǎng)絡(luò)互補(bǔ)的重要技術(shù)手段,這樣既可以充分發(fā)揮其技術(shù)個性,又防止出現(xiàn)不必要的資源競爭和浪費(fèi)。
其五,移動與無線技術(shù)在演進(jìn)中走向融合。當(dāng)前,移動、無線技術(shù)領(lǐng)域正處在一個高速發(fā)展的時期,各種創(chuàng)新移動、無線技術(shù)不斷涌現(xiàn)并快速步入商用,移動、無線應(yīng)用市場異?;钴S,移動、無線技術(shù)自身也在快速演進(jìn)中不斷革新。在網(wǎng)絡(luò)融合的大趨勢下,3G、WiMAX、WLAN等各種移動、無線技術(shù)在演進(jìn)中相互融合。
在多元融合的大趨勢下,3G、WiMAX、WLAN等各種無線技術(shù)在競爭中互相借鑒和學(xué)習(xí),涌現(xiàn)出了同時被上述無線技術(shù)采用的新型射頻技術(shù),如MIMO和OFDM技術(shù)等。與此同時,在以ITU和3GPP/3GPP2為引領(lǐng)的蜂窩移動通信從3G到E3G,再走向B3G/4G的演進(jìn)道路上,以及IEEE引領(lǐng)的無線寬帶接入從無線個人域網(wǎng)到無線局域網(wǎng)、無線城域網(wǎng),再到無線廣域網(wǎng)的演進(jìn)道路上,都開始增加對方的內(nèi)容,例如:移動通信不斷強(qiáng)化寬帶傳輸性能,無線寬帶接入不斷增強(qiáng)漫游性能以及安全性能。
借鑒WiMAX的高速數(shù)據(jù)傳輸特性,蜂窩移動通信啟動了LTE,即“3G長期演進(jìn)”項(xiàng)目,用以增強(qiáng)寬帶傳輸性能。LTE的確立,令蜂窩移動通信系統(tǒng)的技術(shù)線路與定位為“低移動性寬帶接入”的WiMAX有了很多的相似之處。
在“無線+寬帶”的大趨勢下,無論是蜂窩移動通信技術(shù)還是WiMAX、WLAN等無線寬帶技術(shù),都面臨著同樣的考驗(yàn):信道多徑衰落和頻譜效率。在這樣的情況下,OFDM和MIMO就成為各種無線技術(shù)的共同選擇。OFDM在解決多徑衰落問題的同時,增加了載波的數(shù)量,造成了系統(tǒng)復(fù)雜度的提升和帶寬的增大;MIMO則能夠有效提高系統(tǒng)的傳輸速率,在不增加系統(tǒng)帶寬的情況下提高頻譜效率。因此,OFDM和MIMO的結(jié)合,成為推動“無線+寬帶”發(fā)展的重要力量。
其六,更遠(yuǎn)的未來,按當(dāng)前專家們的預(yù)想,通信信息網(wǎng)絡(luò)將向下一代網(wǎng)絡(luò)NGN融合。在未來NGN概念中,固定網(wǎng)絡(luò)將形成一個高帶寬、IP化、具有強(qiáng)QoS保證的信息通信網(wǎng)絡(luò)平臺。在這一平臺上,各種接入手段將成為網(wǎng)絡(luò)的觸手,向各個應(yīng)用領(lǐng)域延伸。而3G、寬帶固定無線接入、各種無線局域網(wǎng)或城域網(wǎng)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(fā)揮效用,各種業(yè)務(wù)形成全網(wǎng)絡(luò)配置的一體化綜合網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然,這一進(jìn)程將是漫長的,也必將遇到很多挫折。
由于無線通信網(wǎng)絡(luò)存在的帶寬需求和移動網(wǎng)絡(luò)帶寬不足的矛盾,用戶地域分布和對應(yīng)用需求不平衡的矛盾以及不同技術(shù)優(yōu)勢和不足共存的矛盾,因此,決定了發(fā)展無線通信網(wǎng)絡(luò)需要綜合運(yùn)用各種技術(shù)手段,從全局和長遠(yuǎn)的眼光出發(fā),采取一體化的思路規(guī)劃和建設(shè)網(wǎng)絡(luò)。發(fā)揮不同技術(shù)的個性,綜合布局,解決不同區(qū)域、不同用戶群對帶寬及業(yè)務(wù)的不同需求,達(dá)成無線通信網(wǎng)絡(luò)的整體優(yōu)勢和綜合能力。對此,我國政府管理部門也應(yīng)該積極為運(yùn)營商配備充足的頻譜資源,為其綜合規(guī)劃提供有力的支撐和保障。
總之,無線通信中期未來的發(fā)展趨勢表現(xiàn)為:各種無線技術(shù)互補(bǔ)發(fā)展,各盡所長,向接入多元化、網(wǎng)絡(luò)一體化、應(yīng)用綜合化的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展,并逐步實(shí)現(xiàn)和寬帶固定網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)融合。
關(guān)鍵詞:超寬帶(UWB)脈形調(diào)制(PSM)正交改進(jìn)型hermite脈沖
超寬帶(UltraWideBand)作為一種新型的無線通信技術(shù)與傳統(tǒng)的通信方式相比有著很大的區(qū)別。由于它不需使用載波電路,而是通過發(fā)送納秒級脈沖傳輸數(shù)據(jù),因此該技術(shù)具有發(fā)射和接收電路簡單、功耗低、對現(xiàn)存通信系統(tǒng)影響小、傳輸速率高的優(yōu)點(diǎn),此外它還具有多徑分辨能力強(qiáng)、穿透力強(qiáng)、隱蔽性好、系統(tǒng)容量大、定位精度高等優(yōu)勢。根據(jù)FCC的規(guī)定,從3.1GHz~10.6GHz之間的7.5GHz帶寬頻率都將作為UWB通信設(shè)備所使用。但出于對現(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(shù)帶來低功耗、高帶寬并且相對簡單的無線通信技術(shù)。它解決了困擾傳統(tǒng)無線技術(shù)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(fù)雜度不高等眾多優(yōu)點(diǎn)的傳輸技術(shù)。該技術(shù)尤其適用于室內(nèi)等密集多徑場所的高速無線接入和軍事通信應(yīng)用中。
圖1
1基本概念
超寬帶(UWB)又被稱為脈沖無線電(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(shí)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(diǎn)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(guān)產(chǎn)生。在計(jì)算機(jī)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(shè)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(diǎn)
超寬帶有別于其它現(xiàn)存的一些通信技術(shù),其最根本的區(qū)別在于無需載波,大大降低了發(fā)射和接收設(shè)備的復(fù)雜性,從根本上降低了通信的成本。
UWB的優(yōu)點(diǎn)可以歸納為以下八個方面:
(1)無需載波,發(fā)送和接收設(shè)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(diào)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(jī)和接收機(jī)的結(jié)構(gòu)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(lán)牙技術(shù)的十分之一。
(3)傳輸速率高。極寬的帶寬使UWB具有很高的傳輸速率,一般情況下,其最大數(shù)據(jù)傳輸速度可以達(dá)到幾百M(fèi)bps~1Gbps。美國英特爾公司于2002年4月在“IDF2002SpringJapan”上對該技術(shù)進(jìn)行了演示,在數(shù)米的距離內(nèi)傳輸速率可達(dá)100Mbps。
(4)隱蔽性好,安全性高。由于UWB信號的帶寬很寬,且發(fā)射功率很低,這必然使該項(xiàng)通信技術(shù)具有低截獲能力LPD(LowProbabilityofDetection)的優(yōu)點(diǎn)。另外超寬帶還采用了跳時TH(TimeHopping)擴(kuò)頻技術(shù),接收端必須在知道發(fā)射端擴(kuò)頻碼的條件下才能解調(diào)出發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。
(5)多徑分辨能力強(qiáng)。從時域角度看,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(yīng)的多徑分辨率小于幾十厘米;從頻域的角度分析,由于UWB信號的帶寬極寬,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?yàn)闃O寬的帶寬,多徑衰落只在某些頻點(diǎn)處出現(xiàn),從整體上考慮,衰落掉的能量只是信號總能量很小的部分,所以該技術(shù)在抗多徑方面仍具有魯棒性。
