无线通信论文范文

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2超宽带无线接入技术

超宽带是一类时域通信手段，其无线接入技术比普通科技手段的带宽高，有着高速率、开支少、能耗少的优势。相比于传统的无线通讯网络，这种技术无需载波，仅仅通过小周期的脉冲信号作为载体，以二进制信号进行传输。这种超宽带信号的频谱比较稀疏，信号强度是mW级别，能够抵御强干扰信号。相比于CDMA框架，此通信系统更利于实现，仅需较少的开支。

3未来无线通信领域的发展趋势

3.1无线通信领域技术互补性日益明显

无线通信技术种类逐渐增多，每种都有各自的优劣势与适用场合。3G相对适合于大范围与城际漫游的数据传输需求，而无线局域网则适合于中距离范围内的信号传输，超宽带技术适合于近距离、超高速的无线通讯。所以在发展无线网络通信技术的历程中，我们应当依照不同消费者的个性化需求，甄选出最适合的无线通讯手段，使得无线通信业务有着多元化未来，更好地处理移动通信应用中的各类难题。在不远的将来，无线宽带接入技术仍会朝着高带宽、大范围传输的方向不断发展。未来仍有可能会孕育出更先进的技术手段。现阶段的无线宽带接入技术应用于受限条件下的高速度传输，其话音通讯性能仍然与公众移动通讯手段相距甚远。因此，我们应着眼于未来，不断挖掘其技术优越性，弥补移动网络的应用缺陷，以更好地服务大众，同时避免资源浪费。

3.2蓝牙技术将革新无线通信业的发展

在蓝牙技术的发展大潮中，众多企业都在探究和制造以蓝牙技术为主导的电子产品，譬如某集团研制了以蓝牙技术为基础的无线耳机等。芯片设计研发团队成功开发了在蓝牙技术所需频段内的专用IC，同时配备了与之匹配的应用硬件软件套装，便于其他客户或应用厂商可以快速掌握此芯片的应用之道，并生产出以蓝牙技术为本的新产品。除此之外，软件开发企业研发出了大量适用于蓝牙技术的软件，被广泛应用于电脑、手机等。大部分电子产品都能借助蓝牙技术以无线方式连接成网络，使人们可以自由地传输讯息。蓝牙技术的产生推动了无线通信业的进一步发展，计算机业和电器行业都得益于蓝牙技术的发展，并加大了对蓝牙技术开发的投资力度。

3.3无线网络通信技术的融合趋势

3.3.1无线技术与蜂窝网技术的融合

为了完成其计费与检测功能，短距离无线通信技术被应用于电子产品中。无线通信技术在近些年来迎来了更快速的发展，愈来愈多的短距离无线接入技术被应用于社会生活的各个层面，譬如蓝牙技术有效融合了短距离无线技术与蜂窝网技术。

3.3.2移动通信技术和无线宽带接入技术的融合

移动通信业务的发展成熟，与宽带业务领域的拓宽，直接推动了多种宽带接入技术的产生和发展。譬如无线局域网技术推动了3G通讯技术的其他应用。而且移动通信技术和无线宽带接入技术互惠互利，并在4G时代完美地融合成一个健全的系统。

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（2）红外光通信接入。这种通信接入技术由于其传输速率相对比较高，它的速度频率大约在3MB/s-621MB/s之间，这样就可以有效的促进数据之间的高速度传播。同时此技术的传输距离可以高达100米左右，并且以红外光为主要的工作波段，这样既不需要对其进行频率波段的申请，也不会影响其他通信系统的运行情况。

（3）微波宽带接入技术。这种技术适应的频率段主要是在28GHz的周围，并且采用的是蜂窝方式的网络布局，这样就可以有效地降低因为传输距离比较长而造成的损失和能源消耗。同时还可以有效地减少无线通信发射的功率，由此可知，这种通信接入技术比较应用于双向数据和图像传输。

2无线通信技术在电力系统的应用

2.1无线通信技术在电力输配电系统中的应用

在电力系统中，有关状态信息的搜集和控制命令的发送主要是将输变电无线与光纤集成通信系统放置在网络通信层；变电站的中心站主要是通过电力特种光缆与部署在输电线路杆塔上的远端单元进行相互的连接，其中中心站还可以通过链式自组网的模式来有效地实现它们之间的通信，并且可以通过利用输变电中心站设备和远端单元有效连接的无线与光纤集成通信系统，这样就可以实现底层终端信息的汇总和采集。此外，还可以利用远距离传输的方式将信息进行汇集到输变电系统主站中。在电力系统中运用输变电的时候，可以有效地采用分布式中心站与链式组网两者相互相结合的方式，这样就可以更加充分地利用输电线路光缆资源，从而就可以有效地实现光纤与无线组合网络之间的通信。由于在电力系统中应用配用电的时候，它需求不同，这样就需要促使系统具备智能化的链路传输能力，并且系统还需要具备流量实时监测技术，从而就可以有效地实现系统性能的动态感知。除此之外，在对系统进行实际的监控和测量的时候，要对流量控制技术进行具体的分析和研究，从而才能使链路传输能够有效地适应网络系统的变化。在配用电应用的过程中，需要很大的终端数量，同时由于基站系统承受的压力比较大。所以系统在运行的过程中就需要具备海量终端，并且还要有一定的接入能力。除此之外，在利用调度算法对基站系统进行运算中还需要对终端用户进行数据传输的监测。

