時間：2023-03-07 15:01:03
導(dǎo)語：在無線通信論文的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
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?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
甚低頻范疇內(nèi)的電磁波，被設(shè)定成無線互通必備的這種波形。把無線通信慣用的天線，看成電偶極子。電波傳遞特有的路徑之中，天線運(yùn)送過來的電波，先要經(jīng)由覆蓋著的上側(cè)層級。例如：通信體系架構(gòu)內(nèi)的傳導(dǎo)電流，會超出這一范疇的位移電流。選出來的參數(shù)，可分成電導(dǎo)率、電磁波特有的角頻率、關(guān)聯(lián)著的介電常數(shù)。甚低頻段特有的區(qū)段，會滿足擬定好的這一要求。真正去運(yùn)算時，天線預(yù)設(shè)的埋深，應(yīng)被擬定為零。發(fā)射天線被安設(shè)于地表以下的某深度之處。為此，應(yīng)把運(yùn)算得來的數(shù)值，乘以選取出來的衰減因子，就得來這一深度。
1.1區(qū)分多重區(qū)段
線路架設(shè)固有的距離、電磁波固有的波長，會表征著不同比值。依循擬定好的這些比值，可把選出來的區(qū)域電場，分出四種區(qū)段。具體而言，若預(yù)設(shè)的通信距離偏近，或擬定好的頻次偏低，那么這一區(qū)段被設(shè)定成準(zhǔn)靜區(qū)。伴隨距離拓展，細(xì)分出來的這些區(qū)段，依次設(shè)定成近區(qū)、中部架構(gòu)下的中間區(qū)、偏遠(yuǎn)的區(qū)段。測量得來的頻率范圍，關(guān)涉著對應(yīng)情形下的波長。例如：頻率被擬定成10k赫茲這一數(shù)值以內(nèi)，那么波長表征的數(shù)值，就被限縮在30千米；依循這一遞增規(guī)律，可以推測得來幅值特有的衰減常數(shù)。由此可得，在偏低頻次特有的區(qū)段內(nèi)，如上的比值會滿足特有的準(zhǔn)靜區(qū)；若擬定好的通信距離，沒能超出2千米，那么給出來的通信范圍，就被劃歸為近區(qū)。
1.2明晰運(yùn)算流程
準(zhǔn)靜區(qū)特有的區(qū)段之中，應(yīng)當(dāng)經(jīng)由審慎的運(yùn)算，計(jì)算出擬定好的場，同時辨識場的特性。若給出來的頻率既定，且通信距離特有的間隔偏近，那么體系架構(gòu)以內(nèi)的架設(shè)天線，就被看成近似態(tài)勢下的恒流偶極子。場強(qiáng)及關(guān)聯(lián)著的電流矩，會凸顯出正比的關(guān)聯(lián)；然而，場強(qiáng)與運(yùn)算得來的電導(dǎo)率、場地固有的水平距離，卻帶有反比的關(guān)聯(lián)。若擬定好的頻率升高，則原初的這種距離，就會快速縮減。如上的運(yùn)算中，沒能考量偶極子特有的埋設(shè)深度。真實(shí)態(tài)勢下，水平方位的這種偶極子，會被安設(shè)于特有高度的通信線路之內(nèi)。真正去計(jì)算時，還應(yīng)在擬定好的公式之中，添加衰減因子。
1.3埋地范疇內(nèi)的偶極子
甚低頻架構(gòu)下的無線通信，擬定好的電場，會跨越這一范疇中的準(zhǔn)靜區(qū)、關(guān)聯(lián)著的近區(qū)。接納過來的信號，主要依憑運(yùn)輸特性的天線。為獲取各個層級內(nèi)的場強(qiáng)數(shù)量級，有必要明晰多重參數(shù)的更替規(guī)律。接收點(diǎn)區(qū)段之中的原有場強(qiáng)，會隨同變更著的參數(shù)，而不斷更替。例如：發(fā)射天線預(yù)設(shè)的埋設(shè)深度，被擬定成300米；擬定好的這種長度，表征著水平方位的電偶極子。運(yùn)算得來的電流矩，會達(dá)到100A每米。天線固有的上側(cè)區(qū)段，覆蓋著等效特性的電導(dǎo)層。這一層級固有的電導(dǎo)率，被測定成每米0.018S。由此可推知，劃分好的通信范疇，應(yīng)被涵蓋在準(zhǔn)靜區(qū)。把如上的條件，帶入給出來的公式，就能明晰接收點(diǎn)關(guān)涉的電場；還能明辨電場隨同頻率而更替這樣的規(guī)律。若選出了既定的一點(diǎn)，則可以明辨通信距離特有的彼此關(guān)聯(lián)。
2應(yīng)注重的事宜
依循地層固有的多樣磁性，可以辨識這一層級以內(nèi)的磁導(dǎo)率。除了帶有鐵磁特性的這種物質(zhì)，其他范疇之中的關(guān)聯(lián)物質(zhì)，都很近似擬定好的真空狀態(tài)。預(yù)設(shè)的介電常數(shù)，關(guān)聯(lián)著極化場這樣的頻率；介電常數(shù)特有的測定及運(yùn)算，也關(guān)涉周邊范疇中的環(huán)境。干燥特性的區(qū)段環(huán)境，對于固定著的多重頻率，都會保持恒定。潮濕特性的環(huán)境，對于關(guān)聯(lián)著的聲頻，會凸顯明晰的干擾。這樣測定出來的電導(dǎo)率，會相差偏多的數(shù)量級。擬定好的這一電導(dǎo)率應(yīng)被設(shè)定為恒定。為便利接續(xù)的通信設(shè)計(jì)，依循穿透點(diǎn)布設(shè)著的大致方向，可以經(jīng)由運(yùn)算，得來等效態(tài)勢的電導(dǎo)率。把測算得來的這種參數(shù)，簡化為慣常見到的、均質(zhì)架構(gòu)以內(nèi)的電磁波，并擬定可用的穿透模式。等效情形下的電導(dǎo)率，可被概要擬定成平均值。在如上的運(yùn)算中，應(yīng)被涵蓋的關(guān)聯(lián)參數(shù)，包含總體的線路長度、線路固有的導(dǎo)體狀態(tài)。依循通信地點(diǎn)特有的布設(shè)狀態(tài)，得到平均態(tài)勢中的電導(dǎo)率。
