现代无线通信技术论文范文
时间：2023-01-20 14:45:58
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篇1
3G指的是第三代移动通信，现阶段全球范围内包括三种主流3G标准。中国科研人员通过不懈努力，成功研发出了国际通用的标准，即TD-SCDMA。这三类技术有不同的优缺点，是3G技术的主流应用标准。3G网络能够在各类蜂窝之间自由切换，可以在移动的条件下进行数据传输，且可以应用于大范围传输，能够传送语音类与数据类讯息。
1.2宽带固定无线接入技术快速发展
宽带固定无线接入技术有诸多优势：带宽高、建设速度快、接入手段灵活多变等。因此无线通信业越来越加大了对该技术的投入。然而也存在一些局限性，譬如高频段的LMDS技术无法应用于恶劣天气条件下，而DDMS技术在国内的应用带宽受限，其发展受到了约束。正基于此，在现实应用中必须依照具体情况，有针对性地进行应用，最大化其特长，规避其缺陷。
1.3蓝牙技术成为新兴的短距离无线通信技术
远距离无线通信技术逐渐更新换代，而近距离无线通信技术也在同步发展。现阶段，人们随身携带的通信工具，主要利用红外线进行传输，通过IRDA能够避免长距离电线电缆的麻烦，但仍然不便于利用。蓝牙技术应运而生，并成功地在短距离内创建了公众化的无线网络。各种信号均可以借助接入点进行传输，摒弃了传统的电缆，而且被广泛应用于交互式短距离无线通信中。这就包括了电话会议、相机与电脑终端之间的图像传输、不同家庭电器的遥控等。
1.4Wimax成为宽带无线技术新产物
Wimax科技正逐渐兴起，其特点是远距离传输与高带宽。通过Wimax，人们有效地构建了城市之间、城乡之间的无线网。Wimax能够覆盖几十公里以上，网络速度达到了几十M/s。所以有些科学家认为，其远距离与高速传输服务也许会抢占3G通讯的市场份额。Wimax技术在运营开支、传输速度和距离等层面有着得天独厚的优越性，也许会成为一类开创产业新局面的科技。
1.5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。
2未来无线通信领域的发展趋势
现代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。
2.2蓝牙技术将革新现代无线通信业的发展
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。
2.3无线网络通信技术的融合趋势
2.3.1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。现代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。
2.3.2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。
篇2
传统的视频编码标准都是围绕比特流的概念组织的。实际上用于传送数字视频的大多数网络体系结构并不适合直接传输比特流。在许多网络体系结构中，比特流需要拆分为数据分组。这些分组的特性，如最小/最大尺寸、相关开销和差错属性等在网络体系结构间、甚至在某个给定的网络体系结构内也是很不相同的。假如视频编码器自身能和网络特性很好的匹配，将能够获得更好的视频QoS。问题是如何容错地支持易差错的无线移动网络？为了解决无线移动信道视频的容错传输，我们将采用如前向纠错编码及支持差错复原的视频压缩编码技术来解决。H.264编解码器可以很好的解决易差错信道的视频容错传输。在3GPP/3GPP2的传输环境下通过选择适当的条带长度使H.264编解码器和无线移动信道的网络特性得到很好的匹配，实现无线移动信道视频的容错传输。H.264标准适用于无线网络传输的主要原因之一就是在概念上分为两层：视频编码层VCL(VideoCodingLayer)和网络抽象层NAL(NetworkAbstractionLayer)，其中VCL负责高效的视频内容表示，它被设计成尽可能独立的网络，NAL负责对编码信息进行打包封装并通过指定网络进行传输。H.264中还定义了两种新的帧编码类型，即SP帧和SI帧来完成不同流的切换，可以根据传输网络和用户终端的具体情况自适应地在不同码率的视频流之间切换，这大大改善了视频流对3G网络的适应性。
一、3G视频通信中容错技术的应用
3G通信技术的出现使对话式无线视频业务成为可能，虽然3G网络在移动环境下的带宽可达384kbps，在静止环境下的带宽可以达到2Mbps，但是由于信道衰减、建筑物遮挡、终端移动、多用户干涉等原因影响，使得信道是时变且高误码的，因此，在3G网络上传输视频流时，仅仅追求高的压缩效率是不够的，必须有一定的容错和错误掩盖措施。最新的3GPP/3GPP2标准要求3G终端支持H.264/AVC视频编解码技术，同时由于硬件的限制，3G终端只支持部分H.264/AVC的容错工具。H.264中虽然提供了一些容错工具，但是它们有各自不同的用途和目的，即在不同的场合需要选择不同的组合来使用。
1.1错误隐藏技术由于错误隐藏技术能够利用接收到的数据来恢复丢失的数据，因此一般都应用在解码器端。在无线网络环境中，解码器的这种能力尤其重要，因为无线网络环境中误码率高，很多RTP包在传输中被网关或者路由器丢弃，而这些丢失的数据又必须在解码器端根据空间和时间上的相关性来恢复。错误隐藏技术的实现方法也很多，在JVT参考软件中，就使用了一种空间相关性的方法，即使用被丢失宏块周围的4个宏块来恢复被丢失的数据，其选用的标准是使恢复后边缘数据的SAD(sumofabsolutedifference)差最小。这种方法的效果虽不是最好，但是计算简单有效。
1.22Slice结构为了满足MTU大小的要求，在3G网络视频传输中对视频进行分片压缩显得尤其重要。经过分片压缩后的视频中每个RTP包中包含一个片，一般每个slice中包含一个或者几个宏块，并以RTP包的大小满足MTU的要求为准。
1.3帧内编码块刷新由于帧内编码不依赖时间上相邻帧的数据，所以帧内编码块能有效地阻止由于包丢失甚至帧丢失而引起的错误传播。对于对话式视频业务来说，由于实时性要求高，而且I帧刷新的频率较低，因此可以用帧内编码块来部分代替I帧的作用。H.264／AVC提供了两种帧内编码块刷新(intrablockrefreshing)模式；其中，一种是随机模式，即用户可以选择帧内编码块的数目，而由编码器随机决定哪些哪些位置上的宏块实行帧内编码；另一种是行刷新模式，即编码器在图像中依次选择一行进行帧内编码，但图像分辨率大小不同，每次需要帧内编码块的数目也不同，例如在QCIF格式图像中，每次需要选择一行，即11个宏块进行帧内编码，而在CIF格式图像中，这个数字变成22。
1.4参数集(ParameterSets)H.264标准中，取消了序列层和图像层，将原本属于序列和图像头部的大部分句法元素分离出来形成序列参数集SPS(SequenceParameterSet)和图像参数集PPS(PictureParame2terSet)。序列参数集包括了与一个图像序列有关的所有信息，如编码所用的档次和级别、图像大小等，应用于视频序列。图像参数集包含了属于一个图像的所有片的信息，如嫡编码方法、FMO，宏块到片组的映射方式等，应用视频序列中的一个或多个独立的图像。多个不同序列参数集和图像参数集被解码器正确接收后，被存储于不同的己编码位置，解码器依据每个己编码片的片头的存储位置选择合适的图像参数集来使用。
1.5冗余片(RedundantSlice)H.264编码器除了对片内的宏块进行一次编码外，还可以采用不同的编码参数对同一个宏块进行一次或多次编码，生成冗余片，冗余片的信息也被编码进同一个视频流中。解码器在能够使用主片的情况下会抛弃冗余片，反之如果主片丢失，也可以通过冗余片来重构质量。
1.6灵活的宏块排序(FMO)FMO技术通过片组(slicegroup)技术来实现。片组是由一个或者多个片组成，而每个片中通常包括一系列的宏块。采用FMO进行视频编码的好处在于，可以使因信道传输而引起的错误分散。具体实施方法是：帧图中的宏块可以组成一个或几个片组，每一个片组单独传输，当一个片组发生丢失时，可以利用与之临近的已经正确接收到的另一片组中的宏块进行有效的错误掩盖。片组组成方式可以是矩形方式或有规则的分散方式(例如，棋盘状)，也可以是完全随机的分散方式。采用FMO提高了码流的容错能力，却使编码效率有所降低，同时也会增加编码延迟时间。
二、结论
通信技术的飞速发展，第三代数字无线移动通信网络以及多媒体信息服务(MMS)的兴起为无线移动环境下的多媒体通信业务(特别是视频)提供了应用和发展的需求．多媒体业务是3G的基本业务之一，然而视频通信业务对3G网络还是一种挑战，这是由于无线网络是一种易错网络，容易受到多径干扰、阴影衰落等多种条件的影响，致使视频传输流中的RTP包会大量丢失，因此对于3G无线网络中的视频通信业务，容错技术是不容忽视的。H.264／AVC视频编码标准本身提供了许多容错工具，可以很好的解决易差错信道的视频容错传输，提高3G视频通信的可用性。
参考文献：
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1 引言
目前，随着煤矿机械化、自动化程度的不断提高，通信技术在煤矿生产中的地位显得越来越重要，已成为煤矿实现科学管理、提高劳动生产率、防止事故灾害、降低百万吨死亡率的必要手段。煤矿通信系统可分为地面通信和井下通信两大部分。论文参考。近几年来地面通信得到迅猛发展，设备、容量、技术不断更新，逐步实现了数字化、程控化,通信的可靠性和稳定性也逐渐提高，地面通信正在向集语音、图像和数据传输“三合一”的综合信息网方向发展。但是，煤矿井下通信由于受通信设备技术、特殊环境条件等问题的制约,还存在许多问题。因此,建立一个畅通、灵活、可靠的井下通信系统是现代化煤矿建设的首要任务之一。
2 煤矿井下通信的特点
在煤矿通信的现代化进程中，井下通信作为重要的生产要素之一早已渗透在安全生产的每一个环节当中，特别是在生产指挥调度和安全的信息交流方面，都起着举足轻重的作用。煤矿井下通信系统由于其环境的特殊性,具有较强的煤矿专业特征。
2.1 通信设备设计及制造方面的特点：
(1)井下通信设备必须具备本质安全性或防爆性，以适合在含爆炸性气体的场合使用。所谓本质安全性是指正常工作或故障状态下装置产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性混合物。这就要求在电路设计时，对功率分配、元器件选择，包括制作工艺保护措施都要做出特殊的考虑，不能直接照搬电信系统的设备或标准。
(2)设备必须体积小巧，质量轻，外壳必须具备防潮、防尘、防机械冲击的能力。这是因为井下工作人员劳动强度大，井下巷道特别是工作面空间窄小，负重行动不太方便，而且生产岗位经常变动，流动性较大，因此要求设备必须便于携带和使用。
2.2 通信设备功能上的特点：
(1)通信系统对生产调度人员必须提供较高的优先权，可实现选呼、群呼、强插、强拆、录音、扩音等功能，以便使指挥人员能畅通、无阻塞地呼叫任何终端。
(2)在重要通信点上应具备紧急呼叫和双向报警功能，以提高对事故灾害的应变能力。
(3)随着煤矿井下安全生产及井下人员定位系统发展的需要，井下设备应当具有较强的移动通信功能，而矿井巷道为非自由空间，无线电波在井下巷道的传输受到根本性制约。所以应当研制功能更强的设备应用于煤矿井下的移动通信。
2.3 通信设备性能上的特点：
(1)井下通信设备是在信道条件较差的情况下工作，与地面通信有着较大的区别，地面通信设备的设计制造是以比较确切的信道参数为依据的。而由于井下环境较差，潮湿、粉尘严重，且在狭小的巷道空间内布有铁道、管道、支架、电缆等金属构件，所以，无论是专用信道还是借用信道,其特性都会受到较大的影响，使信道特性变坏或不稳定。
(2)井下用电设备配置量大，启动频繁，对信道形成的电气干扰的噪声频谱宽、电平高。这些都对井下通信设备的运行构成较大的影响。这就要求运行于井下的通信设备在性能上必须能适应较差的信道条件和较强的干扰。
3 煤矿井下通信技术
建立功能完善的井下通信系统对于提高自动化程度、劳动生产率、加强安全防护等方面都有着非常重要的意义。井下通信作为现代煤矿通信技术的重要组成部分,现在亟待开发、研究、完善和提高。目前,井下通信技术主要有以下几种。
3.1 载波通信技术：
