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[關(guān)鍵詞]無線通信技術(shù)；起源；發(fā)展特點；熱點；趨勢
中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）48-0358-01
一、無線通信的起源
很早以前人們就利用各種方式進行通信，比如烽煙、旗語等等，這些從某些意義上講也是一種無線通信。但是這些辦法只能在可視范圍內(nèi)通信，且只能傳遞一些簡單的信息，為了將這些距離傳送的更遠，人們想出了很多辦法，接力就是一種有效的方式。1837年，英國庫克和惠斯通設(shè)計制造了第一個有線電報，人類通信進入了一個嶄新的紀元。1860年，意大利人安東尼奧?梅烏奇，發(fā)明了電話，幾十年之后，也就是在1895年，馬可尼首次從英國懷特島到30km之外的一條拖船之間成功進行了無線傳輸，現(xiàn)代意義下的無線通信從此誕生。兩次世界大戰(zhàn)強烈地刺激了無線通信技術(shù)的發(fā)展。美國于1946年首次開通了移動服務(wù)系統(tǒng)，主要用于警局、消費部隊等大眾安全部門。第一代無線通信系統(tǒng)稱之為模擬蜂窩網(wǎng)，也就是俗稱的1G。在該系統(tǒng)中，語音信號主要采用模擬調(diào)制。從2G開始，無線通信步入純數(shù)字時代，2G時代的一個重大特點就是，所有的標準都是以商業(yè)利益為宗旨。3G時代剛剛開啟不不久，4G時代已然來臨。
二、無線通信的發(fā)展特點
無線通信本事突破了時間與空間的限制，近年來發(fā)展迅猛，其在發(fā)展過程中呈現(xiàn)出兩個重要特點：
首先就是公眾移動通信業(yè)務(wù)不斷增長，工信部的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截止到5月底中國的手機用戶數(shù)量已達到12.56億人，相較4月份增長了0.36%，比去年同期增長了7.82%，相當于中國90.8%的人都在使用手機?？梢哉f，絕大多數(shù)人都在使用手機，手機成了我們生活中不可缺少的部分。
其次，無線通信技術(shù)在不斷地升級換代。任何技術(shù)本身都不會是完美的，無線通信技術(shù)也一樣。雖然無線通信技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了很多年，但是遠遠談不上成熟?？梢哉f無線技術(shù)僅僅只能說是達到了一個相對的成熟期。在當前看來，老的無線技術(shù)不斷地升級以適應(yīng)現(xiàn)實的發(fā)展，新的無線技術(shù)又不斷展現(xiàn)。
三、當前無線通信技術(shù)熱點
3.1 WiFi與WLAN
WLAN即無線局域網(wǎng)的英文簡稱：Wireless Local Area Networks；它利用了無線技術(shù)，擺脫了通信電纜的束縛，使得用戶可以很方便地透過無線電波與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接，近年來，這種技術(shù)的發(fā)展相當迅猛。目前市面上的家庭路由器已基本上由無線路由器所占領(lǐng)，其流行程度可見一斑。
Wi-Fi是一種可以將個人電腦、手持設(shè)備（如pad、手機）等終端以無線方式互相連接的技術(shù)，事實上它是一個高頻無線電信號。Wi-Fi（Wireless Fidelity，無線高保真）是IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）定義的一種工業(yè)無線通信標準，其本質(zhì)上是一種商業(yè)認證。Wi-Fi是目前WLAN的主流標準，占有統(tǒng)治地位，其工作在2.4GH開放的ISM頻段。Wi-Fi發(fā)展順序為802.11a、802.11b、802.11g、802.11n其傳輸頻率由之前的最高11Mbps到現(xiàn)在的540Mbps。在目前的互聯(lián)網(wǎng)潮流下，無線局域網(wǎng)標準Wi-Fi得到了跨越式的發(fā)展，各種無線通訊設(shè)備如雨后春筍般涌現(xiàn)。
3.2 WiMax
WiMax（Worldwide Interoperability for Microwave Access），即全球微波互聯(lián)接入。WiMax也被稱為IEEE802.1標準。WiMax是一項新興的寬帶無線接入技術(shù)，能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接，數(shù)據(jù)傳輸距離最遠可達50km。WiMax的技術(shù)較為先進，采用了OFDM/OFDMA、AAS、MIMO等代表未來技術(shù)發(fā)展方向的技術(shù)。相較于其他無線通信技術(shù)，其主要技術(shù)優(yōu)勢在于較高的通信頻率和頻譜利用率。不同于WIFI所采用的2.4G的通信頻率，WiMax所采用的頻率范圍相當寬泛，最高可以達到11G。就目前的情況來看，經(jīng)過了這幾年的熱鬧，WiMax有走向沒落之勢WiMax提出之初給出的理念是：WiFi的加強版，后來又發(fā)現(xiàn)其定位和移動通信一樣，可以是終端用戶任意上網(wǎng)鏈接，然而這些功能現(xiàn)有的移動通信協(xié)議都可以做到。目前WiMax所面臨的競爭，既有WiFi又有現(xiàn)在的CDMA，WCDMA等3G、4G技術(shù)。WiMax的技術(shù)覆蓋范圍過廣，市場定位模糊是其商業(yè)化的最大致命傷。WiMax的沒落與其說是技術(shù)的沒落，不如說是商業(yè)或者市場的沒落，而不代表其技術(shù)不先進。
3.3 UWB
UWB（Ultra Wideband）是一種無載波通信技術(shù)，利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。從技術(shù)本質(zhì)上來說，UWB不使用無線載波，而是采用時間間隔極端（
四、無線通信的發(fā)展趨勢
時代在進步，技術(shù)在前行。任何事物都是在不斷進化以適應(yīng)未來的發(fā)展。無線通信技術(shù)也是一樣。一些落后的技術(shù)將會逐漸淘汰，一些技術(shù)經(jīng)過改進得到新生，新的技術(shù)將不斷涌現(xiàn)參與無線通信技術(shù)的競爭。總體來說，無線技術(shù)就是我們的未來，自由永遠是人類不變的追求，這也是無線通信最核心的價值體現(xiàn)。在未來其無線通信技術(shù)將呈現(xiàn)以下特點：
4.1 技術(shù)互補性增強
無線通信技術(shù)有很多種，每種都有其最合適、競爭力最強的那個應(yīng)用領(lǐng)域和覆蓋范圍。就目前的技術(shù)范圍來，還不存在一種無線通信技術(shù)能夠包打天下，在任何環(huán)境都適用。應(yīng)該可以說在較長一段時間內(nèi)，這種技術(shù)也不會出現(xiàn)。這樣的技術(shù)特點，就決定了各種無線通信技術(shù)必須互相補充才能完全滿足用戶需求。因此在應(yīng)用開發(fā)上，如何使用戶在無知覺間實現(xiàn)各種無線連接的切換，是一個很重要的方向。智能、簡單這是無線應(yīng)用應(yīng)該走向的方向。用戶無需了解各種無線技術(shù)的優(yōu)劣點，只需方便自由地應(yīng)用即可。
4.2 聯(lián)合化、一體化、寬帶化
未來的通信終端必將是處理器和通信的結(jié)合體。目前流行一種說法是讓所有的人和物體都接入互聯(lián)網(wǎng)。如何接入？唯有無線通信。網(wǎng)絡(luò)的融合包括核心網(wǎng)、接入網(wǎng)、業(yè)務(wù)的融合。各種無線通信技術(shù)WiMax、藍牙、UWB等等最終都將與互聯(lián)網(wǎng)相互融合。向互聯(lián)網(wǎng)遷移，已經(jīng)是各種技術(shù)發(fā)展的一個大的趨勢：電話網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的融合、電視網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的融合；人們使用移動網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)、使用WIFI上網(wǎng)這些都離不開互聯(lián)網(wǎng)。這些無線技術(shù)如何更好地和互聯(lián)接入是一個重要的領(lǐng)域。
4.3 無線通信與其它技術(shù)領(lǐng)域的交叉融合
當今科學(xué)領(lǐng)域不斷飛速發(fā)展，各種新技術(shù)層出不窮。技術(shù)領(lǐng)域的劃分也越來越細，同時各學(xué)科的交叉融合也越來越普遍，無線通信也不例外。從通信的角度講，目前只要是需要進行通信的領(lǐng)域都可以使用無線通信技術(shù)。如果按照這個理解，無線通信的應(yīng)用空間只會越來越大。無線化，是一個難以抗拒的誘惑。無線抄表、無線門鈴、無線防盜、無線物流監(jiān)控、無線火災(zāi)報警系統(tǒng)……各種新型的應(yīng)用領(lǐng)域不斷出現(xiàn)。未來無線通信的領(lǐng)域只會越來越多，這是毫無疑問的。
隨著社會不斷的發(fā)展需要，各種無線通信技術(shù)將會應(yīng)用到各個領(lǐng)域，發(fā)揮出自身的特點及優(yōu)勢，創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟效益。
參考文獻
簡述城市照明監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及存在的問題，提出以國際新型無線通訊技術(shù)cynet為核心，結(jié)合RFID、谷歌實景技術(shù)構(gòu)建城市智能照明監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的可行性，在實現(xiàn)單燈監(jiān)控的基礎(chǔ)上結(jié)合改善城市照明監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的基本功能。
關(guān)鍵詞：Cynet網(wǎng)絡(luò)技術(shù) RFID技術(shù) 單燈檢測
一、城市照明監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題