(6)系統(tǒng)容量大。香農(nóng)公式給出
C=Blog2(1+S/N)(4)
可以看出,帶寬增加使信道容量的升高遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號功率上升所帶來的效應(yīng),這一點(diǎn)也正是提出超寬帶技術(shù)的理論機(jī)理。
(7)高精度的距離分辨力。由于超寬帶定位設(shè)備的時間抖動小于20ps,如果采用GPS相同的工作原理和算法,相應(yīng)的距離不確定性小于1cm。而在實(shí)際應(yīng)用中,超寬帶雷達(dá)系統(tǒng)使用的超窄脈沖信號,其距離分辨率小于30cm。
(8)穿透能力強(qiáng)。在具有相同帶寬的無線信號中,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(qiáng)的穿透能力。
3UWB信號的調(diào)制方式
UWB的調(diào)制方式有許多,以脈沖調(diào)制PPM(PulsePositionModulation)為例作為一個舉例分析。
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(fù)周期,j表示第j個單脈沖。
加入偽隨機(jī)跳時碼:
最后加入調(diào)制數(shù)據(jù):
其中,d(k)是信息數(shù)據(jù),δ為時移。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(shè)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(dǎo)致其頻域出現(xiàn)了強(qiáng)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(diào)制對脈沖的位置做出調(diào)整,可以看到:由于調(diào)制的置亂效果,頻域的尖峰得到了一定的控制,但此時仍比較明顯。為了進(jìn)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(jìn)一步的平滑,幾乎近似于背景噪聲,這也正是UWB系統(tǒng)能與現(xiàn)存無線系統(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(diào)制PAM(PulseAmplitudeModulation),開關(guān)鍵OOK(On-OffKey)和二相移鍵控BPSK(Bi-PhaseShiftKey)等。在接收端,單脈沖信號可以通過相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)可靠接收。實(shí)際應(yīng)用中常使用相關(guān)器(correlator),它用準(zhǔn)備好的模板波形乘以接收到的射頻信號,再積分就得到一個直流輸出電壓。相關(guān)器輸出的是接收到的單周期脈沖和模板波形的相對時間位置差,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(diào)制方式——脈形調(diào)制PSM(PulseShapeModulation)。PSM就是對脈沖的形狀進(jìn)行調(diào)制從而實(shí)現(xiàn)信息的載荷,因此脈沖形狀的選擇是十分重要的。它的提出得益于人們對hermite多項(xiàng)式的研究。由于hermite多項(xiàng)式的數(shù)學(xué)表達(dá)式與高斯單脈沖很接近,而且隨著階數(shù)的變化,波形的持續(xù)時間不會有很大的變化,因此人們便想到了用hermite多項(xiàng)式數(shù)的變化產(chǎn)生形狀各異的脈沖,實(shí)現(xiàn)多元化的調(diào)制。為了尋求正交的波形,需對hermite多項(xiàng)式進(jìn)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(xiàng)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(guān)接收技術(shù)即可把每一個信號分離出來。
圖3給出了改進(jìn)型hermite多項(xiàng)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(xiàng)式脈沖。如圖4給出了搭建電路和仿真波形。在simulink電路中,Hermite多項(xiàng)式的階數(shù)由脈沖階數(shù)單元控制,示波器1、2給出相應(yīng)階數(shù)和相應(yīng)階數(shù)減1階的hermite脈形。
傳輸效率的提高帶來系統(tǒng)性能的下降,這是許多系統(tǒng)所不能容忍的,因此需要進(jìn)行編碼。首先在形域采用BCH(7,4)對信號編碼,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?qū)π畔M(jìn)行BCH(31,11)編碼,使性能進(jìn)一步提高,最后還可以在時域和形域聯(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(yīng)用前景和發(fā)展方向
憑借自身的眾多優(yōu)勢,超寬帶技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景,UWB首先在美國軍方和政府部門得到了實(shí)質(zhì)性關(guān)注,并迅速應(yīng)用于美國軍隊(duì)的無線電臺組網(wǎng)(Adhoc)和高精度雷達(dá)檢測系統(tǒng)中。2002年2月FCC準(zhǔn)許UWB技術(shù)進(jìn)入民用領(lǐng)域,條件是:“在發(fā)送功率低于美國放射噪音規(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(jìn)行掃描的成像系統(tǒng)、汽車防撞雷達(dá)以及在家電終端和便攜式終端間進(jìn)行測距和無線數(shù)據(jù)通信”。盡管該技術(shù)在應(yīng)用中有如此多的限制,但它仍受到廣大電信開發(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(shù)的議案,眾多公司的研究部門乃至學(xué)校也都將該技術(shù)的研究提到了日程中來。許多現(xiàn)已成熟的技術(shù)紛紛與UWB進(jìn)行結(jié)合,如UWB-OFDM、UWB-Adhoc、UWB-Wavelet、UWB-Neuralnetwork等,有的公司甚至已經(jīng)利用這些技術(shù)生產(chǎn)出了實(shí)際的民用產(chǎn)品。
圖4
筆者把超寬帶技術(shù)的應(yīng)用歸納為短距離無線通信、雷達(dá)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(biāo)簽識別以及無中心自紡織網(wǎng)絡(luò)(Adhoc)的物理層等領(lǐng)域;雷達(dá)方面主要用作防撞雷達(dá)檢測、精密測高學(xué)、穿墻成像和探地雷達(dá)系統(tǒng);精確定位則可用于資源跟蹤和全球定位系統(tǒng)GPS(GlobalPositionSystem)。由此可見,UWB技術(shù)的背后蘊(yùn)藏著巨大的商機(jī)。
當(dāng)然,超寬帶技術(shù)若要真正用于人們的日常生活,還有許多極具挑戰(zhàn)性的課題,這也是超寬帶技術(shù)近來乃至今后很長一段時間內(nèi)研究和發(fā)展的方向。
(1)建立時域內(nèi)的超寬帶無線電發(fā)射器的模型,從時域角度設(shè)計(jì)天線的傳輸函數(shù);
(2)研究超寬帶信號產(chǎn)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(guān)系;
(4)超寬帶跳時碼的研究;
(5)研究移動Adhoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和路由協(xié)議,將超寬帶技術(shù)應(yīng)用于分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、盲捕獲和自配置功能中;研究適用于超寬帶類似于“藍(lán)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(shù)的無線IP協(xié)議;
(7)研究超寬帶無線電的測試技術(shù),包括傳輸信道的測試、估計(jì)、信道模型等。
關(guān)鍵詞:無線;通信技術(shù);教學(xué)反饋
一、傳統(tǒng)教學(xué)反饋方式研究