2.2无线通信技术电力系统内部管理中的应用

在发电企业，内部管理工作是非常重要的，首先无线通信技术可以有效地实现远距离延伸，其中有一些管理人员在异地出差，这样就不能连接电厂设备的实际情况，他们可以通过利用SIM卡和GPRS网络掌握电厂大型设备，例如：高压变频器等的运行参数，这样就可以方便电厂内部的管理，也有效地解决了距离远的问题，同时也为电厂节约了资源和成本。然后电厂设备如果在运行的过程中，发生了以外的事故，可以起到应急的作用，保证电厂通信网络正常的运行。可以实现小范围的覆盖，对于电厂、变电站等区域，应该考虑采用无线通信系统进行语音网、数据网的无线覆盖，在业务流量需要不是特别大的地方应用这种方式，这样就减少了电厂线路的布局，从而也方便管理人员对电厂内部进行管理。

2.3无线通信技术在电力通信系统中的应用

无线通信网络的研究对象在电力系统中的发电、送电、变电、用电等等一切与电相关的信息和环节，而无线通信技术就是对这些环节的整合，从而保证发电行业的自动化发电和电力生产、输送都更加安全经济。同时无线通信技术可以采用高压骨干网架进行远距离、大容量以及低损耗输送，这样就促进了电力系统的可持续发展。除此之外还可以有效地实现不同单位、机构以及装置的实时监测。

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二、认知无线电与宽带无线通信系统的融合

认知无线电的关键技术有：频谱监测技术，自适应频谱资源分配技术、自适应调制解调技术等。宽带无线技术主要有正交频分复用技术（OFDM）、多输入多输出技术(MIMO)、HARQ技术和AMC技术等。认知无线电与宽带无线通信系统的融合最主要的就是自适应频谱资源分配技术和正交频分复用技术结合、并辅以其它相关技术。OFDM系统是目前公认的比较容易实现频谱资源控制的传输方式。该调制方式可以通过频率的组合或裁剪实现频谱资源的充分利用，其与自适应技术相结合，除了在传统的时间域上自适应外，还更容易利用多载波的频率域，可以灵活控制和分配频谱、时间、功率等资源，在结合MIMO系统的空间资源，根据用户在不同的位置的不同传输条件，感知环境并且适应环境，并不断地跟踪环境的变化，以合理利用资源、提高系统容量。自适应频谱资源分配的关键技术主要有:载波分配技术、子载波功率控制技术、多天线层资源分配算法和复合自适应传输技术。

(1)载波分配技术。CR具有感知无线环境的能力。子载波分配就是根据用户的业务和服务质量要求，分配一定数量的频率资源。检测到的宽带资源是不确定的，随时间、空间、移动速度等变化。OFDM系统具有裁剪功能，通过子载波的分配，即在频段内对于用户来说，信干噪比(SINR)较高的不规律和不连续子载波的频谱资源进行整合，按照一定的公平原则将频谱资源分配给不同的用户，确定每个子载波传输的比特数量，选取相应的调制方式，实现资源的合理分配和利用。

(2)子载波功率控制技术。由于分配给用户的功率和子载波数一般是成比例的，功率控制算法在经典的“注水”算法的基础上，有一系列的派生算法。这些算法追求的是功率控制的完备性和收敛性，既要不造成干扰又要使认知无线电有较好的通过率，且达到实时性的要求。事实上功率控制算法和子载波分配算法是密不可分的。这是因为在判断某子载波是否可以使用时，就要对现状(空间距离、衰落)做出判断，同时还需要计算出可分配的功率大小，对于一个用户如果速率一定，如子载波数目增加所需的功率就会下降。

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无线通信技术信息沟通的灵活性，以及其在全球无缝覆盖的特性，使其成为当今世界最具竞争力的通信方式。目前的无线通信技术根据其传输的距离大致可以分为以下四种：WPAN、WLAN、WMAN、WWAN。长距离的无线接入技术代表有GSM、GPRS、3G，短距离的无线接入技术大致包括WLAN、UWB等。当前的主流无线通信技术还是以OFDM+MIMO为核心的通信技术，以B3G、WiFi、WiMAX、WMN等四种为主。除了这几种逐流无线通信技术外，还存在着IrDA、RFID、UWB、Bluetooth、集群通信等短距离内的通信技术和MMDS、LMDS、卫星通讯、点对点微波等长距离通信技术。而我国现无线通信技术还是以中国联通和中国移动两大公司所提供的2G业务服务为主，主要包括的是人们所熟知的语音、电子邮件、数据、网页浏览等，电信企业也推出了3G无线网络TD-SCDMA，在接入方面，多个用户可以通过WLAN技术实现Internet共享的高速接入。高接入速率的无线技术在我国还停留在技术研究阶段，没有实质性进展，在这一方面，自主知识产权的无线通信技术还需大规模发展。在网络应用上，大中城市的使用率和覆盖率还需要大力提高，特别是高速无线接入的应用。