目前國內(nèi)應(yīng)用的城市照明監(jiān)控系統(tǒng)主要有南京理工科技系統(tǒng)有限公司開發(fā)的SCADA-LD2000城市路燈亮化無線監(jiān)控系統(tǒng)、山東泰安地天泰新技術(shù)開發(fā)有限公司開發(fā)的LDWSC城市路燈智能監(jiān)控系統(tǒng)、中國電子科技集團第五十研究所開發(fā)的WJ系列無線多媒體路燈監(jiān)控系統(tǒng)、遼寧丹東三安技術(shù)發(fā)展有限公司開發(fā)的SA路燈監(jiān)控管理系統(tǒng)等等。
歸納起來，這些系統(tǒng)都存在著一些應(yīng)用問題：
1．精度不高。
只能達到基站級別（路燈控制箱），最多到回路，精度不高，還遠未達到單燈監(jiān)控的水平，更不能體現(xiàn)智能化。雖說可根據(jù)所測電流量與數(shù)據(jù)庫中所存標準值進行比較，從而計算出亮燈率、功率因素等參數(shù)，但由于現(xiàn)場狀況多變，監(jiān)控手段所限，仍然停留在估算的水平上，根據(jù)回路電流估值本身并不精確，參考價值也就大打折扣。而要達到單燈監(jiān)控，采用怎樣的通訊手段和方案、如何控制成本，都將是困擾其實現(xiàn)的難題。
2．不能適應(yīng)節(jié)能及監(jiān)控新光源要求。
近年來，能源問題日趨緊張，國家大力宣傳在城市照明行業(yè)發(fā)展節(jié)能新技術(shù)，采用節(jié)能新光源，倡導(dǎo)“綠色照明”新觀念。為順應(yīng)國家能源戰(zhàn)略的總體要求，各種路燈節(jié)能設(shè)備在城市照明行業(yè)得到普遍應(yīng)用，但目前采用的節(jié)能器，大多設(shè)置在控制箱端，體積龐大，控制線路長、設(shè)備多，因而節(jié)能效果也受到一定限制。尤其引人注目的是如何對國家大力支持發(fā)展的、呈分散分布的太陽能燈實施監(jiān)控，達到“分散測控，集中管理”的要求，也已成為新光源推廣使用中的迫切難題。
二、目前的各種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和GIS技術(shù)的應(yīng)用
目前的各種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和GIS技術(shù)的應(yīng)用在城市照明行業(yè)方興未艾，呈蓬勃發(fā)展應(yīng)用態(tài)勢。但前者主要作為信息傳輸主干網(wǎng)，難以精確監(jiān)控；后者主要處理靜態(tài)數(shù)據(jù)，不具實時監(jiān)控能力。二者都分屬獨立的系統(tǒng)，無法集成。尤其不足之處，主要表現(xiàn)在防盜和節(jié)能方面。
現(xiàn)就以上的問題進行思考，參考現(xiàn)代信息技術(shù)中的熱點將cynet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、RFID（無線射頻識別）技術(shù)、谷歌實景技術(shù)等國際領(lǐng)先的新技術(shù)基礎(chǔ)上有機結(jié)合起來，設(shè)想仍然利用城市公用數(shù)據(jù)網(wǎng)（一級主干網(wǎng)，VPN公網(wǎng)）作為現(xiàn)場基站和監(jiān)控中心的信息傳輸途徑，在照明現(xiàn)場組建微型無線監(jiān)控網(wǎng)（二級子網(wǎng)，無線局域網(wǎng)），采用“接力”方式構(gòu)建整個城市照明監(jiān)控網(wǎng)，從而克服由于現(xiàn)場環(huán)境（地理位置、供電條件、節(jié)點狀況）變化對監(jiān)控效果的干擾，達到迅速而精確地采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)、動態(tài)監(jiān)測現(xiàn)場設(shè)備運行狀況、全面了解、及時更新照明設(shè)施數(shù)據(jù)庫（局部和全局）的三重目標，徹底解決“最后100米、10米”的數(shù)據(jù)通信問題。
三、基于國際新一代無線技術(shù)的城市照明系統(tǒng)組網(wǎng)設(shè)想
城市照明涉及到的數(shù)據(jù)主要有兩類：一為靜態(tài)的，即設(shè)施庫，如線路長度、燈盞數(shù)、控制箱等。二是動態(tài)的，即工作參數(shù)：如電流、電壓、亮燈率、功率因素等。靜態(tài)數(shù)據(jù)也可能發(fā)生動態(tài)變化，如工程改造，發(fā)生盜失等，而監(jiān)控系統(tǒng)則主要用于對動態(tài)變化的對象進行管理。
Cynet是一個強大的自我形成、自我恢復(fù)的低頻無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，可提供一個完整的控制、通信網(wǎng)絡(luò)和不同類型光源設(shè)備的解決方案。設(shè)想為每個監(jiān)控對象（如一盞路燈）建立現(xiàn)場檔案（RFID標簽），既存貯靜態(tài)數(shù)據(jù)、也存貯動態(tài)數(shù)據(jù)，工程竣工或改造完成后，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行讀寫并保存于各自的存儲器中（也可存放于各中心節(jié)點）。當監(jiān)控中心需更新數(shù)據(jù)庫時，通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)用各個節(jié)點的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并與中心原始數(shù)據(jù)進行對照，即可得到最新結(jié)果。
四、城市照明節(jié)能系統(tǒng)中的節(jié)能技術(shù)分析
當今國際上流行的城市道路節(jié)能照明節(jié)能方式是采用智能調(diào)控技術(shù)，它充分考慮城市道路照明的實際狀況，依據(jù)人體工程學(xué)中的視覺理論，采用現(xiàn)代控制論中的最優(yōu)控制方法，實現(xiàn)對路燈電流及照度的動態(tài)智能化管理，即TPO管理（TIME時間/PLACE地點/OCCASION場合）。
此項技術(shù)的基本思路就是：在繁忙的時段，控制路燈保持原設(shè)計的照度；接近午夜時分，道路上人少車稀時，開始自動調(diào)整電流，通過對用電電流的智能控制，減少后半夜因城市整體的用電減少所引起的電網(wǎng)電壓的升高。
通過調(diào)整供電電壓，降低不必要的損耗，不僅可以達到節(jié)電的目的，同時，還能保護終端設(shè)備，延長設(shè)備的平均使用壽命。
五、城市照明節(jié)能系統(tǒng)節(jié)能原理探索
智能照明調(diào)控裝置工作原理，采用微電腦控制系統(tǒng)，實時采集輸出、輸入電壓信號與最佳照明電壓比較，通過計算進行自動調(diào)節(jié)，從而保證輸出最佳的照明系統(tǒng)工作電壓。
其特征是基于無線尋址技術(shù)，提供一個集成化、智能化的控制，可用于遠程控制和路燈照明裝置或類似用途固定式監(jiān)測。
該系統(tǒng)包括以下主要功能模塊：
控制系統(tǒng)用戶界面? 通信服務(wù)器
GPRS的連接 ? 數(shù)據(jù)集中器
無線網(wǎng)狀網(wǎng)? 燈控制器節(jié)點
該系統(tǒng)的基本描述：
按照標準的Windows應(yīng)用程序，靈活的控制系統(tǒng)的用戶界面。
手動遠程控制單個、分組或整條街道的路燈。
?通過設(shè)定日期和時間規(guī)則，自動遠程控制燈具亮度的變化。
?從每盞燈控制器的診斷信息反饋顯示路燈狀態(tài)。
?每個控制器可控制高達255盞路燈。
?遠程通訊采用GPRS完成控制系統(tǒng)之間的聯(lián)系和控制。
?通信服務(wù)器系統(tǒng)可管理多組控制系統(tǒng)。
?CyNet無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)之間提供通信鏈路水平集中和個別燈控制器。
?CyNet網(wǎng)狀網(wǎng)具有自我形成和自我修復(fù)功能，提供一個穩(wěn)健可靠的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
?無線網(wǎng)絡(luò)工作在ISM頻段，通常是433或868、915兆赫，其他頻率也可以支持。
?燈泡控制單元基于標準的無線模塊，符合FCC和ETSI標準。
?硬件接口燈和電子或電感鎮(zhèn)流器或驅(qū)動電路可定制，如LED、HID或鈉燈等，系統(tǒng)對各種光源的選擇敏感度不高，均可通過參數(shù)調(diào)整改變控制方式。
六、城市照明組網(wǎng)節(jié)能系統(tǒng)的組成
客戶方監(jiān)控中心
計算機應(yīng)用軟件通過網(wǎng)絡(luò)登錄到指定服務(wù)器與集中器進行數(shù)據(jù)交換和下達指令；
監(jiān)測系統(tǒng)集中器
通過GPRS通訊方式登錄到指定服務(wù)器與監(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)和指令交換；通過433MHz/10mW ISM頻段與現(xiàn)場路段中檢測的路燈模塊通訊，實時監(jiān)測路燈燈具的電流、電壓和器件小環(huán)境內(nèi)部的溫度；
現(xiàn)場單燈檢測模塊
由遠程終端控制器接口板供電，并通過一定電路配合進行路燈線路的電流、電壓檢測；由微控制器內(nèi)部的溫度傳感器檢測控制器內(nèi)部小環(huán)境的溫度；通過433MHz/10mW ISM頻段與集中器進行數(shù)據(jù)交換和接受指令；
七、城市照明組網(wǎng)節(jié)能系統(tǒng)的鏈接架構(gòu)
該路燈控制系統(tǒng)主要由計算機控制中心、服務(wù)器、集中器和智能控制模塊組成。
計算機控制中心主要負責(zé)指令的發(fā)送和數(shù)據(jù)收集、定時控制、路燈管理等。計算機控制中心通過應(yīng)用軟件可以根據(jù)具體需要對大的片區(qū)劃分成不同的區(qū)域控制，或者設(shè)置成統(tǒng)一的區(qū)域進行控制。
服務(wù)器主要是用來協(xié)助不同的集中器與計算機控制中心之間交換數(shù)據(jù)。因所有的集中器均通過GPRS網(wǎng)絡(luò)連接，在于計算機控制中心交換信息時，由服務(wù)器進行流量和數(shù)據(jù)調(diào)配。
集中器是用來管轄某一區(qū)域的數(shù)據(jù)收集和指令發(fā)送設(shè)備，作為計算機控制中心與每一個智能控制模塊之間的橋梁，集中器負責(zé)把計算機控制中心發(fā)送到指令準確的轉(zhuǎn)達到相應(yīng)的智能控制模塊，并確定指令是否成功執(zhí)行，并智能所搜集的路燈電流、電壓、亮度、模塊溫度和射頻信號強度信息反饋到集中器由集中器統(tǒng)一經(jīng)服務(wù)器匯報給計算機控制中心。