载波通信是煤矿应用较早的一种通信方式，在语音、控制及信号监测方面都有应用。架线机车动力载波通信系统是煤矿早期实现电机车移动调度通信的主要手段，目前仍有一部分矿井在继续使用。由于矿井载波通信的借用信道多数是动力电缆或机车的架线等，这些信道分支多，线路上设备起动频繁，造成信道参数随时间和地点的变化很大，因而通信质量不理想。目前载波通信系统在传输距离、通话清晰度、抗干扰性能等方面和感应通信及漏泄通信技术相比有较大差距，将逐步被替代。但在一些特定的工作环境，比如采煤机的动力载波监测等应用场合，采用动力线作为监控装置的载波信道仍有其实用价值。论文参考。
3.2 漏泄通信技术：
是利用表面开孔的同轴电缆(漏泄电缆)在巷道中起到长天线的作用，实现移动电台之间或与基站之间的可逆耦合，已获得较好的通信质量。采用漏泄电缆实现井下巷道内无线电波的传输是一种比较理想的方法。漏泄通信技术不仅应用在矿井中，而且应用于公路、铁路隧道、地铁及地下停车场等场合，在国内外受到普遍的重视。其缺点是系统造价昂贵，又需敷设专用传输线，且信号接收局限在离导线30m以内，传输线架设和维护需花一定代价。
3.3 感应通信技术：
就是利用普通的金属导体，如电线、电缆、钢轨等，与移动电台之间的电磁感应，静电耦合的一种通信方式。它似乎像有线电，又有点像无线电，美其名曰“感应无线电”。通信与普通电台的通信过程十分相似。感应通信系统具有系统组成简单、价格较低、感应线敷设简便(甚至可以用金属管道作为感应线)、无需中继器等优点,是煤矿井下比较受欢迎的一种移动通信方式。它能以较小的发射功率实现较长距离的通信，能同时实现几个方向通信。感应通信系统为减小传输衰减,选择的传输频率较低(一般在2MHz以下)。而煤矿井下在低频段的电磁噪声较大,所以感应电话通话质量在有些矿井不理想，噪声较大。另外，感应线离巷道壁太近时，形成电磁场空间分布的不均匀，引起较大的损耗，影响传输距离。
3.4 井下光纤通信技术：
国际上实用的光纤通信系统是1970年以后才发展起来的。由于光纤通信容量大、中继距离远、防爆性能好、抗干扰能力强，使光纤通信技术及其应用发展很快。1991年我国第一套井下光缆通信系统KT1系统研制成功，成功地解决了井下光缆的接续技术和井下光通信的若干技术难题，填补了井下光通信产品的空白。目前煤矿井下的光纤通信技术已经在许多领域发挥作用。除传统的语音通信外，光纤是监测监控系统中理想的高速信道。光纤通信的低损耗无中继传输优点使光纤工业电视系统成为井下工业电视系统的主导产品。光纤通信技术是一门新兴的正在不断发展的技术。就目前的井下光纤通信系统而言,光通信的许多优越性还有待进一步发挥。光纤通信在煤矿井下通信系统中的地位将会有更大的提高。
3.5 井下PHS通信技术：
PHS是日本开发的网络系统，日本人称之为“个人手持电话系统”（英文缩写PHS，就是我们常说到的个人无绳市话系统），于1995年7月开通运营。PHS井下通信技术与目前应用于井下的其他无线通信系统（包括井下泄漏通信）有完全不同的设计理念。其技术来源于成熟的公众移动通信技术，即PHS系统。经过一定的技术改造后把它移植于煤矿井下，是对传统井下无线通信的突破，有传统井下无线通信不可比拟的技术优势。该系统在现代公众无线通信的高技术平台上开发，系统中各种设备与传统煤田井下通信设备相比有较高的可靠性和性价比，并能够得到生产厂商的长久支持。PHS通信系统作为一个无线传输平台，具有较强的扩展性，平台上可实现高速数据业务、人员定位信息的传送等，为系统的应用提供更大的空间。可同时为煤矿井上、井下提供无线通信服务，在煤矿形成一整套覆盖井上、井下立体的无线移动通讯及生产调度系统。
3.6 蓝牙通信技术：
是一种短距离的无线数据与语音通信的开放性全球技术规范，它最初的目标是取代现有的掌上电脑、移动电话等各种数字设备上的有线电缆连接。使用国际上无需授权的2.4GHz的 ISM 频段，采用了跳频方式来扩展频谱分成79个无线信道。从目前的应用来看，由于蓝牙芯片体积小、功率低、接口标准、成本低，其应用已不局限于计算机外设，几乎可以被集成到任何数字设备之中，特别是那些对数据传输速率要求不高的井下移动设备和便携设备。论文参考。在井下通信时具有很好的抗干扰能力。
除了以上的井下通信技术以外，在实际应用中根据情况还可以采用扩频技术、复用多址技术等技术来提高井下通信的可靠性及安全性。
4 结语
煤矿通信技术正在进入一个新的飞速发展时期，计算机技术、微电子技术的不断突破给这一领域注入了新的活力。地面通信正在向数字化、综合化方向发展，实现语音、数据、图像的综合传输,并且和计算机技术、网络技术、光纤通信技术相结合,构成新型的地面综合调度通信系统。井下通信将进一步应用先进的通信技术，最终构成有线和无线相结合、电缆与光缆相结合、固定和移动相结合、灵活方便、大容量、多信道、多功能的全矿井移动通信网络。展望未来几年,煤矿通信系统将伴随着现代科学技术的飞速发展在许多重要方面有所突破,从而给煤矿通信的面貌带来更大的改变。
参考文献:
[1]我国煤矿通信技术的现状和发展. 政. 煤矿自动化. 1998
[2]新型无线通信系统在煤矿通信的应用.通信世界. 王满福. 2006
[3]浅谈煤矿井下通信系统的特点及要求. 臧金华.中州煤炭.2005
[4]浅谈煤矿井下通信管理. 燕宪连.煤矿自动化. 1999
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1.前言
目前我国照明用电量占建筑用电的20%-30%，智能照明电气公司生产的场景控制器和调光产品基本上都采用开环控制，根据区域要求打开光源并调节光的输出，这样很难达到该环境最合理的照度，通常调节好一个照度水平后，不会再根据该环境的光线强度来改变照度。这种不合理的控制光源方法，增加了用电量，造成大量污染。无线传感器网络技术是本世纪最具影响力的技术之一，如果将无线传感技术应用到照明控制系统中，不仅会大大减少成本，而且节约资源，避免不必要的浪费。
本文提出的照明控制系统主要利用短距离无线通信和CAN总线技术，应用于小环境光源照明控制，由无线通信基站、无线通信从站和终端节点组成。本方案适合小环境光源控制，克服了自动化程度低、管理比较混乱、控制相对分散的传统照明控制系统的缺点，为人们生活提供一个更加智能化的环境。
2.原理及技术
本研究方案主要应用到短距离无线通信技术和CAN总线技术。其中，短距离无线通信技术采用低功率短距离无线通信技术，采用nRF905无线射频收发芯片。无线通信基站由STC89C52和nRF905无线收发器组成。STC89C52为改基站的控制芯片，用来产生控制信号，并对从站返回的状态做出反应，确保照明光源运转正常；nRF905无线收发器为基站信号发送设备，通过nRF905完成对控制信号的发送和对从站发送的照明光源状态信号的接收。
2.1 短距离无线通信
随着通信和信息技术的不断发展，短距离无线通信技术的应用步伐不断加快，正日益走向成熟。一般意义上，只要通信收发双方通过无线电波传输信息且传输距离限制在较短范围（几十米）以内，就可称为短距离无线通信。短距离无线通信技术的工作频段为ISM频段，使用这类频段不需要任何许可证，通常只要求发射不超过一定的功率（通常低于1W），只要不干扰其它频段即可。目前常见的短距离无线通信经常应用于以下几个ISM频段：27MHz频段；2.4GHz频段和315MHz；433MHz和868MHz等频段。
2.2 CAN总线
CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1MBPS。CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线，是最有前途的现场总线之一。
3.选用部件
本方案所用设备主要为PHILIPS半导体生产PCA89C250收发器、SJA1000控制器和挪威Nordic公司nRF905无线收发器。
PCA82C250是CAN控制器的物理接口，其主要作用是：给BUS提供差动发送信号，给CAN控制器提供差动接受信号。该芯片采用5V直流电供电，PCA82C50是针对汽车中高速通讯的应用而设计，符合ISO11898标准。
SJA1000是一种CAN独立控制器，通常用于自动化领域，用来控制区域网络控制。SJA1000与控制器Basic CAN最主要的不同在于SJA1000提供了Pelican的全新工作模式，在该模式下，CAN总线符合全部的CAN2.0B协议。
挪威Nordic公司的nRF905芯片主要应用于小面积区域。nRF905在无线数据通信、无线报警及安全系统、无线监测、无线开锁、家庭自动化和玩具等诸多领域得到广泛应用。
4.系统硬件
4.1 nRF905通讯模块
nRF905与STC89C52单片机硬件接口如图1所示。
4.2 CAN控制收发器
本方案用到的PCA82C250芯片是为CAN协议配置的物理总线接口，能够为CAN总线提供差动发送能力，为SJA1000提供差动接收能力。图2为SJA1000与PAC82C250组成的硬件图。
5.系统软件
硬件操作需要通过软件来实现。软件的基本操作包括初始化和常规服务两部分。初始化服务包括SJA1000和nRF905两个芯片的初始化，SJA1000发送和接收的配置，nRF905的发送和接收的配置；常规服务包括：无线通信基站、无线通信从站、无线终端节点之间的通信。
5.1 CAN总线操作
初始化SJA1000芯片，配置SJA_MOD寄存器，进入复位模式，确定验收滤波器模式；配置SJA_CDR0寄存器，选择PeliCAN模式，禁止SJA1000的CLKOUT引脚；配置总线定时寄存器波特率设置为125Kbps，配置输出控制寄存器为正常输出模式，TX0为下拉，TX1为下拉；配置命令寄存器释放接收缓冲器，配置验收滤波寄存器。
5.2 无线数据操作
初始化nRF905，nRF905所有配置都是通过SPI接口进行，SPI接口由5个寄存器组成，只有在掉电模式和Standby模式是激活的。置高PWR_UP，置低TRX_CE使nRF905工作于Standby模式。SPI接口包括5个内部寄存器：状态寄存器、RF配置寄存器、发送地址寄存器、发送有效数据寄存器、接收有效数据寄存器。通过配置RF配置寄存器可使nRF905正常运行。
5.3 CAN总线数据发送
CAN发送：发送缓冲器配置分为描述符区和数据区，描述符区第一个字节是帧信息字节，它说明了帧格式（标准帧格式或扩展帧格式）、远程或数据帧和数据长度。标准帧格式有两个字节的识别码，扩展帧格式有4个字节的识别码，数据长度最长为8个字节，发送缓冲器长13个字节。配置发送缓冲器工作在扩展帧格式，发送数据帧，数据长度为8个字节，识别码与下位机匹配，发送数据为nRF905无线接收的数据。检测状态寄存器，接收状态位为0、发送完成状态位为1且发送缓冲器状态位为1，则将发送缓冲器数据放入TX缓冲器，命令寄存器SJA_CMR发送请求位置1，发送数据。
5.4 CAM总线数据接收
CAN接收：中断寄存器SJA_IR接收中断位置高，开始接收RX缓冲区数据，将数据存入接收缓冲区，存储完成后接收缓冲器位置高释放RX缓冲区；释放仲裁丢失捕捉寄存器和错误捕捉寄存器。
5.5 无线数据发送
nRF905发送：TRX_CE=0，TXEN=0，nRF905处于SPI编程；CSN置低，SPI等待一条指令W_TX_PAYLOAD=“00100000”，写TX有效数据，写操作从字节0开始；发送TX缓存存放数据；CSN置高；CSN置低，SPI等待一条指令，W_TX_ADDRESS=“00100010”，写TX地址，全部写操作从字节0开始；发送TX缓存存放地址；CSN置高；TRX_CE置高开始发送；发送完成后TRX_CE置低。
5.6 无线数据接收
nRF905接收：TRX_CE=1，TXEN=0，nRF905处于接收状态；DR=1&&TRX_CE==1&&TXEN==0是否为1，判断是否有新数据传入且数据接收完成，TRX_CE=0进入Standby模式；CSN置低，SPI等待一条指令，R_RX_PAYLOAD=“00100100”，读RX有效数据，读操作从字节0开始；CSN置高；TRX_CE=1。
5.7 无线通信基站控制
常规服务即无线通信基站工作包括：在完成对nRF905芯片的初始化后使TXEN和TRX_CE引脚置低，nRF905处于SPI编程，将nRF905所发地址及数据写入缓存，置高TRX_CE和TXEN引脚，发送数据，发送不成功则重新发送，如果成功，置低TRX_CE，等待下一个数据发送。