3結(jié)束語
本專題想要設(shè)計(jì)一套注重安全性的電梯管理系統(tǒng)，借助ZigBee技術(shù)，讓管理人員能夠隨時監(jiān)控電梯故障所在，以隨時進(jìn)行安全管理。ZigBee具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括可以實(shí)現(xiàn)多跳路由和資料發(fā)送的網(wǎng)格協(xié)定、安全規(guī)格和針對應(yīng)用層互通性的整套參數(shù)設(shè)置，ZigBee針對微控器應(yīng)用開發(fā)人員提供了管理網(wǎng)絡(luò)以及連接其他節(jié)點(diǎn)的更高抽象層次。因此，基于ZigBee的無線通訊協(xié)定被廣泛應(yīng)用作為無線網(wǎng)絡(luò)傳感器（WSN）系統(tǒng)的通訊標(biāo)準(zhǔn)，而這在電梯安全管控中，更是得到了十分廣泛的應(yīng)用。另外，由于微軟針對.NET技術(shù)的發(fā)表，使基于因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用得到蓬勃的發(fā)展，利用技術(shù)，網(wǎng)頁程序的設(shè)計(jì)從單純的信息傳遞與瀏覽，也擴(kuò)展到電梯安全運(yùn)行監(jiān)控中應(yīng)用。
2基于ZigBee技術(shù)的電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的規(guī)劃
2.1系統(tǒng)的硬件規(guī)劃
在硬件規(guī)劃方面，文章以ZigBee無線微控器與電梯的管理做結(jié)合，依此建構(gòu)低成本的電梯信息管理與監(jiān)控系統(tǒng)，通過無線模塊，管理者可以有效取得電梯運(yùn)行的信息，其中實(shí)體的硬件架構(gòu)規(guī)劃上，無線控制器采用TI的ZigBee-CC2430模塊。CC2430微控器，它是由TI公司收購無線單片機(jī)公司CHIPCON后推出的ZigBee無線單晶片，而CC2430也是一個真正符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的晶片系統(tǒng)，ZigBee-CC2430除了包括RF收發(fā)器外，還內(nèi)建加強(qiáng)型8051MCU、32／64／128KB的Flash、8KB的RAM以及ADC、DMA等。CC2430可工作在2.4GHz頻段，2.4G頻段為所謂的ISM頻段，為專門提供給工業(yè)、科學(xué)與醫(yī)學(xué)使用的免費(fèi)頻段，此外，CC2430采用低電壓（2.0～3.6V）供電，且功耗很低（接收數(shù)據(jù)時為27mA，發(fā)送數(shù)據(jù)時為25mA），最大傳送速率為250kbps。本系統(tǒng)通過無線模塊CC2430的結(jié)合，可減少電路元件的使用，對于開發(fā)低功耗的無線相關(guān)產(chǎn)品有很大的幫助。系統(tǒng)的Master端與Client端之間使用2.4GHz無線通訊模塊ZigBee-CC2430作為彼此連線的傳輸界面，Master端的無線微控器模塊一方面以無線通訊的方式接收來自Client端的信息；另一方面則通過RS-232與電腦串列通訊埠連接，再經(jīng)由程序的設(shè)計(jì)，PC端便可取得輸出入的信息。至于Client端則以無線傳輸?shù)姆绞街芷谛园l(fā)送電梯運(yùn)行信息給Master端。對于用戶端而言，主要是要通過瀏覽器，經(jīng)因特網(wǎng)取得電梯信息或進(jìn)行電梯系統(tǒng)的管理（系統(tǒng)管理者）。
2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)規(guī)劃
首先，用戶端（可以是駕駛?cè)藛T，也可以是系統(tǒng)管理者）可以使用任何可上網(wǎng)的裝置（如智能型手機(jī)、PDA或電腦）連上服務(wù)器，電梯乘客可以通過網(wǎng)頁查看目前電梯是否安全運(yùn)行，而管理者則可經(jīng)用戶端瀏覽頁面里的驗(yàn)證身份（帳號密碼）登入至服務(wù)器管理者頁面監(jiān)控目前電梯狀況、設(shè)定、查看資料等。因此，軟件設(shè)計(jì)分成三個部分：無線通訊部分、伺服端的PC監(jiān)控系統(tǒng)及伺服端的網(wǎng)絡(luò)瀏覽程序。