在課堂中,“教”與“學(xué)”同時進(jìn)行,進(jìn)一步說“教”是為了“學(xué)”,因此,教師需要用多種反饋方式來了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,并根據(jù)實(shí)時的教學(xué)情況來調(diào)整教學(xué)方法、方式。傳統(tǒng)的教學(xué)反饋的方法主要分為以下四種:1.言語反饋。教師通過課堂提問、課堂討論以及學(xué)生質(zhì)疑等口頭語言交流來分析學(xué)生對課堂知識的掌握程度,從而調(diào)整教學(xué)方法、方式。這種方式缺點(diǎn)是教師得到的反饋信息有些片面,不能全面掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況,同時學(xué)生由于缺乏參與感造成注意力分散,導(dǎo)致課堂教學(xué)實(shí)效的流失。2.書面反饋。教師一般通過黑板板書、課后作業(yè)以及課堂測試等手段來觀察學(xué)生對知識內(nèi)容掌握程度與存在的問題。這種方式缺點(diǎn)是教師課堂上時間和精力無法對每一位學(xué)生進(jìn)行有效的“教學(xué)診斷”,另外學(xué)生存在抄襲現(xiàn)象,加大了老師輔佐的難度。3.實(shí)物投影展示式反饋。教師通過實(shí)物投影展示、多媒體演示的方式展現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果,從而了解學(xué)生學(xué)習(xí)存在的一些具體問題,讓教師有的放矢地進(jìn)行課堂教學(xué)。這種方式缺點(diǎn)和言語反饋類似,難以保證人人參與,無法準(zhǔn)確掌握整體的課堂教學(xué)效率。
二、基于無線通信技術(shù)教學(xué)反饋系統(tǒng)研究
隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展,無線通信技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用已成為當(dāng)代教學(xué)新模式的重點(diǎn)研究方向。目前,應(yīng)用在教育領(lǐng)域的主流無線通信技術(shù)有Bluetooth、RFID、UWB、Wi-Fi、紅外等。例如,基于無線通信技術(shù)教學(xué)反饋系統(tǒng)常見的有紅外手持反饋系統(tǒng)如北京松博科技有限公司研發(fā)的EZclick表決系統(tǒng)、Interwrite生產(chǎn)的PPS表決系統(tǒng)等、基于藍(lán)牙的課堂反饋系統(tǒng)如華東師范大學(xué)碩士研究生周麗捷的研究、將GPS與Android相結(jié)合如山西長治醫(yī)學(xué)院計(jì)算機(jī)教學(xué)部魏晉研制的基于Android平臺的課堂簽到與手機(jī)違規(guī)監(jiān)測系統(tǒng)等等幾種反饋系統(tǒng)。總的來說,與傳統(tǒng)教學(xué)相比,基于Bluetooth、RFID、UWB、Wi-Fi、紅外等技術(shù)的無線反饋式教學(xué)系統(tǒng)在以下四個方面占據(jù)優(yōu)勢:1.反饋實(shí)時性強(qiáng)。無線反饋式教學(xué)系統(tǒng)一般采用手機(jī)、平板等手持終端與教學(xué)服務(wù)器進(jìn)行實(shí)時通信,因此,教學(xué)反饋信息可以通過“職教云”等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺實(shí)時地顯示在投影屏上。與驗(yàn)收課后作業(yè)、開展課堂測驗(yàn)等傳統(tǒng)教學(xué)反饋方式方式相比,無線反饋式教學(xué)系統(tǒng)在反饋上更快捷,大大縮短了反饋周期,更能幫助師生發(fā)現(xiàn)及解決教學(xué)問題。2.反饋覆蓋范圍廣。無線反饋式教學(xué)系統(tǒng)組成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是樹形或網(wǎng)型,課堂中每一位學(xué)生都能使用終端設(shè)備將疑惑、感想反饋至網(wǎng)絡(luò)平臺,因此相對于課堂點(diǎn)名答疑和課堂討論的傳統(tǒng)方式來說,無線反饋式教學(xué)系統(tǒng)收集到的教學(xué)反饋信息更全面,更客觀地體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平。3.數(shù)據(jù)處理效率高。無線反饋式教學(xué)系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器將一些接收到的教學(xué)反饋信息,如簽到信息,討論熱度、教學(xué)資料瀏覽情況等,通過預(yù)設(shè)的算法進(jìn)行相關(guān)處理、統(tǒng)計(jì),進(jìn)而得到一系列教學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù),更加直觀、清晰的展示于師生面前。
三、總結(jié)
一、電力信息采集系統(tǒng)
電力信息采集業(yè)務(wù)是對用戶的用電信息進(jìn)行采集、監(jiān)測和處理,實(shí)現(xiàn)用戶用電信息計(jì)量異常監(jiān)測以及用戶用電信息采集、分析和管理,同時也讓電能質(zhì)量被實(shí)時監(jiān)控等,在用戶服務(wù)、市場管理、電費(fèi)實(shí)時結(jié)算等多方面提供實(shí)時、可靠的數(shù)據(jù)。電力用電信息采集系統(tǒng)分主站層、通信信道層和采集設(shè)備層三層。[1]主站與其他應(yīng)用系統(tǒng)和公網(wǎng)信道是由防火墻分離開來,單獨(dú)組網(wǎng)。在主站層里有前置采集平臺、營銷采集業(yè)務(wù)應(yīng)用以及數(shù)據(jù)庫管理三部分組織。前置采集平臺管理和調(diào)查各種與終端的遠(yuǎn)程通信;營銷采集業(yè)務(wù)應(yīng)用讓系統(tǒng)的各部分應(yīng)用功能得到充分得到充分發(fā)揮;數(shù)據(jù)庫管理實(shí)現(xiàn)用電終端的用電信息有效管理,并擔(dān)負(fù)起協(xié)議解析職責(zé)。實(shí)現(xiàn)這三種功能,需要由前置采集服務(wù)器、營銷系統(tǒng)服務(wù)器以及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成主站網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)。采集設(shè)備層的主要任務(wù)是收集和提供整個系統(tǒng)的原始用電信息,是整個系統(tǒng)的底層,又分為計(jì)量設(shè)備層、終端子層兩個子層,分別負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量和數(shù)據(jù)輸出和收集用戶計(jì)量設(shè)備的信息、處理和凍結(jié)相關(guān)數(shù)據(jù),并實(shí)現(xiàn)與上層主站的交互等。而主站層和采集設(shè)備層之間的最重要使是通信信道,為主站和終端信息交互提供平臺。目前有230MHz電力無線專網(wǎng)、GPRS/CDMA無線公網(wǎng)以及光纖專網(wǎng)等通信信道,而無線技術(shù)的應(yīng)用更能滿足系統(tǒng)需要,其可靠性和穩(wěn)定性成了當(dāng)前的研究重點(diǎn)。用電信息釆集系統(tǒng)主要有五大功能,分別是系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)接口、運(yùn)行維護(hù)管理、數(shù)據(jù)管理及控制和綜合應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集主要是根據(jù)業(yè)務(wù)要求編制自動采集任務(wù),例如任務(wù)類型和名稱、采集周期和群組、正常補(bǔ)采次數(shù)以及執(zhí)行優(yōu)先級等信息,對任務(wù)執(zhí)行情況進(jìn)行管理;系統(tǒng)接口主要是與其他應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行連接;運(yùn)行維護(hù)管理功能是對密碼、權(quán)限、檔案、通信與路由、終端、運(yùn)行狀況、故障記錄、報(bào)表等方面的內(nèi)容進(jìn)行有效管理;數(shù)據(jù)管理及控制功能包括對數(shù)據(jù)的計(jì)算、檢查、分析、存儲等內(nèi)容進(jìn)行管理以及對電量、功率、費(fèi)率、電纜催收等內(nèi)容進(jìn)行控制;綜合應(yīng)用功能主要是提供異常用電分析、有序用電管理、自動抄表管理、用電分析、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等服務(wù)。用電信息采集首先由主站對集體終端進(jìn)行對時,統(tǒng)一時間后終端進(jìn)行采集工作狀態(tài),按設(shè)定的時間間隔進(jìn)行定時抄表、存儲并通過無線信道傳數(shù)據(jù)到后臺,如無線信道不穩(wěn)定時,后臺會自動再次生成相應(yīng)的補(bǔ)救命令追補(bǔ)數(shù)據(jù),最后后臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。整個采集過程,業(yè)務(wù)通信具有整點(diǎn)時刻定時抄表,重傳補(bǔ)數(shù)的特點(diǎn),保證在業(yè)務(wù)通信失敗的情況下還可以再次重新傳采集數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)信息采集可靠性。