6.系统测试
将CAN收发器单片机的串行接口与PC机串口相连，利用PC机串口通信程序将数据通过串口发送给CAN接收器，实现CAN节点的收发数据测试。串行通信的参数设置为：串口端口号：1；波特率：9600bps；数据位：8位；停止位：1位。
在使用串口时先要打开串口，然后将数据传给CAN节点单片机。发送数据中要包含无线控制器的下位机地址和其他控制信息，如在实验中使用的节点地址为0x00020406、其他控制数据为34。34对应的二进制数据为00110100。实验表明，本方案给出的无线与有线混合的网络控制系统工作正常。
无线通信基站发送0X34到无线通信从站，从站接收信号后通过CAN总线发送至终端节点，终端节点接收并在数码管显示接收数据，并控制下面LED灯相应的暗灭，显示正常发送RXOK信号通过CAN总线传输至无线通信从站，从站将信号发送至基站，基站接收信号并将数码管置零，等待下一个发送信息。
7.小结
该系统能利用有线与无线网络相结合完成对光源的控制，取得了较好的效果，综合了有线和无线网络的各自优点，使得网络控制成本更低、网络利用率更高、系统智能化更强，便于网络的管理和应用，适合学校、家庭、政府、企业等场所应用，该网络结构的应用将具有可观的社会效益和经济效益。
参考文献
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篇5
一、概述
电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行应运而生的。它同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被人们合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。我国的电力通信网经过几十年风风雨雨的建设，已经初具规模，通过卫星、微波、载波、光缆等多种通信手段构建而成为立体交叉通信网。随着无线通信技术的发展，无线通信系统的特性发生巨大的变化。鉴于采用无线通信网不依赖于电网网架，且抗自然灾害能力较强，同时具有带宽大、传输距离远、非视距传输等优点，非常适合弥补目前通信方式的单一化、覆盖面不全的缺陷。本文简单介绍一下无线通信传输体制的应用特点和优缺点，并分析其在电力系统的应用前景。
二、无线技术介绍
（一）无线通信技术的概念
目前，无线通信及其应用已成为当今信息科学技术最活跃的研究领域之一。其一般由无线基站、无线终端及应用服务器等组成。
（二）无线通信技术的发展现状
无线通信技术按照传输距离大致可以分为以下四种技术，即基于IEEE802.15的无线个域网（WPAN）、基于IEEE802.11的无线局域网（WLAN）、基于IEEE802.16的无线城域网（WMAN）及基于IEEE802.20的无线广域网（WWAN）。
总的来说，长距离无线接入技术的代表为：GSM、GPRS、3G；短距离无线接入技术的代表则包括：WLAN、UWB等。按照移动性又可以分为移动接入和固定接入。其中固定无线接入技术主要有：3.5GHz无线接入（MMDS）、本地多点分配业务（LMDS）、802.16d；移动无线接入技术主要包括：基于802.15的WPAN、基于802.11的WLAN、基于802.16e的WiMAX、基于802.20的WWAN。按照带宽则又可分为窄带无线接入和宽带无线接入。其中宽带无线接入技术的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄带无线接入技术的代表有第一代和第二代蜂窝移动通信系统。
1.主流无线通信技术
从技术发展的趋势可以看出，以OFDM+MIMO为核心的无线通信技术将成为未来无线通信发展的主流方向。而目前基于该技术的无线通信技术主要有：B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4种技术。
2.其他无线通信技术
除了上述主流的无线通信技术外，目前已存在的无线通信技术还包括：IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距离通信技术及LMDS、MMDS、点对点微波、卫星通信等长距离通信技术。
（1）IrDA：Infrared Data Association，是点对点的数据传输协议，通信距离一般在0～1m之间，传输速率最快可达16Mbps，通信介质为波长900纳米左右的近红外线。
（2）Bluetooth：Bluetooth工作在全球开放的2.4GHzISM频段，使用跳频频谱扩展技术，通信介质为2.402GHz到2.480GHz的电磁波。
（3）RFID：Radio Frequency Identification，即射频识别，俗称标签。它是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID由标签、解读器和天线三个基本要素组成。
（4）UWB：Ultra Wideband，即超宽带技术。UWB通信又被称为是无载波的基带通信，几乎是全数字通信系统，所需要的射频和微波器件很少，因此可以减小系统的复杂性，降低。
三、无线技术优劣分析
（一）WLAN技术分析
Wi-Fi的技术和产品已经相当成熟，而且大批量生产。该技术适用于无线局域网，作为有线网络的延伸，对于特殊地点宽带应用，尽管Wi-Fi技术应用非常广泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隐患，Wi-Fi采用的是射频（RF）技术，通过空气发送和接收数据。由于无线网络使用无线电波传输数据信号，所以非常容易受到来自外界的攻击，黑客可以比较轻易地在电波的覆盖范围内盗取数据甚至进入未受保护的公司内部局域网。
（二）WiMax技术分析
WiMax是一个先进的技术，推出相对较晚，存在频率复用性小、利用率低的问题，但由于最近才完成标准化，该技术的大规模推广还需要实践考验。从应用前景看，该技术可以在较大范围内满足上网要求，覆盖可以包括室外和室内，可以进行大面积的信号覆盖，甚至只要少数基站就可以实现全城覆盖。WiMax由于其技术的先进性和超远的传输距离，一直被业界看好，是未来移动技术的发展方向，并提供优良的最后一公里网络接入服务。
（三）WMN技术分析
WMN是正在研究中的技术，在研究中不断地在不同方面结合各种技术的特点进行融合，而且暂时没有一个成熟的产品系列来支持该技术的大规模应用。从应用前景看，WMN 这一新兴网络不仅在无线宽带接入中有着广阔的应用空间，在其他方面如结合数据、图像采集模块可以对目标对象进行监控或数据采集，并广泛应用到检测、、等领域。随着其他技术的不断更新完善，WMN 更好地与之相融合、互补，从而能够扬长避短，发挥出各自的优势。
（四）3G技术分析
3G于1996年提出标准，2000年完成包括上层协议在内的完整标准的制订工作。3G网络部署已具备相当的实践经验，有一成套建网的理论，包括对网络的链路预算、模型预算以及仿真等。从商用前景看，目前，3G在部分地区已得到大规模的商业应用，比如欧洲很多国家、日本、韩国等都已经建设了3G的网络。3G技术已经进入可以实用的阶段，还有很多国家和地区正在建设或将要建设3G网络。
（五）LMDS技术分析
本地多点分布业务系统LMDS是一种提供点对多点的固定宽带无线接入技术，其工作频率在20GHZ以上，利用毫米波传输，可在一定的范围内提供数字双工语音、数据、因特网和视频业务，是一种非常好的宽带固定无线接入解决方案。在最优情况下，距离可达8公里；但是由于受降雨的原因，距离通常限于1.5公里。
其主要工作原理是通过扇区或基站设备将ATM骨干网基带信息调制为射频信号发射出去，在其覆盖区域内的许多用户端设备接收并将射频信号还原为ATM基带信号，在无需为每个用户专门铺设光纤或铜缆情况下，实现数据双向对称高带宽无线传输。
（六）MMDS技术分析
MMDS的主要缺点是有阻塞问题且信号质量易受天气变化的影响，可用频带亦不够宽，最多不超过200MHz。其次，MMDS对传输路径要求非常严格。由于MMDS采用的调制技术主要是相移键控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度调制QAM调制技术，无法做到非视距传输，在目前复杂的城市环境下难以推广应用。另外，MMDS没有统一的国际标准，各厂家的设备存在兼容性问题。
（七）集群通信技术分析
数字集群系统具有很多优点，它的频谱利用率有很大提高，可进一步提高集群系统的用户容量；它提高了信号抗信道衰落的能力，使无线传输质量变好；由于使用了发展成熟的数字加密理论和实用技术，所以对数字系统来说，保密性也有很大改善。
数字集群移动通信系统可提供多业务服务，也就是说除数字语音信号外，还可以传输用户数字、图像信息等。由于网内传输的是统一的数字信号，因此极大地提高了集群网的服务功能。
（八）点对点微波技术分析
微波传输的优势主要体现在以下几个方面：第一，可以降低运营商的运营。与租用线路相比，微波系统的只要一年左右即可收回。第二，微波传输系统部署简洁快速。与传统的传输手段相比，其快速部署的优势可以更快地满足新业务发展的需要。第三，目前的微波产品对未来的发展是有保障的，对于运营商的新业务和新需求都可以给予很好的支撑。未来，微波传输系统将升级到全IP的平台之上，可以全面支持运营商未来的发展。
（九）卫星通信技术分析
利用卫星在有些不很密集的地区来配合陆地通信。在这些地区散布着范围较广但不密集的用户，可以利用卫星作为用户连至固定有线网的接入设施。在陆地通信网已经构成宽带多媒体通信网的下，利用卫星建成宽带卫星接入系统是比较好而切合实际的方案，又可靠。
但是卫星通信毕竟是采用卫星作为通信平台，其地面站的建设、通信信道租用费用都需要花费大量资金，而且通信资源为卫星通信公司所有，受其带宽的限制，使得大量数据的传输需要付出非常大的代价。因此，作为日常生产、生活使用是极为不经济的；而将卫星通信作为应急通信、作战通信、海外通信等则比较适合。
四、无线技术综合比较
目前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。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。
首先，从标准化程度上看，本报告所涉及的技术中，仅仅WMN技术没有成熟的标准体系，LMDS、MMDS、集群通信均有多种标准，只是没有统一的国际标准，其余的技术均已经完成标准化工作，并且都进行了试验网建设和商业网建设。
从频率上看，Wi-Fi技术、WMN均使用的是开放频段，WiMax技术、3G技术等其他技术使用的是授权频段。
从覆盖范围上看，Wi-Fi技术、WMN技术属于局域网无线接入技术，仅覆盖35m～100m；WiMax技术、3G技术、LMDS技术、MMDS技术、集群通信属于城域网接入技术，覆盖范围在1km～54km不等，而卫星通信、点对点微波则属于广域网技术，通常用于通信主干组网建设。
从传输速率上看，点对点微波和卫星通信属于干线传输技术，不同的情况速率变化较大，而其余的技术均为接入技术，仅仅是3G技术接入速率最小，仅为384k，而其余技术均为几十M甚至上百M的速率。
从调制技术上看，其中WiFi技术、WiMax技术、WMN、3G技术均采用最新的调制技术OFDM，其余的技术均未采用OFDM调制技术。
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1无线电通信技术的发展历程
1895年5月7日俄国物理学家波波夫已“金属屑与电振荡的关系”的论文向全世界宣布无线电通信技术的诞生，并当众展示了他发明的无线电接收机，那天俄国当局定为“无线电发明日”。
1896年3月24日，波波夫将无线电通信的通信距离延长到250米，做了用无线电传送莫尔斯电码的表演为无线电通信技术拉开新的序幕。
1898年，年轻的意大利青年马可尼利用游艇证明了他的无线电电报能够在20英里的海面畅通无阻地通信，第一次实际性地使用无线电通信技术。
1901年，他在相隔2700公里英国和纽芬兰岛之间成功地进行了跨越大西洋的远距离无线电通信，从此人类进入无线电波进行远距离通信的新时代。
随后，无线电通信技术如雨后春笋其涌现出来。直到1946年，美国人罗斯.威玛和日本人八本教授利用高灵敏度摄像管家用电视机接收天线问题，从此超短波转播站一些国家相继建立了，无线电通信技术迅速普及开来[2]。