以下針對各部分的軟件設(shè)計(jì)的功能與內(nèi)容分別加以說明：一是在無線通訊設(shè)計(jì)方面。Master無線模塊的主要功能為收集各個Client端（電梯運(yùn)行端）的電梯運(yùn)行信息，由于每個Client端的無線模塊均設(shè)定了唯一的ID，因此，Master端的無線模塊可以將具備ID的Client端信息送至PC加以處理。至于Client端無線模塊的功能則是周期性的將電梯運(yùn)行的即時電梯運(yùn)行狀態(tài)送至Master端。Master端也可以看成是一個無線的服務(wù)器，它能與多個Client端連線。Master端在啟動后會進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，若Client端發(fā)送信息時，便會將所收到的數(shù)值傳回PC端作監(jiān)控。二是在服務(wù)器端監(jiān)控設(shè)計(jì)方面。PC端的功能為電梯的資料匯整處理與監(jiān)控，無論是電梯是否安全運(yùn)行，都通過PC端進(jìn)行監(jiān)控，并將所取得的信息存入資料庫中。此外，監(jiān)控端還設(shè)計(jì)了其他實(shí)用功能。各功能簡單說明如下：（1）趨勢圖：該功能讓管理者查詢到在一日、一周、一年所進(jìn)出的電梯運(yùn)行狀況。（2）安全隱患明細(xì)表：該功能可以讓管理者查詢電梯安全隱患出現(xiàn)的時間與對應(yīng)的原因。（3）故障查詢：該功能是讓管理者得知是否存在故障。三是在伺服端的網(wǎng)頁瀏覽程序設(shè)計(jì)方面。該部分設(shè)計(jì)是要使管理者通過瀏覽頁面呈現(xiàn)目前電梯的即時狀況，網(wǎng)頁的基本信息包括：Master端CC2430目前連線PC端狀況、電梯安全狀況、乘客數(shù)量顯示。使用者通過服務(wù)器上的網(wǎng)頁瀏覽程序直接讀取資料庫的內(nèi)容，以呈現(xiàn)電梯的即時狀況，其中呈現(xiàn)的頁面以每秒掃描的方式進(jìn)行資料的更新。瀏覽程序設(shè)計(jì)也結(jié)合AJAX控制項(xiàng)，該控制項(xiàng)的主要功能為在掃描更新電梯信息時，不會產(chǎn)生因刷新整個網(wǎng)頁畫面造成的閃爍情況，提供較舒適的網(wǎng)頁閱讀環(huán)境。另一方面，為區(qū)分網(wǎng)頁提供的功能，另增設(shè)身份驗(yàn)證登入，除一般用戶可獲得電梯信息外，管理者則可直接在網(wǎng)頁上進(jìn)行日期方式讀取資料庫檔案及搜尋范圍等。
3結(jié)束語
關(guān)鍵詞：無線通信協(xié)議通用串行總線中央監(jiān)控遠(yuǎn)程終端
引言
現(xiàn)代世界是一個高速自動化的世界，各種各樣的設(shè)備除了可以與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)外，還可以互聯(lián)機(jī)，而最簡單的自動化聯(lián)機(jī)方式就是使用串行通信。隨著時代的進(jìn)步，它并沒有被取代，后倒是逐漸被廣泛應(yīng)用。如今，在許多場合有線連接的方式已經(jīng)不能滿足科技的高速發(fā)展。無線技術(shù)正以一種快速的速度進(jìn)入許多產(chǎn)品，它與線相比主要有成本低，攜帶方便，省去有線布線的煩惱；特別適用于手持設(shè)備的通信、電池供電設(shè)備、遙控、遙測、小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線標(biāo)簽身份識別、非接觸RF智能卡、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控、機(jī)器人控制、無線232數(shù)據(jù)通信、無線485/422數(shù)據(jù)通信、無線數(shù)字語音、數(shù)字圖像傳輸、智能小區(qū)不停車收費(fèi)、銀行智能回單系統(tǒng)等。在如此多的無線系統(tǒng)應(yīng)用中，無線通信的協(xié)議自然顯得特別重要。無線通信協(xié)議的好壞直接關(guān)系到系統(tǒng)的安全性、誤碼率以及系統(tǒng)運(yùn)行的速度。本文以上海桑博科技有限公司的STR-2無線收發(fā)模塊為例，詳細(xì)介紹無線收發(fā)模塊與各種單片機(jī)的硬件接口設(shè)計(jì)，點(diǎn)對多點(diǎn)無線通信協(xié)議的數(shù)字打包格式、解包程序以及相關(guān)軟件設(shè)計(jì)。
1系統(tǒng)概述
1.1鏈狀點(diǎn)對多點(diǎn)系統(tǒng)
圖1所示的系統(tǒng)是由一臺中央監(jiān)控設(shè)備CMS（CentralMonitoringSystem）和多臺遠(yuǎn)程終端設(shè)備MRTU（MultipleRemoteTermialUnit）構(gòu)成的點(diǎn)對多點(diǎn)的多任務(wù)無線通信系統(tǒng)。在中央監(jiān)控設(shè)備CMS與遠(yuǎn)程終端RTU（RemoteTermialUnit）之間用多臺中轉(zhuǎn)設(shè)備Tran作為中轉(zhuǎn)站，以便起到暫存數(shù)據(jù)和延伸距離的作用。中轉(zhuǎn)站之間，以單向通信方式進(jìn)行傳遞數(shù)據(jù)。