智能控制模塊是專門負責(zé)監(jiān)控路燈鎮(zhèn)流器工作狀態(tài)的設(shè)備，主要檢測鎮(zhèn)流器的電流、電壓來判斷路燈的工作狀態(tài)，當某一電壓
計算機應(yīng)用軟件也可根據(jù)智能控制模塊的分布不同而設(shè)置成不同的段以及段內(nèi)的左右選項。
八、城市照明組網(wǎng)節(jié)能系統(tǒng)之功能實現(xiàn)
在保證路燈監(jiān)控中心原有監(jiān)控系統(tǒng)正常工作的前提下，平行運行該監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測高壓鈉燈燈具的電壓、電流信息及器件小環(huán)境內(nèi)部的溫度參數(shù)；
路燈狀態(tài)信息通過“鉑之翼”系統(tǒng)集中器統(tǒng)一管理，并使用GPRS通信方式上傳至監(jiān)控中心；
所檢測高壓鈉燈燈具的電壓、電流和溫度等如果發(fā)生異常，通過在線計算機應(yīng)用軟件進行報警，判斷燈具工作狀態(tài)；
可以將路燈的位置在Google地圖中定位并顯示相應(yīng)的狀態(tài)信息；
通過網(wǎng)頁形式快速查詢路燈的狀態(tài)信息，及時了解在線監(jiān)測燈具的最新運行狀況信息；
九、結(jié)束語----該系統(tǒng)的多重技術(shù)先進性
1、系統(tǒng)化：集多學(xué)科技術(shù)于一體的現(xiàn)代化控制系統(tǒng)，可控制到任意一盞路燈。
2、智能化：具有信息采集、傳輸、分析及反饋等特征功能的系統(tǒng)；
3、網(wǎng)絡(luò)化：是區(qū)域、城域、甚至更大范圍的控制系統(tǒng)；
關(guān)鍵詞：4G；無線通信技術(shù)；油田專網(wǎng)建設(shè)
近年來，在經(jīng)濟全球化的影響下，國際交流愈來愈頻繁，這個交流不僅僅指的經(jīng)濟上的交流，更是文化與技術(shù)上的交流。在此背景下，我國的科技發(fā)展也得到了飛速提升，尤其是信息化技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展更是日新月異。無線通信技術(shù)是依托于信息化技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的一種高新技術(shù)，而隨著近年來4G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，又出現(xiàn)了一種新的4G無線通信技術(shù)，該技術(shù)在我國的油田專網(wǎng)建設(shè)中得到了十分重要的應(yīng)用。以下筆者就結(jié)合我國的油田專網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀來談?wù)?G無線通信技術(shù)背景下油田專網(wǎng)的建設(shè)。
1、4G無線通信技術(shù)簡介
1.14G無線通信技術(shù)的定義4G具體指的是第四代通訊技術(shù)，其中G即generation（第一代）的意思。國際電信聯(lián)盟規(guī)定了4G的兩個標準為：⑨數(shù)據(jù)傳輸速度快：4G通信技術(shù)應(yīng)當要擁有固定狀態(tài)下不低于1Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速度、移動狀態(tài)下100Mbps以上的數(shù)據(jù)傳輸速度，這點要比目前常使用的撥號上網(wǎng)快出近2000倍；⑨圖像傳輸清晰度高：4G通信技術(shù)應(yīng)當集3G網(wǎng)絡(luò)和無線局域網(wǎng)為一體，能夠支持高質(zhì)量圖像的傳輸，并且圖像清晰度應(yīng)當要與高清電視差不多。綜上所述，我們可以將4G無線通信技術(shù)定義為：固定狀態(tài)下數(shù)據(jù)傳輸速度大于1Gbps、移動狀態(tài)下數(shù)據(jù)傳輸速度大于100Mbps、可以在兩種狀態(tài)下互相切換、有效支持下一代網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的新一代通訊技術(shù)。1.24G無線通信技術(shù)的優(yōu)點4G無線通信技術(shù)具有以下優(yōu)點：⑨高速性：擁有比現(xiàn)今3G通信技術(shù)高出數(shù)千乃至上萬倍的數(shù)據(jù)傳輸速度；⑨靈活性：可以實現(xiàn)隨時隨地通信及快速瀏覽網(wǎng)頁、玩游戲等，幾乎等同于一臺無線聯(lián)網(wǎng)的電腦，能夠有效保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鲿承?；⑨多樣性：區(qū)別于現(xiàn)今3G通信技術(shù)，采用了正交頻復(fù)用技術(shù)，可以提供多樣化的增值服務(wù)；⑨優(yōu)質(zhì)性：網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍十分廣泛，并且通信質(zhì)量也非常之高，可以提供優(yōu)質(zhì)的無線多媒體服務(wù)；⑨經(jīng)濟性：部署過程相對靈活簡單，并且可以在3G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進行架設(shè)，因此建設(shè)費用相對較低。
2、4G無線通信技術(shù)背景下油田專網(wǎng)的建設(shè)
2.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一種采集設(shè)備，通常設(shè)置在油井井口處，例如傳感器和RTU等，主要任務(wù)是采集油井的狀態(tài)數(shù)據(jù)，以便于進行油井分析。以4G無線通信技術(shù)為依托的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是由采集設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、無線傳輸系統(tǒng)以及交換機這幾部分組成的，在工作過程中，其首先會選擇適當位置來架設(shè)傳感器，然后通過傳感器來采集和整理油井數(shù)據(jù)，再通過無線傳輸系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)至監(jiān)控中心，最后再由專業(yè)的工作人員對數(shù)據(jù)進行分析。2.2數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)為了保障數(shù)據(jù)傳輸速度和效果，利用4G無線通信技術(shù)所建設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用了260M的LTE無線寬帶通信系統(tǒng)，在全IP網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進行架設(shè)，這大大增加了組網(wǎng)方式的靈活性；而核心技術(shù)則采用了自適應(yīng)編碼調(diào)制及重傳等，大大增加了系統(tǒng)的覆蓋范圍，同時也有效提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃耘c安全性，增強了頻譜適應(yīng)性，即使是較大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)包也可以輕松實現(xiàn)傳輸。另外，利用4G無線通信技術(shù)所建設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)還在主站與監(jiān)控模塊之間構(gòu)建了安全穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸通道，便于進行遠程設(shè)備管理和操作。2.3監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)在整個油田生產(chǎn)系統(tǒng)中占有很重要的地位，它是保障油田生產(chǎn)安全性和穩(wěn)定性的重要基礎(chǔ)。為了保障監(jiān)控系統(tǒng)工作的即時性和有效性，在應(yīng)用之前應(yīng)當先對其進行嚴謹?shù)膶嶒?，檢查4G網(wǎng)絡(luò)的性能和設(shè)備是否符合標準。4G無線通信技術(shù)背景下的監(jiān)控系統(tǒng)采用了LTE無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，選擇好試驗點后與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行對接，這樣可以減少成本。監(jiān)控系統(tǒng)主要是由核心設(shè)備、基站、網(wǎng)管服務(wù)器及交換機等組成的，架設(shè)系統(tǒng)時要充分結(jié)合實驗點的實際情況，并嚴格測試安裝質(zhì)量。對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速度和容量的測試結(jié)果為：工作頻率約為223MHz-235MHz，頻譜效率約在2.5bps/Hz以上。若接入設(shè)備帶寬為1MHz，則數(shù)據(jù)傳輸速度可達到1.84Mbps。通過分析試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，差異主要來自于主站軟件的性能較差，更換對接口轉(zhuǎn)換程序后進一步提高了系統(tǒng)的通信速度。
3、結(jié)語
綜上所述，4G無線通信技術(shù)具有高速性、靈活性、多樣性、優(yōu)質(zhì)性及經(jīng)濟性等優(yōu)點，在油田專網(wǎng)建設(shè)中，利用4G無線通信技術(shù)進行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)等系統(tǒng)的建設(shè)，可以有效保障油田信息傳輸速度和效果，同時還能夠節(jié)省成本。未來，我國仍舊會將重點放在對無線通信技術(shù)的研發(fā)上面，以求找到更加適合于油田專網(wǎng)建設(shè)的通信技術(shù)。