随着电子技术的高速发展，信息超远控制技术为满足遥控、遥测和遥感技术的需要，于人们生产与生活中被广泛使用；后来微电子技术也推动了电子计算机的更新换代，使电子计算机信息处理功能大大增加，日益成为信息处理最重要和必不可少的工具。
信息技术是以微电子和光电技术为基础，以计算机和通信技术为支撑，以信息处理技术为主题的技术系统的总称，是一门综合性的技术。今天的信息化时代，就是电子计算机和通信技术紧密结合的标志。
无线电通信技术发展到今日，拥有无限潜力。军事、气象、生活、生产等各个领域都对其都有空前的需求。虽然无线电通信技术优点虽然卓越，但其缺点至今给技术的发展带来很大的障碍，都是我们亟须解决的难题。
2无线电通信技术的特点
近些年无线电通信技术领域引入无线接入技术，是迅速发展起来的新技术领域，不需要传输媒质，部分接入网甚至入网的全部皆可直接采用无线传播手段代替，无论是概念上还是技术含量上都产生了一个重大的飞跃，实现了降低成本、提高灵活性和扩展传输距离的目的。其特点喜忧参半，优点主要体现在传输线路线、通信方式等方面，我们可以总结如下：
不受时空限制。大多数情况下，人们对通信运用的时间、地点、容量需求无法预知，而无线电通信不受时空限制的优点能够采取灵活多样的手段和方法，确保通信联络综合高效，语音、数据、图像的综合传输畅通无阻，随着近年来国内各个经济领域和国际经济的来往，无线电通信技术不受时空限制方法为其打开方便之门，尤其通信与网络的连接，通信技术踏上新的台阶。
具备高度的机动性及可用性。无线电通信技术传输数字化、功能多样化、设备小型化、智能化及系统大容量化决定了其具备高度的机动性和可用性，尤其在军事构建地域通信网方面起到很大的作用。
可靠性高。无线电通信比起有线通信的一个卓越优点在抵抗水淹、台风、地震等方面有较大的可靠性，一般情况下除非信号干扰都能保持通信的畅通，这也是无线架输的最大特点。
无线电通信技术虽然解决了架设传输线路线、脱离传输距离限制、传输距离远、通信灵活等的难题，但其信号容易受到干扰、影响，还有容易被截获造成了该项技术的保密性极差。无线电通信技术的缺点几百年来都是让人头疼的问题，目前全球化经济愈演愈热，其信号的稳定性与安全性上升为经济领域里关注的焦点，因此，无线电通信技术的通信方法拓新成为其发展的新话题。
3无线电通信技术之通信方法的拓新
21世纪无线电通信技术正处在关键的转折时期，尤其最近几十年最为活跃。信息化的飞速发展和IP技术的兴起，欲求无线电通信技术适应未来社会生产和生活的需求。务必在通信方法上进行一系列的拓新。针对以上无线电通信技术的缺陷，笔者认为，我们可以从通信技术、信息技术、网络技术、蓝牙技术、软件技术等方面进行尝试，主要可总结一下八点：
3.1采用了数字通信技术
提高系统频谱资源的利用率，维持信号上的稳定，避免通信信号收到干扰，增大了系统通信容量，提供话音、图像和数据等多种通信服务，确保用户信息安全保密。
3.2推广通信信息技术宽带化的发展
信息的宽带化对于光纤传输技术和高通透量网络的发展起到关键的推进作用[3]，尤其近年来世界范围内全面展开，无线通信技术正朝着无线接入宽带化的方向演进，这个方向对无线电通信信号源稳定来说的确非常之重要。
3.3推广个人信息化技术
个人信息化在全球个人通信已经有着不争的发展趋势。个人信息话，能够有效地减低传输路线的信息量堵塞，大幅度提高通信的传播速度。
3.4拓新接入网络的样式
技术上融合实现固定和其他通信等不同业务，在无线应用协议（WAP）的出现以后，无线数据业务的开展得到大幅度的推动，促进了信息网络传送多种业务信息的发展。随着市场竞争的需要，传统的电信网络与新兴的计算机网络融合，尤其具备开发潜力接入网部分通过固定接入、移动蜂窝接入、无线本地环路入等不同的接入设备，满足了生活与生产地各种通信需求。3.5过渡电路交换网络
关于过渡电路交换网络，IP网络无疑是核心关键技术，是最合适的选择对象，处理数据的能力电路交换网络大大提升，这一点对保持通信畅通方面解决了信号容易受到干扰的难题。
3.6使用Bluetooth技术作为信号传感器
Bluetooth技术具有更高的安全性和适用性，利用蓝牙做出来的传感器随时反映出用户所需要的信号方向，一旦连接到Internet上的话，即可以实现更具备高度的机动性及可用性。
3.7推广软件无线电
软件无线电通信侦察与对抗方面世人瞩目，但它仅限于军事通信领域,如果能够推广到市场，对于无线电通信技术的通信内容保密性来说将是一大跨步的改革创新。
3.8提高无线通信网络可持续性
无线电通信技术的网络设备如果没有良好的配置和网络部署，一旦受到安全威胁，其后果不堪设想。因此，无线电通信技术通信方法的拓新我们与必要提高网络设备性能、优化设备配置、冗余备份等等手段来保证网络的可靠性[4]。
结束语
回顾无线通信的发展历程，无线电通信技术的传输路线、传输距离、通信灵活性、信号稳定性、保密性等方面的需求将愈来愈突出。通信方法新技术的拓新将有愈来愈广阔的活动舞台及光明的发展前景。鉴于市场对经济的推进作用，尽管我国的无线电通信技术发展速度飞快，但面对我国12亿人口的通信需求，无线电通信技术普及率低的问题，面对我国12亿人口，网络规模和容量方面就变得苍白无力了。同时，无线电通信技术愈来愈激烈竞争局面促使各无线电通信运营企业积极拓新新的技术涵盖面，提升自身的营业水平，为市场提供丰更加富的选择，满足用户各个方面、各个层次的需求。因此，在无线电通信技术通信方法应用开发的发展潜力无穷，这要求我们积极加快无线领域的科技进步，为无线电通信技术创新出谋划策，为全球信息化及经济全球化的通信事业贡献力量。
参考文献
[1]《信号与系统(第二版)》A.V.Oppenheim西安交通大学出版社2000年.
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1无线电通信技术的发展历程
1895年5月7日俄国物理学家波波夫已“金属屑与电振荡的关系”的论文向全世界宣布无线电通信技术的诞生，并当众展示了他发明的无线电接收机，那天俄国当局定为“无线电发明日”。
1896年3月24日，波波夫将无线电通信的通信距离延长到250米，做了用无线电传送莫尔斯电码的表演为无线电通信技术拉开新的序幕。
1898年，年轻的意大利青年马可尼利用游艇证明了他的无线电电报能够在20英里的海面畅通无阻地通信，第一次实际性地使用无线电通信技术。
1901年，他在相隔2700公里英国和纽芬兰岛之间成功地进行了跨越大西洋的远距离无线电通信，从此人类进入无线电波进行远距离通信的新时代。
随后，无线电通信技术如雨后春笋其涌现出来。直到1946年，美国人罗斯.威玛和日本人八本教授利用高灵敏度摄像管家用电视机接收天线问题，从此超短波转播站一些国家相继建立了，无线电通信技术迅速普及开来[2]。
随着电子技术的高速发展，信息超远控制技术为满足遥控、遥测和遥感技术的需要，于人们生产与生活中被广泛使用；后来微电子技术也推动了电子计算机的更新换代，使电子计算机信息处理功能大大增加，日益成为信息处理最重要和必不可少的工具。
信息技术是以微电子和光电技术为基础，以计算机和通信技术为支撑，以信息处理技术为主题的技术系统的总称，是一门综合性的技术。今天的信息化时代，就是电子计算机和通信技术紧密结合的标志。
无线电通信技术发展到今日，拥有无限潜力。军事、气象、生活、生产等各个领域都对其都有空前的需求。虽然无线电通信技术优点虽然卓越，但其缺点至今给技术的发展带来很大的障碍，都是我们亟须解决的难题。
2无线电通信技术的特点
近些年无线电通信技术领域引入无线接入技术，是迅速发展起来的新技术领域，不需要传输媒质，部分接入网甚至入网的全部皆可直接采用无线传播手段代替，无论是概念上还是技术含量上都产生了一个重大的飞跃，实现了降低成本、提高灵活性和扩展传输距离的目的。其特点喜忧参半，优点主要体现在传输线路线、通信方式等方面，我们可以总结如下：
不受时空限制。大多数情况下，人们对通信运用的时间、地点、容量需求无法预知，而无线电通信不受时空限制的优点能够采取灵活多样的手段和方法，确保通信联络综合高效，语音、数据、图像的综合传输畅通无阻，随着近年来国内各个经济领域和国际经济的来往，无线电通信技术不受时空限制方法为其打开方便之门，尤其通信与网络的连接，通信技术踏上新的台阶。
具备高度的机动性及可用性。无线电通信技术传输数字化、功能多样化、设备小型化、智能化及系统大容量化决定了其具备高度的机动性和可用性，尤其在军事构建地域通信网方面起到很大的作用。
可靠性高。无线电通信比起有线通信的一个卓越优点在抵抗水淹、台风、地震等方面有较大的可靠性，一般情况下除非信号干扰都能保持通信的畅通，这也是无线架输的最大特点。
无线电通信技术虽然解决了架设传输线路线、脱离传输距离限制、传输距离远、通信灵活等的难题，但其信号容易受到干扰、影响，还有容易被截获造成了该项技术的保密性极差。无线电通信技术的缺点几百年来都是让人头疼的问题，目前全球化经济愈演愈热，其信号的稳定性与安全性上升为经济领域里关注的焦点，因此，无线电通信技术的通信方法拓新成为其发展的新话题。
3无线电通信技术之通信方法的拓新
21世纪无线电通信技术正处在关键的转折时期，尤其最近几十年最为活跃。信息化的飞速发展和IP技术的兴起，欲求无线电通信技术适应未来社会生产和生活的需求。务必在通信方法上进行一系列的拓新。针对以上无线电通信技术的缺陷，笔者认为，我们可以从通信技术、信息技术、网络技术、蓝牙技术、软件技术等方面进行尝试，主要可总结一下八点：
3.1采用了数字通信技术
提高系统频谱资源的利用率，维持信号上的稳定，避免通信信号收到干扰，增大了系统通信容量，提供话音、图像和数据等多种通信服务，确保用户信息安全保密。
3.2推广通信信息技术宽带化的发展
信息的宽带化对于光纤传输技术和高通透量网络的发展起到关键的推进作用[3]，尤其近年来世界范围内全面展开，无线通信技术正朝着无线接入宽带化的方向演进，这个方向对无线电通信信号源稳定来说的确非常之重要。
3.3推广个人信息化技术
个人信息化在全球个人通信已经有着不争的发展趋势。个人信息话，能够有效地减低传输路线的信息量堵塞，大幅度提高通信的传播速度。
3.4拓新接入网络的样式
技术上融合实现固定和其他通信等不同业务，在无线应用协议（WAP）的出现以后，无线数据业务的开展得到大幅度的推动，促进了信息网络传送多种业务信息的发展。随着市场竞争的需要，传统的电信网络与新兴的计算机网络融合，尤其具备开发潜力接入网部分通过固定接入、移动蜂窝接入、无线本地环路入等不同的接入设备，满足了生活与生产地各种通信需求。
.5过渡电路交换网络
关于过渡电路交换网络，IP网络无疑是核心关键技术，是最合适的选择对象，处理数据的能力电路交换网络大大提升，这一点对保持通信畅通方面解决了信号容易受到干扰的难题。
3.6使用Bluetooth技术作为信号传感器
Bluetooth技术具有更高的安全性和适用性，利用蓝牙做出来的传感器随时反映出用户所需要的信号方向，一旦连接到Internet上的话，即可以实现更具备高度的机动性及可用性。
3.7推广软件无线电
软件无线电通信侦察与对抗方面世人瞩目，但它仅限于军事通信领域,如果能够推广到市场，对于无线电通信技术的通信内容保密性来说将是一大跨步的改革创新。
3.8提高无线通信网络可持续性
无线电通信技术的网络设备如果没有良好的配置和网络部署，一旦受到安全威胁，其后果不堪设想。因此，无线电通信技术通信方法的拓新我们与必要提高网络设备性能、优化设备配置、冗余备份等等手段来保证网络的可靠性[4]。
结束语
回顾无线通信的发展历程，无线电通信技术的传输路线、传输距离、通信灵活性、信号稳定性、保密性等方面的需求将愈来愈突出。通信方法新技术的拓新将有愈来愈广阔的活动舞台及光明的发展前景。鉴于市场对经济的推进作用，尽管我国的无线电通信技术发展速度飞快，但面对我国12亿人口的通信需求，无线电通信技术普及率低的问题，面对我国12亿人口，网络规模和容量方面就变得苍白无力了。同时，无线电通信技术愈来愈激烈竞争局面促使各无线电通信运营企业积极拓新新的技术涵盖面，提升自身的营业水平，为市场提供丰更加富的选择，满足用户各个方面、各个层次的需求。因此，在无线电通信技术通信方法应用开发的发展潜力无穷，这要求我们积极加快无线领域的科技进步，为无线电通信技术创新出谋划策，为全球信息化及经济全球化的通信事业贡献力量。
参考文献
[1]《信号与系统(第二版)》A.V.Oppenheim西安交通大学出版社2000年.