21世纪的通信技术还处于关键的转折期，现目前的无线通信迈入大规模发展阶段，呈现向宽带多媒体和数据领域转变的态势，在未来的十年内，无线通信技术还将朝着分组化、个人化、综合化、分组化、多元化飞速发展。就目前看来，无线通技术的发展十分火热，正以向高宽带、大范围快速跃进。将来，无线通信领域还可能会出现对无线通信产业有着更加强大推进作用的新技术。但就目前来看，对于无线通信技术，我们应有一个科学理性的态度正确把握，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。无线通讯技术走向趋势呈现出一下几个态势：

首先，就目前的通信领域来看，无线通信技术使用区域、技术特点、和接入速率存在一定的分化，在未来的发展中，各种通信领域的互补性会更加明显。如现在人们比较熟悉的WLAN、3G、UWB等，在互补效应上会更加成熟。WLAN更利于结局中等举例的较高数据接收，3G则更加适应强漫游和广域无缝覆盖的移动需求，而UWB则以低发射率、高传输速率、抗干扰能力强、结构简单和安全性高的为优势，可帮助实现短距离的高速无线连接。未来的无线网络将是一个综合一体化的系统，各种无线通信技术各自发挥作用，大范围来看，3G或者超3G技术将成为该领域主导，而UWB、WLAN等技术则因各自不同的技术特点在相应的区域和覆盖范围内，与3G形成有效互补。因此，我们应当在各种无线的接入和组网的一体化，以及接入手段的多元化上做进一步的尝试和推进发展，更加利于实现不同客户群的需求，实现业务多元化和市场的细化，进一步平衡移动通信的发展状况，同时也达到合理规划无线通信网络和资源有效配置及利用的目的。将无线通信技术演变成为推动社会市场经济发展的强大动力。

第二，单纯从公众移动通信的发展来看，3G已成为现目前全球移动网络发展的趋势。欧美发达国家早已不采用以发展用户数量的模式来实现利润的增长，他们更希望可以通过3G网络搭建更大、更广、更全面的业务平台。就这方面，他们的经验值得我们借鉴。据GSMA和CDG的数据显示表明，目前全国已有超过86%的运营商已提供了3G服务，全球3G用户已高达11.6亿。动态观察显示，3G走势还在继续上升。新兴经济体系为3G发展所作出的重要贡献已被普遍认可。据调查，仅2010年上半年，全球3G用户的增长率就高达37%，其中中国是94.1%。有机构作出这样的预测：今年全球将会有一半以上的3G手机用于新兴市场。3G商务网络部署的启动，也在一定程度上给我们以提示，培育新兴的移动市场将是移动业界所面临的巨大机遇之一。

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2系统硬件设计

专家系统硬件包括嵌入式控制核心模块、测量切换矩阵模块、标准接口模块、总线控制模块、数控电源和电源管理模块、人机界面模块，以及由测试仪器设备构成的测量模块和连接被测无线通信设备的通用射频测试电缆等组成。嵌入式控制核心模块是系统的主控单元，以ARMMICRO2440A核心板为基础，嵌入了WINCE操作系统，并基于LabView开发了系统主控软件，实现对整个系统的控制与管理。测量切换矩阵模块以TMS320F28335数字信号处理器为核心，通过GPIB/VIX总线控制各种虚拟测试仪器，对采集到的信号数据进行运算和解析，并将解析后的数据上传给主控单元进行对比分析。标准接口模块提供LAN、USB、串行、GPIB、VXI等多种接口，通过切换矩阵来控制其中的射频同轴开关、可调衰减器、功率探测器和滤波放大器等接口电路。测量模块包含综合测试仪、矢量分析仪、频谱分析仪等测试仪表，用于采集所需的信号数据。总线控制模块通过RS232和1394接口实现主控单元对系统各部件的控制。数控电源和电源管理模块对系统供电进行智能化控制和管理。人机界面模块通过LCD屏实现专家对系统的操作和人机交互。

3系统软件设计

系统软件设计运用VC/VC++高级语言和NI公司的LabView，开发了故障测试诊断程序集、故障诊断专家知识库与设备信息数据库，以及仪器驱动程序集等软件系统。

3．1故障测试诊断程序集

测试诊断程序集软件由设备整机测试软件和单板测试诊断软件组成。整机测试程序根据诊断数据库提供的信息以树型方式显示功能检测项，当用户选择测试项后，系统依据测试诊断数据库中定义的测试流程完成测试并将测量结果和诊断数据库中的有关数据相比较，从而确定待测设备是否存在故障。单板诊断程序内部包括单板的各种信息注册表，该表将单板具有的所有特征信息组织在一起，可以直观显示单板中各元器件的型号参数等信息，在故障诊断过程中能以文字和图像突出显示的方式指导操作人员进行测试探头或夹具的定位，并能对故障诊断结论中的失效元件在实物图像上闪烁显示，使测试操作生动直观，诊断结果一目了然。