二、無線通信信道技術(shù)特點(diǎn)與數(shù)據(jù)丟失規(guī)律分析
1.無線通信信道技術(shù)的特點(diǎn)利用信道的統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行分析是無線通信信道技術(shù)的重要特征之一。無線通信信道分為小尺度衰落和大尺度衰落兩種衰落大體。小尺度傳播是指信號在短時間內(nèi)瞬間產(chǎn)生的變化,而大尺度傳播指的是在相關(guān)長的一段時間內(nèi)信號平均功率的變化。信道的相位、振幅會受到多徑傳播和多普勒頻移兩者的影響,產(chǎn)生信號頻散和時間選擇性衰落。衰落也根據(jù)大小將小尺度衰落分為選擇性頻率衰落和平坦衰落。在電力系統(tǒng)無線通信應(yīng)用中通常有如高斯噪聲、白噪聲、窄帶高斯噪聲等多種噪聲陪隨著信號的傳輸,短時衰減是他們其中最大的特點(diǎn),最大可以達(dá)到60~70dB。無線通信信道技術(shù)噪聲有突發(fā)性的脈沖噪聲、自然噪聲、同步周期性脈沖的噪聲、異步周期性脈沖的噪聲。突發(fā)性的脈沖噪聲顧名思義是指網(wǎng)絡(luò)上開關(guān)的操作或者發(fā)生閃電時產(chǎn)生一系列脈沖噪聲影響到非常寬的頻帶,以致脈沖噪聲密度比背景噪聲的功率譜密度高出50dB;自然噪聲即是指如閃電、雷擊、電焊等自然界各種各校的電磁波造成的自然噪聲;同步周期性脈沖的噪聲是電力設(shè)備按照50Hz或者100Hz來工作的頻率產(chǎn)生的脈沖,功率隨頻率增加而減少;異步周期性脈沖的噪聲是由于大功率電器的開關(guān)發(fā)生周期星的開閉動作導(dǎo)致噪聲產(chǎn)生,重復(fù)率主要集中50~200范圍之內(nèi)。2.電力無線通信數(shù)據(jù)丟失規(guī)律不同地區(qū)電力負(fù)荷的特性不同,影響電力負(fù)荷的因素也不完全相同。[2]電力用電信息采集業(yè)務(wù)的主要任務(wù)是對居民用電信息進(jìn)行采集與監(jiān)控,無線通信往往會受到電磁干擾的影響。對用電信息采集無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,指在根據(jù)電磁干擾造成數(shù)據(jù)丟失規(guī)律,結(jié)合信息采集業(yè)務(wù)的應(yīng)用環(huán)境特點(diǎn),調(diào)整選用合適的控制策略,以保證用信息采集業(yè)務(wù)的可靠性。分析數(shù)據(jù)丟失規(guī)律,首先要統(tǒng)計(jì)出24小時內(nèi)居民用電負(fù)荷與時間的關(guān)系特性,并結(jié)合用電負(fù)荷量得出階梯獎業(yè)務(wù)量模型,再根據(jù)模式作出規(guī)律性變化分析。在統(tǒng)計(jì)電力用戶用電負(fù)荷狀況時,節(jié)選廣州某居民區(qū)生活和工作用電負(fù)荷24小時規(guī)律變化為例,通過采樣、統(tǒng)計(jì)、整理得出一天內(nèi)的用電負(fù)荷曲線,如圖1所示:其中,負(fù)荷比值=瞬時負(fù)荷量/24小時平均負(fù)荷量。由圖1可以看出,01:00~05:00時間段為居民的休息時間,全天進(jìn)行用電量低谷;05:00~08:00時間段,居民起床、做飯、上班等,用電量略有所回升;08:00~12:00時間段為居民上班時間,使用各種電器設(shè)備,用電量明顯上升,而12:00~13:00為午餐午休時間,用電量隨著部分活動的停止而呈小幅下降;13:00~18:00又進(jìn)入工作期間,用電量也相應(yīng)上升;18:00~20:00時間段是居民回家做飯時間,用電量逐漸增加;20:00~23:00時間是大多數(shù)人在家休息,如電視、空調(diào)等大功率電器大幅啟動,多數(shù)娛樂場所也進(jìn)行一天的高峰,此時處于用電高峰期,在21:00附近進(jìn)入一天用電最高峰,隨后便有所下降,至24時多數(shù)居民已休息,用電量又逐漸步入一天的低谷。電力無線通信數(shù)據(jù)丟失率與電磁干擾因素呈正相關(guān)關(guān)系,一般而已,電磁干擾因素越大,電力無線通信信道數(shù)據(jù)據(jù)丟失率就越大。結(jié)合居民用電負(fù)荷曲線,將一天分成五個時間段,依次為K23:00-6:00;K6:00-12:00;K12:00-18:00;K18:00-20:00;K20:00-23:00。五個時間段的居民用電量呈遞增趨勢,設(shè)20:00的用電負(fù)荷比值為K20:00,那么K20:00-23:00段的平均負(fù)荷比值為:K20:00-23:00=(K20:00+K21:00+K22:00)/3同理可求得其他四個時間段的平均負(fù)荷比值,可以得到五個級別的通信數(shù)據(jù)丟失率階梯模型,可以總結(jié)電力無線通信數(shù)據(jù)丟失規(guī)律是隨著用電量的變化而變化。在接入過程中應(yīng)當(dāng)充分根據(jù)此規(guī)律的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)不同的控制方式,從而最大限制提高無線資源的利用率。
三、無線通信技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用
用電信息采集系統(tǒng)通信分為有線通信和無線通信。無線通信又分為無線專網(wǎng)和無線公網(wǎng)。一般而言,變電站采集終端采用有線的光纖通信方式,保證采集實(shí)時性強(qiáng);高壓客戶采用230MHz專網(wǎng)或無線公網(wǎng)方式;而低壓客戶幾乎都是采用無線公網(wǎng)通信方式。由于居民用電信息采集中,一個公用配變電下有大量的電力用戶,而且具有用電容量小、計(jì)量點(diǎn)分散等特點(diǎn),本地信道方式將大量的電力用戶信息集中再往系統(tǒng)主站傳輸是一個低成本的無線通信技術(shù)應(yīng)用方式。因此,用電信息采集系統(tǒng)無線技術(shù)的應(yīng)用主要介紹微功率無線通信、低壓窄帶電力線載波、低壓寬帶電力線載波三種本地信道通信方式的應(yīng)用。[3]微功率無線通信是指采用WSN(WirelessSensorNetworks)技術(shù)的無線通信方式。WSN是一系列微功率通信的總稱,綜合了嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等,通信微型傳感器節(jié)點(diǎn)對用戶進(jìn)行實(shí)時的感知和監(jiān)控,利用每個傳感器具有無線通信功能組建成一個無線網(wǎng)絡(luò),將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心,非常適用于低成本、測量點(diǎn)多、范圍分散的低壓場合。應(yīng)用WSN技術(shù)克服了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)對點(diǎn)無線傳輸模式的局限性,自組織性、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動態(tài)性、網(wǎng)絡(luò)分布式特性等較為明顯,而且通信能力、抗干擾能力都比較強(qiáng),無需要安裝,功耗低,具有很強(qiáng)的成本優(yōu)勢。無線數(shù)據(jù)支持雙向傳輸,既可以上傳電能表的數(shù)據(jù),又可以接收集中器下發(fā)的命令,還可以中繼來自其他節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。通信流程如圖2所示:電能表通過無線采集節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)街欣^節(jié)點(diǎn),并由集中器進(jìn)行處理。集中器下發(fā)命令數(shù)據(jù),目標(biāo)無線采集節(jié)點(diǎn)就會通過多個中繼節(jié)點(diǎn)收到命令,甚至可以直接收到,然后轉(zhuǎn)發(fā)給電能表。