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一、前言
我国是世界上最大的煤矿生产国，年产量达12亿吨，占世界煤炭总产量的27%，同时我国也是煤炭消耗大国，煤炭工业在我国经济建设中占有十分重要的地位。然而近年来国内持续不断的矿难发生，给国家和人民带来沉重的灾难。此时矿场通信在任何时候任何地点都能进行可靠运行的重要性就凸显出来，但由于煤矿井生产具有生产工序复杂，作业地点分散，人员流动性大，工作环境恶劣，事故隐患大等特点，所以要求煤矿井通信必须保证在事故发生时准确、及时、高效地进行通信联络，以便于井下紧急报警、人员撤离、搜寻救护目标等。
由于煤矿井的地层主要是由沉积岩构成的多层状结构组成，各层分别属于不同的层系，通常每一层系都有若干的矿物层和围岩。所以，在发射天线的电磁场所覆盖的通信区域内，可能会包含一些属于不同地质年代的岩层。此外，地质构造运动的时有发生，各岩层的埋藏角差别很大，岩层的形状有缓倾斜和急倾斜，其埋藏角不是一成不变的。同一岩层，在某些区域可能是缓倾斜，而在另一些区域可能是倾斜或急倾斜。最常见的是缓倾斜岩层和倾斜岩层。同时，各矿物层的层间距也有很大的差别，由相隔岩层的厚度决定，在各自的伸展方向上有可能加厚或变薄，甚至出现尖灭，分叉和断层。总之，无线电信号在煤矿井岩层中的传输条件极其复杂，这也是穿透岩层无线通信问题难以解决的种种问题之一。
二、我国煤矿井下透地通信的现状
对于地下无线通信的研究，早在上个世纪三十年代就已经开始了，当时国外某些国家出于军事目的希望采用地下无线通信的方式来解决地下核试验场到控制所之间的数据传输、地下指挥所到地下发射井之间的通信联络，但其发展相当缓慢。上世纪50年代末，国内外才出现了一些有关地下通信的论文及研究报告。英、法、美、日、加拿大等国通过研发推出了各种类型的井下无线通信系统。
90年代中期，加拿大的爱仪公司和澳大利亚的矿通公司先后推出具有高速信息公路功能的井下漏泄通信系统。这些系统采用的频率在145～180MHz范围，该系统可提供32个话音和数据传输信道，以及16个图像视频单向传输频道，并能传输人员和设备跟踪信息，具有寻呼遥控和紧急预告功能。
我国的地下煤矿井通信是从改革开放以来才逐步发展起来的，主要向三个方向发展：全煤矿井调度通信、全煤矿井局部通信和全煤矿井无线通信。
1.全煤矿井调度通信
全煤矿井调度通信属于有线通信范畴，是煤矿井通信的主体，主要进行生产调度、指挥等工作。其经历了人工磁石式电话、共用式矿用人工电话、纵横制矿用自动电话、空分制程控调度机等发展历程。近年来出现了数字程控调度机，该机可以进行清晰的语音通信，还可以实现数据、图像的交换通信功能。只是目前价格相对于空分制程控调度机比较昂贵，不太适宜工业场合的大范围投入。
2.全煤矿井局部通信
全煤矿井局部通信也属于有线通信，它采用电话线进行通信，在一条电缆上连接多台电话，实现各分机之间的通信联络。该系统的架设比较容易，价格也比较低，可以广泛应用于生产环节。
3.全煤矿井无线通信
随着地面通信的飞速发展全煤矿井无线通信也在不断的发展，各个时期的井下无线通信技术为煤矿井下的安全生产和现代化管理做出了不同贡献。我国井下无线通信主要方式有动力线载波通信、感应通信、漏泄通信、小区蜂窝移动通信、矿用小灵通无线通信系统、基于WiFi/ZigBee/RFID/UWB/WMN的短距离无线网络与通信及超低频透地无线通信等。
（1）动力线载波通信是应用在煤矿井架线机车上，借助动力电缆或机车架线作为信道，将语音信号调制成几十千赫兹的载波信号在信道上传输。由于煤矿井载波通信采用的信道分支多，线路上设备启动频繁，造成信道参数随时间和地点的变化很大，因而通信质量不理想。目前的载波通信系统在传输距离、通话清晰度、抗干扰性能和感应通信及漏泄通信技术相比有较大的差距。
（2）感应通信是通过架设专用的感应线或利用巷道内已有的导体如电缆，管道等进行通信。感应通信系统组成简单、价格低廉，感应线铺设简便、无需中继器等优点，使得该无线通信方式受到煤矿井的普遍采用。此外，它还能实现低发射功率远传输距离，能同时向多方向传输信号。但是通信采用的信号频率在兆赫兹以下，容易受到井内其他电磁噪声的干扰，这样使得感应通信的语音通话质量不理想。
（3）漏泄通信是通过在煤矿井中架设一条特制的同轴电缆，每隔一段距离在电缆上开一个槽孔，利用泄漏出的电磁场实现移动台与移动台之间，以及移动台与固定台之间的远距离通信。该通信采用超高频进行无线通信，信道稳定、电磁干扰小，但是系统的可靠性较差，抗故障能力差，只要某段中继器与电缆之间发生故障，该中继器后面的部分就会瘫痪，并且随着中继器的增加，噪声也会逐级放大，以至于影响正常通信。除此之外，系统的维护和管理的成本也比较大，漏泄电缆的架设要求也比较高。
（4）小区蜂窝移动通信是一种建立在第二代GSM公共无线移动通信技术之上，将其大区域通信机制改为小区通信制的全双工移动通信系统，本质上讲，就是将地面蜂窝移动通信技术移植到煤煤矿井下应用，并用微小区概念来将井下巷道进行划分，然后根据无线电波衰耗大小将全煤矿井服务范围化为若干个较小服务范围。然而，该系统在规划井下部署和工作频率时十分繁琐，而且只支持语音，不支持图像等视频传输，也不能进行自行组网。
（5）矿用小灵通无线通信是按照煤矿安全相关标准，将城市中推行的公众通信系统进行技术处理和移植，并延伸到煤矿井中使用，从而构建起井下无线通信网络服务平台。该服务平台可实现高速数据业务、人员定位信息传送等，可同时为煤煤矿井上、井下提供无线通信服务，在煤矿形成一整套覆盖井上、井下立体的无线移动通信及生产调度系统。
（6）基于WiFi/ZigBee/RFID/UWB/WMN的短距离无线网络与通信技术是以短距离的无线通信网络技术为核心，以煤矿井工业以太网为整个系统的主干传输平台，形成有线主干与无线终端相结合的通信方式。该通信系统具有低成本、低功耗、高扩展性、覆盖灵活、易配置和部署等优点，迅速在煤矿井无线通信、人员和设备无线定位和跟踪管理以及瓦斯无线监测系统中得到广泛的应用。
（7）超低频透地无线通信是一种电磁波穿透大地层的进行信息传输的无线通信方式，主要用于地面和井下应急救援人员通信。该系统能在充满噪音、灰尘、照明度、电源供应等特定环境下进行工作，缺点是系统属于单向通信、信道容量小，且无线通信速率低，传输带宽比较窄，易受低频电磁干扰。透地通信系统在地面所需的发射天线长达数千米，且其价格还比较昂贵，所以，只适合在大型煤矿中采用。
三、煤矿井下透地通信的应用研究
煤矿井透地无线通信系统是一种专用于煤矿井通信的无线通信系统。它主要用于矿场上指挥日常的生产管理和生产调度，并能在紧急情况下（如发生煤矿井坑道坍塌、透水、爆炸等突发事故时）仍然可以有效地进行地面与井下通信联络，这样就可以为开展高效的施救行动带来方便。
煤矿井透地无线通信采用极低频（ELF，300～3000Hz）及甚低频（VLF，3～30KHz）信号，因为这些频段的电波能够在岩层、沙壤、水等地层介质内传播，且波长比较长其对地层穿透能力强，单位距离的衰减小，这在军事上早有应用。本文提出的煤矿井透地无线通信系统就是基于极/甚低频信号对地层具有较强的穿透能力这个机理来进行研究的。其通信系统组成如图2.1，由地面通信部分、岩层信道及井下终端接收机构成。地面通信部分包括地面天线、地面电台、监控室计算机等。监控室计算机用来向地面电台发送数据，地面电台对数据进行处理后控制地面天线的数据发送。该通信系统有三种工作模式：广播、寻呼、紧急求救等。
当系统工作在广播及寻呼模式下时，地面天线作为发射天线；地面电台将监控室传送来的广播或寻呼数据，经过编码、调制、功率放大等过程，产生低频大功率激励（预计可能需要数千瓦），施加于地面天线，激励出低频交变电磁场。低频电磁场在穿越地层的过程中损耗较小，可以穿透100m～3km的地层，到达矿工所在的坑道。矿工随身携带的终端机内藏有磁棒天线，耦合磁力线，变为电信号，再由选频、放大、解调、解码、纠错、显示等过程，完成数据接收过程。每台终端机都具有唯一的编号，在寻呼模式下，只有编码与寻呼编号一致的那一台终端机响应并显示寻呼内容；广播模式下每一台终端机都响应；还可根据班组编号实现群组广播功能。
当发生紧急事故时，任何一台终端机都可以紧急呼救，按压呼救按钮后，终端机发射求救信号，地面天线作为接收天线。终端机所发出的低频信号穿透地层后被地面台接收，经放大、选频、解码后，获得求救人员信息。虽然终端机本身发射功率较小，但地面大面积的天线能够提供较高的灵敏度。由于长波通信信道窄，要考虑信道复用问题，当多个终端机同时需要发送求救信号时，初步考虑采用载波监听随机竞争信道的方式互相错让发送时隙。
四、小结
我国煤矿井下透地通信的研究还处于不断趋于成熟阶段，经历了有线到无线的过程，而透地通信在煤矿领域中有广泛应用，对于促进人身安全和煤矿事业的发展具有重要的作用，将来在这一领域中必将会有更多更新的知识产生。
参考文献
[1]李波，张毅.煤矿井下无线通信技术分析[J].科技信息，2008（28）.