3．2故障诊断专家知识库与设备信息数据库

故障诊断专家知识库包括与整个诊断软件运行相关的专家诊断数据信息(如通信设备故障判别准则信息、检测参数指标、失效判据信息、检测部位－失效类型－失效判据－检测方法逻辑对照信息、故障预测结果、故障预测报告、历史维护记录、系统预设信息、代码信息等)，全面反映通信设备及各板件的累计使用情况、历次维修情况、当前健康状况、损伤残留及待查隐患、任务能力评估以及预定的维修安排等，用来支持推理机根据检测数据对通信系统、子系统和设备板卡当前检测状况的变化做出正确的认定。设备信息数据库包括实时数据库和关系数据库，实时数据库用来装载来自接口适配器的实时检测数据，关系数据库用来装载通信装备整机及单板的型号、厂家、出厂日期、性能指标等基本属性信息表。

3．3仪器驱动程序

VXI总线即插即用(VPP，VXIplug＆play)仪器驱动程序规范规定了仪器驱动程序开发者编写驱动程序的规范与要求，侧重于仪器的互操作性，可使得多个厂家仪器驱动程序共同使用，增强了系统级的开放性、兼容性和互换性。VPP规范提出了两个基本机构模型，第一个模型是仪器驱动程序的外部接口模型，它表示仪器驱动程序如何与外部软件系统接口，外部接口模型包括函数体、交互式开发接口、程序开发接口、VISAI/O接口和子程序接口，第二个模型是内部设计模型，它定义了仪器驱动程序函数体的内部结构，使用一些部件函数共同实现完整的测试和测量操作。

4主要技术指标

1)测试频率范围:1～500MHz。2)测试功能:频谱分析、频率/功率测量、信号激励、时域波形分析、基本电参量测量、音频信号分析、通信误码测试。3)测试速率:不小于50Mb/s。4)系统支持:VXI、PXI和LXI总线技术。5)系统软件:LabView、VisualC++。6)支持通信接口类型:GPIB接口、标准并口、RS232串口、LAN口、1394接口。7)电源及功耗:AC220V±10%、功耗不小于2kW。8)环境适应性:工作温度:－10～50℃，存储温度:－25～70℃。

5主要功能

5．1自治测试功能

系统提供序列化自动测试功能。以收信机为例，待测设备加电后，即可通过数据采集模块采集必要的数据，如电压、阻抗、频率甚至波形信号等，经过信号分析模块通过对测量的各种数据进行分析和处理完成对整机的诊断，如果整机诊断结果显示有故障，故障诊断模块会该将故障定位到某个板件，并在显示设备中显示相关结果，指导下一步的单板检测操作。单板检测需要将设备中板件卸下，插入系统的接口模块，通过宽带可控信号源模块产生板件检测所需要的电源、高频信号、逻辑信号等相关工作数据，并传送给板件，在故障诊断模块的控制下进行故障的分析诊断，可将故障定位到某级电路，甚至元器件，并通过显示设备显示测试诊断结果。

5．2故障诊断功能

系统通过不断的采集被测试设备的信息获得检测信号，通过信号处理得到设备特征信息，并与故障诊断专家知识库中的设备允许参数进行对比和一系列逻辑推理，快速找到最终故障或最有可能的故障位置，然后由用户来证实并形成诊断决策，最后建立维修方案并对设备进行维护和维修。

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1.1区分多重区段

线路架设固有的距离、电磁波固有的波长，会表征着不同比值。依循拟定好的这些比值，可把选出来的区域电场，分出四种区段。具体而言，若预设的通信距离偏近，或拟定好的频次偏低，那么这一区段被设定成准静区。伴随距离拓展，细分出来的这些区段，依次设定成近区、中部架构下的中间区、偏远的区段。测量得来的频率范围，关涉着对应情形下的波长。例如：频率被拟定成10k赫兹这一数值以内，那么波长表征的数值，就被限缩在30千米；依循这一递增规律，可以推测得来幅值特有的衰减常数。由此可得，在偏低频次特有的区段内，如上的比值会满足特有的准静区；若拟定好的通信距离，没能超出2千米，那么给出来的通信范围，就被划归为近区。

1.2明晰运算流程

准静区特有的区段之中，应当经由审慎的运算，计算出拟定好的场，同时辨识场的特性。若给出来的频率既定，且通信距离特有的间隔偏近，那么体系架构以内的架设天线，就被看成近似态势下的恒流偶极子。场强及关联着的电流矩，会凸显出正比的关联；然而，场强与运算得来的电导率、场地固有的水平距离，却带有反比的关联。若拟定好的频率升高，则原初的这种距离，就会快速缩减。如上的运算中，没能考量偶极子特有的埋设深度。真实态势下，水平方位的这种偶极子，会被安设于特有高度的通信线路之内。真正去计算时，还应在拟定好的公式之中，添加衰减因子。