還也可以利用無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),將突發(fā)事件通過無線節(jié)點(diǎn)主動上傳到后臺,有效地實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警、實(shí)時監(jiān)控、防竊電。對于測量點(diǎn)相對分散、集中裝表、用戶負(fù)載變化大、載波不穩(wěn)定等場合非常適用。低壓窄帶電力線載波通信指的是載波信息范圍限制在500kHz以內(nèi)的低壓電力線載波通信。配電線主要用于傳輸50Hz大功率電力,配電線連接各種設(shè)備將會影響到傳輸?shù)耐ㄐ判盘枺貏e是近年來變頻家用電器大量使用,對信道的穩(wěn)定性造成巨大的干擾,主要表現(xiàn)為阻抗不穩(wěn)定、噪聲顯著、信號衰減嚴(yán)重,并且這兩個因素隨著時間和頻率變化而變化。窄帶載波通信技術(shù)可以雙向傳輸,不再需要另外通信線路,具有較強(qiáng)的適應(yīng)性,而且具有容易安裝的特點(diǎn),對于低壓用戶數(shù)據(jù)采集是個很好的應(yīng)用。但其數(shù)據(jù)傳輸速率較低,容易受到噪聲大、信號衰減的影響,在通信可靠性方面還存在著一定的技術(shù)障礙。因此,在應(yīng)用時應(yīng)當(dāng)利用軟硬件技術(shù)結(jié)合,完成組網(wǎng)優(yōu)化窄帶載波通信,對于一些用電負(fù)載特性變化較小、電能表分散布置困難的區(qū)域具有一定的應(yīng)用價(jià)值。寬帶電力線載波系統(tǒng)工作在1~40MHz頻率范圍,成功避開了kHz頻段帶來的干擾,并通過擴(kuò)頻調(diào)制或者正交方式來獲得兆級以上的傳輸速率。這種電力線寬帶通信調(diào)制技術(shù)把信道帶寬分成N個正交的子信道,每個子信道呈現(xiàn)相對性和平坦特性,將這些子信道看成理想信息。由于低壓臺區(qū)電力線上的高頻傳輸信號往往會衰減得比較快,需要通過時分中繼、自動中繼、頻分中繼和智能路由計(jì)算等多項(xiàng)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)整個低壓電力通信網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)并通信。這種通信技術(shù)具有較高的抗干擾能力,適應(yīng)性強(qiáng),可以同時承載多個業(yè)務(wù)并對各個任務(wù)進(jìn)行并發(fā)處理。同時有單跳通信距離受限、信號衰減大等局限性。在應(yīng)用時還需要采用路由、中繼等行之有效的優(yōu)化措施。根據(jù)寬帶載波的短距離和少分支特性,應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)應(yīng)用于城鄉(xiāng)公變區(qū)供電區(qū)域、電表集中安裝居民區(qū)等,電能表數(shù)據(jù)采集效果和經(jīng)濟(jì)性均優(yōu)于其他的抄表方式。
四、結(jié)語
認(rèn)知無線電用戶必須不能干擾首要用戶(頻譜授權(quán)用戶)的正常工作,要保證首要用戶的可靠性通信,同時也要保證認(rèn)知無線電用戶通信的可靠性,這就需要認(rèn)知無線電控制發(fā)射功率,同時具有靈敏的頻譜空穴檢測能力和快速切換頻段的能力。通信的高可靠性是認(rèn)知無線電要實(shí)現(xiàn)的另一個目標(biāo)。認(rèn)知無線電這些特點(diǎn)有利于頻譜資源智能、高效、充分的利用,也是其區(qū)別于其他無線電技術(shù)的重要特征。
二、認(rèn)知無線電與寬帶無線通信系統(tǒng)的融合
認(rèn)知無線電的關(guān)鍵技術(shù)有:頻譜監(jiān)測技術(shù),自適應(yīng)頻譜資源分配技術(shù)、自適應(yīng)調(diào)制解調(diào)技術(shù)等。寬帶無線技術(shù)主要有正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)、多輸入多輸出技術(shù)(MIMO)、HARQ技術(shù)和AMC技術(shù)等。認(rèn)知無線電與寬帶無線通信系統(tǒng)的融合最主要的就是自適應(yīng)頻譜資源分配技術(shù)和正交頻分復(fù)用技術(shù)結(jié)合、并輔以其它相關(guān)技術(shù)。OFDM系統(tǒng)是目前公認(rèn)的比較容易實(shí)現(xiàn)頻譜資源控制的傳輸方式。該調(diào)制方式可以通過頻率的組合或裁剪實(shí)現(xiàn)頻譜資源的充分利用,其與自適應(yīng)技術(shù)相結(jié)合,除了在傳統(tǒng)的時間域上自適應(yīng)外,還更容易利用多載波的頻率域,可以靈活控制和分配頻譜、時間、功率等資源,在結(jié)合MIMO系統(tǒng)的空間資源,根據(jù)用戶在不同的位置的不同傳輸條件,感知環(huán)境并且適應(yīng)環(huán)境,并不斷地跟蹤環(huán)境的變化,以合理利用資源、提高系統(tǒng)容量。自適應(yīng)頻譜資源分配的關(guān)鍵技術(shù)主要有:載波分配技術(shù)、子載波功率控制技術(shù)、多天線層資源分配算法和復(fù)合自適應(yīng)傳輸技術(shù)。
(1)載波分配技術(shù)。CR具有感知無線環(huán)境的能力。子載波分配就是根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)和服務(wù)質(zhì)量要求,分配一定數(shù)量的頻率資源。檢測到的寬帶資源是不確定的,隨時間、空間、移動速度等變化。OFDM系統(tǒng)具有裁剪功能,通過子載波的分配,即在頻段內(nèi)對于用戶來說,信干噪比(SINR)較高的不規(guī)律和不連續(xù)子載波的頻譜資源進(jìn)行整合,按照一定的公平原則將頻譜資源分配給不同的用戶,確定每個子載波傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)量,選取相應(yīng)的調(diào)制方式,實(shí)現(xiàn)資源的合理分配和利用。
(2)子載波功率控制技術(shù)。由于分配給用戶的功率和子載波數(shù)一般是成比例的,功率控制算法在經(jīng)典的“注水”算法的基礎(chǔ)上,有一系列的派生算法。這些算法追求的是功率控制的完備性和收斂性,既要不造成干擾又要使認(rèn)知無線電有較好的通過率,且達(dá)到實(shí)時性的要求。事實(shí)上功率控制算法和子載波分配算法是密不可分的。這是因?yàn)樵谂袛嗄匙虞d波是否可以使用時,就要對現(xiàn)狀(空間距離、衰落)做出判斷,同時還需要計(jì)算出可分配的功率大小,對于一個用戶如果速率一定,如子載波數(shù)目增加所需的功率就會下降。
三、結(jié)語
1.無線或有線鏈路上存在的安全問題
有線鏈路網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成了我們生活中所使用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),在Internet和無線網(wǎng)絡(luò)快速進(jìn)步的今天,他們的緊密的結(jié)合在一起,都為4G移動通信提供著支持和服務(wù),復(fù)雜的4G移動通信技術(shù)在使用的過程中存在著很多的風(fēng)險(xiǎn),無線和有線網(wǎng)絡(luò)也同樣在眾多的安全威脅下提供著服務(wù),主要表現(xiàn)為:(1)移動性:無線終端設(shè)備會在移動的過程中享受不同子網(wǎng)絡(luò)的服務(wù),不是固定于某一個網(wǎng)絡(luò)下。(2)容錯性:減少因無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同而造成的差錯。(3)多計(jì)費(fèi):在無線網(wǎng)絡(luò)使用過程中,均是通過運(yùn)營商來實(shí)現(xiàn)對接的,然而有些網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商通過網(wǎng)絡(luò)隨意加收客戶的使用費(fèi)用等等。(4)安全性:攻擊者的竊聽、篡改、插入或刪除鏈路上的數(shù)據(jù)。
2.移動終端存在的安全問題
4G網(wǎng)絡(luò)逐漸的已投入使用,用戶們通過4G移動終端實(shí)現(xiàn)相互間的交流也更為密切,惡意軟件及病毒也隨著交流而流竄,使得它們的破壞力度和范圍都有所擴(kuò)大,使得移動終端系統(tǒng)遭受嚴(yán)重打擊,甚至有關(guān)機(jī)或失靈等現(xiàn)象的出現(xiàn)。
3.網(wǎng)絡(luò)實(shí)體上存在的安全問題