[2]奥戈罗德涅丘克（苏）著.吴荣光，虞梦先译.矿井低频无线通讯[M].北京：煤矿工业出版社，1981.
[3]李文耀.煤矿井下无线通信的现状及发展[J].机械管理开发，2005（2）：53-54.
[4]刘富强，张申，程德强.井下无线通信系统设计及应用[J].电信科学，2001，17（9）.
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目前，随着对无线通信技术的不断研究，各式各样的无线通信业务和方式层出不尽，其中超短波通信技术的发展情况较为突出，超短波的频率在30MHz-300MHz范围之内，它以频带宽、不受电离层干扰影响、安全性高、天线小以及抗干扰性强的优势而被广泛使用，同时促进了通信技术的发展。
一、 超短波通信技术发展的现状
超短波电台在开始发展的时候体积较大，主要应用于机载、车载、舰载或固定通信台站。在现代，超短波电台一般使用的是电子管，只有VHF频段，通过电容或电感调谐放大，激励器通过转接多个倍频和滤波，促进多波道的实现。在器件和技术的限制下，超短波电台在使用过程中存在的问题比较多，例如可靠性差、维护检修困难等问题。
随着电子元器件技术的发展，超短波电台具有以下几点更加显著的优势：一是采用频率合成器和电子存储等先进设备，从而提高了稳定性;二是采用合成射频功率，发射功率可以提高;三是采用自动增益、自动电压等控制电路可以使整机的可靠性得以提高。目前随着大量通信新技术的发展，超短波的应用也越来越广泛，并在应用中不断完善，逐步实现了全频段和模块化结构以及大规模集成，并可以进行传输保密性信息。现在已经研制出新一代的电台，具有体积更小、集成化更高以及重量轻的优势，并且使频段得到了扩展，促进了通信技术的进一步发展。
二、 超短波通信新技术的概述
无线通信技术已经在我国的各个领域得到了越来越广泛的应用，其电磁信号的密度大量增加，导致电磁环境变得复杂，这需要超短波具有更强的抗干扰性功能。以下介绍了几种超短波通信新技术：
1、 扩频通信技术
扩频通信技术就是将频谱通信进行扩展，它是通过扩展函数将传输信息的频谱扩展为宽频信号，接收端接收到信号之后把频谱进行还原，以此来获得信息的一种通信方式。这种通信方式可以把相关信息隐藏在噪声电平中，这样很难使敌方发现信号，实现了抗干扰性的目的。在扩频通信中需要对扩频方式进行合理的选择，一般采用的是混合扩频方式与混沌直接序列扩频方式。混合扩频方式的优点是可以不受宽带、单频和中继转发干扰;混沌直接序列扩频方式的优点是，可以有效控制系统的误差，在保持其误差不变的前提下，可以抵抗对二进制混沌直接序列扩频信号进行检测的解扩方式，确保信息传输的安全性。
2、 跳频通信技术
为了使通信的抗干扰性功能进一步提高，研发了跳频通信技术，并被广泛使用。跳频通信技术就是通信双方的载波频率与伪随机码同步变化[1]。使用这种技术可以发挥抗干扰的作用，同时还可以使信息被截获的概率有效降低。如果采用的是稳定性较强的视距传播方式的超短波技术，可以实现宽频段或全频段跳频。另外，为了在通信中获得有效的对抗效果，可以选择折中方式，可以有效获取最好的系统性能。例如为了使反应速度更快，可以增大发射功率，为了加强跳频对抗性能，可以增加信号宽带。跳频通信技术还有跳速高频段集全等优势，它是抗干扰性通信中主要采用的技术。
3、 通信反对抗技术
随着微电子技术的不断发展，微处理器在通信系统中的应用也越来越广泛。由于目前的病毒程序逐渐猖獗，给通信系统带来了很大干扰，并可以通过无保护通信进入指挥控制中心，所以一些发达国家正在研制潜伏式进攻装备。为了阻止病毒入侵，超短波电台采取了辅助天线对抗的对策，即零位天线调整器，它可以对传输信号与干扰信号进行自动识别，从而使其抗干扰性能得到了有效提高。
4、 自适应通信技术
通信的最基本的要求就是在短时间内建立联络，自适应通信技术的实施可使超短波具备自适应的能力，可以不受环境影响而进行有效地通信。自适应通信技术主要有两个环节，就是检测预置信道(自动信道检测)与对最佳的工作效率进行自动选择(自动频率选择)。不受外界因素的干扰，并可以增强抗干扰能力，同时还可以对中断的线路进行自动接通和恢复。自适应通信技术可根据信道质量的好坏来对传输速率进行合理选择，同时还可以使误码率得到有效降低。自动调整输出功率，以此来提升通信的效率[2]。
三、 超短波通信新技术的发展趋势
随着人们对通信需求的提高，超短波通信技术也跟着进一步发展起来[3]。使其通信设备在原有基础上不断智能化、模块化、微型化和综合化的方向发展。
1、 智能化
超短波电台采用微控制器作为主控单元，使结构简单化，也提高了可靠性。在其功能中增加了智能化，使超短波电台实现地址、工作方式和频率以及密钥等通信参数的预制和静噪自动调整、故障自动检测和定位、工作方式自动调换和天线参数自动匹配以及自适应通信等。
2、 模块化
超短波电台的型号及种类有很多，这给电磁频谱管理等方面带来了一定的不便，所以需要超短波技术在发展中做好合理的规划。其中功率合成技术是目前较为成熟的技术，按照功率等级将各种功率设计成积木式模块，在通信时可按需求形成各种功率的电台，促进在不同距离中无线通信联络任务的顺利完成。
3、 微型化
近年来较为成熟的新技术主要包括表面安装技术和微带技术以及片状元件。其中微带技术中的微带线具有频带宽、器件匹配合理、体积小和成本低等优势;片状元件的体积比较小，重量比较轻;表面安装技术可对片状元件进行快速安装的一种技术，它可以通过一条自动化流水线而完成任务。根据这些超短波通信新技术的优势，可以使电台的频率提高、安装速度加快、降低成本、功能消耗减小、便于辅助设计及制造等。
4、 综合化
在通信中通过各种业务多样化的需求，也对超短波功能有了综合化的需求。随着超短波综合化的迫切需求，指出了一部超短波电台需要具备通话和电报以及图像的功能。各种通信业务，同时可以采用调频、数据、调幅、单边带以及保密话等多样化的工作形式。
结束语
随着超短波通信业务量的不断增加，也推动了超短波新技术的发展，而且其应用也越来越广泛，在无线电通信领域中的地位也跟着逐步提高。超短波通信新技术在发展中不断完善，使其新技术开始逐步走向成熟，在未来的超短波通信技术的应用中，必将在各个通信领域中发挥其越来越大的作用。
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一、铁路通信的作用
通信，指人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递。铁路通信就是指利用有线通信、无线通信、光纤通信等现代化技术和设备，将铁路运输生产和建设过程中的各种信息进行传输和处理交换。从1825年的人工摇旗引导到1839年的指针式闭塞电报设备的发明以及应用，就说明现代通信技术一开始就是与铁路运输是紧密相关的。随着我国高速铁路的建设和运行，对铁路通信技术提出了更高的要求，只有不断地发展和完善铁路通信系统，才能为现代化铁路的建设与运行提供重要技术支持和安全保障。下面我们就来讨论移动通信在铁路通信系统中的相关应用。
二、无线列调
无线列调是重要的铁路行车通信设备，主要负责列车的位置和运行方向。无线列调系统主要解决行车调度员、车站值班员和机车司机之间的通信和车站值班员、机车司机和运转车长之间的通信。虽然无线列调具有节约资源的优点，但目前使用的无线列调是同频单工电台，随着列车提速的不断深入和列车建设密度的加大，在仅有的一个频道上集中了众多用户，再加上场强的越区严重，容易致使系统阻塞，甚至于瘫痪。对于现代化的高速铁路而言，这种通信系统过于简单，满足不了建设发展的需求。
三、集群通信
集群通信系统是一种高级移动调度系统，代表着专用移动通信网的发展方向。它能按照动态信道指配的方式，实现多用户共享多信道。由于它具有调度、群呼、优先呼、漫游等功能，被广泛地应用于政府、铁路、航空等部门，其中以源自欧洲的TETRA较为出色。不过这种通信系统也有一定的缺点，比如系统设备采购、建网成本和终端价格较高，同时也存在信息丢失、保密性不高、易受干扰等，这从上海局目前所建成的集群系统就能看出来。这些缺点对普通语音通信的影响不大，但对要求较高的场合并不适用，比如列车与指挥中心的实时双向数据通信。
四、GSM-R
GSM-R通信技术最早起源于欧洲，是在GSM公众移动通信系统的基础上增加了铁路运输专用调度通信功能，它主要由交换机、基站、机车综合通信设备、手机等组成，目前在德国、意大利、瑞典等大多数国家普遍应用，我国铁道部于2000年底正式确定将GSM-R作为我国铁路通信系统的发展方向。它主要提供无线列调、编组调车通信、区段养护维修作业通信、应急通信、隧道通信等语音通信功能，可为列车自动控制与检测信息提供数据传输通道，并可提供列车自动寻址和旅客服务。比如全世界海拔最高的青藏铁路，它的绝大部分线路都是在高原缺氧的无人区，为了满足铁路运输通信、信号及调度指挥的需要，就采用了GSM-R移动通信系统。另外还有：大秦线、胶济线、合武线、京津城际线，京沪高铁等。
五、卫星通信
卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站来转发或反射无线电信号，在两个或多个地面站之间进行通信。它的主要优点是通信范围大、不受陆地灾害的影响，可靠性高、电路开通迅速、多址连接等，不过也存在成本高、传输延时大、传输带宽有限等不足。相对而言，比较适合铁路应急部门使用。
六、无线宽带WIMAX
WIMAX技术是一项于IEEE 802.16标准的宽带无线接入城域网技术。目前，在铁路通信系统中的最新应用成果就是中国神华能源股份有限公司的自主研发项目 -“WIMAX技术在铁路移动通信中的应用研究”。该项目自主研发了基于WIMAX无线宽带技术的机车同步操控通信、列尾通信、无线列调通信、视频监控等组成的铁路通信应用系统，在经过车载运行实验和室内动力分布实验后，经专家组检验，表明该系统可满足朔黄铁路运行的技术要求，具有创新性，技术成果达到国际领先水平。
七、结束语
铁路通信是以运输生产为重点，主要功能是实现行车和机车车辆作业的统一调度与指挥。但因铁路线路分散，支叉繁多，业务种类多样化，组成统一通信的难度较大。所以，在铁路通信系统中应当将各种现代化的通信技术有机结合，以保证行车安全、防止作业事故，提高运输效率，加速机车周转，以及改善服务质量等。
参考文献
[1]田裳，沈尧星主编.铁路应急通信[J].中国铁道出版社，2008，6(16):154-156
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中图分类号：TN924 文献标志码：A DOI：
Research of Cognitive Radio Architecture
Zhang Jian－feng
（Communication Engineering,Hangzhou Dianzi University,310018）
Abstract: This paper first expounds the basic theory and concept of Cognitive Radio(CR),reviews the development course of Cognitive Radio,introduces the status of researching for Cognitive Radio.Then concisely analyzes the application prospect for demand of battlefield communication.At last,suggests a kind of architecture of Cognitive Radio,provides it's software and hardware construction,briefly explains the function of each part.