（1）適用范圍
*傳輸距離遠(yuǎn)的多點(diǎn)多任務(wù)數(shù)據(jù)采集；
*條件惡劣、干擾大、多點(diǎn)多任務(wù)數(shù)據(jù)采集；
*對時間要求不高的各種復(fù)雜無線數(shù)傳；
*智能小區(qū)水、電、煤、曖氣集中抄表系統(tǒng)，各種遠(yuǎn)程集中按防報警系統(tǒng)等。
（2）協(xié)議數(shù)據(jù)包格式
協(xié)議的第一件事就是能夠識別噪志和有效數(shù)據(jù)。噪聲是以隨機(jī)字節(jié)出現(xiàn)的，沒有明顯的結(jié)合方式；噪聲源可以產(chǎn)生任意字節(jié)的組合。在無線通信的過程中，最好能通過一種協(xié)議有效地抑制噪聲的產(chǎn)生。
通過測試和試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，0xFF后跟0xAA、0x55在噪聲中不容易發(fā)生。傳輸協(xié)議應(yīng)該在數(shù)據(jù)包前加開始字節(jié)，0xFF后跟0xAA、0x55發(fā)送協(xié)議的開始應(yīng)該是一個任意內(nèi)容的字節(jié)（這是因?yàn)榈谝粋€字節(jié)的數(shù)據(jù)在發(fā)送時容易丟失），然后是0xFF后跟一個0xAA、0x55；接收協(xié)議規(guī)定只接收以0xFF后跟0xAA、0x55開始的包，于是就可以很方便地把以上系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包格式定為：
Lead1Lead2Lead2HeaderLengthHostIDLocaDestination
UnitData1Data2…DatanChecksum
Lead為引導(dǎo)字節(jié)
Leader1=0xFF；
Leader2=0xAA；
Leader2=0x55；
Header為數(shù)據(jù)包的命令字節(jié)，由此確定數(shù)據(jù)包的類型；
Length為數(shù)據(jù)包包含的Length字節(jié)之后的所有字節(jié)的長度；
HostID為主機(jī)地址；
Local為本地機(jī)地址；
Destination為目標(biāo)地址；
Unit為RTU地址字節(jié)；
Data為數(shù)據(jù)包字節(jié)；
Checksum為校驗(yàn)字節(jié)。
1.2星狀點(diǎn)對多點(diǎn)通信
圖2系統(tǒng)是由一臺中央監(jiān)控設(shè)備CMS和多臺遠(yuǎn)程終端設(shè)備MRTU構(gòu)成的點(diǎn)對多點(diǎn)多任務(wù)無線通信系統(tǒng)。在中央監(jiān)控設(shè)備CMS與每一臺遠(yuǎn)程終端RTU都以雙向通信方式進(jìn)行傳遞數(shù)據(jù)；特別適用于數(shù)據(jù)量大，對時間要求較高的場合。
（1）適用范圍
*傳輸距離較近的地方；
*條件惡劣、干擾大的地方；
*對時間要求高、數(shù)據(jù)量大的場合；
*智能小區(qū)水、電、煤、曖氣集中抄表系統(tǒng)，各種遠(yuǎn)程集中安防報警系統(tǒng)等；
*智能家用集中控制系統(tǒng)；
*工業(yè)測控、工業(yè)數(shù)據(jù)采集；
*醫(yī)療器械、健身器材；
*數(shù)據(jù)倉庫、智能商場超市導(dǎo)購；
*餐飲無線點(diǎn)菜系統(tǒng)；
*PDA無線數(shù)傳；
*水紋氣象監(jiān)控；
*生物信號采集；
*油田環(huán)境監(jiān)控；
*銀行智能回單系統(tǒng)等。
（2）協(xié)議數(shù)據(jù)包格式
根據(jù)圖2可以把系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包格式定為：
Lead1Lead2Lead2HeaderLengthUnit
Data1Data2…DatanChecksum
Lead為引導(dǎo)字節(jié)
Leader1=0xFF;
Leader2=0xAA;
Leader2=0x55；
Header為數(shù)據(jù)包的命令字節(jié)，由此確定數(shù)據(jù)包的類型；
Length為數(shù)據(jù)包包含的Length字節(jié)之后的所有字節(jié)的長度；
Unit為RTU地址字節(jié)；
Data為數(shù)據(jù)包字節(jié)；
Checksum為校驗(yàn)字節(jié)。
2硬件設(shè)計(jì)
上海桑博電子科技有限公司STR-2RF模塊的核心部分為nRF401，外加精心設(shè)計(jì)的內(nèi)置天線，具有體積小（37mm×47mm），功耗低的特點(diǎn)；傳輸距離為200m，最大傳輸速率為20kb/s；接口電路簡單，可直接與單片機(jī)的通用串行口（UART）口連接。圖3所示為硬件框圖。
STR-2RF引腳功能如下：
VCC——正電源，接2.7～5.25V;
CS——頻道選擇，CS=0為選擇工作頻道1（即433.92MHz），CS=1為選擇工作頻道2（即433.33MHz）；