網(wǎng)絡(luò)實(shí)體身份認(rèn)證問題,包括接入網(wǎng)和核心網(wǎng)中的實(shí)體,無線LAD中的AP和認(rèn)證服務(wù)器等。主要存在的安全威脅如下:(1)目前的網(wǎng)絡(luò)攻擊者利用多種手段,類型也是多樣化,讓網(wǎng)上用戶防不勝防。但他們多半都有一個共同特點(diǎn)就是扮演合法用戶使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù),這樣一來,網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管方面也無法察覺,用戶這邊更是沒有任何戒備,使得他們有很大的機(jī)會接近用戶并進(jìn)行各種騷擾和不良信息的。(2)無線網(wǎng)相對于寬帶而言,它的接口數(shù)量有限,而且信號不穩(wěn)定,容易受其他因素的干擾,這也就為攻擊者提供了一個進(jìn)入的漏洞,安全隱患的可能性也隨之大大增強(qiáng)。(3)目前的的搜索功能可謂是越來越強(qiáng)大,尤其是“人肉搜索”,讓用戶的個人隱私等一再受到侵犯,這些攻擊者一般都具有良好的計(jì)算機(jī)技術(shù)水平,對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行了如指掌,很容易非法竊取用戶信息,并展開下一步的追蹤。(4)網(wǎng)絡(luò)用戶不肯承認(rèn)他們使用的服務(wù)和資源,使進(jìn)一步網(wǎng)絡(luò)實(shí)體的認(rèn)證增加了難度,這是用戶可以逃避和不像曝光的行為,其實(shí)這樣做只會給自己增加麻煩,到時遇到問題也很難得到有效處理。
二、:請記住我站域名4G通信安全措施
1.要建立適合未來移動通信系統(tǒng)的安全體系機(jī)制
主要有(1)可協(xié)商機(jī)制:移動終端和無線網(wǎng)絡(luò)能夠自行協(xié)商安全協(xié)議和算法。(2)可配置機(jī)制:合法用戶可配置移動終端的安全防護(hù)措施選項(xiàng)。(3)多策略機(jī)制:針對不同的應(yīng)用場景提供不同的安全防護(hù)措施。(4)混合策略機(jī)制:結(jié)合不同的安全機(jī)制,如將公鑰和私鑰體制相結(jié)合、生物密碼和數(shù)字口令相結(jié)合。一方面,以公鑰保障系統(tǒng)的可擴(kuò)展性,進(jìn)而支撐兼容性和用戶的可移動性
2.對于無線接入網(wǎng)一般可采取的安全措施如下。
(1)安全接入。無線接入網(wǎng)通過自身安全策略或輔助安全設(shè)備提供對可信移動終端的安全接入功能。防止非可信移動終端接入無線接入網(wǎng)絡(luò)。(2)安全傳輸。移動終端與無線接入網(wǎng)能夠選擇建立加密傳輸通道,根據(jù)業(yè)務(wù)需求,從無線接入網(wǎng)、用戶側(cè)均能自主設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸方式。(3)身份認(rèn)證。在移動終端要接入無線網(wǎng)絡(luò)之前,要通過一個可靠的中間機(jī)構(gòu)的認(rèn)證,確保雙方身份的真實(shí)性和可靠性。(4)訪問控制。無線接入網(wǎng)可通過物理地址過濾、端口訪問控制等技術(shù)措施進(jìn)行細(xì)粒度訪問控制策略設(shè)置。(5)安全數(shù)據(jù)過濾。在多媒體等應(yīng)用領(lǐng)域,都可以通過數(shù)據(jù)過濾技術(shù),對想要接入到網(wǎng)絡(luò)中的非法數(shù)據(jù)進(jìn)行攔截,阻止其進(jìn)行到內(nèi)部系統(tǒng)及核心網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的安全性。
3.提高效率
網(wǎng)絡(luò)終端的運(yùn)行效率的提升,最主要就是減少信息量的流通,減少客戶端的工作量,不使計(jì)算機(jī)長期處于超負(fù)荷的工作狀態(tài)中,盡量減少時間的拖延,那么安全協(xié)議當(dāng)中交互的信息量的數(shù)額的限定對提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率就有一定幫助。
[關(guān)鍵詞]無線電通信技術(shù)管理
與有線電通信技術(shù)相對應(yīng),近年來無線電通信技術(shù)得到了快速飛躍的發(fā)展,鑒于頻譜資源的有限性,及社會各界對無線電頻譜資源的強(qiáng)烈需求,使無線電技術(shù)及其管理問題日益受到人們的廣泛重視。
一、無線電通信技術(shù)
無線通信領(lǐng)域各種技術(shù)的互補(bǔ)性日趨鮮明,下面具體介紹:
(一)3G技術(shù)
3G,全稱為3rdGeneration,中文含義就是指第三代數(shù)字通信。目前3G無線電通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要有CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。從技術(shù)角度來看,3G主流技術(shù)已經(jīng)基本成熟,CDMA2000由于技術(shù)本身的平滑演進(jìn)特性,進(jìn)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(jìn)程,但目前主體標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)定型,具備了規(guī)模商用的基礎(chǔ)。事實(shí)上歐美等運(yùn)營商已經(jīng)進(jìn)入了3G網(wǎng)絡(luò)部署階段。TD-SCDMA是中國自主知識產(chǎn)權(quán)的3G標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)將智能無線、同步CDMA和軟件無線電等當(dāng)今國際領(lǐng)先技術(shù)融于其中,在頻譜利用率、對業(yè)務(wù)支持具有靈活性、頻率靈活性及成本等方面的獨(dú)特優(yōu)勢。另外,由于中國內(nèi)的龐大的市場,該標(biāo)準(zhǔn)受到各大主要電信設(shè)備廠商的重視,全球一半以上的設(shè)備廠商都宣布可以支持TDSCDMA標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)提出不經(jīng)過2.5代的中間環(huán)節(jié),直接向3G過渡,非常適用于GSM系統(tǒng)向3G升級。
(二)3.5GHz技術(shù)
3.5GHz寬帶固定無線接入技術(shù)MMDS,是工作于3.5GHz無線頻段上的中寬帶無線接入技術(shù),寬帶固定無線接入技術(shù)因?yàn)槠涓邘?、建設(shè)速度快、接入方式靈活等特點(diǎn),受到了業(yè)界的關(guān)注。現(xiàn)在MMDS使用了傳統(tǒng)的調(diào)制技術(shù),但是未來的技術(shù)將是基于VOFDM的,接收端與反射的信號相結(jié)合,生成一個更強(qiáng)的信號。這種技術(shù)成本低廉,常用于遠(yuǎn)離服務(wù)中心的小型企業(yè)接入網(wǎng),它有時被稱為WDSL或通稱為寬帶無線技術(shù)。但這項(xiàng)技術(shù)也有其局限性,比如高頻段26GHz的LMDS技術(shù)受天氣影響較大,而3.5GHzMMDS技術(shù)在我國又受到了帶寬不足等因素的限制。
(三)WLAN(Wi-Fi)技術(shù)
無線局域網(wǎng)技術(shù)WLAN(Wi-Fi),其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為802.11,可實(shí)現(xiàn)十幾兆至幾十兆的無線接入。我國目前發(fā)展的主要是802.11b標(biāo)準(zhǔn)的WLAN網(wǎng)絡(luò),支持11Mbps的無線接入。WLAN技術(shù)將在特定的區(qū)域和范圍,特別是熱點(diǎn)區(qū)域和高速信息接入領(lǐng)域,發(fā)揮對移動通信網(wǎng)絡(luò)的重要補(bǔ)充作用。
(四)WiMAX技術(shù)
WiMAX即全球微波接入互操作系統(tǒng),WiMAX不僅在北美、歐洲迅猛發(fā)展,而且這股熱浪已經(jīng)推進(jìn)到亞洲。WiMAX又稱為802.16無線城域網(wǎng),是又一種為企業(yè)和家庭用戶提供“最后一英里”的寬帶無線連接方案。因在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的高覆蓋范圍(可以覆蓋25~30英里的范圍),以及對3G可能構(gòu)成的威脅,使WiMAX在最近一段時間備受業(yè)界關(guān)注。WiMAX相對于Wi-Fi的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在Wi-Fi解決的是無線局域網(wǎng)的接入問題,而WiMAX解決的是無線城域網(wǎng)的問題。Wi-Fi只能把互聯(lián)網(wǎng)的連接信號傳送到300英尺遠(yuǎn)的地方,WiMAX則能把信號傳送31英里之遠(yuǎn)。Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)連接速度為每秒54兆,而WiMAX為每秒70兆。