參考文獻：
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關(guān)鍵詞：模擬射頻；長距離；無中繼；色散補償；光放大器
1 概述
射頻光傳輸由于其具有頻帶寬、體積小、重量輕、損耗小、抗電磁干擾、低色散等多方面的優(yōu)良特性，在電子戰(zhàn)、雷達、無線通信、射電天文和有線電視等軍事和民用方面都獲得了廣泛的應(yīng)用[1]。射頻光傳輸主要功能是將射頻信號調(diào)制到光上實現(xiàn)信號的遠距離傳輸。
寬帶模擬射頻信號超長距離無中繼光傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)光發(fā)射機和遠端光接收機之間無中繼的光纖直接連接，也就是說光纖線路中間沒有光放大器或光電轉(zhuǎn)換器等中繼設(shè)備，這種寬帶模擬射頻信號超長距離無中繼光傳輸系統(tǒng)的一個應(yīng)用方向為通信線路經(jīng)過沙漠、沼澤以及海底等無人區(qū)的問題，同是還可以應(yīng)用于超長距離的分布式雷達，大幅度降低中繼站的建設(shè)與維護成本[2-3]。
與傳統(tǒng)的短距離射頻光傳輸系統(tǒng)相比，存在很多需要克服的新的技術(shù)難點；由于光傳輸距離變長后，光鏈路中的噪聲會變差，光線長度帶來信號的衰減以及光色散引起的周期性衰弱等成了寬帶模擬射頻信號超長距離無中繼光傳輸所面臨的技術(shù)難點。目前國內(nèi)外研究及工程應(yīng)用主要是針對數(shù)字方面的光傳輸系統(tǒng)，研究模擬的超長無中繼射頻光傳輸?shù)南嚓P(guān)報道非常少。因此，研究寬帶射頻信號的低噪聲、大動態(tài)超長距離傳輸及其工程實現(xiàn)具有重要意義。
2 寬帶模擬射頻信號超長距離無中繼光傳輸系統(tǒng)分析
2.1 長距離光傳輸影響因素
雖然光信號在光纖中傳輸?shù)膿p耗很低（0.2dB/km），但在光調(diào)制解調(diào)過程中也會引入損耗，同時也還會出現(xiàn)非線性失真和噪聲。激光光源產(chǎn)生的頻率不完全是一個點頻的光波長，有一定的帶寬，同時不同頻率光信號在光纖傳輸?shù)乃俣仁遣煌模俾什煌磿r延不同從而引起色散，當色散累積將最終導(dǎo)致寬帶射頻信號的幅度平坦度、噪聲等信號質(zhì)量嚴重惡化[4]。
因此長距離光傳輸鏈路與傳統(tǒng)光鏈路相比必須重新設(shè)計，以改善長距離光鏈路帶來的性能惡化。為了保證寬帶信號超長距離光傳輸?shù)目尚行裕怄溌返膬?yōu)化設(shè)計所采取的關(guān)鍵技術(shù)是至關(guān)重要的。
2.2 長距離光傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)
2.2.1 光功率補償
光鏈路功率的衰減可以通過光放大器放大來補償，但光放大信號的的同是也會產(chǎn)生大的噪聲，所以長距離光傳輸必須采用超低噪聲的拉曼放大器（RA）來實現(xiàn)；由于長距離光的差損非常大，在放大鏈路中把噪聲降到系統(tǒng)可以接受的同時還需要高增益的摻鉺光纖放大器（EDFA）。
摻鉺光纖放大器（EDFA）一般由主要有放大介質(zhì)和可以提供高能量的泵浦源組成。泵浦光提供能量使鉺纖中的鉺離子由基態(tài)向高能級躍遷，實現(xiàn)粒子束反轉(zhuǎn)分布而產(chǎn)生放大[5]。由于EDFA具有泵浦效率高、工作性能穩(wěn)定、帶寬大、增益曲線好以及技術(shù)成熟等特點，在模擬和數(shù)字領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)相當成熟，解決了鏈路中傳輸距離受光纖損耗的限制。與數(shù)字超長距離光鏈路相比，模擬超長距離光鏈路的對噪聲惡化要求更高，如果在鏈路采用級聯(lián)多個EDFA將會使鏈路中產(chǎn)生很大的自發(fā)輻射噪聲（ASE）而建的信號的信噪比。
拉曼放大器（RA）工作原理是向光纖輸入高功率泵浦將信號放大，傳輸光纖得到大的能量而產(chǎn)生增益。由于其具有極低的噪聲系數(shù)等特點，與EDFA放大器一起配合使用，在跨長距離的發(fā)射端或接收端等應(yīng)用場合使用。
2.2.2 色散補償
由于不同波長的光信號在光纖中的折射率是不一樣的，所以在光纖中的傳播速度也不相同，從而在光纖中產(chǎn)生光的色散現(xiàn)象[6]。
在超長距離微波信號傳輸過程中，光纖自身產(chǎn)生色散效應(yīng)會導(dǎo)致傳輸信號功率周期性衰減的同時，還會引起微波信號波形失真，從而導(dǎo)致傳輸帶寬受限，隨著傳輸信號頻率越來越高和傳輸距離的增長將使這一效應(yīng)更加明顯。因此在超長距離光傳輸系統(tǒng)中色散是限制微波光傳輸?shù)闹饕?。在模擬超長距離光傳輸中，為了盡可能減小色散對系統(tǒng)信號的影響就必須采取一定的色散補償技術(shù)，即采用負色散器件對光纖的正色散實施抵消。同時必須準確的計算光鏈路所需要補償?shù)木嚯x，來保證鏈路既沒有欠補償，也沒有過補償帶來浪費成本，從而提高鏈路的性能指標。
2.2.3 非線性效應(yīng)
光鏈路中進入光纖的光功率不高時，光纖的折射率和損耗基本是線性的；然而光功率非常大時，則會產(chǎn)生受激布里淵反射，大部分的輸入光功率在光纖傳輸過程中被轉(zhuǎn)換成反向傳輸?shù)乃雇锌怂构猓瑥亩騻鬏數(shù)墓庑盘柎蠓鹊乃p，同時造成系統(tǒng)鏈路插損和噪聲系數(shù)的惡化[7]。因此，在光鏈路設(shè)計中充分考慮非線性效應(yīng)的影響，提高光信號功率在光纖傳輸?shù)挠行浴?/p>
3 寬帶模擬射頻信號超長距離無中繼光傳輸系統(tǒng)的實現(xiàn)
根據(jù)圖1中寬帶模擬射頻信號長距離無中繼光傳輸系統(tǒng)的鏈路結(jié)構(gòu)，采用光放大與色散補償技術(shù)，傳輸距離大于200km的無中繼寬帶射頻信號的光傳輸。研究項目中射頻信號頻率寬帶從500MHz到5.5GHz，信號輸入最大不超過-30dBm，整個鏈路在傳輸距離為250km的情況下增益要求大于30dB，帶內(nèi)噪聲輸出功率：≤-50dBm（測試條件：RBW：10kHz；VBW：10kHz）。
長距離無中繼光傳輸系統(tǒng)在實現(xiàn)過程中為了提高整個鏈路增益、降低鏈路的帶內(nèi)噪聲輸出功率，我們在射頻輸入端加一定增益的低噪聲放大器，同時保證輸入射頻信號在光調(diào)制的線性輸入?yún)^(qū)，同時在光解調(diào)模塊輸出端同樣加低噪聲放大器來補償光鏈路的增益。
根據(jù)圖3到圖7的仿真和實測結(jié)果可以看出，當長距離無中繼光傳輸系統(tǒng)沒有做色散補償時，鏈路幅度平坦度擺幅非常大，不平坦度大于40dB，根本無法滿足系統(tǒng)使用要求；當進行一定的色散補償后，鏈路幅度平坦度在短接時與長距離光有色散補償測曲線基本一致，同時長距離光鏈路中采用拉曼放大器與EDFA光放大器結(jié)合補償光路帶來的插損，整個光鏈路增益超過40.15dB（射頻放大器與光放大器增益超過170dB），幅度平坦度優(yōu)于±3.5dB，帶內(nèi)噪聲輸出功率降低到-62.80dBm（測試條件：RBW：10kHz；VBW：10kHz）。同時我們做了相應(yīng)的環(huán)境適應(yīng)性試驗，系統(tǒng)各個性能指標穩(wěn)定，完全能夠滿足后續(xù)工程項目使用要求。
4 結(jié)束語
文章對寬帶模擬射頻信號超長距離無中繼光傳輸系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)進行了分析研究，提出了包括功率衰減補償、色散補償和非線性等光鏈路設(shè)計搭建方案，最終實現(xiàn)了寬帶模擬射頻信號超長距離無中繼光傳輸系統(tǒng)的工程化應(yīng)用。為后續(xù)需經(jīng)過沙漠、沼澤以及海底等無人區(qū)問題的軍民用超大規(guī)模雷達天線組陣、超長距離的遠程測控提供很好的解決方案，并大幅度降低中繼站的建設(shè)與維護成本。
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【關(guān)鍵詞】超寬帶；無線通信；特點
一、前言
超寬帶無線通信（Ultra-Wideband，UWB）技術(shù)作為一種全新的無線通信技術(shù)，正日益受到通信界的關(guān)注，UWB技術(shù)起源于20世紀50年代末，此前主要作為軍事技術(shù)在雷達等通信設(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，并備受關(guān)注。本文主要介紹超寬帶無線通信技術(shù)的定義、特點和基本原理，并介紹了超寬帶無線通信技術(shù)的實際應(yīng)用和發(fā)展情況。
（一）UWB的定義
美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）對超寬帶定義為：超寬帶是指信號帶寬大于500MHz或者是信號帶寬與中心頻率之比大于25%。例如一個中心頻率為1GHz的UWB系統(tǒng)，它的射頻帶寬應(yīng)在250MHz以上。UWB技術(shù)是一種無載波通信技術(shù)，它采用極短的脈沖信號來傳送信息，通常每個脈沖持續(xù)的時間只有幾十皮秒到幾納秒的時間。這些脈沖所占用的帶寬甚至高達幾GHz，因此最大數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到幾百Mbps。目前，F(xiàn)CC開放的頻段是3.1～10.6GHz，雖然UWB的帶寬非常寬，傳輸速率可達幾Gbps到幾十Mbps，但是UWB系統(tǒng)發(fā)射的功率譜密度可以非常低，甚至低于-41.3dBm-FCCPart15的FCC規(guī)定的電磁兼容背景噪聲電平。在高速無線通信的同時，超寬帶設(shè)備所需的發(fā)射功率非常小，僅僅是現(xiàn)有設(shè)備的幾百分之一，對于普通的非超寬帶接收機來說近似于噪聲，因此從理論上講，超寬帶可以與現(xiàn)有無線電設(shè)備共享帶寬。所以超寬帶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。
（二）超寬帶無線通信的特點
1、頻帶寬，傳輸速率高 超寬帶以非常寬的頻率帶寬來換取高速的數(shù)據(jù)傳輸，并且不單獨占用現(xiàn)在已經(jīng)擁擠不堪的頻率資源，而是共享其他無線技術(shù)使用的頻帶。從信號傳播的角度考慮，超寬帶無線通信由于能有效的減小多徑傳播的影響而使之可傳輸高速率數(shù)據(jù)。