DOUT——數(shù)據(jù)輸出，連接MCU串口RXD；
DIN——數(shù)據(jù)輸入，連接MCU串口TXD；
GND——電源地；
PWR——節(jié)能控制，PWR=1為正常工作狀態(tài)，PWR=0為低功耗狀態(tài)；
TXN——發(fā)射接收控制，TXN=1時模塊為發(fā)射狀態(tài)，TXN=0時模塊為接收狀態(tài)；
3軟件設(shè)計(jì)
在系統(tǒng)中，所有STR-2RF模塊均采用433.92MHz作為系統(tǒng)工作頻率。下面以星狀點(diǎn)對多點(diǎn)通信系統(tǒng)為例，詳細(xì)介紹系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。
（1）主程序設(shè)計(jì)
為了避免同頻干擾的問題，系統(tǒng)采用時分TDMA（TimeDiveisionMultipleAccess）技術(shù)，把系統(tǒng)CMS與任意一臺RTU之間的通信采用時分的方式分開，CMS通過掃描的方式與各臺RTU設(shè)備進(jìn)行單臺通信，這樣系統(tǒng)中的CMS與RTU的通信方式就成為點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式。整個點(diǎn)對多點(diǎn)系統(tǒng)的通信就成為若干個點(diǎn)對點(diǎn)通信的組合。程序采用C51單片機(jī)語言編寫，其主控程序流程如圖4、圖5所示。
（2）打包與解包
協(xié)議將主要數(shù)據(jù)分割成一定格式的數(shù)據(jù)，并增加一些額外的信息（用于糾錯），這個過程叫打包；在接收端協(xié)議去掉這些額外信息，只留下初始信息，這個過程叫解包。
打包程序如解包程序見網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充版。
解包子程序流程如圖6所示。
[論文摘要]雷雨頻繁季節(jié)，防雷成為無線通信臺站的一項(xiàng)重要任務(wù)，認(rèn)真做好系統(tǒng)接地工作在無線通信設(shè)備防雷避雷中具有重要意義。針對無線通信系統(tǒng)最基礎(chǔ)的接地工作，分析和探討通信防雷工作、減少通信機(jī)意外故障因素。
隨著無線通信系統(tǒng)的自動化裝備越來越先進(jìn)，設(shè)備電路的精密集成度日益提高。感應(yīng)雷電及雷電電磁脈沖的入侵很容易損壞相應(yīng)的電子、電氣設(shè)施，加之無線通信設(shè)備自有的室外天線和電纜饋線等的，感應(yīng)雷擊的危害明顯增加，僅靠避雷針已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足無線通信臺站設(shè)備的防雷實(shí)際需求，因此，對系統(tǒng)工作地和保護(hù)地的要求更加嚴(yán)格，必須從細(xì)節(jié)抓起、從源頭治理、全方位著手，在抓好系統(tǒng)接地工作的基礎(chǔ)上，對臺站設(shè)備實(shí)施綜合防雷工程。要對設(shè)備防雷要認(rèn)真規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工，設(shè)備接地工作必須嚴(yán)格要求、高度重視，務(wù)必做到系統(tǒng)接地關(guān)即：連線堅(jiān)固、地網(wǎng)可靠、泄流暢通，總的來說，在一個工作區(qū)域內(nèi)，盡量將鄰近的機(jī)房、鐵塔、天線、變壓器、配電柜、通信電纜統(tǒng)籌考慮，按均壓、等電位的原理把工作地、保護(hù)地和防雷地組成一個聯(lián)合接地網(wǎng)，臺站內(nèi)各類接地線應(yīng)從接地匯集線或接地網(wǎng)上分別引入，擴(kuò)大地網(wǎng)范圍，增強(qiáng)整體防雷能力。
一、無線通信防直接雷的接地工作
對于防直接雷襲擊，我們一般主要采用避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)等傳統(tǒng)避雷裝置，只要設(shè)計(jì)規(guī)范，安裝合理，這些避雷設(shè)施便能對直接雷進(jìn)行有效的防御，這種方法經(jīng)濟(jì)、簡單，但要注意，避雷針應(yīng)當(dāng)裝在高于天線尖端數(shù)米，避雷針與天線之間應(yīng)有一定的間隔，以防止由于避雷針的存在而損壞天線的輻射圖形影響通信效果。一般的做法是避雷針成為天線塔體的主桿，通信天線裝在避雷針外線大約1.5個波長以外。由于避雷針帶接觸雷擊的強(qiáng)度較大、范圍較廣，首先要確保其具有良好的電流瀉放通道，主要接地標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)做到：
1、避雷地線的直流通路的電阻要求足夠低，一般為10—500，小于50最佳，由于雷電浪涌電流較大，頻譜較寬且持續(xù)時間短，因此要求必須有盡量小的電感量。
2、地線不能用扁平編織線或絞合線，因?yàn)檫@種線電感較大，不利于泄放雷擊電流，且容易被腐蝕。要盡可能使用3mm以上的實(shí)心導(dǎo)線，且最好是相同的金屬材料。