1.3埋地范畴内的偶极子

甚低频架构下的无线通信，拟定好的电场，会跨越这一范畴中的准静区、关联着的近区。接纳过来的信号，主要依凭运输特性的天线。为获取各个层级内的场强数量级，有必要明晰多重参数的更替规律。接收点区段之中的原有场强，会随同变更着的参数，而不断更替。例如：发射天线预设的埋设深度，被拟定成300米；拟定好的这种长度，表征着水平方位的电偶极子。运算得来的电流矩，会达到100A每米。天线固有的上侧区段，覆盖着等效特性的电导层。这一层级固有的电导率，被测定成每米0.018S。由此可推知，划分好的通信范畴，应被涵盖在准静区。把如上的条件，带入给出来的公式，就能明晰接收点关涉的电场；还能明辨电场随同频率而更替这样的规律。若选出了既定的一点，则可以明辨通信距离特有的彼此关联。

2应注重的事宜

依循地层固有的多样磁性，可以辨识这一层级以内的磁导率。除了带有铁磁特性的这种物质，其他范畴之中的关联物质，都很近似拟定好的真空状态。预设的介电常数，关联着极化场这样的频率；介电常数特有的测定及运算，也关涉周边范畴中的环境。干燥特性的区段环境，对于固定着的多重频率，都会保持恒定。潮湿特性的环境，对于关联着的声频，会凸显明晰的干扰。这样测定出来的电导率，会相差偏多的数量级。拟定好的这一电导率应被设定为恒定。为便利接续的通信设计，依循穿透点布设着的大致方向，可以经由运算，得来等效态势的电导率。把测算得来的这种参数，简化为惯常见到的、均质架构以内的电磁波，并拟定可用的穿透模式。等效情形下的电导率，可被概要拟定成平均值。在如上的运算中，应被涵盖的关联参数，包含总体的线路长度、线路固有的导体状态。依循通信地点特有的布设状态，得到平均态势中的电导率。

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2无线通信LTE技术及应用研究

2.1LTE技术的创新应用

基于4G基础之上的无线通信LTE技术并没有沿用3G系统的关键技术，它采用了全新的设计理念，对技术进行了革新，实现应用的创新。LTE技术的结构主要是由NodeB构成的，它有助于减小延迟，简化技术，实现较低的成本和低复杂性。此外，其中含有的RNC节点也更少，对3GPP技术的贡献是非凡的。总的来说，LTE无线通信技术采用了频分多址系统，属于技术改进后的OFD-MA，它能够实现正交输送，并兼顾单载波传输低峰数值，减少成本花费。在此基础上，其内部还采用了扁平的网络结构，实现了多天线技术的运用，取消了RNC节点，并实现了分集、阵列、空分复用的增益，可以使不同方向的多个用户获得同时段服务，提升峰值数率和数据传送速度。

2.2LTE技术的实际应用

在科学技术日渐完善的大背景下，无线通信LTE技术已经逐步应用到了各行各业，且其技术特点也在日渐成熟。例如，在我国的上海世博会上，高清视频监控的初步演示就将LTE技术应用在了其中，将网络移动采编播设备利用到了系统之中。该技术的有效使用，能够实现视频、音频等素材的快速传回，提高新闻的时效性，满足新闻传播的诉求。从传播速度上考虑，用户在使用LTE无线通信技术后，下载容量40G的3D影片，不到两小时就可以完成，其速度提高了10倍以上。

2.3LTE技术的应用

展望一方面，LTE技术是由3G技术向4G技术演进的必经之路。其在应用过程中采用了最新的B3G或4G技术，如OFDM和MIMO等，在一定程度上而言可以说是4G技术在原有技术上的科学利用。它在具有LTE技术优越性的基础上，也更加接近4G系统技术。另一方面，LTE技术的产生应用并不是一个简单的过程，它主要是在与WiMAX的竞争中实现了发展。现如今，WiMAX的802.16e标准正在申请进入3G系统，802.16e技术更是入选了IMTAdvanced的候选行列，并坚持保存其原有的兼容特点。在未来的技术应用领域，势必会出现WiMAX技术与LTE技术的竞争局面，在高技术领域保持良好应用，促使其更好的发展。

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2无线局域网的基本设备

2.1无线网卡

网卡又被称为网络适配器，它是将计算机和网络电缆连接在一起的基础设备，因此，只要采用无线信号，计算机之间就能够进行通信和数据传输，其功能和普通的电脑网卡相同，区别只是在于不用进行有线的连接。