二、加強(qiáng)無線電管理的主要措施和手段
無線電通信電技術(shù)目前得到了較廣泛的應(yīng)用,但由于無線電通信自身的應(yīng)用和技術(shù)特征,導(dǎo)致必須對無線電進(jìn)行有效管理,以使之規(guī)范、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。根據(jù)筆者的總結(jié),目前加強(qiáng)無線電管理的主要措施和手段主要有:
(一)要增強(qiáng)做好無線電管理工作的責(zé)任感和使命感
要增強(qiáng)做好無線電管理工作的責(zé)任感和使命感。無線電頻率是寶貴的國家戰(zhàn)略資源,應(yīng)組織專門力量,針對動態(tài)情況,嚴(yán)加管理和合理利用。要從國家政治高度、從資源管理高度,深刻認(rèn)識無線電管理工作的重要意義和內(nèi)涵,強(qiáng)化大局意識,危機(jī)意識,健全管理機(jī)制,以適應(yīng)和服務(wù)于國家發(fā)展的需要。同時加強(qiáng)對管理人員的培訓(xùn),努力做到無線電管理的法制化、規(guī)范化、科學(xué)化。(二)要切實(shí)抓好無線電監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)
無線電監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)為無線電管理工作提供必要技術(shù)支持,是無線電技術(shù)管理的基礎(chǔ)設(shè)施。加強(qiáng)無線電監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)就是要將全國分散的無線電監(jiān)測站(中心)進(jìn)行優(yōu)化整合,加強(qiáng)各監(jiān)測站之間的協(xié)作關(guān)系,加強(qiáng)無線電監(jiān)測工作,提高頻率資源的有效利用,維護(hù)空中通道的暢通,使各種無線電業(yè)務(wù)相互兼容、正常工作,以維護(hù)國家頻率的科學(xué)、合理、有效使用。
(三)要加強(qiáng)無線電管理的執(zhí)法力度
無線電技術(shù)為無線電通信的開展提供了重要技術(shù)支撐,隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)應(yīng)用的增多,國內(nèi)相關(guān)立法應(yīng)當(dāng)逐步完善和成熟,國家應(yīng)盡快出臺一部專門的無線電法律法規(guī)以適應(yīng)國家經(jīng)濟(jì)和無線電技術(shù)發(fā)展。無線電管理部門一方面要嚴(yán)格按照國家的相關(guān)法律法規(guī)進(jìn)行管理,做到嚴(yán)格、規(guī)范,另一方面要嚴(yán)格遵守國家的法律法規(guī),不做與法律相違背的事,維護(hù)法律的尊嚴(yán)。
(四)建設(shè)一支堅(jiān)強(qiáng)有力的無線電管理專業(yè)隊(duì)伍
搞好無線電管理工作,必須有一支思想好、技術(shù)精、作風(fēng)硬、執(zhí)法嚴(yán)的管理隊(duì)伍。在實(shí)際運(yùn)作過程中,要采取請進(jìn)來、走出去、崗位練兵等措施,支持鼓勵專業(yè)技術(shù)人員參加各類培訓(xùn),強(qiáng)化技能訓(xùn)練。在法律法規(guī)、無線電管理、監(jiān)測與檢測技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等方面,引導(dǎo)和要求管理人員,自覺跟蹤無線電技術(shù)發(fā)展新動態(tài),理論聯(lián)系實(shí)際進(jìn)行技術(shù)交流,使之與當(dāng)前管理任務(wù)相適應(yīng)。同時還要加強(qiáng)職業(yè)道德、政治素質(zhì)、保密制度、通信紀(jì)律、通信規(guī)則、值班制度等行業(yè)中必需的修養(yǎng)和建設(shè),提高其執(zhí)政能力,不辱使命,高質(zhì)量完成國家賦予無線電管理部門的神圣職責(zé)。
無線電通信技術(shù)作為極具有發(fā)展?jié)摿Φ囊婚T通信技術(shù),目前得到了持續(xù)和持久的快速發(fā)展,但在快速發(fā)展的過程中,仍時常暴露出管理方面的不足,因而我們應(yīng)該堅(jiān)持兩條腿走路,一方面,加強(qiáng)技術(shù)研究,另一方面,加強(qiáng)管理,使之實(shí)現(xiàn)又好又快的發(fā)展。
參考文獻(xiàn):
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[2]張士兵,《超寬帶無線技術(shù)的應(yīng)用前景及其挑戰(zhàn)》,載《南通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》,2005年3月.
多點(diǎn)分配體系具體涵蓋本地以及對點(diǎn)信道系統(tǒng),前者為微波系統(tǒng),在同他類系統(tǒng)對比的階段中體現(xiàn)出了鮮明的性能,即可點(diǎn)對點(diǎn)應(yīng)用。該系統(tǒng)采取寬帶固定無線接入手段中的無線小區(qū)制原理,實(shí)現(xiàn)了雙向的數(shù)據(jù)傳輸,因而寬帶更高,當(dāng)然傳輸容量同光纖無線比對通常較為一致。多點(diǎn)分配體系可提供更豐富的寬帶業(yè)務(wù),例如多媒體、視頻以及電話業(yè)務(wù)等。還有一類為多點(diǎn)多信道分配體系,該體系基于視距傳輸分配技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳輸處理,同時在完成IP與TMD的帶寬無線接入階段中具體應(yīng)用措施通常為多點(diǎn)多信道處理技術(shù)。此手段不僅可完成因特網(wǎng)接入,進(jìn)行本地用戶大容量信息傳輸、電視信號傳遞與數(shù)據(jù)廣播目標(biāo),還可完成用戶終端、GPRS通信與GSM短信服務(wù)等。另外,多點(diǎn)多信道手段在升級更新上比他類通信技術(shù)更為便利簡單。移動通信中還會應(yīng)用到其他種類的無線接入技術(shù),例如超寬帶技術(shù)、虛擬網(wǎng)技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)等。
2移動通信中無線接入技術(shù)應(yīng)用
當(dāng)前,依據(jù)移動通信無線接入技術(shù)具體的應(yīng)用狀況,通常可劃分為六類頻段。第一個頻段即為1.8GHZ,其頻段也就是20M,主體作用在于利用SCDMA手段實(shí)現(xiàn)公眾網(wǎng)同本地專屬網(wǎng)絡(luò)無線連接。2.4GHZ為第二個應(yīng)用頻段,此頻段并不屬于通信頻段范疇,然而在通過申請校驗(yàn)后則可發(fā)揮點(diǎn)對點(diǎn)微波保護(hù)的良好功效。移動通信中,無線接入技術(shù)的第三個應(yīng)用頻段是3.5GHZ,即我們通常指的寬帶無線接入手段,該技術(shù)分配于各類基礎(chǔ)電信運(yùn)營商實(shí)踐經(jīng)營流程之中。還有一類應(yīng)用頻段為5.8GHZ,具體在無線寬帶接入實(shí)踐中發(fā)揮功能,通?;A(chǔ)運(yùn)營商經(jīng)常應(yīng)用。第三代移動通信應(yīng)用頻段也就是第六類頻段,即通常所指的寬帶。通信技術(shù)應(yīng)用發(fā)展主體依靠以上幾類技術(shù)實(shí)現(xiàn)頻率規(guī)劃,通常全球范圍之中,無線管理實(shí)踐發(fā)展階段中,普遍會存在頻譜資源不足的狀況。伴隨大眾不斷增加的無線電技術(shù)應(yīng)用功能需要,頻譜漸漸面臨了更明顯的供不應(yīng)求問題。兩者間呈現(xiàn)的矛盾問題我們應(yīng)給予全面重視。當(dāng)前,較多國家紛紛制定了科學(xué)的政策針對無線電頻率做出了合理的調(diào)節(jié),進(jìn)一步激發(fā)了頻率內(nèi)在潛能,可方便其能夠全面符合現(xiàn)代新技術(shù)更新發(fā)展以及拓展新業(yè)務(wù)的綜合需要。因而,在對新型市場業(yè)務(wù)與創(chuàng)新技術(shù)手段對應(yīng)頻率做設(shè)計(jì)規(guī)劃的階段中,應(yīng)全面的意識到無線電設(shè)備當(dāng)前的可供性,保證相應(yīng)技術(shù)手段體現(xiàn)更好的可操作性,并重點(diǎn)探究不同體制下的電磁兼容性以及頻率可否共用的可行性。另外,還應(yīng)盡量保證該技術(shù)手段體現(xiàn)科學(xué)性以及先進(jìn)性,提升新技術(shù)手段成熟度,方便支持具備高頻譜應(yīng)用效率的通信處理模式。因而,基于頻率資源體現(xiàn)的特殊性,在針對頻率做規(guī)劃設(shè)計(jì)的階段中,不但應(yīng)考量我國當(dāng)前的基本國情,還應(yīng)保障其可以同國際頻率劃分始終在一致水平,通過有效的應(yīng)對策略同國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)完成全面的接軌。