3、為了增大地表層的泄放面積，可采用埋設(shè)有一定間隔的多根接地體，且相互焊接。如在建筑物的四周以1至2米的間隔埋上10根左右的銅管，并把它們焊接起來。
接地體宜采用熱鍍鋅鋼材，其規(guī)格要求如下：
鋼管φ50mm壁厚不應(yīng)小于3.5mm。角鋼不應(yīng)小于50mm×500mm×5mm。扁鋼不應(yīng)小于40mm×4mm。
但由于無線通信臺站的環(huán)境條件不一，其地網(wǎng)往往難以組成沿房屋四周封閉式的環(huán)形地網(wǎng)，所以對地網(wǎng)組成方式給予了靈活考慮，但機(jī)房工作地、保護(hù)地、鐵塔防雷地三者應(yīng)共同地網(wǎng)，且要求鐵塔與建筑物連通(含地下、樓頂)，有困難時也要確保樓頂避雷帶與鐵塔地網(wǎng)連通。對于地處市郊、多雷區(qū)(年雷暴日大于20天以上)或建筑物較高而得不到周圍建筑物防雷設(shè)施保護(hù)的臺站，其地網(wǎng)應(yīng)在地下、地面上作多點(diǎn)(兩點(diǎn)以上)焊接連通，特別注意的是，在地網(wǎng)焊接連通時要與設(shè)備斷開操作，以確保系統(tǒng)安全。
除了做好室外防雷設(shè)施的有效接地外，從防雷工程的系統(tǒng)性和綜合性來考慮，還要注意通信機(jī)房內(nèi)相關(guān)設(shè)施的聯(lián)合接地，即機(jī)房內(nèi)走線架、吊掛鐵架、機(jī)架或機(jī)殼、金屬通風(fēng)管道、金屬門窗等均應(yīng)作保護(hù)接地，保護(hù)接地線一般宜采用截面積不小于35mm2的多股銅導(dǎo)線。按照《通訊局(站)防雷與接地設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，對機(jī)房的接地引入線長度不宜超過30m，其材料為鍍鋅扁鋼，截面積不宜小于4mm×40mm或不小于95～2的多殷銅線。接地引入線應(yīng)作防腐、絕緣處理，并不得在暖氣、地溝內(nèi)布放，埋設(shè)時應(yīng)避開污水管道和水溝，在地面以上部分，應(yīng)有防止機(jī)械損傷的措施。
二、無線通信防感應(yīng)雷的接地工作
無論多么完善的避雷針，對感應(yīng)雷擊都無能為力，由于其來自線路的感應(yīng)電流，加之有的系統(tǒng)屏蔽差，以及沒有采取有效的等電位連接措施、綜合布線不合理、接地不規(guī)范造成地電位反擊等，因此需要運(yùn)用完善的綜合防雷手段，在電源和饋線等線路上安裝相關(guān)的避雷器SPD，與合格的避雷針有機(jī)結(jié)合、相互補(bǔ)充，構(gòu)成一套完整的防雷體系。而對任何先進(jìn)、科學(xué)的防雷器件而言，設(shè)備的本身接地和防雷器的接地都尤為重要，一般要求通信機(jī)房地阻不超過10，這也是保證避雷設(shè)備發(fā)揮作用的前提和關(guān)鍵。
1、機(jī)房內(nèi)的設(shè)備首先要做到保護(hù)地、工作地等電位連接，特別是相關(guān)設(shè)各機(jī)箱的外殼必須接地，以最大程度上減少二次感應(yīng)雷擊的危害。對接地匯集線和接地排的要求較高，它一般設(shè)計(jì)成環(huán)形或排狀，材料為銅材，截面積不應(yīng)小于120mm2，也可采用相同電阻值的鍍鋅扁鋼，機(jī)房內(nèi)的接地匯集線可安裝在地槽內(nèi)、墻面或走線架上，接地匯集線應(yīng)與建筑鋼筋保持絕緣。
2、通信站傳輸射頻信號的同軸電纜饋線一般都有金屬外護(hù)層，應(yīng)在上廓、下部和經(jīng)走線架進(jìn)機(jī)房入口處就近接地，在入機(jī)房處的接地應(yīng)與地網(wǎng)引出的接地線直接連通，以瀉放線纜在外界感應(yīng)的雷電流。當(dāng)鐵塔高度大于或等于60m時，同軸電纜饋線的金屬外護(hù)層還應(yīng)在鐵塔中部增加一處接地。在天饋系統(tǒng)中安裝避雷器時要注意以下方面的接地問題。一是避雷器的接地端的接地電阻不得大于50，否則將影響防雷效果；二是安裝通信天線時，天線支撐桿要與鐵塔可靠連接，連接電阻等于零，饋線應(yīng)從鐵塔內(nèi)部垂下，并每隔一段距離用銅絲與鐵塔固定。
1大氣窗口的選擇
大氣中存在著各種復(fù)雜成分的氣體分子和微粒。激光在大氣中傳播時，因?yàn)檫@些物質(zhì)會對激光信號吸收與散射，還有大氣氣溶膠的散射，這就是導(dǎo)致傳播過程中能量衰減的主因。此外遇到下雪、下雨、刮風(fēng)等氣候，會使能量在空間重新分配，產(chǎn)生了不同程度衰減。表1列出典型氣候條件下，大氣衰減情況。一般情況下，氣候條件良好，對光束衰減主要是散射和吸，比如水蒸氣、臭氧、瑞利散射等[2]。輻射波長處在某些區(qū)域吸收作用最小，稱之為“微窗口”。圖1給出了晴朗天氣條件，在700～1600nm波段，4個良好大氣窗口，分別出現(xiàn)在780，850，1064，1550nm附近。因此，為了盡量減少衰減，可選擇有利的天氣，并選擇處在大氣窗口波段波長，可收到較好的效果。
2大氣信道模型
在近地光無線通信系統(tǒng)傳輸中，大氣信道由于種種原因引起光的吸收和散射，光信號信噪比等將受到影響。對大氣信道對數(shù)正態(tài)分布模型建模分析，可為系統(tǒng)誤碼性能分析做必備基礎(chǔ)，對光無線通信系統(tǒng)有巨大理論價值。對數(shù)正態(tài)分布是跟據(jù)利托夫近似，用疊加來表示對數(shù)振幅。