2、結(jié)構(gòu)簡單，成本低 在超寬帶脈沖無線通信系統(tǒng)中，沒有在常規(guī)的基于對正線載波調(diào)制的無線通信系統(tǒng)中所需的上、下變頻電路、中頻電路和各種濾波器，實現(xiàn)比較簡單，易于全數(shù)字化，因而成本低。
3、多徑分辨能力強 由于常規(guī)無線通信的射頻信號大多為連續(xù)信號或其持續(xù)時間遠大于多徑傳播時間，多徑傳播效應(yīng)限制了通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率。超寬帶無線通信采用的是持續(xù)時間非常短的窄脈沖，其占空比極低，多徑信號在時間上是可分離的。發(fā)射窄脈沖的超寬帶無線信號，在多徑環(huán)境中的衰落不像連續(xù)波信號那樣嚴重。大量的實驗表明，在常規(guī)無線電信號多徑衰落深達10～30dB的多徑環(huán)境，對超寬帶無線電信號的衰落最多不到5dB。
4、穿透能力強 在具有相同絕對帶寬的無線信號中，UWB脈沖的頻率最低。因此它相對毫米波信號具有更強的穿透能力。
5、隱蔽性好 由于UWB信號采用了跳時擴頻，其射頻帶寬可以達到1GHz以上，并且所需平均功率很小，信號被隱蔽在環(huán)境噪聲和其它信號中，難以被敵方檢測，必須采用與發(fā)端一致的擴頻碼脈沖序列才能進行解調(diào)，因此增加了系統(tǒng)的安全性。這是超寬帶無線通信最突出的特點。
6、功率低，功耗小 由于超寬帶信號具有極低的輻射功率，且其頻帶極寬，導(dǎo)致其功率譜密度極低，甚至低于環(huán)境噪聲電平，使得超寬帶通信系統(tǒng)具有低截獲/低檢測特性，也不會對現(xiàn)有的常規(guī)通信系統(tǒng)產(chǎn)生不良的干擾和影響，可與之共享頻帶實現(xiàn)共存，從而使頻帶資源得到充分利用。低功率又意味著低功耗，非常適合移動通信設(shè)備的應(yīng)用。同時非常低的輻射功率大大降低了對人體的有害輻射。
（三）超寬帶無線通信的應(yīng)用和發(fā)展
1、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛 由于具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，UWB技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。超寬帶可以用于低截獲率的內(nèi)部無線通信系統(tǒng)、超寬帶雷達、防撞雷達、高精度定位系統(tǒng)、無人駕駛飛行和探地雷達等；在信息技術(shù)化的今天，超寬帶無線通信在智能交通系統(tǒng)、成像應(yīng)用、無線傳感網(wǎng)絡(luò)以及射頻標識等領(lǐng)域都有很大的應(yīng)用前景。在數(shù)字化辦公方面則是把傳統(tǒng)的有線連接升級為現(xiàn)在的無線連接，從而使得辦公的環(huán)境更為方便，靈活。同時由于超寬帶無線通信的高傳輸寬帶，使得計算機無論是外設(shè)還是主機與會議設(shè)備、投影儀、顯示器等設(shè)備之間都可以進行連接。與此同時，因為其終端便于攜帶，因此，無論在任何地點都可以接入當?shù)氐?UWB 網(wǎng)絡(luò)，從而利用當?shù)氐脑O(shè)備臨時構(gòu)成屬于自己的一臺多媒體計算機，給我們帶來了很大的便利。
2、技術(shù)研究日益成熟 超寬帶無線通信目前還是一種新興的無線通信技術(shù)，具有傳輸速率高、發(fā)射功率低、通信距離短、多徑分辨率高等優(yōu)點，對于將來數(shù)字化的實現(xiàn)具有十分重要的作用。雖然其傳輸理論還需更深入的研究挖掘，還處于初級的研究階段，但是相信伴隨著不斷地完善，超寬帶無線通信技術(shù)的前景將會非常廣闊。
二、結(jié)束語
超寬帶無線通信技術(shù)作為一種新興的無線通信技術(shù)，還處于研發(fā)階段，無論在理論還是應(yīng)用方面仍有待深入探討隨著無線多媒體應(yīng)用的普及，預(yù)示著超寬帶無線通信在通信領(lǐng)域消費電子領(lǐng)域中將得到大規(guī)模應(yīng)用，前景也將非常廣闊。
參考文獻：
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【關(guān)鍵詞】無線通信；鐵路運營
1.鐵路無線通信的特點
對大多數(shù)人來說，鐵路已經(jīng)不再陌生，就是火車行駛的鐵質(zhì)軌道，不過這只是傳統(tǒng)的俠義上的理解。現(xiàn)代的鐵路不單單是指火車行駛的鐵質(zhì)軌道，高鐵、地鐵行駛的軌道也統(tǒng)稱為鐵道或鐵路。鐵路無線通信就是火車、高鐵以及地鐵在軌道上行駛時用到的無線通信技術(shù)。它是一個復(fù)雜的信號傳輸系統(tǒng)，不只是列車乘務(wù)人員以及列車乘務(wù)員與車站值班人員之間的語音通訊系統(tǒng)，還包括車次傳輸系統(tǒng)、無線電子閉塞系統(tǒng)、列車防護通信等等，其主要特點包括以下幾點。
1.1結(jié)構(gòu)復(fù)雜
鐵路無線通信包含多種信號傳輸系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜是一大特點。有用于列車站場工作人員語音對講的語音傳輸系統(tǒng)，有用來傳送車次信號的無線車次傳輸系統(tǒng)，有用來引導(dǎo)列車行駛的無線導(dǎo)航系統(tǒng)等等。復(fù)雜齊全的無線通信系統(tǒng)，使得列車在行駛中能夠完全接受各路信號，便于列車駕駛員對行駛列車進行及時操控，是確保鐵路運營安全的前提。
1.2精密
鐵路無線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜，但很精密，靈敏度很高?，F(xiàn)代鐵路交通一般里程較長，途徑地域也多，各個路段的無線信號很容易受到外界干擾，鐵路無線通信的精密性特點，可以讓列車在復(fù)雜的信號環(huán)境下正常接收鐵路無線信號，引導(dǎo)列車正常行駛。
1.3移動性
所謂移動性，是指鐵路上的無線通信大多數(shù)是在行駛的列車上的實行收發(fā)的，列車在高速行駛下對一些列的鐵路無線信號實現(xiàn)收發(fā)、解調(diào)，并根據(jù)信號指示引導(dǎo)列車正常行駛，完成中途列車避讓、列車進站、列車離站等調(diào)度行為。移動性是鐵路無線通信的主要特點，也是實現(xiàn)無線通信的技術(shù)難點。因為鐵路無線通信的主體是行駛的列車，高速行駛的列車對于無線通信信號的方向、強度有著一定的要求。
1.4分段傳輸
因為鐵路通車的里程較長，列車行駛速度較快，只靠一個無線通信信號收發(fā)站來完成對列車的全程引導(dǎo)是不可靠的，也是不可能的。分段傳輸，將列車行駛的里程分成幾小段，每段設(shè)置一個鐵路無線通信站，即車站，來對列車進行無線通信信號的引導(dǎo)。
2.現(xiàn)代鐵路無線通信的應(yīng)用
現(xiàn)在無線通信技術(shù)在鐵路上的應(yīng)用已十分成熟，不管是火車、高鐵還是地鐵都有著功能多樣的鐵路無線通信系統(tǒng)，主要有以下幾項。
2.1車次編號發(fā)送系統(tǒng)
列車離站或進站前，機車司機通過數(shù)字鍵鍵入車次號，由顯示器復(fù)示，司機確認后。由車載CPU 控制編碼進行調(diào)制，并通過無線列調(diào)或?qū)Ｓ秒娕_發(fā)射到下個車站，以便下個車站做好列車的引導(dǎo)作業(yè)。而當列車進站時，利用機車司機呼叫車站值班員的3-5秒時間內(nèi)完成車次號的再次傳送，經(jīng)值班室儀器解調(diào)后傳輸并顯示給行車調(diào)度員，完成當前進站列車車次號的報道并進行列車跟蹤引導(dǎo)進入合適的擋位。
2.2站場調(diào)車通信系統(tǒng)
鐵路站場調(diào)車過去采用燈光、叫笛等原始設(shè)備進行信號傳輸，安全性極低。 鐵路電務(wù)部門首先把無線通信引入站場調(diào)車并取得了成功。縮短了車輛停場時間，提高了調(diào)車效率 。通過每隔3～5公里范圍在鐵路兩旁的護欄上設(shè)置10～15個獨立的無線通信裝置，來傳輸語音、音響 色燈信號等信息，也可傳送衛(wèi)星定位信息和數(shù)據(jù)信息，對進站列車進行減速、避讓的指揮引導(dǎo)。而工作人員可隨身攜帶語音發(fā)送設(shè)備，通過中央控制臺對各個無線通信裝置予以信號指示。
2.3鐵路閉塞系統(tǒng)
鐵路閉塞系統(tǒng)是一種列車安全防護系統(tǒng)，當列車進站的車次信號傳送到車站值班室以后，值班室通過中央控制臺對鐵路地面的無線通信裝置進行參數(shù)設(shè)置，只有參數(shù)和列車車次號一致的列車才能進入該路段，而參數(shù)與列車車次不一致的列車不能進入該路段，實行鐵路閉塞。同時，車站也可用探詢方式對列車作自動應(yīng)答，解除原封閉區(qū)間，同時操縱本站出站信號機和下一進站信號機，啟動轉(zhuǎn)轍機和相應(yīng)的信號標志，排好進路，保證進出站列車的安全。
2.4衛(wèi)星定位系統(tǒng)
鐵路運輸效率與車重、車速、密度三大因素有關(guān)，其中車速和密度是靠信號設(shè)備來保證的。在中、低速行車時信號對行車控制十分有效。但如果列車行駛速度很大，就會沒等機車司機看清地面信號反應(yīng)過來，信號機就一晃而過了。因此自動閉塞路段長短的劃分就成了一個難題，也存在著安全隱患。而衛(wèi)星定位系統(tǒng)可以通過實時的遙感探測技術(shù)對行駛列車進行實時跟蹤，迅速掌握列車位置、速度、密度，并通過地面控制中心的無線通信裝置予以傳達，經(jīng)地面控制中心分析作出引導(dǎo)方案。
2.5列車防護通信
當列車發(fā)生意外事故脫線或翻車時，可能侵入鄰線，造成突發(fā)事故。此時脫軌機車的乘務(wù)員如果能及時發(fā)出無線報警信號，在1.5公里之內(nèi)其他行駛機車收到信號后立即采取剎車減速措施，就會避免事故發(fā)生。為了避免意外，高速列車上安裝了列車防護通信，防護通信包括控制鍵、頻率合成器、發(fā)訊機、接收機、告警器，其中控制鍵由玻璃密封，設(shè)置在各節(jié)車廂，需要時打碎玻璃蓋、接下控制鍵，可以發(fā)出2瓦功率的告警信，在1.5公里范圍內(nèi)所有機車上的防護裝置將被啟動。如果機車司機來不及處理，列車將會在5秒鐘內(nèi)啟動與防護裝置相聯(lián)的自動停車裝置進行緊急停車。
3.鐵路無線通信的發(fā)展趨勢
伴隨城市化進程的加快，我國的鐵路建設(shè)也大力發(fā)展。京臧鐵璐、京滬高鐵、穿江地鐵等新的交通干線陸續(xù)建成通車，使得一系列新型鐵路無線通信技術(shù)得以實驗運行，為我國鐵路無線通信的發(fā)展趨勢指明了方向。
3.1鐵路無線通信數(shù)字化傳輸