2.2无线AP

无线AP指的是无线接人点，英文缩写为AccessPoint,主要用于无线网络的无线交换机中，它是无线网络的核心。一般情况，无线AP主要用于家庭、大楼以及园区的内部，如果移动计算机的用户想要进入网络中，就需要先进入到有线网络的接入点中，从而使得信号的覆盖范围远达几十米，甚至到上百米。

2.3无线天线

无线天线是指在信号传输过程中，将传输线中的电磁能转化为自由空间的电磁波，或者是将空间内的电磁波向传输线中的电磁专用设备转化。一般当无线网络的网络设备之间相距较远时，信号强度就会随着距离的增加而不断减弱，与此同时，信息的传送速度也会降低，这样就会导致无线网络没有办法正常的运行，这个时候就又要借助无线天线来增强所接受或是传送的信号，保证无线网络的正常运作。

2.4无线路由器

人们所熟知的无线路由器是指带有无线覆盖的路由器，一般在路由器的应用下，可以实现用户上网和无线的覆盖。另外，无线路由器可以将其无线和有线连接的终端都分配到一个子网中，从而使得子网内的各种网络设备更加方便的就能进行数据的交换。

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第一阶段为20年代初至50年代初，主要用于舰船及军有，采用短波频及电子管技术，至该阶段末期才出现150MHZVHF单工汽车公用移动电话系统MTS。

第二阶段为50年代到60年代，此时频段扩展至UHF450MHZ，器件技术已向半导体过渡，大都为移动环境中的专用系统，并解决了移动电话与公用电话网的接续问题。

第三阶段为70年代初至80年代初频段扩展至800MHZ，美国Bell研究所提出了蜂窝系统概念并于70年代末进行了AMPS试验。

第四阶段为80年代初至90年代中，为第二代数字移动通信兴起与大发展阶段，并逐步向个人通信业务方向迈进；此时出现了D-AMPS、TACS、ETACS、GSM/DCS、cdmaOne、PDC、PHS、DECT、PACS、PCS等各类系统与业务运行。

第五阶段为90年代中至今，随着数据通信与多媒体业务需求的发展，适应移动数据、移动计算及移动多媒体运作需要的第三代移动通信开始兴起，其全球标准化及相应融合工作与样机研制和现场试验工作在快速推进，包括从第二代至第三代移动通信的平滑过渡问题在内。

2无线通信领域的未来发展趋势

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，移动与无线技术在演进中走向融合。当前，移动、无线技术领域正处在一个高速发展的时期，各种创新移动、无线技术不断涌现并快速步入商用，移动、无线应用市场异常活跃，移动、无线技术自身也在快速演进中不断革新。在网络融合的大趋势下，3G、WiMAX、WLAN等各种移动、无线技术在演进中相互融合。

在多元融合的大趋势下，3G、WiMAX、WLAN等各种无线技术在竞争中互相借鉴和学习，涌现出了同时被上述无线技术采用的新型射频技术，如MIMO和OFDM技术等。与此同时，在以ITU和3GPP/3GPP2为引领的蜂窝移动通信从3G到E3G，再走向B3G/4G的演进道路上，以及IEEE引领的无线宽带接入从无线个人域网到无线局域网、无线城域网，再到无线广域网的演进道路上，都开始增加对方的内容，例如：移动通信不断强化宽带传输性能，无线宽带接入不断增强漫游性能以及安全性能。

借鉴WiMAX的高速数据传输特性，蜂窝移动通信启动了LTE，即“3G长期演进”项目，用以增强宽带传输性能。LTE的确立，令蜂窝移动通信系统的技术线路与定位为“低移动性宽带接入”的WiMAX有了很多的相似之处。

在“无线＋宽带”的大趋势下，无论是蜂窝移动通信技术还是WiMAX、WLAN等无线宽带技术，都面临着同样的考验：信道多径衰落和频谱效率。在这样的情况下，OFDM和MIMO就成为各种无线技术的共同选择。OFDM在解决多径衰落问题的同时，增加了载波的数量，造成了系统复杂度的提升和带宽的增大；MIMO则能够有效提高系统的传输速率，在不增加系统带宽的情况下提高频谱效率。因此，OFDM和MIMO的结合，成为推动“无线＋宽带”发展的重要力量。

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。

由于无线通信网络存在的带宽需求和移动网络带宽不足的矛盾，用户地域分布和对应用需求不平衡的矛盾以及不同技术优势和不足共存的矛盾，因此，决定了发展无线通信网络需要综合运用各种技术手段，从全局和长远的眼光出发，采取一体化的思路规划和建设网络。发挥不同技术的个性，综合布局，解决不同区域、不同用户群对带宽及业务的不同需求，达成无线通信网络的整体优势和综合能力。对此，我国政府管理部门也应该积极为运营商配备充足的频谱资源，为其综合规划提供有力的支撑和保障。

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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。