Key words: Cognitive Radio；SCA；Cognitive Engine；Tactical Radio
0 引 言
随着信息技术的不断发展，军事、民用、商业对通信要求也在不断提高，新的通信设备和通信手段不断出现，而目前采用的主要还是基于授权的静态频带分配的方法，这就使得常用的无线频带越来越拥挤，频谱资源已经成为一种紧缺资源。而过于拥挤的通信频带，带来的就是设备通信能力的直线下降。因此，如何解决因频带拥挤带来的通信能力下降的问题，已经成为一种迫在眉睫的需求。
认知无线电技术（Cognitive Radio，CR）[1]是解决上述问题的有效方法之一，它是一种新的智能无线通信技术，通过感知周围环境的频率、时间和空间等特征，对环境、信道条件、网络协议、用户需求以及设备本身的内部情况进行推理，根据推理结果实时调整传输参数，以保证信息的可靠快速传输。
本文结合认知无线电的技术特点以及战场通信的实际需求，给出了一种基于认知无线电技术的战术电台架构，对其软硬件组成及功能做了简要分析。
1 认知无线电技术的概念及发展
上世纪90年代早期，J.Mitola提出了软件无线电(Software DefinedRadios，SDR)的概念。软件无线电的核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带A／D和D／A变换器，将尽可能多的无线电台的功能用软件定义。它的出现使通信终端大大减小对硬件的要求，可以使相同的终端在不同的通信系统中使用。在2000年的论文中，Mitola将软件无线电的概念进一步拓展，提出了认知无线电(CR)的概念。认知无线电可以感知周围电磁环境，并实时调整传输参数，使通信系统的无线电参数不仅与规则相适应，而且能与环境相匹配，以达到无论何时何地都能达到通信系统的高可靠性和频谱利用的高效性。也就是说，SDR关注的是采用软件方式实现无线电系统信号的处理；而CR强调的是无线系统能够感知操作环境的变化，并据此调整系统工作参数，实现最佳适配。从这个意义上讲，CR是更高层的概念，不仅包括信号处理，还包括根据相应的任务、政策、规则和目标进行推理和规划的高层活动。所以，认知无线电是智能化的软件无线电[2]。
此后，不同的机构和学者从不同的角度给出了CR的定义，其中比较有代表性的包括美国联邦通信委员会(FCC)和著名学者Simon Haykin教授的定义。FCC认为：“CR是能够基于对其工作环境的交互改变发射机参数的无线电”。Simon Haykin则从信号处理的角度出发，认为：“CR是一个智能无线通信系统。它能够感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中学习，通过实时改变某些操作参数(比如传输功率、载波频率和调制技术等)，使其内部状态适应接收到的无线信号的统计性变化，以达到以下目的：任何时间任何地点的高度可靠通信；对频谱资源的有效利用。”
总结上述定义，CR应该具备以下3个主要特征：
(1)感知能力
感知能力使CR能够感知其外部频谱环境信息，发现空闲的频谱资源或干扰信号，寻找合适的信道，这是CR工作的前提。
(2)推理和学习能力
推理和学习能力使CR能够根据感知到的外界电磁环境和自身的状况，同时结合过往的工作数据，得出当前的最佳通信参数的能力，这是CR工作的核心。
(2)重构能力
重构能力使得CR设备可以推理结果对设备的各种参数进行重设置的能力。可以重构的参数包括：频率、发射功率、调制和编码方式、通信协议等。
一个常见的CR设备工作流程如图1所示：
如图1所示，CR设备的工作过程一般分为以下三个阶段：
1）感知阶段：认知设备感知外界的电磁频谱环境；
2）决策阶段：根据感知到的外界电磁环境和已有的知识经验，经过详细的运算推理过程，得出最适合当前环境的通信参数；
3）重构阶段：根据决策结果对认知设备进行参数加载或配置，完成通信过程。
感知、决策、重构这三个阶段不断的循环，构成了CR设备工作的全过程。
认知无线电的概念提出以后，众多国家和国际组织都对其投入了巨大的研究精力，其中以美国和欧盟的研究最具代表性。美国的研究以认知无线电为主，欧盟则从异构网络融合入手，并正朝着认知无线网络方向发展。代表性的研究工作有：
1）2003年12月，美国联邦通信委员会(FCC)对《FCC规则第15章》公布了修正案，规定：“只要具备认知无线电功能，即使是其用途未获许可的无线终端，也能使用需要无线许可的现有无线频带”。并且将认知无线电的使用在5G频段合法化，同时FCC正在考虑是否在TV频段也将认知无线电合法化。
2）美国电气和电子工程师协会（IEEE）于2004年11月正式成立IEEE802.22工作组，这是第一个世界范围的基于认知无线电技术的空中接口标准化组织。
3）2005年3月，IEEE通信协会(ComSoc)和电磁兼容协会(EMC)共同成立了IEEE P1900标准工作组，该机构致力于推进与下一代无线通信技术和高级频谱管理技术相关的电磁兼容研究。
4）IEEE JSAC于2007年4月和2008年1月，IEEE Comm Mag于2007年5月和2008年4月，IEEE J-STPTP 于2008年2月分别出版了关于认知无线电的专辑。
5）2008年2月，欧盟启动的FP7（欧盟第七框架计划）又加大了对下一代无线网络研究的力度，力图在网络融合的基础上进一步向认知无线网络发展。
2 认知无线电技术的军事意义
除了民用方面的研究，认知无线电技术还被发现有更多的军事意义。现代战争条件下战场的电磁环境日益复杂，各种电磁辐射源如雷达、通信、导航、指控、电子对抗设备等数量成倍增加，覆盖的频谱越来越宽，多种电子设备在有限的地域内密集开设，使得频谱资源异常紧张，电磁兼容问题越来越突出。认知无线电能够主动的感知战场电磁环境，并不断的学习归纳，动态的利用频谱资源，对信息进行智能化的传输，因此认知无线电技术能大大提高战场无线通信的性能和可靠性，具体体现在通信容量、频谱利用率、抗干扰能力等方面；同时，由于认知无线电设备能够主动感知战场电磁环境并对接收信号进行识别，因此可以一边进行电磁频谱侦察，一边快速释放或躲避干扰，实现传统无线通信设备所不具备的电子对抗功能[3]。
随着认知无线电技术与战场环境的结合成为未来战场通信的趋势，越来越多的国家将此作为研究的焦点，但大多处于理论探索阶段，只有美国DARPA(Defense Advance Research Products Agency，国防高级计划研究局)的XG项目研究时间最长，进展最快，最为典型。从2003年开始，XG以CR技术为核心，着眼于开发认知无线电的实际标准和动态频谱管理标准，采用软件无线电技术来实现最大限度的时域、频域和空间等信息的利用，并称其论证的频谱效率可使目前的频谱利用率提高10～20倍。其基本思想是：设备首先“感知”周围无线环境并确定频谱特征，确定基本用户的存在性并“描述”可用机会，通过对环境的理解和主动学习，遵守应用于该频谱的管理策略，设备确定一种最佳计划，实时调整传输参数比如功率、载波调制和编码等，节点间相互通信协调使用机会，定义与应用干扰限定策略，然后以不与基本用户发生冲突的方式发送信号，达到通信系统性能最优化的目的。
3 基于认知无线电的电台架构
战术电台作为战场通信的主要手段，对通信的实时性、可靠性、抗干扰能力有着更高的要求，而认知无线电的技术特点则决定了认知无线电技术必将在战术电台上得到广泛应用。因此，采用一种什么架构来设计电台，将认知无线电技术和战术电台的通信功能完美结合就变得十分重要。
由认知无线电的概念可知，认知无线电是智能化的软件无线电，具有软件无线电的所有特征。提到软件无线电，就不能不提到软件通信体系结构（SCA）[4]。SCA是实现军用软件无线电台设计的一个有效规范和指导，是美军针对下一代战术无线通信系统的研制而的通用规范，它对多种类型军用无线电台的软硬件体系结构进行了定义。基于SCA的战术无线电台具有通用性强、便于更新、便于维护和升级的特点，并且能够实现不同军兵种不同系列电台之问的互连、互通和互操作。目前，美军已了多个版本的SCA规范(最新版本是SCA 2.2.2)，研制并装备了多种基于SCA的无线电台。近年来，我军一直在密切关注和跟踪SCA的研究动向，并于2004年实施了适合我军特点的相关国军标，用来指导我军下一代战术无线电台的研制和开发。因此，综合考虑认知无线电和SCA的特点，同时结合战术电台的使用需求，参考SCA规范，提出一个基于认知无线电的电台体系架构。如图2所示。
该体系架构中，自底向上包括硬件平台、BSP及设备驱动、嵌入式操作系统、嵌入式CORBA中间件、硬件抽象层（MHAL）、核心框架、基础服务、无线通信波形应用、频谱感知波形、认知引擎等若干部分。
硬件平台是实现通信功能和认知功能的基础，由射频模块、数字信号处理模块、主控模块等组成。
BSP、设备驱动、嵌入式操作系统、嵌入式CORBA中间件、硬件抽象层、核心框架共同构成一个通用开放的SCA软件平台。
基础服务软件为用户提供通用、组件化的共，包括故障检测、资源监控、信息输入、时间服务等。
无线通信波形应用是由一组实现通信功能的波形组件构成的应用软件，一种无线通信波形应用代表一种通信功能的实现。具备认知功能的电台可以根据认知结果选择最佳的波形和参数进行通信。
频谱感知波形完成频谱感知功能所需的信号处理工作，得到的感知结果是认知引擎工作的依据。电台可以根据时间、空间、频率等实际情况运行不同侧重的频谱感知波形以获取最佳的感知结果。
认知引擎是在软件无线电平台上实现基于人工智能技术的推理与学习，实现并驱动整个认知环路，实现认知功能的核心部件。通常，认知引擎由推理机、学习机、知识库等功能模块组成。可以说，认知引擎是CR的“大脑”。
由图 2所示的电台体系架构可知，基于认知无线电的电台在硬件上通常由以下模块组成：
1）实现通信功能的射频模块；
2）实现频谱感知功能的射频模块；
3）运行通信和频谱感知波形的数字信号处理模块；
4）运行认知引擎、完成对各模块运行管理的主控模块。
一个多通道的认知无线电台硬件架构如图3所示：
根据电台使用需求的不同，可对图 3所示的硬件架构进行裁减，但最少必须保留一个通信通道和一个认知通道。此时，数字信号处理模块和主控模块的功能也可以在一个硬件模块上实现。一个典型的单通道认知无线电台硬件架构如图4所示。
图中的射频功能模块完成通信射频信号的处理；频谱感知模块根据需求完成对相应频段的电磁环境探测；主控及数字信号处理模块是电台的核心，运行通信波形、认知引擎，同时负责电台的控制管理。并且，按照图 2所示的体系架构，在主控及数字信号处理模块上还要运行嵌入式操作系统、核心框架、中间件、硬件抽象层等基础软件以满足体系架构的要求。
4 结论
本文首先介绍了认知无线电技术的基本原理及，然后结合认知无线电技术的发展阐述了其在军事上的用途，最后参考软件通信体系结构（SCA）提出了一种基于认知无线电的电台体系架构，对其软硬件组成做了简要分析。
认知无线电技术作为一种全新的通信技术，能有效提高通信设备的通信效能及抗干扰能力；以认知无线电设备组网，能大幅提高通信网络的频谱利用率及通信容量；结合世界军事信息技术发展的特点，认知无线电技术的军事用途更是不可低估。近年来，认知无线电技术已经受到广泛和深入的研究，在不远的将来，必将对现有的通信技术造成巨大的冲击，在通信技术发展的历史上留下深远的影响。
参考文献：
[1] J.Mitola，Cognitive Radio：An Integrated Agent Architecture for Software Defined Radio[D]，Sweden，KTH Royal Institute of Technology，2000 .