將鐵路無線通信信號實現(xiàn)數(shù)字化傳輸，可以有效避免信號干擾，使得列車可以在更為復(fù)雜的地域環(huán)境下行駛。另外數(shù)字化的無線通信信號也容易與現(xiàn)代的計算機技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)鐵路無線通信的自動化控制。
3.2三網(wǎng)聯(lián)合
即實現(xiàn)鐵路無線通信傳輸網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)以及電視廣播網(wǎng)的三網(wǎng)聯(lián)合，利用互聯(lián)網(wǎng)和電視廣播網(wǎng)的高速、高質(zhì)量通道，實現(xiàn)鐵路無線通信信號的高速、高質(zhì)量傳播。
3.3現(xiàn)代藍牙技術(shù)
藍牙技術(shù)是一項在移動終端運用的無線傳輸技術(shù)，速度快，質(zhì)量高。將鐵路無線通信與藍牙技術(shù)產(chǎn)品相結(jié)合，可以實現(xiàn)近距信號傳輸?shù)母咚俸透哔|(zhì)量。通過佩戴特制的藍牙耳機，可以大大減少設(shè)備安裝、調(diào)試時間，攜帶也方便。
3.4全程衛(wèi)星導(dǎo)航
之前我國的鐵路無線通信，衛(wèi)星定位只是用來收集列車的行駛情況及列車密度，輔助地面控制中心對車輛加以引導(dǎo)。而現(xiàn)在的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以通過高質(zhì)量的無線通信直接對行駛列車進行引導(dǎo)，自動化、智能化水平進一步提高。
無線通信技術(shù)是現(xiàn)代的通信領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的通信技術(shù)，它的發(fā)展趨勢影響著各個行業(yè)，不只是鐵路通信，現(xiàn)代的手機、氣象探測以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都是以無線通信技術(shù)為基礎(chǔ)的。因此，要取得科學(xué)技術(shù)的進步，發(fā)展無線通信技術(shù)有著重要意義。 [科]
【參考文獻】
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【關(guān)鍵詞】微功率無線通信；性能測試；網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)評價
1微功率無線通信技術(shù)概述
微功率無線通信在國內(nèi)電工儀表業(yè)俗稱為小無線，國家電網(wǎng)用電電能信息采集與管理系統(tǒng)中把利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的通信組網(wǎng)方式叫做微功率無線組網(wǎng)。
2微功率無線通信性能測試
2.1測試系統(tǒng)的實現(xiàn)
隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大，可通過增加屏蔽測試箱、可調(diào)衰減器、RF信號匯接網(wǎng)絡(luò)模塊超過8級結(jié)構(gòu)的更多跳數(shù)來評估更大規(guī)模的沮網(wǎng)功能及路由性能，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)路由最大跳數(shù)達到7跳滿足測試CFDA網(wǎng)絡(luò)8級7跳結(jié)構(gòu)。該測試評估系統(tǒng)由一個集中器屏蔽測試箱、若干個采集器屏蔽測試箱以及相應(yīng)的可調(diào)衰減器（0~99犯調(diào)節(jié)范圍）和RF信號匯接網(wǎng)絡(luò)模塊構(gòu)成，能夠客觀準確的測試評估微功率無線通道網(wǎng)絡(luò)的沮網(wǎng)性能，并且能夠評估系統(tǒng)的自組織能力和穩(wěn)定性。通過對模擬實際微功率無線通信環(huán)境，建立了韋級路由實驗室環(huán)境進行測試、評估，對整個信息采集互聯(lián)互通微功率無線下行通道網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性進行驗證，直觀的評估整個信息采集無線通信網(wǎng)絡(luò)對環(huán)境的適應(yīng)、無線信號傳輸、路由，以及交互流程等功能。系統(tǒng)基于搭建微功率無線通信網(wǎng)絡(luò)，借助軟件控制微功率無線通信網(wǎng)絡(luò)中的干擾源信號和定量的模擬通信信號衰減，實現(xiàn)整個系統(tǒng)運行。
2.2關(guān)鍵設(shè)備
高級量測體系最早的實踐是從電能計量表計的遠程抄表開始的，逐漸擴展到支持多種業(yè)務(wù)、雙向通信的高級量測體系（AMI）。微功率無線組網(wǎng)AMI是以無線傳感網(wǎng)（WSN）通信技術(shù)為依托，實現(xiàn)了用戶電能信息的自動采集、處理和集中存儲，為提高供電企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量，降低供用電成本。測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計的主要功能：提供友好的一鍵式測試功能；支持24h不間斷無人作業(yè)模式；實時圖形顯示測試數(shù)據(jù)和報告；支持數(shù)據(jù)庫管理測試數(shù)據(jù)功能；模板功能；發(fā)送郵件功能，可以實時遠程了解系統(tǒng)運行情況；良好的兼容性和擴展性；重復(fù)性測試；認證測試平臺（見圖2）。系統(tǒng)軟件分為四部分：①初始化和啟動層主要用來初始化軟件窗口；珍斷和自檢測試環(huán)境；檢測網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器等。②軟件的最上層分為GIU和Framework，GIU主要顯示各種窗口；Framework主要有同步、異步等線程。③軟件的中間層主要由各種功能模塊組成，是對下層接口和庫的API封裝，并提供接口給上層調(diào)用，在更換儀器或有其他需求時，只需修改該層的API。④軟件最低層是最原始的接口和庫文件。
2.3智能衰減單元
智能衰減單元電路的設(shè)計采用R8C/L357作為主控芯片，它配有串行通信方式的UART，I2C，SSU等接口，芯片外接11M芯片。而衰減電路的衰減核心是電調(diào)衰減器，主控芯片控制從而實現(xiàn)可控衰減。
3網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)評價
微功率無線通信技術(shù)指標網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)評價參數(shù)主要包括網(wǎng)絡(luò)最大跳數(shù)、覆蓋距離、信號強度、傳輸延遲、丟包率、業(yè)務(wù)功能、網(wǎng)絡(luò)營理功能、抗干擾和安全性等測試項目。測試系統(tǒng)通過使用NLME-NETWORK-FORMATION.re-quest原語發(fā)起，發(fā)出狀態(tài)參數(shù)設(shè)置為INVALIDJZEQUEST，將電能表數(shù)據(jù)采集過程分為8個模塊，根據(jù)第三章中的節(jié)點分層的能量均衡算法發(fā)起組網(wǎng)，NLME首先請求MAC子層在一個指定的信道組的各信道上執(zhí)行一個能量檢測掃描，以尋找可能的干擾。在收到對一個信道組的一個成功的能量檢測掃描結(jié)果時，如果信道組內(nèi)各信道的能量級別都超出可，接受的級別，NLME將終止該程序，并通知上層，這個通知通過發(fā)出狀態(tài)參數(shù)設(shè)置為BAD-CHANNEL的NLME-NETWORK-FORMATION.confirm原語實現(xiàn)。配置子節(jié)點參數(shù)是通過構(gòu)造并發(fā)送配置子節(jié)點幀完成的。NLME使用通過參SanType設(shè)置為被動掃描的原語MLME-SCAN.request發(fā)起對維護信道組及工作信道組的被動掃描，其掃描時長參數(shù)ScanDuration設(shè)置為OxFFFF即無窮。然后NLME通過發(fā)出狀態(tài)參數(shù)設(shè)置為SUCCESS的NLME-NETWORKFORMATION.confirm原語通知應(yīng)用層組網(wǎng)已結(jié)束。
4結(jié)語
總之，建立了微功率無線通信在電能表采集系統(tǒng)性能測試系統(tǒng)，對微功率無線模塊性能和采集網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進行綜合評價具有非常重要的意義，需要引起我們的重視。
參考文獻
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關(guān)鍵詞：無線局域網(wǎng)；無線通信；組網(wǎng)；藍牙；無線城市
中圖分類號：TP391.11 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 (2011) 18-0000-01
Wireless Network Applications in Daily Life
Liu Delong
(Heilongjiang Bayi Agricultural University,Daqing 163319,China)
Abstract:Throughout the application of wireless network technology continues to develop and mature,the wireless network is deemed to complement and extend the wired network for the city's information technology has played a pivotal role in the development,at the same time for people to live,work and learning generated 5 positive impact can not be ignored,this will be the basic concept of wireless LAN in people's daily lives and the impact should be described.