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2基于ZigBee技术的电梯安全监控系统设计的规划

2.1系统的硬件规划

在硬件规划方面，文章以ZigBee无线微控器与电梯的管理做结合，依此建构低成本的电梯信息管理与监控系统，通过无线模块，管理者可以有效取得电梯运行的信息，其中实体的硬件架构规划上，无线控制器采用TI的ZigBee-CC2430模块。CC2430微控器，它是由TI公司收购无线单片机公司CHIPCON后推出的ZigBee无线单晶片，而CC2430也是一个真正符合IEEE802.15.4标准的晶片系统，ZigBee-CC2430除了包括RF收发器外，还内建加强型8051MCU、32／64／128KB的Flash、8KB的RAM以及ADC、DMA等。CC2430可工作在2.4GHz频段，2.4G频段为所谓的ISM频段，为专门提供给工业、科学与医学使用的免费频段，此外，CC2430采用低电压（2.0～3.6V）供电，且功耗很低（接收数据时为27mA，发送数据时为25mA），最大传送速率为250kbps。本系统通过无线模块CC2430的结合，可减少电路元件的使用，对于开发低功耗的无线相关产品有很大的帮助。系统的Master端与Client端之间使用2.4GHz无线通讯模块ZigBee-CC2430作为彼此连线的传输界面，Master端的无线微控器模块一方面以无线通讯的方式接收来自Client端的信息；另一方面则通过RS-232与电脑串列通讯埠连接，再经由程序的设计，PC端便可取得输出入的信息。至于Client端则以无线传输的方式周期性发送电梯运行信息给Master端。对于用户端而言，主要是要通过浏览器，经因特网取得电梯信息或进行电梯系统的管理（系统管理者）。

2.2系统软件设计规划

首先，用户端（可以是驾驶人员，也可以是系统管理者）可以使用任何可上网的装置（如智能型手机、PDA或电脑）连上服务器，电梯乘客可以通过网页查看目前电梯是否安全运行，而管理者则可经用户端浏览页面里的验证身份（帐号密码）登入至服务器管理者页面监控目前电梯状况、设定、查看资料等。因此，软件设计分成三个部分：无线通讯部分、伺服端的PC监控系统及伺服端的网络浏览程序。

以下针对各部分的软件设计的功能与内容分别加以说明：一是在无线通讯设计方面。Master无线模块的主要功能为收集各个Client端（电梯运行端）的电梯运行信息，由于每个Client端的无线模块均设定了唯一的ID，因此，Master端的无线模块可以将具备ID的Client端信息送至PC加以处理。至于Client端无线模块的功能则是周期性的将电梯运行的即时电梯运行状态送至Master端。Master端也可以看成是一个无线的服务器，它能与多个Client端连线。Master端在启动后会进入待机状态，若Client端发送信息时，便会将所收到的数值传回PC端作监控。二是在服务器端监控设计方面。PC端的功能为电梯的资料汇整处理与监控，无论是电梯是否安全运行，都通过PC端进行监控，并将所取得的信息存入资料库中。此外，监控端还设计了其他实用功能。各功能简单说明如下：（1）趋势图：该功能让管理者查询到在一日、一周、一年所进出的电梯运行状况。（2）安全隐患明细表：该功能可以让管理者查询电梯安全隐患出现的时间与对应的原因。（3）故障查询：该功能是让管理者得知是否存在故障。三是在伺服端的网页浏览程序设计方面。该部分设计是要使管理者通过浏览页面呈现目前电梯的即时状况，网页的基本信息包括：Master端CC2430目前连线PC端状况、电梯安全状况、乘客数量显示。使用者通过服务器上的网页浏览程序直接读取资料库的内容，以呈现电梯的即时状况，其中呈现的页面以每秒扫描的方式进行资料的更新。浏览程序设计也结合AJAX控制项，该控制项的主要功能为在扫描更新电梯信息时，不会产生因刷新整个网页画面造成的闪烁情况，提供较舒适的网页阅读环境。另一方面，为区分网页提供的功能，另增设身份验证登入，除一般用户可获得电梯信息外，管理者则可直接在网页上进行日期方式读取资料库档案及搜寻范围等。

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引言

现代世界是一个高速自动化的世界，各种各样的设备除了可以与计算机联机外，还可以互联机，而最简单的自动化联机方式就是使用串行通信。随着时代的进步，它并没有被取代，后倒是逐渐被广泛应用。如今，在许多场合有线连接的方式已经不能满足科技的高速发展。无线技术正以一种快速的速度进入许多产品，它与线相比主要有成本低，携带方便，省去有线布线的烦恼；特别适用于手持设备的通信、电池供电设备、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信、无线数字语音、数字图像传输、智能小区不停车收费、银行智能回单系统等。在如此多的无线系统应用中，无线通信的协议自然显得特别重要。无线通信协议的好坏直接关系到系统的安全性、误码率以及系统运行的速度。本文以上海桑博科技有限公司的STR-2无线收发模块为例，详细介绍无线收发模块与各种单片机的硬件接口设计，点对多点无线通信协议的数字打包格式、解包程序以及相关软件设计。