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1、前言
随着我国应急救援体系的发展，消防部队已逐步成为城市主要的应急救援力量，广泛参与到自然灾害、事故灾难、社会安全事件等公共突发事件的应急救援处置中，并承担了部分非紧急的社会救助任务。消防通信是消防部队开展灭火救援行动的根本保障，是未来城市应急救援体系中信息通信的主要组成部分。美国911恐怖袭击事件中警察和消防员未建立统一的通信手段而造成的惨痛教训凸现出城市消防通信规划的重要性，所以在城市消防规划编制过程中合理规划和部署消防通信的建设和发展，在规划方针的指导下逐步建立和完善城市消防通信体系，是消防部队在执勤备战和灾害救助中全面发挥应急救援能力的根本保障。
2、消防通信规划的现状
消防通信规划的编制主要由城市规划设计单位和消防部门共同完成。由于城市建设和通信技术的高速发展，各地消防通信系统也在不断的扩展和升级，消防通信建设所依据的《消防通信指挥系统设计规范》等规范文件的要求与目前的应用现状相差较大，内容滞后且不全面，对规划编制的指导意义不够充分，一些通信指挥系统虽已达到火灾报警、火警受理、灭火救援通信调度等应用的基本要求，实际中却不能满足新形势下消防部队应急救援通信指挥的需求。并且由于消防通信规划的专业性较强、技术要求高、涉及的领域广泛繁多、基础设施建设发展不均衡等方面的原因，使消防通信规划的编制工作难以有效和深入开展，造成部分城市消防通信规划的内容空泛、缺乏深度、可操作性较差，不能切实有效的指导城市消防通信建设和发展。此外我国的应急管理体系建设起步较晚，部分消防通信规划内容仅片面集中于火灾事故方面，缺乏城市应急救援总体发展的综合考虑，造成消防通信建设与城市应急救援体系建设脱节。
3、消防通信建设现状
消防部队的信息通信建设按照公安部消防局信息化建设的总体规划部署和具体要求展开，实施主要依靠当地政府财政拨款、当地公安部门和电信部门的通信网络建设以及消防部队自身的信息化装备建设来完成，目前各级消防部队均已形成了相对独立的消防信息通信体系。以下将从基础通信网、消防通信指挥中心、消防综合业务信息系统等几个消防规划中涉及的重点方面具体展开论述。
3.1 基础通信网络
基础通信网络是消防通信和城市应急通信的基础设施，网络的建设直接决定了消防部队的信息应用能力，所以基础通信网络的发展是消防通信规划的重点。目前消防部队依托公安信息网、公众电信网、无线超短波通信网、卫星通信网等多种通信网络传输语音、图像和数据，形成了一套较为完整的消防通信网络体系，以下归纳为计算机通信网、有线通信网、无线通信网、卫星通信和短波通信网等几部分介绍。
3.1.1 计算机通信网
目前消防部队各级单位均已接入了以公安信息网为基础的计算机通信网，这一网络是消防部队数据通信的基础网络，承担灭火救援指挥调度、消防综合信息管理等大部分信息系统的数据传递，并可实现IP语音电话和视频传输等多媒体应用。为保证调度指挥等重要信息的可靠传递，部分节点间还建立了指挥调度专线和备份网路。在消防通信规划中应按照当地公安信息网和消防部队自身信息通信的建设情况以及各级消防部队的信息通信需求，合理规划消防计算机通信网，确保网络的全面接入和可靠畅通。
3.1.2 有线通信网
有线通信网包括报警电话接入和报警信息查询专线、指挥调度专线、办公市话网和公安专线网等通信网络，是城市各级消防队站获知灾害事故发生和传递调度指挥命令的基础信息通信网络。其中报警电话接入专线是用于接受公用电话网的报警和城市消防远程监控系统的火警信号及相关信息的通信线路。报警信息查询专线是用于获取报警电话的位置、装机人身份等信息的数据专线。指挥调度专线是用于连接火警受理终端、各消防站以及各相关联动单位的通信专线。办公市话网和公安专线网是消防部队内部各级部门之间和与公安机关之间通信的办公电话网。有线通信网是传统的消防通信基础网络，目前各城市基本完成了消防有线通信网的建设，在消防通信规划中应以未来网络容量和性能的改进及发展等内容为主，确保消防有线通信网的完备可靠，保证消防部队对灾害事故快速响应和出动调集命令的有效传达。
3.1.3 无线通信网
无线通信是消防部队在灭火救援展开和进行过程中用于灾害现场信息传递的主要通信方式。目前各级消防部队普遍配备了用于现场通信的350MHz超短波无线常规通信设备，并利用转信台扩展网络覆盖的范围。大部分城市还依托当地公安无线集群通信系统建立了消防集群通信网，北京、上海等地还建设了具备网络容量大、通话质量高、应用功能多等特点的数字集群通信网。消防部队以超短波无线通信为基础构成了由城市消防通信指挥网、现场指挥网和灭火救援战斗网组成的三级无线通信网络，并且利用GPRS、CDMA、3G等公众移动通信技术以及超短波、微波数传设备等多种手段建立无线数据通信网，用于传输灭火救援现场的图像和数据信息。此外公众移动电话网也是消防部队重要的辅助通信手段。合理规划城市消防无线通信网，构建可靠的无线通信体系是消防部队在灭火救援过程中战斗力有效发挥的根本保证。
3.1.4 卫星通信和短波通信
在地震、泥石流等大型自然灾害救援或野外应急救援中，依赖中继站的常规无线通信网往往会受到传输距离和范围、电力供给、极端环境影响等方面的局限，不能满足消防部队信息通信的需要，此时卫星通信和短波通信等应急通信方式成为救援现场最有效的信息通信手段。目前公安部消防局已对消防卫星通信体系做出总体的规划和部署，并推进消防卫星通信网的建设，一些城市的消防部队先后配备了“动中通”卫星通信设备、便携卫星站、短波电台等应急通信装备，在玉树地震和舟曲县特大泥石流等自然灾害救助和部分大型跨区灭火应急救援中显现出极强的应急通信保障能力。消防卫星通信和短波通信是应急通信体系中的重要部分，是城市有效抵御极端灾害的基础保障设施。
3.2 消防通信指挥中心
消防通信指挥中心是消防部队信息通信和作战指挥的中枢，具有受理报警、灭火救援指挥调度、信息情报支持等功能，负责火灾及其它灾害事故的接处警受理和消防救援力量的调度指挥。按照公安部“三台合一”的要求，目前我国大部分地级以上城市均已设置了包括治安、交通、消防在内的接处警指挥中心，建立了统一的集中受理和多部门联动的接处警平台，一些城市还进一步将医疗救护、安全生产等应急救援相关的领域纳入其中，并形成城市综合应急救援指挥中心。部分通信指挥中心还具备使用手机定位技术和GIS技术确定报警人的位置、使用短信平台受理报警、即时监控救援力量的行动状态、通过图像监控系统获取灾害发生区域的现场状况和交通状况等功能。在消防通信规划中应针对本地的实际情况，综合考虑未来城市应急救援体系的发展，确定消防通信指挥中心的建设发展方案。
移动消防通信指挥中心是设置在专门的通信指挥车中并集成了消防通信指挥相关功能的移动指挥平台，通常包括调度指挥台、辅助决策信息系统、多种无线通信系统、火场图像系统、视频会议系统、现场广播、供电及照明等其他辅助设备，是众多救援力量参与的复杂灾害事故处置现场中通信指挥的关键因素。按照城市规模和应急救援体系的建设情况，配置不同功能组件和不同移动及通信能力的消防通信指挥车是消防通信规划中的重要问题。
3.3 消防综合业务信息系统
消防综合业务信息系统是包括了灭火救援指挥、消防监督管理、部队管理和消防公众服务等多种应用功能的信息系统集成，是消防通信中应用软件的主要部分。按照消防部队信息化建设总体规划和部署，各级消防部队将逐步推广和应用包括消防基础数据平台、消防公共服务平台及各消防综合业务信息系统等部分的一体化业务平台。目前各地统一按照公安部消防局部署方案的要求，逐步开展了消防监督管理、部队管理和公众服务等信息系统的推广和应用，而对于消防基础信息平台、灭火救援指挥系统等面向灭火救援指挥和管理的信息系统，因受到基础信息数据库和通信基础设施建设情况的局限，各地的应用程度差异较大。在消防通信规划中，应将建立和完善城市地理信息、火灾风险信息、危险源信息、水、电、生产、医疗救护信息等内容的城市应急救援基础信息数据库，以及按照城市应急救援的具体需求开展消防指挥调度系统、消防指挥决策系统、重大危险源评估系统、模拟演练等系统的应用纳入到消防通信规划中重点建设。
4、未来发展趋势
随着信息通信技术的高速发展，众多高性能的通信技术将逐步应用于消防通信领域中，不断推进消防通信的发展。目前第四代移动通信技术已进入实验性应用阶段，在不久的将来势必将成为消防通信体系中高质量传输数据信息的重要手段。信息通信硬件设备的发展，使信息通信装备的通信性能和移动性能不断提升，设备成本将更加低廉，未来随着多媒体单兵信息装备的深入应用，使灾害救援现场各级指战员具备强大的信息通信能力，数字集群通信、卫星通信、微波数据通信等通信设备也将广泛装备到各级消防部队中，逐步成为普遍配备的常规通信手段。随着城市灾害联网监控系统的建设，消防通信指挥中心可以智能感知火灾等灾害事故的发生并及时获取相关灾情信息，极大的提高消防部队对灾害事故响应能力。此外物联网、遥感技术、传感器技术、Ad Hoc网络等应用于消防领域，可以即时、全面、深入的获得灭火和应急救援现场的灾情状况和救援实力状况，实现天空地一体的消防通信体系和数字化指挥调度体系。在消防通信规划中，应结合未来通信新技术的发展，合理规划和部署城市消防通信建设。
5、问题和建议
消防通信的发展应与城市应急救援体系各方面的发展情况及相关领域的具体情况协调统一。由于通信技术的发展速度较高，消防通信规划编制中应准确预见未来城市消防通信的需求，在首先确立适合消防通信发展总体框架基础上灵活的选择兼容性好、生命力强并具备开放和统一标准的技术和设备，有效避免重复建设，并尽量降低系统升级换代和改造的成本。发展中还应重视基础通信设施建设，切忌盲目追求新技术和热点技术。可靠度和抗灾能力是消防通信系统中不能忽视的问题，应充分考虑应急状况下缺乏电源供给、设备损坏、大量用户占用等特殊情况的系统运行，合理划分系统中紧急与非紧急应用的分工、采取冗余和备份设计、增设应急状态的专用模式等手段提高系统可靠程度和对灾害的抗击能力。此外消防通信系统设计中还应充分考虑到互联网、公安网、公众话务网、政务网等多个独立通信网络中各种系统间数据的融通，设计中应尽量将系统各具体应用建立在统一的平台和网络中，并采用一些安全稳妥的连接手段，共享和交换各网络间的信息数据。
参考文献
[1] GB50313.防通信指挥系统设计规范[S].
张昊.论重特大灾害消防应急通信技术[J].消防科学与技术，2011，30(2):132-136