Keywords:Wireless LAN;Wireless communications;Network;Bluetooth;
Wireless city
一、無線局域網(wǎng)是什么
（一）首先無線局域網(wǎng)的概念。無線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Networks，簡稱WLAN）是非常方便的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，無線局域網(wǎng)是利用射頻（Radio Frequency；簡稱RF）的技術(shù)，替代傳統(tǒng)雙絞銅線（Coaxial）所組成的局域網(wǎng)，被作為有線局域網(wǎng)的補充和擴展，從而使通信的移動和便捷成為了可能。
（二）無線局域網(wǎng)的技術(shù)指標。我們常用的無線通信技術(shù)有無線電波和光波等。光波也包括激光和紅外線，不過由于光波易受天氣等因素的影響，不具備穿透能力，所以難以實際應(yīng)用。無線電波包括短波、超短波和微波等等，被廣泛應(yīng)用。擴展頻譜通信（Spread Spectrum Communication）簡稱為擴頻通信。它的基本特征是使用比發(fā)送的信息數(shù)據(jù)速率高許多倍的偽隨機碼把載有信息數(shù)據(jù)的基帶信號的頻譜進行擴展，從而形成寬帶的低功率頻譜密度的信號來發(fā)射信號。擴頻通信技術(shù)的基本工作方式有以下4種：直接序列擴頻（Direct Sequence Spread Spectrum）工作方式（簡稱DSSS）；跳變頻率（Frequency Hopping）工作方式（簡稱FH）；跳變時間（Time Hopping）工作方式（簡稱TH）；線性調(diào)頻（Chirp Modulation）工作方式（簡稱Chirp）。目前使用最多、最典型的擴頻工作方式是直擴式（DSSS方式），在無線網(wǎng)絡(luò)的通信中，就是應(yīng)用這些方式進行的。
（三）WLAN的主要技術(shù)參數(shù)和指標。因為實現(xiàn)無線通信技術(shù)的手段不是唯一的，它們各具特點，以無線局域網(wǎng)技術(shù)和以GPRS/3G為代表的無線上網(wǎng)方式，制定了包括IEEE802.11、藍牙技術(shù)和HomeRF等多項國際標準和規(guī)范，得到了廣泛的應(yīng)用，而以IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會）為代表的多個研究機構(gòu)部門對不同的應(yīng)用場所，制定了一系列協(xié)議和標準，從而加速了無線局域網(wǎng)的實用化和規(guī)范化，并且在眾多通信設(shè)備廠商的支持下成為目前主流協(xié)議標準，發(fā)展非常迅速與成熟。在二十世紀末，IEEE小組了802.11協(xié)議，相繼有了802.11b和802.11a協(xié)議，802.11b在802.11的1Mbps和2Mbps速率的基礎(chǔ)上又增加了5.5Mbps和11Mbps兩個全新的網(wǎng)絡(luò)流量進出速率。當時802.11a的網(wǎng)絡(luò)吞吐速率就已經(jīng)達到了54Mb/s和25Mb/s，不過成本很高，使用的是5.2GHz衛(wèi)星通信技術(shù)的頻段，所以不能得到普及，目前得到普及并且廣泛應(yīng)用的是802.11b無線通信標準，2001年，IEEE小組通過了802.11g標準，并且它向下兼容802.11a、802.11b的同時，網(wǎng)絡(luò)吞吐速率為54Mbps，而802.11n標準是IEEE推出的最新標準，由于采用智能天線技術(shù)，將傳輸速率提高到54Mbps、108Mbps、300Mbps甚至是600Mbps，在當時引起了轟動。
二、為何要構(gòu)建無線城市
無線接入在城市無線通信中的優(yōu)勢。無線城市網(wǎng)與有線網(wǎng)絡(luò)相比，無線局域網(wǎng)具有很好的靈活性，并且有線網(wǎng)絡(luò)在很多場合受到布線等許多客觀因素的制約；布線、改線工程量大；固定的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間也無法移動等。當遇到網(wǎng)絡(luò)盲點時，須鋪設(shè)專用通信線路，難度大，成本高、耗時也長，線路一旦出現(xiàn)故障排查、維修不方便，無線城市網(wǎng)較之有線城市網(wǎng)，有以下優(yōu)點：
（一）網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本低，伴隨著近些年無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷的普及，無線網(wǎng)絡(luò)的成本已經(jīng)接近乃至低于傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)的成本，所以在網(wǎng)絡(luò)施工上，無線網(wǎng)絡(luò)最大的優(yōu)勢就是免去或減少了網(wǎng)絡(luò)布線的工作，省去了大量線路鋪設(shè)的費用同樣也節(jié)約了時間。無線網(wǎng)絡(luò)安裝周期短，維護簡單方便，同時具有傳統(tǒng)有線網(wǎng)無可比擬的靈活性和可擴容性。
（二）網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積大，只需安裝了一個或多個無線接入點設(shè)備，就可建立覆蓋整小區(qū)或者大廈的局域網(wǎng)絡(luò)，受環(huán)境因素的影響小，同時網(wǎng)絡(luò)的傳輸范圍得到了拓寬，借助于外接天線，傳輸距離可以達到幾公里到幾十公里。
（三）進行組網(wǎng)快捷方百年，無線局域網(wǎng)可以按當時的需要容量來安裝設(shè)備，也就是可以現(xiàn)用現(xiàn)建就可以，一旦無線局域網(wǎng)建成后，只要有無線信號的地方都可以進行無線通信。
（四）較強的移動性，與有限網(wǎng)絡(luò)相比無線局域網(wǎng)的一個重要特征就是可以“隨時、隨地”地進行無線通信，視頻會議、實時報道、個人通信、等極大地方便了人們的學(xué)習(xí)、工作和生活。
三、無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍
在飛速發(fā)展的今天，無線城市已經(jīng)不是陌生的名詞了。伴隨著通信技術(shù)日新月異的發(fā)展和普及我們很容易發(fā)現(xiàn)通信技術(shù)給我們的學(xué)習(xí)、工作和生活帶來的變化。尤其是無線通信技術(shù)已經(jīng)對世界產(chǎn)生了前所未有的改變和影響，這些影響是深遠的，而無線通信技術(shù)發(fā)展不過幾十年而已，可以預(yù)見未來的影響也會是巨大。在發(fā)達國家無線城市已經(jīng)在很多年前就在實驗，像美國、日本等發(fā)達國家已經(jīng)建設(shè)起來了比較成熟的城市無線網(wǎng)絡(luò)，并且應(yīng)用前景廣泛，想一想我們未來生活的城市只要你拿著一臺筆記本、一個支持WLAN的手機終端就可以飛速的上網(wǎng)、看視頻、發(fā)郵件和上傳下載大文件是多么方便相信這天不會太遠了。
四、結(jié)束語
無線通信正以一個不可思議的速度改變著我們的生活，這種改變將是前所未有的深遠的改變。進入二十一世紀人們的生活將隨著無線城市的建成將產(chǎn)生翻天覆地的變化，相信我們的生活將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展越來越美好！
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關(guān)鍵詞：信息安全 實驗教學(xué) SDR AD9361
中圖分類號：TN971 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）12-0196-03
Abstract： With the development of wireless communication technology， the security problem brought by information transmission is concerned. In experimental teaching， Experimental system which is composed of the traditional hardware is gradually replaced by the programmable， multi-mode， board frequency band Software-Defined Radio framework. This paper from the study of the typical structure of wireless communication system， describes the performance advantages of the communication security experiment teaching system based on SDR technology， using the AD9361 chip for signal acquisition and spectrum analysis of wireless signal in the actual communication environment， verified the broad application prospect of the experimental teaching system.