1系统概述

1.1链状点对多点系统

图1所示的系统是由一台中央监控设备CMS（CentralMonitoringSystem）和多台远程终端设备MRTU（MultipleRemoteTermialUnit）构成的点对多点的多任务无线通信系统。在中央监控设备CMS与远程终端RTU（RemoteTermialUnit）之间用多台中转设备Tran作为中转站，以便起到暂存数据和延伸距离的作用。中转站之间，以单向通信方式进行传递数据。

（1）适用范围

*传输距离远的多点多任务数据采集；

*条件恶劣、干扰大、多点多任务数据采集；

*对时间要求不高的各种复杂无线数传；

*智能小区水、电、煤、暧气集中抄表系统，各种远程集中按防报警系统等。

（2）协议数据包格式

协议的第一件事就是能够识别噪志和有效数据。噪声是以随机字节出现的，没有明显的结合方式；噪声源可以产生任意字节的组合。在无线通信的过程中，最好能通过一种协议有效地抑制噪声的产生。

通过测试和试验发现，0xFF后跟0xAA、0x55在噪声中不容易发生。传输协议应该在数据包前加开始字节，0xFF后跟0xAA、0x55发送协议的开始应该是一个任意内容的字节（这是因为第一个字节的数据在发送时容易丢失），然后是0xFF后跟一个0xAA、0x55；接收协议规定只接收以0xFF后跟0xAA、0x55开始的包，于是就可以很方便地把以上系统的数据包格式定为：

Lead1Lead2Lead2HeaderLengthHostIDLocaDestination

UnitData1Data2…DatanChecksum

Lead为引导字节

Leader1=0xFF；

Leader2=0xAA；

Leader2=0x55；

Header为数据包的命令字节，由此确定数据包的类型；

Length为数据包包含的Length字节之后的所有字节的长度；

HostID为主机地址；

Local为本地机地址；

Destination为目标地址；

Unit为RTU地址字节；

Data为数据包字节；

Checksum为校验字节。

1.2星状点对多点通信

图2系统是由一台中央监控设备CMS和多台远程终端设备MRTU构成的点对多点多任务无线通信系统。在中央监控设备CMS与每一台远程终端RTU都以双向通信方式进行传递数据；特别适用于数据量大，对时间要求较高的场合。

（1）适用范围

*传输距离较近的地方；

*条件恶劣、干扰大的地方；

*对时间要求高、数据量大的场合；

*智能小区水、电、煤、暧气集中抄表系统，各种远程集中安防报警系统等；

*智能家用集中控制系统；

*工业测控、工业数据采集；

*医疗器械、健身器材；

*数据仓库、智能商场超市导购；

*餐饮无线点菜系统；

*PDA无线数传；

*水纹气象监控；

*生物信号采集；

*油田环境监控；

*银行智能回单系统等。

（2）协议数据包格式

根据图2可以把系统的数据包格式定为：

Lead1Lead2Lead2HeaderLengthUnit

Data1Data2…DatanChecksum

Lead为引导字节

Leader1=0xFF;

Leader2=0xAA;

Leader2=0x55；

Header为数据包的命令字节，由此确定数据包的类型；

Length为数据包包含的Length字节之后的所有字节的长度；

Unit为RTU地址字节；

Data为数据包字节；

Checksum为校验字节。

2硬件设计

上海桑博电子科技有限公司STR-2RF模块的核心部分为nRF401，外加精心设计的内置天线，具有体积小（37mm×47mm），功耗低的特点；传输距离为200m，最大传输速率为20kb/s；接口电路简单，可直接与单片机的通用串行口（UART）口连接。图3所示为硬件框图。

STR-2RF引脚功能如下：

VCC——正电源，接2.7～5.25V;

CS——频道选择，CS=0为选择工作频道1（即433.92MHz），CS=1为选择工作频道2（即433.33MHz）；

DOUT——数据输出，连接MCU串口RXD；

DIN——数据输入，连接MCU串口TXD；

GND——电源地；

PWR——节能控制，PWR=1为正常工作状态，PWR=0为低功耗状态；

TXN——发射接收控制，TXN=1时模块为发射状态，TXN=0时模块为接收状态；

3软件设计

在系统中，所有STR-2RF模块均采用433.92MHz作为系统工作频率。下面以星状点对多点通信系统为例，详细介绍系统的软件设计。

（1）主程序设计

为了避免同频干扰的问题，系统采用时分TDMA（TimeDiveisionMultipleAccess）技术，把系统CMS与任意一台RTU之间的通信采用时分的方式分开，CMS通过扫描的方式与各台RTU设备进行单台通信，这样系统中的CMS与RTU的通信方式就成为点对点的通信方式。整个点对多点系统的通信就成为若干个点对点通信的组合。程序采用C51单片机语言编写，其主控程序流程如图4、图5所示。

（2）打包与解包

协议将主要数据分割成一定格式的数据，并增加一些额外的信息（用于纠错），这个过程叫打包；在接收端协议去掉这些额外信息，只留下初始信息，这个过程叫解包。

打包程序如解包程序见网络补充版。