3結(jié)束語
節(jié)能管理不是單純的消減的過程[1]。實(shí)際上,在剛開始的階段,節(jié)能并不能直觀地省錢,反而會消耗許多。但是長期進(jìn)行下去,節(jié)能會取得讓人驚喜的成果。同時,在進(jìn)行節(jié)能管理時,還要充分考慮到環(huán)境和社會。必須要是環(huán)境和大眾可接受的措施。若是節(jié)能管理不能合理安全,不符合實(shí)際情況,那也不能進(jìn)行廣泛的推廣。措施要考慮到人們的生活習(xí)慣,還要有質(zhì)量和安全方面的保障,否則,再有效率也不能被接受。比如說在節(jié)約用電方面,西方國家普遍推行夏時制,利用太陽的關(guān)照代替部分電源,從而節(jié)約照明和洗澡的用電。但這在中國就不行,我們的時節(jié)和生活習(xí)慣大不相同,對人家再有用也不可能被采納[2]。
2如何有效進(jìn)行節(jié)能管理
2.1針對性進(jìn)行節(jié)能
想要有效地節(jié)能,首先要充分了解當(dāng)前耗能現(xiàn)狀,弄清楚哪些具體環(huán)節(jié)消耗的能源最高。無線通信網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)有許多,也許一個節(jié)點(diǎn)的能耗看起來很少,但小數(shù)量的能耗乘以大數(shù)量的基礎(chǔ)就會變得讓人難以忽視。要做的就是找出這些節(jié)點(diǎn),找出關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。然后再根據(jù)這些環(huán)節(jié)對癥下藥,擬定節(jié)能的目標(biāo)、指標(biāo),取消或是改造不必要的環(huán)節(jié)[2]。充分借鑒國外的經(jīng)驗(yàn),提出可行的提案,聆聽多方面專家的意見,進(jìn)行開放的討論,全面地看待問題。之后再制定計(jì)劃,重點(diǎn)關(guān)注那些高耗能環(huán)節(jié),針對性實(shí)行節(jié)能管理。
2.2優(yōu)化無線網(wǎng)絡(luò)
優(yōu)化無線通信的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是幫助推行節(jié)能管理的好方式。主要有三個步驟,一是采集數(shù)據(jù),二是分析性能,三是實(shí)施和測試方案[3]。采集數(shù)據(jù)是系統(tǒng)數(shù)據(jù),包括網(wǎng)絡(luò)總體的和主要結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù),從而更好地分析其網(wǎng)絡(luò)性能和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。至于分析性能,是基于采集到的系統(tǒng)數(shù)據(jù),有效地分析數(shù)據(jù),制定優(yōu)化的方案。最后,要對無線網(wǎng)絡(luò)的性能實(shí)施和測試方案。這個優(yōu)化方案包括了很多的優(yōu)化如設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和硬件系統(tǒng)等方面。
2.3建立完整系統(tǒng)
設(shè)計(jì)系統(tǒng)的內(nèi)容要是完整的、全面的,同時要保證設(shè)計(jì)方案科學(xué)性和可操作性。系統(tǒng)通常是綜合而嚴(yán)格的,也要符合當(dāng)前技術(shù)的發(fā)展潮流,才能讓系統(tǒng)保持先進(jìn)性。合理布局,監(jiān)測設(shè)備及其他設(shè)備要符合技術(shù)發(fā)展的趨勢,考慮到安全性的原則的重要性,以確保整個系統(tǒng)的安全和可靠操作,我們要首先考慮系統(tǒng)的安全性和系統(tǒng)整體的可靠性。此外,節(jié)能系統(tǒng)要維修方便,而且維護(hù)費(fèi)用低。整個投資要控制在合理范圍內(nèi)。滿足以上,節(jié)能管理就有系統(tǒng)可依靠,就能更加科學(xué)和規(guī)范[3]。
1.1WLAN通信
WLAN是一類無線通信系統(tǒng)的簡稱，具有靈活性、移動性、易擴(kuò)展性及成本低等特點(diǎn)。Wi-Fi是一個無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的品牌，其主要采用的通信協(xié)議也是IEEE802.11系列協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)主要位于OSI協(xié)議的物理層和MAC層。物理層定義了三種無線傳輸方法，即跳頻擴(kuò)頻、直接序
1.23G通信