Key Words： Communication Security； Experiment Teaching； SDR； AD9361
S著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，其便捷、靈活、高效的通信方式在軍事、經(jīng)濟、民生等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，公眾在對信息傳輸速率提出更高要求的同時，安全可靠的傳輸方式也正逐步被關(guān)注，保密通暢的無線通信系統(tǒng)已成為傳遞重要信息、保障民眾隱私、維護國家穩(wěn)定的重要基礎(chǔ)設(shè)施，由此可見，深入研究無線通信技術(shù)對提升無線通信安全性能具有十分重要的意義。傳統(tǒng)的無線通信實驗，要求學(xué)生熟悉硬件平臺各模塊組成、參數(shù)及功能，而后根據(jù)不同的實驗內(nèi)容選用不同的模塊進行仿真驗證，實驗過程的復(fù)雜性往往使學(xué)生忽視通信實驗本身的教學(xué)目的，如若仿真效果不理想，將難以從無線通信過程中獲得深入地理解和探究。一種實時進行無線信號采集的通信平臺將解決上述問題，并有助于進一步培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。
1 無線通信系統(tǒng)與通信安全教學(xué)
典型的無線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，在傳統(tǒng)基于硬件的實驗平臺中，為完成各通信模塊功能，需要集成大量電子元器件串行處理，但受制于芯片工藝和經(jīng)費預(yù)算，單一電路板往往難以完成全部功能，從而造成了實驗平臺升級改造困難、應(yīng)用場景單一的問題。伴隨著通信信號體制由簡到繁，調(diào)制及編碼方式集復(fù)雜性、多樣性、可靠性于一體的技術(shù)浪潮，創(chuàng)新理論不斷推廣到通信課程教學(xué)中，迫切需要低硬件需求、結(jié)構(gòu)靈活、界面友好、具有良好開放性的教學(xué)平成配套的課程實驗[1]。
無線通信安全教學(xué)方面，由于無線信號自身格式和無線信道物理特征的差異，為研究其內(nèi)在安全性和信息保密的能力，通常需要多種模式、多個頻段共存，以便靈活設(shè)計發(fā)射信號方式、擴頻和跳頻加密、信道編碼加密、調(diào)制方式加密、預(yù)編碼等關(guān)鍵技術(shù)實驗，從而拓寬學(xué)生的知識面[2]。借助諸如MATLAB、LabVIEW等軟件進行仿真，固然可以利用其強大的計算能力和交互式圖形界面，使學(xué)生快速建立起抽象概念的理論模型，但上述仿真軟件所處理的數(shù)字信號，來源于上位機模擬運算產(chǎn)生或同一組采樣數(shù)據(jù)，相對固定的實驗結(jié)果和重復(fù)單調(diào)的工作易使學(xué)生感到乏味，極大影響了實驗過程中的主觀能動性與實踐創(chuàng)新性，學(xué)生將難以意識到處于實際通信環(huán)境中可能出現(xiàn)的復(fù)雜影響因素，因此，軟件無線電技術(shù)被廣大研究員和相關(guān)從業(yè)者積極關(guān)注。
2 軟件無線電技術(shù)及AD9361芯片介紹
軟件無線電技術(shù)以經(jīng)濟適用、系統(tǒng)開放、操作靈活、結(jié)構(gòu)簡明等優(yōu)勢為新型通信安全實驗教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)建提供了有力支撐。軟件無線電[3]是一種軟件定義頻段、調(diào)制方式、編碼結(jié)構(gòu)和信號波形的無線電廣播通信技術(shù)，核心思想是利用一個具有開放的、標準化的、模塊化的通用硬件平臺，使數(shù)字化處理（A/D和D/A轉(zhuǎn)換）盡可能在靠近天線的前端進行，減少模擬環(huán)節(jié)，將調(diào)制解調(diào)、信道選擇、協(xié)議設(shè)計、加密解密等通信功能通過高速數(shù)字信號處理單元軟實現(xiàn)，從而完成傳統(tǒng)基于硬件的無線通信平臺的各項功能，將硬件、軟件和無線技術(shù)有機地結(jié)合起來，組成靈活多樣的多功能通信系統(tǒng)。
ADI公司推出的AD9361芯片內(nèi)部集成了模擬濾波、混頻器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、發(fā)射和接收通道頻率合成器以及包括可編程增益、直流偏置校準等數(shù)字域功能單元[4]。AD9361單路發(fā)送（接收）信道的關(guān)鍵元器件如圖2所示。這款器件采用零中頻架構(gòu)，很好地解決了直流偏置和正交誤差限制，無需外置濾波單元，涵蓋70MHz～6GHz的工作頻率范圍，包括絕大部分特許執(zhí)照和免執(zhí)照頻段，真正實現(xiàn)了軟件可定義無線電從理論到實踐的硬件平臺搭建，是一款面向多層次應(yīng)用的高性能、高集成度、2×2MIMO結(jié)構(gòu)射頻捷變收發(fā)器。
3 實驗教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建
實驗教學(xué)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖3所示，Xilinx公司的ZC706開發(fā)板[5]作為基板，板載的ARM Cortex-A9雙核處理器作為處理系統(tǒng)（Processing System，PS），現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）作為邏輯運算資源（Programmable Logic，PL），通過SD卡啟動Ubuntu嵌入式系統(tǒng)，驅(qū)動AD9361芯片工作；AD-FMCOMMS3評估板作為子版，由FMCB接器與基板相聯(lián)，調(diào)用FPGA資源完成數(shù)字上變頻、下變頻、抽樣和內(nèi)插等高速通用操作。由于AD9361芯片直接將射頻信號零中頻處理，因此學(xué)生只需在嵌入式操作系統(tǒng)下進行基帶數(shù)字信號處理的程序設(shè)計，即可完成射頻接收（發(fā)送）范圍內(nèi)的通信安全類實驗，諸如跳/擴頻信號捕獲、OFDM調(diào)制解調(diào)、MIMO信噪比分析等[4，5]。本文選用開源的GNU Radio進行相關(guān)實驗驗證。
GNU Radio[6]既可使用軟件仿真，也能通過關(guān)聯(lián)硬件實時信號處理，真實的處理過程由Python腳本語言構(gòu)造流圖，調(diào)用C++編譯的信號處理模塊來實現(xiàn)。系統(tǒng)集成了常規(guī)的諸如濾波器、FFT變換、調(diào)制解調(diào)器、信道編譯、時頻同步等上百種模塊，以及針對AD9361芯片定制的FMCOMMS2/3/4 Source（Sink）、IIO Oscilloscope Source（Sink）模塊，學(xué)生可根據(jù)實驗要求自行設(shè)計或利用集成的常規(guī)模塊快速開發(fā)從信源（Source）到信宿（Sink）的DSP過程，編譯生成.py文件后，運行得到實驗結(jié)果。
利用周邊環(huán)境中實時傳輸?shù)腇M調(diào)頻立體聲廣播信號，通過教學(xué)實驗系統(tǒng)設(shè)計一個信號采集和頻譜分析的實驗，構(gòu)造GNU Radio流圖主要利用FMCOMMS2/3/4 Source、Ishort To Complex、QT GUI SINK三個庫內(nèi)模塊，分別完成信號采集、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、頻譜顯示功能，如圖4-A所示。通過在FM頻段，以97.5MHz為中心頻率，采樣21MHz的數(shù)據(jù)，得到如圖4-B所示結(jié)果，利用Max Hold功能鎖定頻點峰值。查閱到的本地FM電臺頻率表（如圖4-C所示）， 并與圖4-B峰值頻點相比對，可以驗證采樣結(jié)果的正確性。此外，在Ubuntu命令窗口下利用命令行iio_fm_radio_play95.5，可以聽到金鷹之聲電臺的解碼語音信號，如圖4-D所示。
4 結(jié)語
本文以提高通信安全課程的實踐性和創(chuàng)新性為目的，通過SDR技術(shù)構(gòu)建實驗教學(xué)環(huán)境，利用系統(tǒng)可擴展、可重構(gòu)、集成度高的特性，可在4G、Wi-Fi、GSM、OFDM等多種實際通信場景中進行推廣，通過模塊化軟件編程的方式將解決基帶至射頻前端的全部數(shù)字信號處理過程。增強學(xué)生的實驗主動性和教學(xué)互動性，有助于培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力和理解能力。系統(tǒng)可利用配置的以太網(wǎng)接口靈活接入實驗室局域網(wǎng)， 實現(xiàn)軟件客戶端與硬件系統(tǒng)的遠程互訪，進一步優(yōu)化了實驗教學(xué)資源配置和開放共享水平。
參考文獻
[1]皇甫麗英，勾秋靜，徐淑正等.無線通信系統(tǒng)電路設(shè)計實驗支撐平臺的研制與應(yīng)用[J].實驗技術(shù)與管理，2009，26（1）：47-50.
[2]雷鵬，羅斐翔，張博誠等.基于軟件無線電的數(shù)字信號處理綜合實驗平臺[J].工業(yè)和信息化教育， 2016（7）.
[3]姜浩，張治.基于AD9361的軟件無線電平臺設(shè)計與實現(xiàn)[J].電視技術(shù)，2015，39（15）：51-54.
[4]Analog Devices Inc. AD9361 Reference Manual UG-570， ， 2014.