3結(jié)語
論文摘要:通過Bluetooth和UWB的技術(shù)對比及多角度的分析,證實(shí)了藍(lán)牙+UWB作為下一代高速無線通訊技術(shù)的可能。
隨著因特網(wǎng)、多媒體和無線通信技術(shù)的發(fā)展,人們與信息網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)密不可分。當(dāng)今無線通信在人們的生活中扮演著越來越重要的角色,低功耗、微型化是用戶對當(dāng)前無線通信產(chǎn)品尤其是便攜產(chǎn)品的強(qiáng)烈追求,作為無線通信技術(shù)一個重要分支的短距離無線通信技術(shù)正逐漸引起越來越廣泛的觀注。
1短距離無線通信技術(shù)簡介
近年來,由于數(shù)據(jù)通信需求的推動,加上半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)等相關(guān)電子技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展,短距離無線與移動通信技術(shù)也經(jīng)歷了一個快速發(fā)展的階段,WLAN技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、UWB技術(shù),以及紫蜂(ZigBee)技術(shù)等取得了令人矚目的成就。短距離無線通信通常指的是100m以內(nèi)的通信,分為高速短距離無線通信和低速短距離無線通信兩類。高速短距離無線通信最高數(shù)據(jù)速率>100Mbit/s,通信距離
2 藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)
“藍(lán)牙(Bluetooth)”是一個開放性的、短距離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),也是目前國際上最新的一種公開的無線通信技術(shù)規(guī)范。它可以在較小的范圍內(nèi),通過無線連接的方式安全、低成本、低功耗的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),使得近距離內(nèi)各種通信設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)無縫資源共享,也可以實(shí)現(xiàn)在各種數(shù)字設(shè)備之間的語音和數(shù)據(jù)通信。由于藍(lán)牙技術(shù)可以方便地嵌入到單一的CMOS芯片中,因此特別適用于小型的移動通信設(shè)備,使設(shè)備去掉了連接電纜的不便,通過無線建立通信。
藍(lán)牙技術(shù)以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ),采用高速跳頻(Frequency Hopping)和時分多址(Time Division Multi-access—TDMA)等先進(jìn)技術(shù),為固定與移動設(shè)備通信環(huán)境建立一個特別連接。藍(lán)牙技術(shù)使得一些便于攜帶的移動通信設(shè)備和計(jì)算機(jī)設(shè)備不必借助電纜就能聯(lián)網(wǎng),并且能夠?qū)崿F(xiàn)無線連接因特網(wǎng),其實(shí)際應(yīng)用范圍還可以拓展到各種家電產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品和汽車等信息家電,組成一個巨大的無線通信網(wǎng)絡(luò)。打印機(jī)、PDA、桌上型計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)、鍵盤、游戲操縱桿以及所有其它的數(shù)字設(shè)備都可以成為藍(lán)牙系統(tǒng)的一部分。目前藍(lán)牙的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.15,工作在2.4GHz頻帶,通道帶寬為lMb/s,異步非對稱連接最高數(shù)據(jù)速率為723.2kb/s。藍(lán)牙速率亦擬進(jìn)一步增強(qiáng),新的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)2.0版支持高達(dá)10Mb/s以上速率(4、8及12~20Mb/s),這是適應(yīng)未來愈來愈多寬帶多媒體業(yè)務(wù)需求的必然演進(jìn)趨勢。
作為一個新興技術(shù),藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用還存在許多問題和不足之處,如成本過高、有效距離短及速度和安全性能也不令人滿意等。但毫無疑問,藍(lán)牙技術(shù)已成為近年應(yīng)用最快的無線通信技術(shù),它必將在不久的將來滲透到我們生活的各個方面。
3 超寬帶(UWB)技術(shù)
超寬帶(Ultra-wideband—UWB)技術(shù)起源于20世紀(jì)50年代末,此前主要作為軍事技術(shù)在雷達(dá)等通信設(shè)備中使用。隨著無線通信的飛速發(fā)展,人們對高速無線通信提出了更高的要求,超寬帶技術(shù)又被重新提出,并倍受關(guān)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%的無線通信方案。與常見的使用連續(xù)載波通信方式不同,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。因此脈沖所占用的帶寬甚至高達(dá)幾GHz,因此最大數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到幾百分之一。在高速通信的同時,UWB設(shè)備的發(fā)射功率卻很小,僅僅是現(xiàn)有設(shè)備的幾百分之一,對于普通的非UWB接收機(jī)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(shè)備共享帶寬。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(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。UWB的特點(diǎn)如下:
(1)抗干擾性能強(qiáng):UWB采用跳時擴(kuò)頻信號,系統(tǒng)具有較大的處理增益,在發(fā)射時將微弱的無線電脈沖信號分散在寬闊的頻帶中,輸出功率甚至低于普通設(shè)備產(chǎn)生的噪聲。
(2)傳輸速率高:UWB的數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到幾十Mbit/s到幾百M(fèi)bit/s,有望高于藍(lán)牙100倍。
(3)帶寬極寬:UWB使用的帶寬在1GHz以上,高達(dá)幾個GHz。超寬帶系統(tǒng)容量大,并且可以和目前的窄帶通信系統(tǒng)同時工作而互不干擾。
(4)消耗電能少:通常情況下,無線通信系統(tǒng)在通信時需要連續(xù)發(fā)射載波,因此要消耗一定電能。而UWB不使用載波,只是發(fā)出瞬間脈沖電波,也就是直接按0和1發(fā)送出去,并且在需要時才發(fā)送脈沖電波,所以消耗電能少。
(5)保密性好:UWB保密性表現(xiàn)在兩方面:一方面是采用跳時擴(kuò)頻,接收機(jī)只有已知發(fā)送端擴(kuò)頻碼時才能解出發(fā)射數(shù)據(jù);另一方面是系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度極低,用傳統(tǒng)的接收機(jī)無法接收。
(6)發(fā)送功率非常小:UWB系統(tǒng)發(fā)射功率非常小,通信設(shè)備可以用小于1mW的發(fā)射功率就能實(shí)現(xiàn)通信。低發(fā)射功率大大延長了系統(tǒng)電源工作時間。
(7)成本低,適合于便攜型使用:由于UWB技術(shù)使用基帶傳輸,無需進(jìn)行射頻調(diào)制和解調(diào),所以不需要混頻器、過濾器、RF/TF轉(zhuǎn)換器及本地振蕩器等復(fù)雜元件,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化,成本大大降低,同時更容易集成到CMOS電路中。
參考文獻(xiàn)