本文所采用的3G技術(shù)為UMTS（通用移動通信系統(tǒng)）。相對于功能單一WLAN或GSM，GPRS網(wǎng)絡(luò)，UMTS網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，功能更加豐富，網(wǎng)絡(luò)管理需要考慮的因素也更加多元化。UMTS除了把WCDMA作為首選空中接口技術(shù)獲得不斷完善外，還相繼引入了TD-SCDMA和HSDPA技術(shù)。UMTS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括無線接入網(wǎng)絡(luò)和CN（核心網(wǎng)絡(luò)）兩部分，無線接入網(wǎng)絡(luò)部分包括UE（用戶設(shè)備）和UTRAN（陸地?zé)o線接入網(wǎng)）。UMTS支持1920kb/s的傳輸速率，其關(guān)鍵技術(shù)為切換技術(shù)，主要包括軟切換和硬切換，目的是保證移動節(jié)點(diǎn)良好的接入到當(dāng)前的移動通信網(wǎng)絡(luò)。UMTS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如
1.3WAVE通信
WAVE技術(shù)是車路協(xié)同系統(tǒng)產(chǎn)生后，為解決車車通信、車路通信問題而提出的一種高效的無線接入通信機(jī)制。WAVE的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在消息傳輸延時、節(jié)點(diǎn)移動性、通信頻段的抗干擾性和IEEE802.11p對車路協(xié)同系統(tǒng)的適用性，其在網(wǎng)絡(luò)性能、實(shí)現(xiàn)成本及復(fù)雜程度方面的綜合評價均優(yōu)于普通的無線通信技術(shù)，WAVE的協(xié)議體系主要依托于IEEE802.11p協(xié)議，其是針對汽車通信的交通應(yīng)用環(huán)境而設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，主要作用于物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。物理層處于協(xié)議的底層，且是基于正交頻分復(fù)用的，主要負(fù)責(zé)為設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒介及互聯(lián)設(shè)備，控制信道的激活或失效服務(wù)，為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠的環(huán)境。數(shù)據(jù)鏈路層包括LLC（邏輯鏈路子層）和MAC（介質(zhì)訪問控制子層），其中IEEE802.11p的MAC層是整個協(xié)議架構(gòu)中性能優(yōu)勢的集中體現(xiàn)。MAC層為數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺绤f(xié)調(diào)控制方面提供服務(wù)，通過可靠的信道接入?yún)f(xié)議，更加高效的進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。WAVE在交通領(lǐng)域已經(jīng)得到了大量的應(yīng)用。
2性能仿真測試
2.1OPENT仿真原理
OPNETModeler是當(dāng)前領(lǐng)先的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)環(huán)境，廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)和研究通信網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、協(xié)議和應(yīng)用為開發(fā)人員提供了建模、仿真以及分析的集成環(huán)境，大大減輕了編程以及數(shù)據(jù)分析的工作量。OPNET采用離散事件驅(qū)動的模擬機(jī)理，通過事件驅(qū)動器以先進(jìn)先出的方式對事件和事件時間列表進(jìn)行維護(hù)，每當(dāng)有一個事件出現(xiàn)后，仿真時間推進(jìn)，仿真中各個模塊之間通過事件中斷方式傳遞事件信息。與時間驅(qū)動相比，這種機(jī)制的計(jì)算效率更高。構(gòu)建OPNET仿真模型依次從進(jìn)程模型、節(jié)點(diǎn)模型和網(wǎng)絡(luò)模型三部分進(jìn)行。根據(jù)車路協(xié)同系統(tǒng)信息交互過程的特殊性，選取OPNETModeler模型庫中的MANET模型作為WLAN模式和WAVE模式的仿真實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)模型。車輛信息從WLAN收發(fā)信機(jī)進(jìn)出，依次經(jīng)過MAC層、數(shù)據(jù)鏈路層、IP層、UDP層、路由層、應(yīng)用層，完成整個消息的通信流程。OPNET也提供了UMTS系統(tǒng)的仿真模型，可以根據(jù)用戶需求配置模型屬性。
2.2仿真結(jié)果評估
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。